Diseño de arquitecturas de sistemas de sensores inalámbricos para aplicaciones ciber-físicas
- Autores: Diego Antolín Cañada
- Directores de la Tesis: Belen Teresa Calvo López (dir. tes.), Nicolás Medrano Marqués (dir. tes.)
- Lectura: En la Universidad de Zaragoza ( España ) en 2017
- Idioma: español
- Tribunal Calificador de la Tesis: Pedro Antonio Martínez Martínez (presid.), Daniel García Romeo (secret.), María Teresa Sanz Pascual (voc.)
- Programa de doctorado: Programa Oficial de Doctorado en Ingeniería Electrónica
- Materias:
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- Resumen
Los recientes avances tecnológicos en el campo de las comunicaciones, la percepción y la computación, así como el desarrollo del mundo inteligente (Smart World) han dado lugar a lo que hoy se conoce como sistemas ciber-físicos (CPS). Sistemas electrónicos capaces de interactuar con el mundo que los rodea, cuyo entorno puede ser tan grande como un bosque o tan pequeño como el cuerpo humano. Este trabajo se ha centrado en un tipo concreto de sistemas CPS como son las redes inalámbricas de sensores.
En esta tesis se ha desarrollado la arquitectura de dos nodos inalámbricos diferentes, estáticos y móviles, cuya interacción proporciona sistemas W-WSN de gran versatilidad.
La primera implementación WSN se basa en el nodo estático, orientado a aplicaciones de monitorización ambiental remota. Se ha desarrollado la arquitectura de nodo básica tanto a nivel hardware como software, teniendo en especial consideración criterios de bajo consumo, bajo coste y reducido impacto visual. Con el fin de poder adecuar la red dependiendo de la infraestructura disponible en el lugar del despliegue se han desarrollado diferentes nodos coordinadores de red y nodos centrales. Finalmente, su funcionamiento se ha validado de forma experimental realizando un despliegue de la red en la Facultad de Ciencias de la Universidad de Zaragoza.
El diseño de la mota móvil está orientando hacia aplicaciones de seguridad en entornos de trabajo industrial. Este desarrollo utiliza como marco la red estática ya presentada, e incorpora un nuevo diseño de nodo móvil optimizado en tamaño y consumo. Se ha desarrollado una placa de sensores compatible con esta plataforma que permite la monitorización en tiempo real de la concentración de CO2. Igual que en el caso anterior, se ha vuelto a realizar el despliegue de la red en el mismo centro, donde se ha verificado la capacidad de los nodos móviles de reconectarse a la red estática desplegada tras cambiar de nodo enrutador, el efecto y la estabilidad de red. Además, se ha presentado una comparación entre las motas propuestas en este trabajo con otros nodos disponibles en el mercado, de donde podemos concluir que los desarrollos llevados a cabo presentan unas prestaciones muy competitivas frente a estos dispositivos comerciales.
Atendiendo a los requisitos de bajo consumo, se ha realizado un estudio detallado del mismo para ambos nodos, proponiendo un método sencillo y fiable para la estimación del tiempo de vida basado en medidas experimentales de consumo en los diferentes estados durante el periodo de trabajo (dormido, medida, transmisión). El método propuesto permite anticipar el reemplazo de las baterías antes de su descarga.
Por último, se ha desarrollado un sistema de recolección de energía basado en micropaneles solares, que implementa un método de seguimiento del punto de máxima potencia VOC, cuyo funcionamiento se basa en el modelado del comportamiento del panel mediante una red neuronal artificial. Comparado con el método VOC clásico se obtienen mejores prestaciones en términos de eficiencia y coste.
