Simulación e implementación de una red de sensores inalámbrica multisalto para la medición de consumo energético en un edificio PDF Download
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Author: Jose Manuel Linares Arenas
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Languages : es
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[CASTELLÀ] En los últimos años han tomado especial relevancia en el ámbito de las I+D+I, las redes inalámbricas de sensores WSN (Wireless Sensor Networks), donde pequeños dispositivos compactos y económicos llamados nodos-sensores, tienen la capacidad de sensar, detectar y suministrar datos a otros sistemas. Las WSN se están aplicando en muchos ambientes y con distintos propósitos. Estas redes están compuestas por nodos-sensores de bajo costo y bajo consumo que cooperan entre sí, los cuales se comunican inalámbricamente y están especialmente diseñadas para redes con pérdidas y recursos limitados de memoria. En este proyecto se propone implementar y simular una red inalámbrica de sensores multisalto en el edificio B4 del PMT (Parque Mediterráneo de la Tecnología) de Castelldefels, en el cual reside el centro de investigación CTTC (Centro Tecnológico de Telecomunicaciones de Catalunya). Para poder llevar a cabo el escenario, se ha desarrollado una aplicación que permite a los nodos comunicarse entre ellos, la cual medirá las condiciones climáticas de cada estancia, el estado de la batería del propio sensor y el consumo eléctrico en tiempo real de los splits del aire acondicionado del edificio. Dado el corto alcance de estas redes y procurando cubrir todo el área de la construcción, se han estudiado e implementado protocolos de comunicaciones multisalto. Esta red estará constituida de varios nodos "senders" los cuales se encargarán de realizar las medidas y transmitir la información recolectada a un nodo central llamado "sink" para su procesamiento. Los senders también actúan como relays de tal modo que se forma una red mesh. El sink estará conectado a un PC al cual le enviará por serial todos los datos recolectados. Con este TFC, se propone evaluar los diferentes tipos de sensores y sistemas operativos que existen en la actualidad dando especial importancia a las motas Z1 de Zolertia, con el sistema operativo Contiki que aún no se ha desarrollado) para dichas motas, con su simulador Cooja, y a su vez los algoritmos y protocolos de comunicación eficientes que este sistema operativo implementa, que permitan a los nodos recolectar, procesar y trasmitir los datos sobre la red. Los parámetros principales que se desean caracterizar del escenario son las pérdidas ocasionadas en la transmisión y posteriormente la latencia experimentada por los paquetes dentro de la red.
Author: Jose Manuel Linares Arenas
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Languages : es
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[CASTELLÀ] En los últimos años han tomado especial relevancia en el ámbito de las I+D+I, las redes inalámbricas de sensores WSN (Wireless Sensor Networks), donde pequeños dispositivos compactos y económicos llamados nodos-sensores, tienen la capacidad de sensar, detectar y suministrar datos a otros sistemas. Las WSN se están aplicando en muchos ambientes y con distintos propósitos. Estas redes están compuestas por nodos-sensores de bajo costo y bajo consumo que cooperan entre sí, los cuales se comunican inalámbricamente y están especialmente diseñadas para redes con pérdidas y recursos limitados de memoria. En este proyecto se propone implementar y simular una red inalámbrica de sensores multisalto en el edificio B4 del PMT (Parque Mediterráneo de la Tecnología) de Castelldefels, en el cual reside el centro de investigación CTTC (Centro Tecnológico de Telecomunicaciones de Catalunya). Para poder llevar a cabo el escenario, se ha desarrollado una aplicación que permite a los nodos comunicarse entre ellos, la cual medirá las condiciones climáticas de cada estancia, el estado de la batería del propio sensor y el consumo eléctrico en tiempo real de los splits del aire acondicionado del edificio. Dado el corto alcance de estas redes y procurando cubrir todo el área de la construcción, se han estudiado e implementado protocolos de comunicaciones multisalto. Esta red estará constituida de varios nodos "senders" los cuales se encargarán de realizar las medidas y transmitir la información recolectada a un nodo central llamado "sink" para su procesamiento. Los senders también actúan como relays de tal modo que se forma una red mesh. El sink estará conectado a un PC al cual le enviará por serial todos los datos recolectados. Con este TFC, se propone evaluar los diferentes tipos de sensores y sistemas operativos que existen en la actualidad dando especial importancia a las motas Z1 de Zolertia, con el sistema operativo Contiki que aún no se ha desarrollado) para dichas motas, con su simulador Cooja, y a su vez los algoritmos y protocolos de comunicación eficientes que este sistema operativo implementa, que permitan a los nodos recolectar, procesar y trasmitir los datos sobre la red. Los parámetros principales que se desean caracterizar del escenario son las pérdidas ocasionadas en la transmisión y posteriormente la latencia experimentada por los paquetes dentro de la red.
Author: Wilson Medina Sánchez
Publisher: Editorial Academica Espanola
ISBN: 9783659027116
Category :
Languages : es
Pages : 72
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Las redes de sensores inalámbricos son dispositivos de bajo costo, con capacidades de sensado, cómputo y comunicación, cada día sus aplicaciones son más relevantes en el mundo de la tecnología. Igualmente los usos de las redes de sensores inalámbricos (Wireless Sensor Network, en ingles WSN) se hacen cada vez más complejos, críticos e importantes en particular en lo estratégico. Este trabajo está enfocado a gestionar un consumo de energía más óptimo dentro de los nodos sensores que conforman una red inalámbrica. El proyecto se basa en desarrollar una estrategia enmarcada en la variación inteligente de la frecuencia de muestreo del nodo, enfocándose en las técnicas de pronósticos sobre la variable medida a partir de una información real. Mediante lo anterior se logra reducir el procesamiento computacional y además minimizar la utilización del sistema de radio frecuencia del nodo, es decir, el dispositivo solo realizará una actividad cuando sea necesario, consiguiendo con esto una reducción en el consumo de potencia del mismo.
Author: Sergio Luz Fernandez
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Languages : es
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Una de las principales problemáticas en las redes de comunicaciones M2M (Machine-to-Machine) es la gran cantidad de dispositivos que intentan acceder al canal de comunicaciones simultáneamente. Esto se agrava en aquellas aplicaciones en las que la cantidad de dispositivos es desconocida. Para resolver esta problemática, es necesario diseñar protocolos de control de acceso al medio (MAC) que se encarguen de gestionar el acceso de los dispositivos al canal de comunicaciones de una manera eficiente. Este proyecto tiene cómo objetivo implementar y evaluar el rendimiento de tres protocolos adecuados para redes M2M: Frame Slotted Aloha con feedback (FSA-FB), FSA sin feedback (FSA-noFB) y Contention Tree Algorithm (CTA). Los tres protocolos se han desarrollado sobre Contiki OS, se ha verificado su funcionalidad sobre el simulador Cooja, y se ha evaluado su rendimiento experimentalmente sobre motas inalámbricas Zolertia Z1 que operan en la banda frecuencial de 2.4GHz. Las motas Z1 incorporan transceptores radio CC2420 de Texas Instruments, cuya capa física cumple con el estándar IEEE 802.15.4. Además, las motas Z1 tienen sensores integrados y disponen de un puerto Universal Serial Bus (USB) para ser controlados desde un ordenador y transferir los datos al mismo. Las motas Z1 han sido programadas con el lenguaje de programación C, que se compila usando una aplicación de libre distribución montada sobre el sistema operativo Linux llamada Contiki y que se instala en las motas. El escenario de pruebas está compuesto por una mota coordinadora y un conjunto de motas esclavas o "slaves". El coordinador envía un comando para interrogar a los esclavos, los cuales responden de manera controlada ejecutando las reglas del protocolo MAC para enviar una cierta información de prueba. Las motas están programadas para ejecutar los protocolos MAC, medir el tiempo (retardo) que necesitan para finalizar con éxito todas las transmisiones de datos al coordinador y su consumo de energía durante la transferencia de datos. Este consumo se mide mediante la herramienta powertrace de Contiki. Este trabajo se ha centrado en comparar los protocolos FSA-FB, FSA-noFB y CTA en términos de retardo y consumo energético. Se han obtenido y comparado medidas experimentales y resultados de simulaciones hechas con Cooja. A lo largo del proceso, se han identificado los problemas asociados a la implementación software, comparando los resultados teóricos y los simulados, y las complicaciones derivadas de la implementación real observando las diferencias entre los resultados simulados y los de la implementación real. Tanto los resultados obtenidos sobre el simulador Cooja cómo los resultados experimentales demuestran que el protocolo más eficiente en términos de retardo es FSA-FB cuando se dispone de una buena estimación del número de esclavos. Sin embargo, CTA y FSA-FB son más eficientes en términos de consumo energético en función del número de slots por trama. Para experimentos con un número reducido de slots, de 3 a 10, CTA se sitúa cómo el protocolo más eficiente, sin embargo, a partir de 10 slots por trama FSA-FB pasa a ser el más eficiente.
Author: Alejandro Clemotte
Publisher: Editorial Academica Espanola
ISBN: 9783659002809
Category :
Languages : es
Pages : 152
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Este documento presenta el diseño, implementación y evaluación de una red de sensores inalámbricos a ser utilizada para la auscultación de sonidos del cuerpo humano. La red es flexible y escalable, los nodos de la red son de bajo consumo y de bajo mantenimiento. Como caso de estudio, se implementó un estetoscopio portátil e inalámbrico basado en sensores piezoeléctricos con dos nodos de red, utilizando como tecnología de soporte el estándar IEEE802.15.4 y el estándar ZigBee para la configuración de una red de área personal. Como soporte de la red de sensores inalámbricos se utiliza el sistema operativo TinyOS, desarrollado específicamente para este tipo de redes.
Author: Jordi Vilaseca Posa
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[CASTELLÀ] Entre los principales objetivos de las smart cities figuran la mejora de la gestión de los recursos energéticos de la ciudad, la disminución de los niveles de contaminación y el aumento de la calidad de vida de la ciudadanía. Una de las tecnologías que permiten la recogida de datos para la consecución de estos objetivos son las redes inalámbricas de sensores (WSN, Wireless Sensor Networks). El hecho de que los nodos que forman estas redes se comuniquen vía radio y que puedan estar alimentados por baterías o por fuentes de alimentación renovables facilita su despliegue, ya que no es necesaria ninguna infraestructura previa. En este trabajo se ha diseñado y desarrollado una red inalámbrica de sensores para la creación de smart cities. Uno de los criterios que se han tenido en cuenta es que la red se pudiera integrar con una plataforma innovadora de gestión de energía de la ciudad. Esta plataforma integra distintos servicios embebidos (puntos de acceso WiFi, cámaras IP, sistemas de señalización digital, pantallas LED, mecanismos de medición inteligentes) en las luminarias de la infraestructura pública de iluminación. La conectividad con Internet se obtiene mediante una red de acceso BPL/PLC que se extiende a través del cableado eléctrico que une las distintas luminarias. La plataforma dispone de un centro de gestión remoto basado en tecnología cloud computing donde todos los datos, incluidos los de los sensores, son almacenados y analizados para la toma "inteligente" de decisiones. Las luminarias se presentan como una ubicación ideal para los nodos de una WSN, porque además de ofrecer protección frente a las condiciones de intemperie y de los actos vandálicos permiten que los nodos se puedan alimentar a través de la red eléctrica. Además, al disponer de acceso a Internet, se soluciona el problema que muchas veces supone el tener que dotar de conectividad IP al dispositivo gateway. La WSN resultante de este trabajo está basada en la plataforma comercial TelosB corriendo bajo el sistema operativo embebido TinyOS. Para la interconexión de estos dispositivos con los sensores que finalmente se ha decidido integrar, se ha utilizado la placa de conexiones auxiliar CBoard. En algunos casos, ha sido necesario diseñar e implementar circuitos adicionales para la conexión de los sensores con la placa auxiliar. Los sensores que se han elegido deberían permitir la implementación de diversos servicios relacionados con la gestión de los recursos de una ciudad. Los módulos software desarrollados permiten la lectura periódica de los sensores, el procesado de los datos adquiridos y su transmisión vía radio hasta un elemento gateway o sumidero. Las comunicaciones radio siguen el estándar IEEE 802.15.4 y se utiliza el protocolo de encaminamiento multisalto NST-AODV. Otras facilidades que se han incorporado al sistema son la agregación de datos y la reprogramación de nodos por el aire. El dispositivo gateway, que tiene conectividad IP, presenta la capacidad de encapsular los datos provenientes de los sensores en una estructura JSON y los puede transmitir, a través de Internet, a un centro de gestión remoto.
Author: Víctor Corral Blanch
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Languages : es
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Author: Enric Carbonell Fages
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Un auge en el sector tecnológico en estos últi mos años ha permitido la fabricación de dispositivos embebidos cada vez más pequeños, ligeros, de baja potencia y posiblemente el factor más importante, de bajo coste . Con ellos ha llegado la aparición de una de las tecnologías más prometedoras actualment e, las redes de sensores inalámbricas o WSN (Wireless Sensor Network) . C onsisten en intercambiar información entre dispositivos a partir de l os sensores incorporados en ello s sin necesidad de una estructura fija . Es claro pues que tienen un potencial incal culable ya que sus aplicaciones pueden abarcar la gran mayoría de sectores. En este proyecto se q u i er e realizar una aplicación con la intención de poder monitorizar actividades físicas para que el usuario o una tercera persona puedan tener información d e ellas. Esto abarca todo tipo de actividades ya sea ejercicios de brazos, piernas, correr, saltar, etc. La a plicación s e puede considerar dentro del concep to de las WBAN (Wireless Body Area Network), es decir, aplicaciones desarrolladas a partir de WSN p ara tener conocimiento de nuestro cuerpo. Para poder desarrollarla se han utilizado 4 motas ligadas al cuerpo (muñeca, pecho, muslo y tobillo) enviando datos y una adicional recibiéndolos , funcionando como una arquitectura de cliente - servidor. La función de las motas cliente radica en tomar valores del acelerómetro que lleva incorporado y enviar los al servidor o nodo - sink . Este gestionará los datos recibidos y los enviará a la unidad principal para poder analizarlos. Con el desarrollo de este proyecto se quiere dar una visión general de las redes de sensores inalámbricas llevándola a la realidad con una aplicación para monitorizar la actividad física . También se pretende dar a conocer sus principales componentes profundizando con la mota empleada en este p royecto , la Z1 de Zolertia. Por otra parte también se verán los sistemas operativos con los que trabajan las motas. Uno de ellos es el sistema operativo Contiki utilizado en el proyecto con su simulador de redes Cooja. Finalmente también se ver án los difer entes protocolos que implementa dicho sistema operativo, que han sido utilizados para la transmisión de datos. Estos juegan un papel importantísimo para el correcto funcionamiento de la aplicación. Por último, se representarán y se analizaran todos los dat os recogidos por los dispositivos ligados al cuerpo.
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Languages : es
Pages : 137
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Las redes inalámbricas de sensores corporales (en inglés: "wireless body sensor networks" o WBSNs) para monitorización, diagnóstico y detección de emergencias, están ganando popularidad y están llamadas a cambiar profundamente la asistencia sanitaria en los próximos años. El uso de estas redes permite una supervisión continua, contribuyendo a la prevención y el diagnóstico precoz de enfermedades, al tiempo que mejora la autonomía del paciente con respecto a otros sistemas de monitorización actuales. Valiéndose de esta tecnología, esta tesis propone el desarrollo de un sistema de monitorización de electrocardiograma (ECG), que no sólo muestre continuamente el ECG del paciente, sino que además lo analice en tiempo real y sea capaz de dar información sobre el estado del corazón a través de un dispositivo móvil. Esta información también puede ser enviada al personal médico en tiempo real. Si ocurre un evento peligroso, el sistema lo detectará automáticamente e informará de inmediato al paciente y al personal médico, posibilitando una rápida reacción en caso de emergencia. Para conseguir la implementación de dicho sistema, se desarrollan y optimizan distintos algoritmos de procesamiento de ECG en tiempo real, que incluyen filtrado, detección de puntos característicos y clasificación de arritmias. Esta tesis también aborda la mejora de la eficiencia energética de la red de sensores, cumpliendo con los requisitos de fidelidad y rendimiento de la aplicación. Para ello se proponen técnicas de diseño para reducir el consumo de energía, que permitan buscar un compromiso óptimo entre el tamaño de la batería y su tiempo de vida. Si el consumo de energía puede reducirse lo suficiente, sería posible desarrollar una red que funcione permanentemente. Por lo tanto, el muestreo, procesamiento, almacenamiento y transmisión inalámbrica tienen que hacerse de manera que se suministren todos los datos relevantes, pero con el menor consumo posible de energía, minimizando así el tamaño de la batería (que condiciona el tamaño total del nodo) y la frecuencia de recarga de la batería (otro factor clave para su usabilidad). Por lo tanto, para lograr una mejora en la eficiencia energética del sistema de monitorización y análisis de ECG propuesto en esta tesis, se estudian varias soluciones a nivel de control de acceso al medio y sistema operativo.
Author: Nil Jarque García
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Este estudio considera el diseño y desarrollo de un sistema IoT (Internet de las cosas, del inglés Internet of Things), escalable, robusto y a prueba de fallos, para monitorizar varias variables físicas relacionadas con la monitorización de un sistema HVAC (Ventilación, calefacción y aire acondicionado,del inglés Heating, Ventilating and Air Conditioning), como ejemplo la concentración de CO2 y la corriente electica consumida. Los datos recogidos tienen el objetivo de ser utilizados para valorar el estado de confort de las personas que se encuentran en el interiorde un edificio según la calidad del aire de este, así como valorar el perfil de consumo del sistema conectado a la distribución eléctrica.Para conseguir esto, en este trabajo se considera una programación a prueba de fallos del dispositivo digital, la fiabilidad de los protocolos de comunicación elegidos, un aarquitectura adecuada para permitir la ampliación del sistema y el procesado de los datos.En este trabajo, el sistema de comunicación debe permiti rque la monitorización de los datos sea accesible por internet desde cualquier lugar. En este sentido, el sistema se decide que esté formado por un microcontrolador de bajo coste con capacidades WiFi, que permite el pre-procesado local y la comunicación mediante protocolo HTTP (i.e. Hyper TextTransfer Protocol), a una base de datos. Finalmente, se considera una plataforma de visualización para la presentación y monitorización de los datos. Hay que considerar que la plataforma de visualización hace peticiones a la base de datos también mediante protocolo HTTP, y muestra gráficamente los resultados permitiendo el post-procesado de datos, así como la creación de alarmas y eventos. La red de sensores inalámbricos,WSN (i.e.Wireless Sensor Network),utilizada se compone de un sensor de CO2que mide la concentración de este gas en el aire, así como de una pinza amperimétrica que mide de forma no intrusivala corriente alterna usada por el sistema HVACu otra eventual carga.Así, por un lado, el sensor de CO2 permitirá conocer indirectamente la ocupación de la habitación y calidad del aire,IAQ (i.e.indoor air quality). Por otro lado, la pinza amperimétrica permite estimar el consumo energético, así como evaluar la calidad de la red eléctrica.Los datos obtenidos permiten crear alarmas que se activen a través de eventos (e.g. consumo muy alto, contenido de CO2muy alto, etc.),y visualizar un historial evolutivo de los valores. Con estos datos es posible realizar distintos cálculos de uso y simulaciones de tendencias, lo que permite tomar decisiones en cuanto a la administración del edificio.Esta arquitectura, basada en hardware de bajo coste y programas de código abierto, permite la adición de nuevos sensores, es fácilmente escalable y puede servir de base para multitud de funcionalidades, por lo que representa una solución transversal con potencial de aplicación a otros sectores y aplicaciones.
