DISEÑO PARA LA IMPLEMENTACIÓN DE UNA RED DE SENSORES INALAMBRICOS PARA UN HOGAR INTELIGENTE
jumagafloTrabajo14 de Diciembre de 2015
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DISEÑO PARA LA IMPLEMENTACIÓN DE UNA RED DE SENSORES INALAMBRICOS PARA UN HOGAR INTELIGENTE
JUAN MANUEL GAMARRA
DANIEL BORJAS
UNIVERSIDAD COOPERATIVA DE COLOMBIA
PROGRAMA INGENIERÍA DE SISTEMAS
SISTEMAS DINÁMICOS
ARAUCA-ARAUCA
2015
DISEÑO PARA LA IMPLEMENTACIÓN DE UNA RED DE SENSORES INALAMBRICOS PARA UN HOGAR INTELIGENTE
JUAN MANUEL GAMARRA
DANIEL BORJAS
PRESENTADO A: ING. DANIEL MONTES
UNIVERSIDAD COOPERATIVA DE COLOMBIA
PROGRAMA INGENIERÍA DE SISTEMAS
SISTEMAS DINÁMICOS
ARAUCA-ARAUCA
2015
Tabla de contenido
1. INTRODUCCIÓN
2. OBJETIVO GENERAL
2.1. OBJETIVOS ESPECÍFICOS
3. MARCO TEÓRICO
3.1. CONCEPTO
3.2. APLICACIONES POTENCIALES
3.3. ARQUITECTURA DEL SISTEMA WSN
3.4. TOPOLOGÍA DE UNA RED WSN
3.5. COMPONENTES DE UNA RED WSN
4. ANTECEDENTES DE SOFTWARE
5. PROPUESTA DE IMPLEMENTACIÓN EN DOMÓTICA
5.1. Sistema
5.2. Arquitectura
5.2.1. Sistemas Centralizados.
5.2.2. Sistemas Distribuidos
6. CONCLUSIÓN
7. REFERENCIAS
INTRODUCCIÓN
El antecedente de la domótica se remonta al inicio de la prehistoria, cuando los primeros pobladores vivían en cuevas y buscaban una mejora constante de su entorno para satisfacer sus necesidades de seguridad y confort. En la era moderna, la domótica experimentó un gran avance con el advenimiento y desarrollo de la micro-electrónica, y específicamente con la invención de los microprocesadores, permitiéndoles centralizar los mandos y datos de las variables en una unidad de control electrónica y posteriormente en un computador, así mismo, comunicarse con los diversos elementos que conforman el sistema domótico.
En el caso de las redes de sensores inalámbricos (WSN), estas han recibido una gran atención en los últimos años desde los puntos de vista académico e industrial gracias a los avances de la tecnología, en relación con los micro-sensores, redes inalámbricas y el procesamiento de dispositivos embebidos. Las WSN están constituidas por sensores autónomos distribuidos espacialmente con el propósito de ser capaces de comunicarse entre sí con un mínimo de consumo de energía y entregando su colección de datos.
El objetivo de este proyecto es recoger los conceptos principales de la domótica así como hacer un estudio de las principales tecnologías disponibles para redes de sensores aplicadas al control automático de los hogares. Una red de sensores es una red de dispositivos inalámbricos distribuidos por una zona y que utilizan sensores para monitorizar condiciones en diferentes localizaciones. Los dispositivos o nodos se comunican entre ellos (de forma inalámbrica) y con un nodo central de forma que pueden cooperar entre sí y trasmitir la información a otros sistemas de información.
OBJETIVO GENERAL
Desarrollar un modelo de inteligencia basado en la integración de redes de sensores inalámbricos para un hogar inteligente
OBJETIVOS ESPECÍFICOS
- Conocer las características y conceptos de red de sensores inalámbricos
- Diseñar un modelo de inteligencia por medio de redes de sensores inalámbricos
- Validar el modelo a través de la implementación de un prototipo para el seguimiento, control y toma de decisiones en un dominio de aplicación específico.
- Realizar pruebas sobre el prototipo analizando el desempeño de la integración de WSN
MARCO TEÓRICO
CONCEPTO
Una red de sensores inalámbricos (WSN) es una red inalámbrica que consiste en dispositivos distribuidos espaciados autónomos utilizando sensores para monitorear condiciones físicas o ambientales. Un sistema WSN incorpora un gateway que provee conectividad inalámbrica de regreso al mundo de cables y nodos distribuidos (vea Figura 1). El protocolo inalámbrico que seleccione depende en los requerimientos de la aplicación. Algunos de los estándares disponibles incluyen radios de 2.4 GHz basados en los estándares IEEE 802.15.4 o IEEE 802.11 (Wi-Fi) o radios propietarios, los cuales son regularmente de 900 Mhz.
APLICACIONES POTENCIALES
Ingenieros han creado aplicaciones WSN para diferentes áreas incluyendo cuidado de la salud, servicios básicos y monitoreo remoto. En el cuidado de la salud, los dispositivos inalámbricos vuelven menos invasivo el monitoreo a pacientes y posible el cuidado de la salud. Para servicios básicos como electricidad, alumbrado público y ayuntamientos de agua, los sensores inalámbricos ofrecen un método de bajo costo para un sistema de recolección de datos saludable que ayuden a reducir el uso de energía y mejor manejo de recursos. El monitoreo remoto cubre un amplio rango de aplicaciones donde los sistemas inalámbricos pueden complementar sistemas de cable reduciendo costos de cableado y permitiendo nuevos tipos de aplicaciones de medición.
Aplicaciones de monitoreo remoto incluyen:
• Monitoreo ambiental de aire, agua y suelo
• Monitoreo estructural para edificios y puentes
• Monitoreo industrial de maquinas
• Monitoreo de procesos
• Seguimiento de activos
ARQUITECTURA DEL SISTEMA WSN[pic 1]
La tecnología inalámbrica ofrece varias ventajas para aquéllos que requieren construir sistemas cableados e inalámbricos y aprovechan de la mejor tecnología para su aplicación. Para hacer esto, necesita una arquitectura de software flexible como NI LabVIEW, una plataforma gráfica de diseño de sistemas. LabVIEW ofrece la flexibilidad requerida para conectar un amplio rango de dispositivos con cable e inalámbricos.
TOPOLOGÍA DE UNA RED WSN
Los nodos WSN están típicamente organizados en uno de tres tipos de topologías de red. Topología de estrella, cada nodo se conecta directamente al gateway. Topología de árbol, cada nodo se conecta a un nodo de mayor jerarquía en el árbol y después al gateway, los datos son ruteados desde el nodo de menor jerarquía en el árbol hasta el gateway. Finalmente, para ofrecer mayor confiabilidad, las redes tipo malla, la característica de esta topología es que los nodos se pueden conectar a múltiples nodos en el sistema y pasar los datos por el camino disponible de mayor confiabilidad. En enlace malla es referido como un ruteador.
[pic 2]
COMPONENTES DE UNA RED WSN
Un nodo WSN contiene varios componentes técnicos. Estos incluyen el radio, batería, microcontrolador, circuito analógico y una interfaz a sensor. Cuando utilice tecnología de radio WSN, debe hacer compensaciones importantes. En sistemas alimentados con batería, altas tasas de datos y uso frecuente de radio consumen mayor energía. A menudo es un requerimiento tres años de vida de una batería, así que hoy en día muchos de los sistemas WSN están basados en ZigBee debido al bajo consumo de potencia. Debido a que la tecnología de vida de la batería y manejo de potencia están en constante desarrollo y debido al ancho de banda IEEE 802.11 disponible, WiFi es una tecnología interesante.
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