Integración de Smart Wearables y redes de sensores inalámbricas para aplicaciones colaborativas

Zornoza Sánchez-Lozano, Jaime Gonzalo (2017). Integración de Smart Wearables y redes de sensores inalámbricas para aplicaciones colaborativas. Proyecto Fin de Carrera / Trabajo Fin de Grado, E.T.S.I. Industriales (UPM).

Descripción

Título: Integración de Smart Wearables y redes de sensores inalámbricas para aplicaciones colaborativas
Autor/es:
  • Zornoza Sánchez-Lozano, Jaime Gonzalo
Director/es:
  • Mujica Rojas, Gabriel Noe
  • Portilla Berrueco, Jorge
Tipo de Documento: Proyecto Fin de Carrera/Grado
Grado: Grado en Ingeniería en Tecnologías Industriales
Fecha: 2017
Materias:
Escuela: E.T.S.I. Industriales (UPM)
Departamento: Automática, Ingeniería Eléctrica y Electrónica e Informática Industrial
Licencias Creative Commons: Reconocimiento - Sin obra derivada - No comercial

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Resumen

Con la realización de este proyecto se busca estudiar las posibilidades de la integración de un dispositivo inteligente y además wearable dentro de una red de sensores inalámbrica, así como el desarrollo de una serie de aplicaciones que hagan uso de la arquitectura resultante de dicha integración y resalten su potencial. Al igual que hace varias décadas el nacimiento de internet supuso una revolución que transformó la infraestructura global de las comunicaciones, la revolución actual del Internet de las Cosas está transformando la forma de interactuar con el entorno físico que nos rodea y con los distintos agentes que participan en las redes de comunicaciones. Objetos hasta ahora cotidianos, están adquiriendo capacidades de recolección de datos y transmisión de información, dando lugar a una serie de aplicaciones y servicios sin precedentes. Dentro del ecosistema del Internet de las Cosas, las Redes de Sensores Inalámbricas son una de las tecnologías más prometedoras, debido a su ubicuidad, bajo coste y sencillez. Este tipo de redes se basa en el uso de dispositivos de consumo reducido y de bajo coste, que han de contar con una extensa vida útil, ya que en la mayoría de los casos una vez desplegados no están sujetos a ningún tipo de mantenimiento o sustitución. La misión de estos dispositivos es recopilar información de su entorno, y transmitirla a través de la red hasta una interfaz de salida que pone dicha información a disposición de los usuarios finales. Para que los nodos de este tipo de redes tengan la eficiencia energética mencionada previamente, en los últimos años se han desarrollado una serie de estándares de comunicación inalámbrica, diseñados específicamente para dar soporte a la comunicación entre dispositivos de estas características. Entre éstos, el estándar más utilizado hoy en día en las redes de sensores inalámbricas es el IEEE 802.15.4, que define las capas física (PHY) y de acceso al medio (MAC) para redes inalámbricas de área personal con bajas tasas de transmisión de datos, y en las cuales es necesaria una alta eficiencia energética. En este trabajo, dicho estándar de comunicaciones se implementa en un dispositivo inteligente, de coste reducido, con capacidades propias de sensado, y una alta eficiencia energética, posibilitando su comunicación directa con los nodos de una red de sensores inalámbrica. Estos nodos, a su vez, no son unos nodos corrientes para redes de sensores inalámbricas, sino una plataforma HW/SW modular y reconfigurable desarrollada por el Centro de Electrónica Industrial (CEI) de la Universidad Politécnica de Madrid, con el fin de contar con una elevada capacidad de control del nodo inalámbrico y una gran adaptabilidad ante cualquier entorno de aplicación. A estos nodos se los conoce como nodos Cookie. El dispositivo wearable inteligente es Hexiwear, desarrollado por MikroElektronica en asociación con NXP con el objetivo de dar soporte al prototipado de aplicaciones para el Internet de las cosas. Hexiwear es completamente Open Source, lo que significa que todos los esquemáticos de los circuitos que lleva dentro, así como de los códigos integrados en sus dos microcontroladores, están disponibles para ser descargados y modificados, pudiendo dotar al dispositivo de casi cualquier finalidad. El hardware de Hexiwear cuenta con dos microcontroladores (de los cuales uno se encarga exclusivamente de gestionar las comunicaciones inalámbricas y el otro de la gestión del resto de periféricos) una amplia gama de sensores, una pantalla OLED, un motor háptico de vibración y un LED RGB. En cuanto al software, Hexiwear incorpora en su microcontrolador principal el sistema operativo en tiempo real FreeRTOS, que permite separar cada una de las tareas del dispositivo en hilos de procesamiento independientes, mejorando la reacción de este ante eventos en tiempo real y aumentando el aprovechamiento de sus recursos hardware. A su vez, los nodos Cookie han sido diseñados con una estructura modular dividida en capas, cada una de las cuales satisface una de las principales necesidades de los nodos para las redes de sensores inalámbricas. Estas necesidades, que dan nombre a las respectivas capas son: procesamiento, alimentación, comunicaciones y sensado. La modularidad resultante de la división del nodo de esta forma permite el uso de las Cookies en una gran variedad de entornos de aplicación, ya que para cambiar de una aplicación en la que, por ejemplo, se mida el pH de una sustancia, a otra en la cual interese tomar medidas sobre la humedad de un cultivo determinado, solo es necesario cambiar la capa de sensado del nodo. De la misma forma, para pasar de un despliegue donde se esté utilizando IEEE 802.15.4 a otro donde se requiera la utilización de Wi-Fi u otro protocolo, solo sería necesario intercambiar la capa de comunicaciones del nodo. Hexiwear con sus dos núcleos de procesamiento, su interfaz gráfica y su sistema operativo, y las Cookies con sus capacidades de adaptabilidad y su modularidad, se han combinado para formar una plataforma dinámica, configurable, y potente que pueda dar respaldo a una gran variedad de aplicaciones para las redes de sensores inalámbricas, y con la cual se busca la integración de este tipo de redes en el ecosistema del Internet de las Cosas. La arquitectura resultante de esta combinación da lugar a un sistema robusto y flexible, que abre un amplio abanico de nuevas aplicaciones para las redes de sensores inalámbricas, alejándose de las propuestas tradicionales de recolección de parámetros del entorno hacia aplicaciones más dinámicas y con mayor participación por parte de los usuarios.

Más información

ID de Registro: 47581
Identificador DC: http://oa.upm.es/47581/
Identificador OAI: oai:oa.upm.es:47581
Depositado por: Biblioteca ETSI Industriales
Depositado el: 28 Ago 2017 05:45
Ultima Modificación: 28 Ago 2017 05:45
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