Introducción

Hoy día, entornos tan diversos como plantas industriales, campos agrícolas, hospitales e incluso el hogar, están siendo instrumentados para crecer con sensores para crear espacios inteligentes que se adapten a las necesidades de los usuarios.

Dichos sensores rastrean el movimiento, miden la temperatura, sonido, luz, humedad y una gran cantidad de otras variables.

Por otra parte, el desarrollo actual de las comunicaciones inalámbricas permite la implementación de plataformas con capacidad de transmisión y recepción en un tamaño reducido. Más aún, las técnicas de diseño de sistemas electrónicos con bajo consumo energético permiten el funcionamiento de estos dispositivos por periodos relativamente largos empleando baterías. Una de las aplicaciones más recientes que ofrecen un número importante de posibilidades consiste en el desarrollo de redes inalámbricas de sensores.

Existe un número significativo de propuestas para desarrollar redes inalámbricas de sensores. Sin embargo, es posible simplificar la gran mayoría de las mismas al enfoque de la arquitectura de red seleccionada y la funcionalidad de los nodos participantes. El esquema de mayor complejidad asume que los nodos de la red pueden comunicarse con cualquier otro nodo dentro de su área de cobertura de radio. Además, los nodos pueden mandar mensajes a otros nodos que no están al alcance de radio transmitiendo a través de nodos intermediarios. El problema fundamental de este enfoque radica en la complejidad de los nodos. La capacidad de realizar el enrutamiento adecuado requiere el empleo de algoritmos locales y por tanto, la utilización de la energía almacenada en la batería.

Debido a las razones expuestas anteriormente, es más factible desarrollar redes inalámbricas de sensores utilizando una arquitectura jerárquica. Esta propuesta reduce la complejidad de los nodos sensores y la transfiere a nodos encargados de recolectar y encaminar la información de interés.

El sistema propuesto presenta características que lo hace tener grandes ventajas sobre sistemas tradicionales. En efecto, tradicionalmente, en los campos de cultivo se han apoyado fuertemente técnicas observacionales, aunque en ocasiones se cuentan con algunos cuantos sensores, estaciones meteorológicas, etc., las cuales permiten tomar algunas muestras, mismas que después se utilizan para extrapolar tendencias y comportamientos. La propuesta de CENI2T consiste en instalar redes de sensores densamente pobladas, las cuales permitirán una granularidad más fina de los muestreos, permitiendo entonces tener modelos y predicciones más precisas. De esta forma, se puede tener una fuerte incidencia en evitar plagas y enfermedades en cultivos, reducir el uso de pesticidas, hacer más eficiente la utilización del agua, alertar sobre posibles daños de heladas, así como aumentar la calidad de la cosecha mediante técnicas mas precisas de cultivo.

Sistema Propuesto
En CENI2T se desarrolla el hardware, herramientas y protocolo de red que harán posible la siguiente generación de redes inalámbricas de sensores que constituirán la base para un gran número de aplicaciones en diferentes entornos.

Los objetivos de diseño se plantean bajo las siguientes características:

  Enfoque jerárquico de red:
Debido a las complejidades de una red ad-hoc, el enfoque inicial de red es una estructura jerárquica. En el nivel más bajo de la jerarquía estarán los nodos sensores, después los nodos concentradores y enseguida una unidad controladora.

  Funcionamiento de bajo consumo energético:
El sistema deberá ser capaz de operar con muy bajo consumo de energía, teniendo como alimentación para cada nodo baterías convencionales utilizadas comúnmente en dispositivos electrónicos de consumo (e.g. baterías AA). Con esta fuente de energía, los nodos deberán poder operar por largos periodos de tiempo, en el orden de meses o años.

 Transferencia de datos multinivel:
Los nodos concentradores se encargarán de recopilar datos obtenidos mediante muestreo por parte de nodos sensores. Una vez recopilados los datos, estos serán enviados hasta una unidad controladora, la cual se encargará de enviar los datos recopilados por todos los nodos concentradores hacia un centro de procesamiento de información, el cual puede ser local o remoto.

  Autoconfiguración:
El sistema deberá ser autoconfigurable. Por esto se entiende que al encenderse los diferentes elementos del sistema establecerán los enlaces necesarios para estar en contacto con otros nodos.

  Autorecuperación:
El sistema debe ser tolerante a fallas y reconfigurable. Por esto se entiende que si uno o mas nodos fallan, el sistema deberá ser capaz e recuperarse de esta situación y seguir funcionando adecuadamente.

  Herramientas del usuario:
El sistema deberá contar con herramientas que permitan conocer el estado global del sistema y sus componentes. Por medio de estas será posible realizar diagnósticos para identificar fallas, determinar comportamientos anómalos, etc.

  Ejecución del Proyecto
Uno de los objetivos principales del proyecto es desarrollar una plataforma propia para la creación de redes inalámbricas de sensores. Esta será una plataforma que podrá adaptarse para ser utilizada en nichos de aplicación específicos: campos agrícolas, hospitales, fabricas, hogar, etc.

Algunos Aspectos Técnicos
 

	Nuestra plataforma hardware tiene una estructura jerárquica que la hace muy adaptable y contribuye a reducir costos.
	En la parte de hardware, un middlewre brinda gran flexibilidad, pues las aplicaciones pueden correr sobre una amplia gama de plataformas.
	Nichos de aplicación
	Aplicaciones agrícolas
	Monitoreo de variables importantes en campos de cultivo, tales como humedad, temperatura, alcalinidad, etc.
	Con esto se conoce con precisión cuándo y cuánto riego aplicar, si es necesario usar pesticidas, etc.
	Se pueden conocer microclimas que afecten la calidad del fruto (e.g. uva para vinos).
	Control de Incendios
	Los sensores hacen posible construir modelos precisos de la propagación de incendios forestales.
	Esto permite tener mejores técnicas para combatir incendios, de manera menos riesgosa y a menor costo.
	Los sensores también monitorean la calidad del aire y la contaminación por incendios.
	Localización en interiores
	Rastreo de personas y recursos materiales dentro de edificios y plantas industriales.
	En hospitales, se puede conocer la ubicación exacta de un médico en caso de emergencia, o de algún equipo especializado.
	Se hacen posible servicios avanzados que toman en cuenta la ubicación para adaptar el entorno.