All-in-One. Plataforma de monitorización de tráfico integrada, de bajo coste e información extendida

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El mercado de la información de tráfico ha triplicado su volumen en los últimos 5 años y se espera un gran crecimiento para los próximos años. Sin embargo, existen algunos campos que aún no han sido completamente estudiados ni explotados, como es el caso de la integración de aforo e identificación. De ahí surge el proyecto All-in-One cuyo objetivo es crear una plataforma de monitorización de tráfico integrada, de bajo coste e información extendida.

Foto All-in-One

La plataforma contará con un dispositivo radar para el conteo de vehículos y un identificador de Bluetooth. Con estos datos se generará un nuevo nivel de información de tráfico al proveer medidas conjuntas de conteo e identificación. Nuestro grupo B105 Electronic Systems Lab es el encargado del diseño e implementación del sensor basado en radar de bajo coste que sea capaz de contar vehículos y dar información de su velocidad. Para ello el módulo radar deberá incluir tanto la electrónica de adaptación de las señales de radiofrecuencia como los módulos de procesamiento y filtrado digitales de éstas.

En el proyecto participan otros grupos de investigación como i3-UPM y CEI, y varias empresas de ingeniería como ACEINSA, KINEO e IPS. Este gran consorcio permitirá la consecución de los objetivos del proyecto al integrar distintos socios expertos en cada uno de los módulos del sistema.

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RALPH: Sistema radar de detección de obstáculos.

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La detección de personas y otros obstáculos a grandes distancias en entornos hostiles mediante sensores de bajo coste es un área de gran interés para muchas aplicaciones. En el laboratorio B105 se ha desarrollado un sistema integrado basado en tecnología radar que permite detectar múltiples objetos simultáneamente en un rango de hasta 25 metros. Se trata de un sensor autónomo, de bajo coste y bajos recursos capaz de proporcionar información de distancia a gran velocidad (100 muestras por segundo) de los objetos que se encuentran en su haz de detección.

Detección multiobjeto con RALPH
Detección multiobjeto con RALPH

 

El sistema integra en una sola plataforma todos los módulos necesarios para la adquisición, adaptación de señal, filtrado, procesamiento, comunicaciones y alimentación; y cuenta con unas dimensiones de 10 cm x 10 cm. Se ha desarrollado de modo que sea útil para distintas aplicaciones y su arquitectura modular permite añadir distintos sensores como los basados en ultrasonidos (de gran precisión en pequeñas distancias). Esta arquitectura permite además la reconfiguración del sistema de manera que se puedan utilizar distintos algoritmos de procesamiento en función del transceptor radar usado, el número de sensores o la aplicación específica.

Diseño y simulación de una antena personalizada del B105

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La banda de frecuencias de 2.45 GHz es una de las más utilizada en la actualidad para implementar comunicaciones inalámbricas. En esta banda se realizan las comunicaciones WiFi, Bluetooth y Zigbee entre otras y es de gran utilidad en el diseño de redes de sensores inalámbricas (WSN) y sistemas empotrados.

Por ello se ha diseñado en el laboratorio B105 una antena resonante a 2.45 GHz que permita su integración en cualquier placa de circuito impreso (PCB). El diseño se ha realizado buscando una máxima miniaturización para facilitar su integración en cualquier PCB, obteniéndose una antena de dimensiones 12mm x  5mm.

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Además, se ha simulado la antena diseñada utilizando el programa CST Studio para comprobar la respuesta en frecuencia y los patrones de radiación para la frecuencia de 2.45 GHz. Se ha obtenido una ganancia máxima de 0.42 dB, y un ancho de banda suficiente en torno a la frecuencia central, que permite mantener la adaptación cercana a 50 ohm ante pequeñas posibles variaciones en las dimensiones ocasionadas en el proceso de fabricación del PCB. Tras el diseño y simulación el siguiente paso será su implementación en un circuito real y la realización de pruebas para verificar su comportammiento.

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S4BIM: SISTEMA DE SENSORIZACIÓN PARA EL SEGUIMIENTO DE CONSTRUCCIÓN UTILIZANDO SERVICIOS BIM

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Este proyecto comenzó a finales del año 2014 y tendrá una duración de 1 año y medio. El consorcio está formado por UPM Telecomunicación y Dragados SA

El proyecto S4BIM tiene como objetivo el desarrollo de un sistema autónomo de sensorización que genere información tridimensional y en tiempo real para el modelado de entornos de construcción. Dichos entornos se integrarán en el modelo BIM de la obra, actualizando su estado. Los objetivos técnicos del proyecto son los siguientes:

  • Estudio y selección de sensores adaptados al entorno que provean información para la localización de objetos en 3 dimensiones.
  • Desarrollo de una plataforma de integración.
  • Desarrollo de una plataforma de comunicaciones fiables para la transmisión de los datos heterogéneos de los distintos sensores.
  • Porcesado cooperativo de la información.
  • Integración del sistema de sensorización con los sistemas y servicios BIM actuales.

S4BIM_2La participación del B105 en este proyecto está enfocada en el diseño e implementación de los módulos de adquisición de datos así como del procesado local de esta información. Además se diseñará la plataforma de comunicaciones encargada de transmitir estos datos de forma fiable.

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Nuevos nodos YetiMote para WSN desarrollados en el B105

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Después de varios meses de desarrollo ya se dispone de los primeros prototipos de los nodos YetiMote implementados en el B105. Estos nodos han sido creados de cara a poder realizar una evaluación del rendimiento del Sistema Operativo (SO) Contiki en una red de sensores real. El objetivo es aplicar estrategias cognitivas en el SO de cara a mejorar el rendimiento del sistema.

El diseño del YetiMote está pensado para reducir al mínimo el consumo en los nodos y proporcionar herramientas para su caracterización. Los módulos que incluye el YetiMote son:

  • Módulo wake-on asíncrono integrado con el transceiver de 433MHz usando la misma antena.
  • Módulo para la medida de la corriente consumida en tiempo de ejecución.
  • Microcontrolador ARM Cortex-M3.
  • Sensor de temperatura y acelerómetro.
  • Interfaz de comunicaciones Micro USB.
  • Slot Micro SD card.
  • Pines de expansión, leds y botones de usuario.

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Thesis: Operating Systems dynamic optimization for Wireless Sensor Networks

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Author: Roberto Rodriguez-Zurrunero

Advisor: Alvaro Araujo Pinto

Synopsis:  Wireless Sensor Networks are composed by multiple tiny nodes with limited resources. It is very important to manage the nodes operation as best as possible. This way it could be possible to improve the global performance with these limited resources. Therefore, an Operating System (OS) may be used to control the hardware and provide hardware abstraction to applications. The basic functionalities of an OS include resource abstractions for various hardware devices, interrupt management, task scheduling, concurrency control, and networking support. With these OS services the developers may program high-level applications independent of the underlying hardware and improving the nodes management. A traditional OS could not be embedded on WSN because they are used on systems with plenty of resources and different requirements. In WSN the resources are limited so an OS should manage them the best possible and it should involve the less overload possible in memory and CPU usage.

This thesis deals with the OS for WSN field. The goal is to take advantage of dynamic optimization of OS to improve some specific WSN parameter such as energy efficiency, processing capacity, flexibility, reliability, security and networking.

Sistemas Operativos para Redes de Sensores Inalámbricas

WSN hardware platforms

En los últimos años ha habido un gran crecimiento en el desarrollo y despliegue de Redes de Sensores Inalámbricas (WSN). Para ello se han utilizado multitud de plataformas hardware para cada aplicación específica, lo cual imposibilita la compatibilidad software entre aplicaciones.

Por ello hemos decidido comenzar una línea de investigación en sistemas operativos (OS) para redes de sensores inalámbricas, donde los recursos son muy limitados. Asimismo se pretende mejorar la eficiencia de las aplicaciones en redes de sensores con las herramientas que proporciona un sistema operativo.

Actualmente existen varios sistemas operativos orientados a redes de sensores inalámbricas y el objetivo es utilizarlos como base de cara a mejorar su funcionalidad para desarrollos futuros. Hay sin embargo multitud de retos para investigar en este campo, como pueden ser: gestión orientada a bajo consumo, interfaces de usuario para desarrolladores, compartición de recursos entre nodos, implementación de múltiples protocolos radio, algoritmos de tiempo real, personalización del sistema por el desarrollador, optimización automática en tiempo de ejecución…

Por ello, estamos trabajando con el sistema operativo Contiki OS para investigar estos retos que se plantean y desarrollar nuevas funcionalidades que se puedan aplicar a futuros despliegues de redes de sennsores.

 

WSN hardware platforms
WSN hardware platforms

An ultra-low wake-on radio receiver for Wireless Sensor Networks

Wake-on receiver

An ultra-low power wake-on receiver has been designed, simulated, implemented and tested. This receiver has been developed for Wireless Sensor Network exploting the sleep mode of the nodes to reduce the average power consumption.

There are some wake-on devices in the literature, but they most lack on flexibility and power consumption. Therefore this receiver has been designed for multiple scenarios to make it easily integrable in any Wireless Sensor Network. A prototype was implemented in PCB using standard components and testing the prototype provides very good operating results, reducing the power consumption of a node up to 1000 times.

Wake-on receiver