H2H: Acceso inalámbrico seguro a dispositivos médicos
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Uno de los proyectos que estamos llevando a cabo en el B105 es el diseño de un sistema de acceso inalámbrico a IMDs (Implantable Medical Devices) controlado por una política de acceso llamada H2H (Heart-To-Heart).

Se trata de un dispositivo que permite el acceso inalámbrico de forma segura a dispositivos médicos como los marcapasos. Aplicando esta política se evitan accesos no autorizados a la vez que se permite acceder a estos dispositivos rápidamente en situaciones de emergencia médica.

Este proyecto comenzó como candidato del Texas Instruments Innovation Challenge – Europe 2015 y finalmente se va a desarrollar como dos Proyectos Fin de Carrera: uno enfocado al diseño de la plataforma hardware, llevado a cabo por Samuel López; y otro a la implementación del software, realizado por Tomás Valencia.

Los avances médicos están haciendo posible el desarrollo de una amplia variedad de dispositivos implantables para tratar enfermedades crónicas, con el marcapasos como el ejemplo más común. Estos pueden ser recargados y configurados de forma no invasiva mediante otros dispositivos externos aunque, desgraciadamente, esta última ventaja es uno de sus mayores inconvenientes, ya que los hace propensos a sufrir ataques.

H2H_black_testUna de las soluciones que existen, la cual implementamos en este proyecto, es la llamada política de acceso Heart-To-Heart. Se trata de una política de acceso “touch to access”, en la que nuestro dispositivo programador es capaz de acceder a un IMD si y sólo si dicho programador tiene un contacto físico significativo con el cuerpo del paciente. La autenticación con el IMD termina cuando el programador deja de estar en contacto con él.

Para realizar el acceso, el programador mide la señal eléctrica del corazón. Cuando se intenta acceder al IMD, este realiza su propia medida y la compara con la del programador. Si ambas son lo suficientemente parecidas, el programador obtiene acceso al dispositivo. En el caso de que el paciente se encuentre en una situación de emergencia médica, el IMD lo detecta y entra en modo promiscuo permitiendo a cualquier programador acceder a él, ya que se entiende que el riesgo de ataque es irrelevante en dicha situación.

Este esquema proporciona un equilibrio entre los requisitos de permisividad durante emergencias y de resistencia a ataques. Además, su política de acceso intenta seguir una regla de sentido común: la posibilidad de tener acceso físico a una persona implica la posibilidad de hacerle daño o curarle.

TFG: Implementación de estrategias de optimización en un banco de pruebas para redes inalámbricas de sensores cognitivas
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El trabajo desarrollado en este Trabajo Fin de Grado titulado “Implementación de estrategias de optimización en un banco de pruebas para redes inalámbricas de sensores cognitivas” ha consistido en la implementación de dos estrategias de optimización desarrolladas en el B105. El primero, desarrollado por Jblesa, se engloba en el área de la seguridad, detectando nodos que se hagan pasar por usuarios primarios de la red. El segundo, desarrollado por Elena, se centra en la reducción del consumo de los nodos de la red haciendo uso de la teoría de juegos. Estas dos estrategias se han implementado en el nodo cognitivo del laboratorio, el cNGD.

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Vista superior del cognitive New Generation Device, cNGD

Para la realización del trabajo se ha tenido que estudiar en profundidad tanto el hardware como el software que se ha utilizado siendo la parte más importante la arquitectura cognitiva que fue desarrollada a partir del Connectivity Brokerage e implementada en el cNGD en trabajos posteriores. Dicha arquitectura la podemos ver a continuación.

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Arquitectura cognitiva implementada en el cNGD

Para la implementación se han tenido que desarrollar las funciones necesarias dentro de esta arquitectura cognitiva. Esto engloba tanto la creación de nuevas funciones como la adaptación de otras ya implementadas en el nodo. Además, se han tenido que tomar decisiones en cuanto al formato de los mensajes que se enviaban los nodos, los mensajes que se envían entre sub-módulos de la arquitectura cognitiva y el almacenamiento de los datos necesarios para la ejecución de las estrategias. Un ejemplo de paso de mensajes entre sub-módulos es el siguiente.

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Ejemplo de paso de mensajes entre sub-módulos de la arquitectura cognitiva

Por último, se ha realizado una aplicación demostradora que muestra el funcionamiento del sistema mediante la modificación de ciertos parámetros de transmisión. Con esta aplicación se han realizado diferentes pruebas de funcionamiento en los nodos comprobando la validez de la implementación.

TFG: Diseño, desarrollo e implementación de un sistema de adquisición, almacenamiento y presentación de los datos obtenidos de una red de sensores inalámbricos
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El objetivo de este Trabajo Fin de Grado es el diseño e implementación un sistema que adquiera, procese y almacene los datos obtenidos de la WSN y los presente a través de un servidor Web que permita consultar datos en tiempo real y en un histórico, así como envío de parámetros de control, con los que configurar la WSN.

El proyecto se basará en una red de sensores inalámbricos desarrollada de forma simultanea en otro Trabajo Fin de Grado, compuesta por dos tipos de nodos, Prometheus y Boucherot. Los nodos Prometheus se encargarán de medir valores como presencia y temperatura, además de estado de sus baterías, mientras que los Boucherot monitorizarán el consumo de todo dispositivo conectado a ellos. Asimismo, los nodos Boucherot también implementan una serie de actuadores que permiten el encendido y apagado de los aparatos conectados a los mismos. Esta red presenta además una serie de comandos que permiten configurar ciertos parámetros de medida de la red y del estado de sus nodos.

Para la implementación del sistema se ha recurrido a distintas herramientas:

  • Desarrollo de script en Python para adquisición, procesado y almacenamiento en base de datos. Así como el envío de comandos de control a la red inalámbrica. Se han empleado los módulos serial, sqlite3 y pynotify.
  • Desarrollo del servidor Web en Node.js, que sirve paginas con información de la red, información de las medidas en tiempo real y en un histórico, con módulos: socket.io, sqlite3, http-auth entre otros.
  • Diseño de las paginas web que se muestran en el cliente basadas en distintos frameworks como: Bootstrap 3, graficas de HighCharts, y tablas con Datatables y jQuery.

A continuación se muestra una breve descripción de la interfaz del sistema con el usuario, que se realiza a través de una serie de paginas web:

DOMOLabo B105_TrealPágina que muestra dinámicamente las medidas en Tiempo Real tomadas por la WSN

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Página que muestra Histórico de las medidas tomadas por la WSN

Ambas páginas, constan de una serie de gráficas que muestran las medidas tomadas por la WSN. Cada gráfica agrupa a todos los sensores de un tipo y permite seleccionar los nodos que se desean visualizar en la leyenda. Además permite hacer zoom en la gráfica, bien seleccionando sobre ella o bien pulsando alguno de los botones de la esquina superior izquierda de la gráfica. También es posible exportar datos en distintos formatos, .pdf, .png, .svg, etc. gracias al botón situado en la esquina superior derecha.

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Página que muestra información y permite el control de la WSN

Esta pagina consta de una tabla principal donde se muestra información de todos los nodos de la red (identificadores, tipos de sensores presentes, localización del sensor y estado de la batería y de sus actuadores). En la parte inferior de la tabla se encuentra un formulario que permite añadir nuevos sensores al sistema.

En la parte superior de la tabla se presenta un conjunto de botones que permiten el envío de una serie de comandos de control a la red (Relé, Configurar el tiempo que un nodo permanece dormido y en estado activo, actuar sobre el relé y/o los leds, etc.). Estos comandos se envían al nodo AP de la red que se encarga de enviarlos al nodo que corresponda.

También se ha implementado una autenticación de usuarios, para el control de acceso a funciones de configuración de la red y del sistema. Para los usuarios no administradores el aspecto es ligeramente diferente al presentado, ya que las funciones de control están desactivadas y no se permite la incorporación de nuevos sensores al sistema. Sin embargo la tabla es visible y se permite como en el caso anterior consultar e imprimir el estado de la red.

Se ha tenido especial interés en implementar un sistema modular, en el cual la caída de un modulo no imposibilite el normal funcionamiento del resto. Escalable, donde se puedan gestionar múltiples peticiones simultaneas de usuarios con distintos dispositivos y necesidades de consulta. Primando también la versatilidad del sistema respecto a la red de la que se adquieran los datos.

El sistema se ha dimensionado ampliamente para soportar una red con mas de 100 sensores y almacenar datos durante varias décadas, con tiempos de medida de 1 minuto para los sensores.

 

TFG: Implementación de un servicio para entornos inteligentes sobre una red de sensores inalámbricos
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El objetivo de este Trabajo Fin de Grado es desplegar una red de sensores inalámbricos para monitorizar múltiples parámetros en los espacios B104 y B105. Ésto ofrecerá una serie de funcionalidades a los usuarios de los laboratorios, como conocer la ocupación de ciertos puestos de trabajo, el consumo de determinados dispositivos y la temperatura en cada una de sus salas.

El proyecto se basará en una red de sensores inalámbricos previamente desarrollada en el Laboratorio B105, compuesta por dos tipos de nodos, Prometheus y Boucherot. Los nodos Prometheus se encargarán de medir valores como presencia y temperatura, además de estado de sus baterías, mientras que los Boucherot monitorizarán el consumo de todo dispositivo conectado a ellos. Asimismo, los nodos Boucherot también implementan una serie de actuadores que permiten el encendido y apagado de los aparatos conectados a los mismos.

Por otro lado, todas las versiones de Firmware creadas para los nodos se basa en el protocolo de comunicaciones Simpliciti, desarrollado por Texas Instruments. Gracias a este protocolo, el desarrollo del código se simplifica al abstraer todo lo correspondiente a las comunicaciones inalámbricas. Cabe destacar, que uno de los nodos Prometheus implementará una versión de código diferente, ésta tendrá como misión gestionar al resto de los nodos, además de ejecutar los  comandos de gestión de red que pueda recibir.

Plataforma Previa

Los nodos Boucherot son los nodos más voluminosos, al trabajar con altos niveles de potencia.

La red de nodos se ha revisado en profundidad, tanto a nivel software como hardware, modificando al mismo tiempo las carcasas de los nodos Prometheus para facilitar su instalación. Se ha  modelado un brazo de giro que permitirá un ajuste más preciso del haz de cobertura de los sensores de presencia, para optimizar el espacio monitorizado por estos. Además, se ha implementado una hendidura para posibilitar su amarre a la pared gracias a un único tornillo. Se han empleado los programas Tinkercad, para el modelado de las carcasas, y Cura, para la obtención del formato adecuado para su impresión en 3D.

Caja Prometheus Vista 2

Caja Prometheus, Vista 1

Caja Prometheus Vista 1

Caja Prometheus, Vista 2

Asimismo, se ha creado una tapa direccional, la cual se instalará en un número reducido de nodos, que permite monitorizar la presencia en espacios físicos mucho más reducidos. Para ello, se ha creado una estructura cónica que consigue focalizar el haz de detección del sensor de presencia, y de esta forma, cubrir espacios tan acotados como podría ser el puesto de soldadura del laboratorio B105.

Tapa Direccional

Tapa Direccional para nodos Prometheus

Se ha tenido especial interés en intentar que la red sea capaz de autogestionarse. Es decir, que ante un fallo de cobertura , interferencia, o reinicialización de alguno de los nodos, la red sea capaz de reconfigurarse y seguir ofreciendo sus servicios de una forma autónoma.

En base a la naturaleza de las muestras, la red se ha red se ha configurado para que todo nodo tome una muestra por minuto. Ajustando al mismo tiempo, los periodos de bajo consumo de los nodos Prometheus para asegurar una vida útil de más de medio año, antes de tener que recargar o sustituir las baterías de los mismos.

Finalmente, cabe destacar que las tarea de procesar, almacenar y representar gráficamente las muestras obtenidas, además de posibilitar la configuración de la red de forma remota, serán implementados en otro Trabajo Fin de Grado.

TFG: Diseño e implementación de una pasarela de comunicaciones entre un teléfono móvil inteligente y una red de sensores inalámbricos
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El objetivo de este Trabajo Fin de Grado es el diseño e implementación de una pasarela de comunicaciones entre un teléfono móvil inteligente y una WSN. Esta pasarela de comunicaciones, llamada Portable Gateway Node (PGN), permitirá la conexión con un teléfono móvil a través de USB y la conexión con una WSN a través de una interfaz de RF.

Tras el diseño del PGN, el layout de la PCB de este sistema ha sido desarrollado utilizando la herramienta Altium Designer. Posteriormente, los componentes seleccionados fueron soldados y se realizaron las pruebas necesarias al HW de este sistema. Además, una caja impresa en 3D ha sido desarrollada utilizando la herramienta online Tinkercad.

Por otra parte, una aplicación para el S.O. Android ha sido desarrollada para permitir la comunicación con el PGN, y de esta manera, con la WSN. Esta aplicación permitirá conectarse a un dispositivo USB, el PGN en nuestro escenario, y posteriormente permitirá al usuario enviar y recibir mensajes de dicho dispositivo. Esta aplicación, llamada PGN Network Manager, ha sido desarrollada en Java utilizando la herramienta Android Studio.

Para realizar las pruebas al sistema desarrollado se han utilizado los nodos Prometeo, una WSN desarrollada en el B105 para un proyecto anterior y que han sido utilizados para poder testear nuestro sistema. Tanto el PGN como los nodos Prometeo han sido programados para utilizar el protocolo de red SimpliciTI. Dicho protocolo es un protocolo de red sencillo y enfocado a WSN de bajo consumo desarrollado y ofrecido por Texas Instruments.

El escenario de test ha demostrado que el proyecto ha sido un éxito, permitiendo la conexión a una WSN de forma remota a través de un smartphone.

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