PROYECTO DE TITULACIÓN INGENIERO EN...
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UNIVERSIDAD DE GUAYAQUIL FACULTAD DE CIENCIAS MATEMÁTICAS Y FÍSICAS CARRERA DE INGENIERÍA EN NETWORKING Y TELECOMUNICACIONES DISEÑO DE UNA RED DE SENSORES INALÁMBRICOS PARA EL CONTROL Y MONITOREO DE DETECCIÓN Y PREVENCIÓN DE INCENDIOS EN HOGARES CAUSADOS POR FUGA DE GAS. PROYECTO DE TITULACIÓN Previa a la obtención del Título de: INGENIERO EN NETWORKING Y TELECOMUNICACIONES AUTOR: Johanna Vanessa Murillo Bravo TUTOR: Ing. Jorge Jaramillo, MSc. GUAYAQUIL – ECUADOR 2016
Transcript of PROYECTO DE TITULACIÓN INGENIERO EN...
UNIVERSIDAD DE GUAYAQUIL
FACULTAD DE CIENCIAS MATEMÁTICAS Y FÍSICAS
CARRERA DE INGENIERÍA EN NETWORKING Y
TELECOMUNICACIONES
DISEÑO DE UNA RED DE SENSORES INALÁMBRICOS PARA EL
CONTROL Y MONITOREO DE DETECCIÓN Y PREVENCIÓN DE
INCENDIOS EN HOGARES CAUSADOS POR FUGA DE GAS.
PROYECTO DE TITULACIÓN
Previa a la obtención del Título de:
INGENIERO EN NETWORKING Y
TELECOMUNICACIONES
AUTOR: Johanna Vanessa Murillo Bravo
TUTOR: Ing. Jorge Jaramillo, MSc.
GUAYAQUIL – ECUADOR
2016
REPOSITORIO NACIONAL EN CIENCIAS Y TECNOLOGIA
FICHA DE REGISTRO DE TESIS
TITULO: “DISEÑO DE UNA RED DE SENSORES INALÁMBRICOS
PARA EL CONTROL Y MONITOREO DE DETECCIÓN Y
PREVENCIÓN DE INCENDIOS EN HOGARES CAUSADOS POR FUGA
DE GAS.”
REVISORES:
INSTITUCIÒN: UNIVERSIDAD
DE GUAYAQUIL
FACULTAD: CIENCIAS
MATEMÁTICAS Y FÍSICAS.
CARRERA: INGENIERÍA EN NETWORKING Y
TELECOMUNICACIONES
FECHA DE PUBLICACIÓN: Nº DE PAGS:
AREA TEMÁTICA:
PALABRAS CLAVES:WSN, ZIGBEE,MOTAS
RESUMEN: En el presente proyecto se realizó el diseño de una red de
sensores inalámbricos diseñada para una casa cuyas características son
las de una vivienda social asemejándola así a la realidad de las personas
encuestadas. Se utilizó el programa AutoCAD en el que se especifica la
red de sensores y alarmas que van a alertar a las amas de casa y a los
habitantes de las mismas para prevenir un incendio a causa de una fuga
de gas doméstico.
Luego de realizar este diseño se analizó un sistema de notificaciones de
alarma que va a permitir realizar el control y monitorio de la red en tiempo
real y de esta forma poder alertar a sus usuarios con mensajes de texto y
alarmas de sonido de los inconvenientes suscitados en la vivienda.
Y por último y no por eso menos importante se realiza la simulación de la
red de sensores en una plataforma de simulación en la cual podemos
verificar la instalación de las motas y el manejo de tráfico de la red.
Nº DE REGISTRO: Nº DE CLASIFICACIÓN:
DIRECCIÓN URL:
ADJUNTO PDF: SI
NO
CONTACTO CON AUTOR: Teléfono:
2987007-
099325493
6
E-
mail:vanne232608@hotmai
l.com
CONTACTO DE LA
INSTITUCIÓN:
Nombre:
Teléfono:
I
APROBACION DEL TUTOR
En mi calidad de Tutor del trabajo de titulación, he podido constatar que se
ha elaborado por la Sra., Johanna Vanessa Murillo Bravo realizó el
Diseño de una red de sensores inalámbricos para el control y monitoreo de
detección y prevención de incendios en hogares causados por fuga de gas
como estudiante
de la Carrera de Ingeniería en Networking y Telecomunicaciones, Facultad
de Ciencias Matemáticas y Físicas de la Universidad de Guayaquil, previo
a la obtención del Título de Ingeniero en Networking y Telecomunicaciones,
me permito declarar que luego de haber orientado, estudiado y revisado, la
Apruebo en todas sus partes.
Atentamente
_______________________
Ing. Jorge Jaramillo, MSc.
II
DEDICATORIA
Dedico este proyecto de tesis
en primer lugar a Dios por ser
el pilar fundamental de mi
vida, en segundo lugar a mis
Padres, a mi hermana por su
apoyo incondicional por último
a mi esposo y a mis hijos por
ser mi motor para luchar día a
día por superarme.
III
AGRADECIMIENTO
Un sincero agradecimiento a mis
Padres por apoyarme a mi
esposo y a mi familia en general.
Agradezco a cada uno de mis
maestros por transmitirme sus
enseñanzas, en especial a mi
tutor el cual fue el pilar
fundamental para culminar con
el objetivo planteado en cuanto a
mi carrera.
III
TRIBUNAL PROYECTO DE TITULACIÓN
Ing. Harry Luna, MSc
DIRECTOR DE CINT
Ing. Jorge Jaramillo, MSc
DIRECTOR DEL PROYECTO
Ing. Cristhian Antón, MSc
PROFESOR DEL ÁREA -
TRIBUNAL
Lcda. Viviana del Pino
PROFESOR DEL ÁREA -
TRIBUNAL
Ab. Juan Chávez A. SECRETARIO
IV
DECLARACIÓN EXPRESA
“La responsabilidad del contenido de este Diseño de una red de sensores
inalámbricos para el control y monitoreo de detección y prevención de
incendios en hogares causados por fuga de gas, me corresponden
exclusivamente; y el patrimonio intelectual de la misma a la UNIVERSIDAD
DE GUAYAQUIL”
JOHANNA VANESSA MURILLO BRAVO
V
.
UNIVERSIDAD DE GUAYAQUIL FACULTAD DE CIENCIAS MATEMÁTICAS Y FÍSICAS
CARRERA DE INGENIERÍA EN NETWORKING Y
TELECOMUNICACIONES
DISEÑO DE UNA RED DE SENSORES INALÁMBRICOS PARA EL
CONTROL Y MONITOREO DE DETECCIÓN Y PREVENCIÓN
DE INCENDIOS EN HOGARES CAUSADOS
POR FUGA DE GAS.
DISEÑO DE UNA RED DE SENSORES INALÁMBRICOS PARA EL
CONTROL Y MONITOREO DE DETECCIÓN Y PREVENCIÓN DE
INCENDIOS EN HOGARES CAUSADOS POR FUGA DE GAS.
Que se presenta como requisito para optar por el título de Ingeniería en
Networking y Telecomunicaciones.
Autor/a: JOHANNA VANESSA MURILLO BRAVO
C.I.092607739-7
Tutor: Ing. JORGE JARAMILLO, MSc
VI
Guayaquil, 19 de abril de 2016
CERTIFICADO DE ACEPTACIÓN DEL TUTOR
En mi calidad de Tutor del Proyecto de Titulación “Diseño de una red de
sensores inalámbricos para el control y monitoreo de detección y
prevención de incendios en hogares causados por fuga de gas”,
nombrado por el Consejo Directivo de la Facultad de Ciencias Matemáticas
y Físicas de la Universidad de Guayaquil.
CERTIFICO:
Que he analizado el Diseño de una red de sensores inalámbricos
para el control y monitoreo de detección y prevención de incendios
en hogares causados por fuga de gas.
Presentado por la estudiante JOHANNA VANESSA MURILLO BRAVO,
como requisito previo para optar por el título de Ingeniero en Networking y
Telecomunicaciones cuyo problema es:
Incendio en hogares por la fuga de gas domestico
Considero aprobado el trabajo en su totalidad.
Presentado por: JOHANNA VANESSA MURILLO BRAVO Cédula de ciudadanía N°0926077397
Tutor: _Ing. JORGE JARAMILLO, MSc
VII
Guayaquil, 19 de abril de 2016
UNIVERSIDAD DE GUAYAQUIL FACULTAD DE CIENCIAS MATEMÁTICAS Y FÍSICAS
CARRERA DE INGENIERIA EN NETWORKING Y TELECOMUNICACIONES
AUTORIZACIÓN PARA PUBLICACIÓN DEL DISEÑO DE
UNA RED DE SENSORES INALÁMBRICOS PARA EL
CONTROL Y MONITOREO DE DETECCIÓN Y PREVENCIÓN
DE INCENDIOS EN HOGARES CAUSADOS POR FUGA DE
GAS.
En Formato Digital
1. Identificación del Proyecto de Titulación
Nombre Alumno: Johanna Vanessa Murillo Bravo
Dirección: Pascuales Coop. Vilcabamba Mz365 Sl 22
Teléfono: 2987007- 0993254936 E-mail: [email protected]
Facultad: De Ciencias Matemáticas y Físicas
Carrera: Ingeniería en Networking y Telecomunicaciones
Proyecto de titulación al que opta:
Profesor tutor: Ing. Jorge Jaramillo, MSc
Título del Proyecto de titulación: DISEÑO DE UNA RED DE
SENSORES INALÁMBRICOS PARA EL CONTROL Y MONITOREO
DE DETECCIÓN Y PREVENCIÓN DE INCENDIOS EN HOGARES
CAUSADOS POR FUGA DE GAS.
VIII
Tema del Proyecto de Titulación:
2. Autorización de Publicación de Versión Electrónica del Proyecto de Titulación
A través de este medio autorizo a la Biblioteca de la Universidad de
Guayaquil y a la Facultad de Ciencias Matemáticas y Físicas a publicar la
versión electrónica de este Diseño de una red de sensores
inalámbricos para el control y monitoreo de detección y prevención
de incendios en hogares causados por fuga de gas.
. Publicación electrónica:
Inmediata Después de 1 año
Firma Alumno:
3. Forma de envío: El texto del Diseño de una red de sensores inalámbricos para el control y
monitoreo de detección y prevención de incendios en hogares causados
por fuga de gas debe ser enviado en formato Word, como archivo .Doc.
O.RTF y .Puf para PC. Las imágenes que la acompañen pueden ser: .gif,
.jpg o .TIFF.
DVDROM CDROM
IX
ÍNDICE GENERAL
Contenido APROBACION DEL TUTOR ................................................................................. I
DEDICATORIA ...................................................................................................... I
AGRADECIMIENTO ............................................................................................ II
TRIBUNAL PROYECTO DE TITULACIÓN ..................................................... III
DECLARACIÓN EXPRESA .................................................................................. I
CERTIFICADO DE ACEPTACIÓN DEL TUTOR............................................. VI
AUTORIZACIÓN PARA PUBLICACIÓN ........................................................ VII
ÍNDICE GENERAL.............................................................................................. IX
ÍNDICE DE CUADROS ...................................................................................... XII
ÍNDICE DE GRÁFICOS .................................................................................... XIII
Resumen ................................................................................................................... i
Abstract ................................................................................................................... ii
INTRODUCCIÓN ................................................................................................. iii
CAPÍTULO I ........................................................................................................... 1
El Problema ......................................................................................................... 1
Planteamiento Del Problema ............................................................................... 1
Situación Conflicto Nudos Críticos ................................................................ 2
Causas y Consecuencias del Problema ........................................................... 2
Delimitación del Problema .............................................................................. 3
Formulación del Problema .............................................................................. 4
Evaluación del Problema................................................................................. 5
Variables de la Investigación .......................................................................... 6
Objetivos ......................................................................................................... 7
Alcances Del Problema ................................................................................... 7
Justificación e Importancia ............................................................................ 8
CAPÍTULO II ....................................................................................................... 10
Marco Teórico ................................................................................................... 10
Antecedentes Del Estudio ............................................................................. 10
FUNDAMENTACIÓN TEÓRICA ....................................................................... 12
Redes WSN (Redes De Sensores Inalámbricas) ........................................... 12
MARCO HISTÓRICO ...................................................................................... 12
X
Historia de las Redes WSN ........................................................................... 12
¿QUÉ ES UNA RED DE SENSORES INALÁMBRICOS? ............................ 13
Elementos de una WSN ................................................................................ 14
Ventajas ......................................................................................................... 17
Desventajas ................................................................................................... 17
Características de una red de sensores .......................................................... 18
Aplicaciones: ................................................................................................. 21
Topología ...................................................................................................... 24
COMPONENTES DE UN NODO WSN ...................................................... 25
MOTAS ......................................................................................................... 27
Motas comerciales ......................................................................................... 27
Mica............................................................................................................... 27
Sensores de gas: ............................................................................................ 30
PROTOCOLO ZIGBEE ............................................................................... 32
Sistemas operativos para redes de sensores inalámbricos ............................. 33
Contiki ............................................................................................................... 34
Módulo de gestión de energía ....................................................................... 35
Características principales ............................................................................. 35
GAS DOMESTICO ...................................................................................... 36
FUNDAMENTACIÓN LEGAL ....................................................................... 38
Hipótesis preguntas a contestarse...................................................................... 41
Definiciones conceptuales ................................................................................. 41
CAPÍTULO III ...................................................................................................... 43
PROPUESTA TECNOLÓGICA ...................................................................... 43
ANÁLISIS DE FACTIBILIDAD ................................................................. 44
Factibilidad Operacional ............................................................................... 45
Factibilidad técnica ....................................................................................... 46
Software ........................................................................................................ 48
Factibilidad Legal.......................................................................................... 48
Factibilidad Económica ................................................................................. 49
Costo del proyecto......................................................................................... 50
ETAPA DE LA METODOLOGÍA DEL PROYECTO ........................................ 51
Estrategia de servicio: ................................................................................... 52
Diseño del servicio: ....................................................................................... 52
XI
Transición del servicio. ................................................................................. 52
Operación del servicio................................................................................... 53
Mejora continua del servicio ......................................................................... 53
Entregables del proyecto ....................................................................................... 54
Estrategia de servicio. ................................................................................... 54
Diseño del servicio. ....................................................................................... 54
Contiki OS ..................................................................................................... 55
Módulo de Gestión de energía ...................................................................... 55
Transición del servicio. ................................................................................. 60
Análisis del Control y Monitoreo de la Red ................................................. 60
Operación del servicio................................................................................... 63
CRITERIO PARA LA ELABORACIÓN DE LA PROPUESTA ........................ 64
CRITERIOS DE LA VALIDACION PROPUESTA ................................... 64
POBLACION Y MUESTRA ........................................................................ 65
TECNICA DEL MUESTREO ...................................................................... 66
INSTRUMENTOS DE RECOLECCIÓN DE DATOS ................................ 69
Análisis de resultado ..................................................................................... 70
CAPÍTULO IV ...................................................................................................... 75
Criterios de aceptación del producto o Servicio ............................................... 75
Técnico Instalador ......................................................................................... 75
Usuario .......................................................................................................... 75
Calidad del servicio ....................................................................................... 76
CONCLUSIONES ............................................................................................ 77
Recomendaciones .............................................................................................. 78
BIBLIOGRAFÍA .................................................................................................. 79
Trabajos citados .................................................................................................... 79
ANEXOS .............................................................................................................. 82
ANEXO 2 .......................................................................................................... 83
MANUAL TECNICO Y DE INSTALACION ................................................. 83
Instalación de Ubuntu ................................................................................... 83
Instalación de contiki os ................................................................................ 88
XII
ÍNDICE DE CUADROS
Pág. CUADRO 1 Características de las motas 37 CUADRO 2 Especificaciones técnicas del Hardware 47 CUADRO 3 Especificaciones técnicas del Software 48 CUADRO 4 Costo del proyecto 50 CUADRO 5 Costo de pérdidas causadas por incendios 50 CUADRO 6 Cuadro Poblacional 65 CUADRO 7 Cuadro de Muestra 69 CUADRO 8 Pregunta 1: Análisis de Resultado 70
CUADRO 9 Pregunta 2: Análisis de Resultado 71
CUADRO 10 Pregunta 3: Análisis de Resultado 72
CUADRO 11 Pregunta 4: Análisis de Resultado 73
CUADRO 12 Pregunta 5: Análisis de Resultado 73
XIII
ÍNDICE DE GRÁFICOS
Pág.
GRÁFICO 1 Red WSN 14 GRÁFICO 2 Elementos de una WSN 15
GRÁFICO 3 Funciones y Características de una red WSN 18
GRÁFICO 4 Aplicaciones para el uso de WSN 23
GRÁFICO 5 Topología de una red WSN 25
GRÁFICO 6 Componentes de un sensor de nodos WSN 26
GRÁFICO 7 Mica 28
GRÁFICO 8 Sensor MDA100 28
GRÁFICO 9 Waspmote 29
GRÁFICO 10 Sensores de gas 30
GRÁFICO 11
Aplicaciones protocolo zigbee: 33
XIV
GRÁFICO 12 Visualización de Salida del módulo PowerTrace 56
GRÁFICO 13 Diseño de Vivienda con red de sensores inalámbricos 59
GRÁFICO 14 Comunicación entre el sensor y la alarma 60
GRÁFICO 15 Alarma de mensajes y llamadas 61
GRÁFICO 16 Alarma de Sonidos 62
GRÁFICO 17 Alarma de Sonidos 62
GRÁFICO 18 Diseño Final de la red propuesta 63
i
UNIVERSIDAD DE GUAYAQUIL
FACULTAD DE CIENCIAS MATEMÁTICAS Y FÍSICAS
CARRERA DE INGENIERÍA EN NETWORKING Y TELECOMUNICACIONES
DISEÑO DE UNA RED DE SENSORES INALÁMBRICOS PARA EL
CONTROL Y MONITOREO DE DETECCIÓN Y PREVENCIÓN DE
INCENDIOS EN HOGARES CAUSADOS POR FUGA DE GAS.
Resumen
En el presente proyecto se realizó el diseño de una red de sensores
inalámbricos diseñada para una casa cuyas características son las de una
vivienda social asemejándola así a la realidad de las personas
encuestadas. Se utilizó el programa AutoCAD en el que se especifica la red
de sensores y alarmas que van a alertar a las amas de casa y a los
habitantes de las mismas para prevenir un incendio a causa de una fuga
de gas doméstico.
Luego de realizar este diseño se analizó un sistema de notificaciones de
alarma que va a permitir realizar el control y monitorio de la red en tiempo
real y de esta forma poder alertar a sus usuarios con mensajes de texto y
alarmas de sonido de los inconvenientes suscitados en la vivienda.
Y por último y no por eso menos importante se realiza la simulación de la
red de sensores en una plataforma en la cual podemos verificar la
instalación de las motas y el manejo de tráfico de la red.
Autor: Johanna Vanessa Murillo Bravo
Tutor: Ing. Jorge Jaramillo, MSc.
ii
UNIVERSIDAD DE GUAYAQUIL
FACULTAD DE CIENCIAS MATEMÁTICAS Y FÍSICAS
CARRERA DE INGENIERÍA EN NETWORKING Y TELECOMUNICACIONES
DESIGNING A WIRELESS SENSOR NETWORK FOR CONTROL AND
MONITORING DETECTION AND PREVENTION OF HOME FIRES
CAUSED BY GAS LEAK.
Abstract
In this project, the design of a wireless sensor network was made; this
network was designed for a house whose characteristics are those of a
social housing similar to the reality of the people surveyed. Itwas used
AutoCadwhere it is specified the sensors and alarms’ network that will alert
housewives and the rest of inhabitants of a fire caused by a gas leak.
After making this design, a system of alarm notifications was analyzed to
perform the control and monitoringof the network in real time so they thus
be able to alert users with text messages and sound alarms in case of any
inconvenient occurring in the house.
Finally, it was made the simulation of the sensors’ network at a platform
where it was possible to check the buttes/specks installation and
management of network traffic.
Autor: Johanna Vanessa Murillo Bravo
Tutor: Ing. Jorge Jaramillo, MSc
iii
INTRODUCCIÓN
En este proyecto se detalla el diseño de una red de sensores inalámbricos la cual
permitirá realizar el control y monitoreo para prevenir los accidentes causados por
la fuga de gas doméstico.
Por lo cual detallaremos el contenido de cada capítulo para el cumplimiento de
cada objetivo.
Capitulo1: En este capítulo se analiza el problema, las causas y consecuencias
de las fugas de gas doméstico, la delimitación del problema y todo en cuanto al
análisis de la problemática y alcance del proyecto incluyendo los objetivos.
Capitulo2: En este capítulo se detalla un estudio enfocado en el marco teórico,
conceptos, investigación y análisis de estándares, dispositivos, topologías,
aplicaciones y sistemas operativos utilizados por la redes WSN todo esto para
trabajar con bases solventes y confiables y poder así llegar al alcance propuesto.
Capitulo3: En este capítulo se realiza un estudio de investigación, metodologías
utilizadas y un estudio de factibilidad propio del proyecto esto para medir la
factibilidad tanto económica, operaciones, técnica e incluso legal del proyecto que
se está diseñando.
A su vez también se realiza el manual técnico y se diseña la red propia de
sensores inalámbricos y de esta forma alcanzar el objetivo propuesto.
iv
Por ultimo en el capítulo 4 se considera un estudio sobre el criterio de aceptación
del producto, las conclusiones y recomendaciones propias del proyecto antes
expuesto.
1
CAPÍTULO I
El Problema
Planteamiento Del Problema
A los largo de los años se han presentado diversos incendios causados por la
fuga de gas en los hogares, que no solo provocan grandes incendios sino también
asfixiar a sus habitantes al inhalar el aire contaminado.
Las principales causas de incendio se dan por fuga de gas "Estos incidentes
pueden ocurrir por diversos factores. La válvula o la manguera en mal estado,
abrazaderas mal ajustadas, perillas de la cocina que pudieron haber quedado
encendidas", esto según las especificaciones del Cuerpo de
Bomberos.(Bomberos, 2015)
Estos problemas de incendios no solo ponen en peligro los bienes materiales sino
también la vida de seres humanos, la integridad y la vida de las familias que
habitan dicho lugar.
Otro de los inconvenientes causados por la fuga de gas son las asfixias de las
personas que muchas veces habitan en lugares cerrados, al no tener una entrada
de aire puro, el gas toma fuerza debilitando la capacidad de respirar por lo cual
los pulmones se llenan de dióxido de carbono provocando así complicaciones
graves en su cerebro o hasta la muerte.
Según los reportes del Cuerpo de Bomberos(Bomberos, 2015) la mayor parte de
flagelos en casas se da por fuga de gas, tal es así que uno de los últimos incendios
2
desarrollado en la ciudad de Ibarra provincia de Imbabura se dio por esta causa
dejando al menos a 16 personas sin vivienda.
Esto es solo uno de los tantos casos que se dan en nuestro país. Según
estadísticas del Cuerpo de Bomberos en lo que va del 2015 se han registrado 22
casos de incendios por fuga de gas doméstico en Quito, perjudicando a las
personas que habitan en estos lugares tanto en la parte material como en la
emocional pues muchos han terminado con vidas humanas.
Situación Conflicto Nudos Críticos
Los hogares son los lugares que más casos de incendios han presentado ya sea
por descuido de las personas o por alguna falla técnica en las tuberías de gas
doméstico. Al producirse dichas fugas causan grandes incendios y daño en las
vidas humanas.
Si bien es cierto nuestro país está tratando de pasar a un siguiente nivel al utilizar
cocinas de inducción, muchas de las personas e incluso muchos locales
comerciales seguirán utilizando gas doméstico motivo por el cual es necesario
prevenir incendios que pueden causar daños irreparables para nosotros.
Causas y Consecuencias del Problema
Según el problema planteado se han definido las causas y consecuencias para
el problema planteado.
Causas:
- Descuido por parte de las amas de casa al dejar las hornillas
abiertas.
3
- Averías o fisuras en las mangueras y abrazaderas mal ajustadas al
no realizar un mantenimiento preventivo.
- Tardanza en las unidades de bomberos para combatir el flagelo.
- Fuertes incendios que ponen en peligro los bienes materiales de las
personas que habitan en las viviendas.
Consecuencias:
- Contaminación del ambiente por la presencia de gas doméstico.
- Daños irreparables en las tuberías y mangueras de los cilindros de
gas.
- Incendios que toman más fuerza al no existir un equipo que controle
el flagelo provocando pérdidas materiales y humanas.
- Familias damnificadas por la pérdida de sus viviendas.
Delimitación del Problema
Durante muchos años se han presentados estadísticas de incendios por
causa de fuga de gas doméstico las cuales han afectado a las comunidades
de forma general. Es así, que hoy en día se está presentando una nueva
opción como es la cocina de inducción aunque lastimosamente muchas
familias prefieran seguir utilizando las cocinas antiguas al igual que
comerciales.
En virtud de aquello es necesario contar con una red de sensores
inalámbricos que permitan el control y monitoreo de fuga de gas con el fin
de prevenir estos incendios que afectan de una forma u otra a toda la
comunidad en general, relevando el aspecto tecnológico del presente
estudio.
4
Formulación del Problema
¿Cuáles son las principales causas de incendio en nuestro
país?
La principal causa de incendio en nuestro país ha sido la fuga de gas
doméstico ya sea por descuido de las personas o por alguna fisura en las
tuberías, provocando daños que causan pérdidas de vidas humanas; En
muchos casos las víctimas de estos feroces incendios son los niños por ser
más indefensos.
Muchos padres dejan a sus hijos sin tener el cuidado de una persona adulta
que vele por su seguridad siendo así los seres más vulnerables ante estos
hechos.
Existen personas que realizan la construcción de sus viviendas sin ningún
tipo de desfogue por lo cual al presentarse una fuga de gas doméstico este
se encierra causando así asfixia y contaminando los pulmones de las
personas o en casos extremos incendios que causan daños materiales e
incluso hasta la muerte.
¿Qué tan importante es el desarrollo de una red de sensores
inalámbricos para prevenir los incendios?
Es de vital importancia el desarrollo de una red de sensores inalámbricos
para controlar y monitorear posibles fugas de gas, que pueden evitar este
tipo de tragedias.
La creación de dicha red brindará seguridad a la sociedad en general al
reducir el índice de muertes e incendios por falta de un sistema de vital
5
beneficio como éste. Incluso las redes de sensores inalámbricas pueden
ser desarrolladas y diseñadas en distintos ambientes, tales como: edificios,
lugares públicos aun en parques forestales, que son los principales sitios
donde ocurren incendios en el país, debido al cambio climático.
Evaluación del Problema
Los aspectos generales de evaluación son:
Delimitado:
La fuga de gas doméstico provoca grandes daños en nuestro
ambiente al ocasionar asfixia y en casos extremos incendios que provocan
la muerte de las personas que se encuentra en el momento de estos
desastres.
Evidente:
La presencia de dióxido de carbono en el ambiente contribuye a que los
incendios se desarrollen de forma implacable.
Concreto:
Las principales causas de incendios se dan por la fuga de gas doméstico
ya sea por descuido de los usuarios al dejar las hornillas abiertas o alguna
avería en las tuberías causando así asfixia e incluso hasta la muerte.
Relevante:
Es de vital importancia ayudar a la comunidad a reducir el alto índice
causado por fugas de gas que provocan incendios en nuestro país,
realizando una red de sensores inalámbricos que permitan realizar el
control y monitoreo de las fugas de gas doméstico con el fin de prevenir
incendios.
6
Contextual:
La comunidad al detectar a tiempo la fuga de gas doméstico puede evitar
la presencia de un flagelo en su vivienda.
Factible:
El alto índice de incendios por fuga de gas doméstico se reducirá por medio
de una red de sensores que advertirá a las familias sobre dichos
inconvenientes.
Original:
Esta red de sensores inalámbricos se desarrollara en un ámbito
investigativo planteando el diseño de la red para que ayude a las persona
a prevenir incendios que pueden afectar su vida propia y la de personas
cercanas.
Variables de la Investigación
Variables Dependientes
● Optimización y Diseño de una red inalámbricas para el control y
monitoreo de las fugas de gas doméstico.
Variables Independientes
● Análisis de las Redes de sensores Inalámbricos.
● Diagnosticar las necesidades de implementar una red de
sensores inalámbricos.
7
Objetivos
Objetivo General
●Diseñar una red utilizando tecnología WSN mediante Contiki Os para el
control y monitoreo de detección y prevención de incendios en hogares a
causa de la fuga de gas.
Objetivos Específicos
● Identificar y Definir el área de diseño de la red WSN (Wireless Sensor
Network).
● Establecer el medio para el control y monitoreo de la red WSN y detallar
un análisis sobre su manejo, con el fin de detectar y prevenir incendios
causados por la fuga de gas.
● Determinar la importancia de crear un ambiente de seguridad en los
hogares.
Alcances Del Problema
Este proyecto busca ayudar a la amas de casa de un sector determinado
(Pascuales) a brindar mayor seguridad a su familia en especial a los más
pequeños de la casa. Se identificará el área de diseño de la red WSN
(Wireless Sensor Network) determinando así el área apropiada para definir
el diseño y funcionabilidad de la red.
Se trabajará bajo la plataforma Contiki Os que es un sistema
operativo de código abierto permitiendo así crear una aplicación que
permita detectar anomalías tales como la fuga de gas en los hogares.
8
Se realizará el diseño para luego elaborar la simulación de la red WSN,
para esto se trabajará con Cooja el cual es un simulador que nos permitirá
crear los nodos para esta aplicación.
Es necesario crear un ambiente de seguridad ya que según datos
específicos son muchos los casos de muerte por asfixia e incendio
causando un gran daño en las familias.
Se creará un ambiente cuya aplicación sea de fácil manejo y pueda cumplir
con las expectativas requeridas con el fin de tratar de disminuir los casos
de incendios por estas causas.
Justificación e Importancia
Debido al alto índice de incendios en nuestro país causados por la fuga de
gas doméstico se ha visto la necesidad de utilizar los conocimientos
adquiridos a lo largo de la carrera universitaria para crear una red que
permita el control y monitoreo de un ambiente familiar para prevenir
incendios o daños que afecten la integridad de las familias.
Desde el punto de vista investigativo se va a realizar un proyecto enfocado
a las Redes de Sensores Inalámbricos debido a los grandes conflictos que
provoca la fuga de gas doméstico en los hogares del país.
Se busca reducir el alto índice de incendios causados por la fuga de gas
doméstico por lo cual se diseñará una red de sensores inalámbricos
mediante un sistema operativo llamado Contiki Os que permitirá a las amas
de casa monitorear y controlar estos sucesos con el fin de prevenir
incendios o asfixia.
Con este proyecto se pretende brindar mayor seguridad a las amas de casa
9
y a muchas otras personas que utilizan estas cocinas que por diversas
causas pueden ocasionar incendios e incluso esta red puede ser adaptada
para realizar el control y monitoreo en hoteles, edificios y en ambientes
incluso de la naturaleza como son para controlar y evitar los incendios
forestales.
10
CAPÍTULO II
Marco Teórico
Antecedentes Del Estudio
El desarrollo de las tecnologías en la última década ha dado un impulso
notable a nuevos medios de comunicación, redes y dispositivos que hasta
hace pocos años no pasaban de ser experimentos. En este sentido, las
redes y los sistemas computacionales han evolucionado a tal punto que se
están viviendo nuevos retos tecnológicos. Es así que muchos estudiantes
realizan estudios y realizan proyectos basados en ayudar a la comunidad.
El Instituto de Investigación de Ingeniería de Aragón (Aragon, 2008)indicó
en su momento que las aplicaciones de redes sensoriales poseen un gran
número de dispositivos para la monitorización de trabajos de campo como:
cultivos, sistemas de riego, seguimiento de animales entre otros, esto fue
el inicio para que los estudiantes de diversas universidades diseñaran
aplicaciones para solucionar varios inconvenientes.
Según (Hermes J. , 2012) los estudiantes de Ingeniería en Sistemas de una
Universidad de Bogotá, desarrollaron un sistema que permitía prevenir y
mitigar eventos tales como incendios, fuga de gas, inundaciones entre otros
inconvenientes, por medio de un sistema de control y alerta de riesgos. En
el diseño evaluaron variables que pueden ser de gran utilidad para los
domicilios, logrando de esta forma una comunicación por medio de mensaje
de texto dependiendo del inconveniente presentado.
Luego de verificar las amplias aplicaciones en las que se puede utilizar
redes de sensores inalámbricos(Román, 2010) dio inicio a nuevas
investigaciones sobre el encaminamiento de protocolos que permitían
11
maximizar el tiempo de vida de la red, garantizar la conectividad de la entre
los nodos y el uso de las diferentes topologías.
Después de las aplicaciones realizadas anteriormente (Restrepo,
2012)diseñó un Modelo de Inteligencia Ambiental basado en redes WSN
que ayudaba a las acciones que se realizan dentro de un laboratorio
inteligente para la interacción de la tecnología y el usuario.
Por consiguiente (Herrera, 2014)estudiantes de la Universidad Politécnica
de la ciudad de Quito, presenta una alternativa a las soluciones
convencionales para el monitoreo ambiental, no obstante cabe destacar
que ninguna de estas aplicaciones está dirigida a solucionar el alto índice
de incendios por fuga de gas doméstico.
La propuesta presentada en este proyecto está enfocada a reducir el alto
índice de incendio por fuga de gas doméstico producido en nuestro país,
ya sea por falta de medios económicos o por falta de iniciativa de las
personas que aún no tienen noción del grado de peligrosidad del problema
planteado.
Las Redes de sensores inalámbricas han alcanzado un alto grado de
seguridad en los ambientes en los cuales han sido diseñada por lo cual se
están ampliando para brindar un mayor control y monitoreo de los lugares
que se implementan, informando o alertando de cualquier daño o suceso
que se dé en el mismo.
12
FUNDAMENTACIÓN TEÓRICA
Redes WSN (Redes De Sensores Inalámbricas)
En este capítulo se abordarán temas basados en la investigación realizada
para que estos ayuden a sustentar la importancia de la propuesta
planteada.
MARCO HISTÓRICO
Historia de las Redes WSN
Según (Román, 2010)las redes de sensores inalámbricos se desarrollaron
a partir de problemas militares durante las guerras, tenían la necesidad de
detectar amenazas vía marítima, esto se volvió una prioridad por lo cual los
Estadounidenses crearon una red basándose en los sonidos para así
monitorear y controlar los eventos de las profundidades del Océano
Atlántico y Pacifico.
(Román, 2010)La primera de estas redes, conocida con el nombre de
SOSUS (SoundSurveillanceSystem), fue desarrollada por Estados Unidos
durante la guerra fría y se trataba de una red de sensores acústicos
desplegados en el fondo del mar cuya misión era desvelar la posición de
los silenciosos submarinos soviéticos.
Luego (HERNÁNDEZ, 2009) desplegó una red de sensores similar a la
desarrollada anteriormente pero con notables mejoras las cuales se
denominaron sensores aéreos pues se utilizaban en este ambiente, estas
redes adoptaban una estructura jerárquica que disponía de grandes
estaciones y utilizaba una estructura cableada para su comunicación.
13
A partir de estas creaciones(Román, 2010) se han investigado muchas
formas para la aplicación de las redes de sensores inalámbricos y las
diversas áreas en las que se las puede utilizar, poseen una gran cantidad
de nodos que se pueden auto-configurar en el caso de que alguno deje de
cumplir su función.
¿QUÉ ES UNA RED DE SENSORES INALÁMBRICOS?
Son redes diseñadas con sensores de ciertas capacidades sensitivas y de
comunicación, con los cuales se crean redes inalámbricas de bajo costo a
nivel corporativo.
Las redes de sensores permiten desarrollarse en varios ambientes como
entornos industriales, domótica, entornos militares, detección ambiental y
medicina.
Esta clase de redes se caracterizan por su interoperabilidad, convirtiéndose
en todo momento en emisor y receptor, ofreciendo servicios de
encaminamiento entre nodos sin línea de vista, así como registrar datos de
los diferentes nodos a uno principal.
La red de sensores inalámbricos está formada por numerosos dispositivos
distribuidos espacialmente, que utilizan sensores para controlar diversas
condiciones en distintos puntos, entre ellas la temperatura, el sonido, la
vibración, la presión y movimiento o los contaminantes.
“Las redes de sensores son un concepto relativamente nuevo
concerniente a la adquisición y tratamiento de datos, que se pueden
establecer por diversos estándares dependiendo del su enfoque y
políticas de distribución.”(CUASTUMAL, 2014, pág. 5)
14
Los sensores pueden ser fijos o móviles.
Los dispositivos son unidades autónomas que constan de un micro
controlador, una fuente de energía (casi siempre una batería), un radio
transceptor (RF) y un elemento sensor. Fig. 1(Cianca, 2012)
Toda red de sensores inalámbricos está compuesta por una serie de
elementos, los cuales contribuyen con la arquitectura utilizada.
Fig. 1 Red WSN
Autor: Seguridad
Fuente:http://www.seguridadypromociondelasalud.com/n125/es/articulo1.ht
ml.
Elementos de una WSN
Entre los elementos de una red WSN tenemos los siguientes:
- Nodo Sensor.
- Nodo Base.
- Gateway. Fig. 2.
15
Fig. 2 Elementos de una WSN
Autor: Edgar A. Maya, Edison O. Tumbaco
Fuente:http://repositorio.utn.edu.ec/bitstream/123456789/4471/2/04%20RED
%20051%20TESIS%20ARTICULO%20TECNICO%20ESPA%C3%91OL%20-
%20INGLES.pdf
Nodo sensor:
Según (Maya, 2014) los nodos de la red de sensores inalámbricos o más
conocidas como motas son capaces de captar información proveniente del
entorno en que se encuentren instalados, además de procesarla para luego
transmitirla hacia los otros nodos ubicados en la red.
16
Gateway:
Es un dispositivo que permite interconectar redes con distintos protocolos
y arquitecturas, al traducirse las unidades de información disminuyen la
velocidad de transmisión a través de estos equipos, estos dispositivos
tienen una capacidad mayor que los routers porque aseguran que los datos
transportados de una red son compatible con otra red. (Montes, 2012)
Estación base:
Según (Carbajal, 2012) actúa como recolector de datos que puede ser
utilizado como un ordenador común.
Red inalámbrica:
Los medios a elegir para realizar una comunicación inalámbrica son varios,
radio frecuencia, comunicación óptica mediante laser e infrarrojos. Las
WSN usan frecuencias de comunicación que van desde los 433 MHz y
2.480 GHz en la banda ISM y posee diversos parámetros.
Parámetros de una WSN:
Los valores principales que caracterizan una red inalámbrica de sensores
son los siguientes:
· Tiempo de vida.
· Cobertura de la red.
· Coste y facilidad de instalación.
· Tiempo de respuesta.
· Seguridad.
· Flexibilidad.
17
· Capacidad de comunicación.
· Facilidad de sincronización.
· Tamaño.
Además otro de los parámetros de la red de sensores inalámbricos es el
Gasto de energía ya que lo disminuye considerablemente con el uso de
baterías(Rodriguez, 2012).
Ventajas
-Reducción de la inversión inicial.- y de los costes de instalación (es una
red sin cables) y de operación.
- Control.- preciso de qué ocurre en cada lugar en el cual se aplica la red.
- Movilidad de los sensores.- Puesto que la red es auto configurable, los
dispositivos y los sensores se pueden mover, y esperar a que la red se
reconfigure.
Escalabilidad.- Capacidad que presenta la red para extenderse según los
requerimientos y ambiente en que se encuentre diseñada la misma.
- Reducción de costes de mantenimiento.- debido a que estas redes son
auto configurables.
Desventajas
- Cambios atmosféricos.- Cuando no se toman la precaución de protección
de los sensores.
- Interferencias externas.- Pueden presentarse interferencias que dañen la
señal debido al medio de transmisión.
- Falta de seguridad.- Al no tomar las debidas medidas de seguridad en
cuanto al acceso de la red.
- La velocidad es más limitada.- debido al medio de transmisión.
18
Características de una red de sensores
Una red inalámbrica de sensores posee una gran cantidad de dispositivos,
llamados nodos, capaces de recoger información de su entorno, esto se
refiere a que maneja enfoques como la humedad, luz, temperatura, etc., y
mediante el uso de los sensores que llevan incorporados los dispositivos
que conforman la red se encargaran de encaminar los datos hacia la
estación base que se encuentra conectado a un ordenador que puede
comunicarse hacia el exterior a través de Internet o una red de área local
(LAN).
Los sensores se encuentran en todo el entorno de la red, como explica la
Fig.3.
Fig. 3 Funciones y Características de una red WSN
Autor: Daniel Delgado
Fuente:http://wsnproyecto.blogspot.com/
19
Para diseñar una red WSN es necesario tener en cuenta las siguientes
características:
Topología:
Las redes informáticas están compuesta de varios dispositivos,
interconectados entre sí, por un medio de comunicación ya sea este
alámbrico (uso de cables) o inalámbrico (sin cables) entre otros elementos
que garantizan que los datos se transporten correctamente. Las topologías
más utilizadas para estas redes de sensores son: malla, estrella y árbol.
Entorno:
Los nodos sensores deben estar ubicados en donde ocurre el problema.
Por consiguiente, normalmente se implementan en áreas geográficas
remotas. Es por este motivo que se desarrollan en un área contaminada
biológicamente o químicamente, como en edificios y hogares entre otras
áreas a las cuales les proporciona su ayuda.
Medio de transmisión:
En una red de sensores, los nodos que conforman la red están conectados
de manera inalámbrica es decir sin ningún medio de transmisión físico.
Tolerancia a fallos:
Los nodos sensores pueden sufrir pérdidas de señal o caídas de las misma
debido a la falta de energía, además de recibir daños físicos por el medio
de transmisión utilizado, es por eso que Se considera útil implementar
nodos sensores que en caso de presentarse un daño en la infraestructura
20
de la red, otro nodo ocupe el lugar del nodo principal para que la red
funcione de forma correcta(Software, 2008).
Este es el principio de la tolerancia a fallos o fiabilidad.
Escalabilidad:
Una red escalable puede expandirse rápidamente para admitir nuevos
dispositivos para así ampliar la red.
Costes de producción:
Dado que las redes de sensores inalámbricos consisten en un gran número
de nodos y sensores, el costo de un nodo individual es clave para que una
red inalámbrica sea beneficiosa en comparación con una cableada.
Red auto configurable:
La capacidad de enrutamiento propia de la topología de malla se realiza
de forma automática y transparente al usuario. Cada nodo localiza a los
que tiene a su alcance, y selecciona el mejor para utilizarle como repetidor
de la señal.
En caso de que se interrumpa o se caiga una ruta de comunicación, los
nodos buscan de nuevo a otros nodos cercanos y rehacen las rutas de
datos en cuestión de segundos, todo ello sin que el usuario se dé cuenta.
Esto garantiza que todos los datos medidos llegan en tiempo real a su
destino y no se pierde información para así ayudar a las diversas
aplicaciones en la que se implementa esta red.
21
Aplicaciones:
Son muchas las aplicaciones en las cuales se pueden implementar redes
de sensores inalámbricas puesto que estas permiten realizar un control y
monitoreo en áreas o ambientes donde se desarrollan, tales como la
agricultura, educación, medicina, áreas militares, etc.
Agrícolas:
Flores(Flores, 2012) se refiere a la agricultura como una de las áreas donde
se predice que pueda desarrollar con mayor rapidez este tipo de tecnología.
Las redes de sensores inalámbricos favorecen una disminución en el
consumo de agua y pesticidas, contribuyendo a la preservación del entorno
y de la actividad productiva del país.
Pueden crear alertas sobre la llegada de animales que dañen los cultivos,
así como ayudar en el trabajo de las cosechadoras. Entre las aplicaciones
más atrayentes se encuentra el control de plagas y enfermedades.
Por medio de sensores se pueden monitorizar parámetros tales como el
clima, la temperatura o la humedad de las hojas, con el fin de detectar
situaciones contraproducentes y buscar soluciones apropiadas para
solucionar los problemas de los cultivos. Fig. 4
Sociales y sanitarias:
Mediante el uso de una red de sensores inalámbricos situados en puntos
estratégicos del domicilio se pueden monitorizar en tiempo real el
comportamiento de las personas mayores, evitando de esta forma que
realicen actividades que puedan dañar su salud, este caso no solo se
puede dar en un domicilio sino en Ancianatos o también llamados Centros
22
de reposo donde pueden dotar a los adultos mayores de una mejor calidad
de vida.
Otra de los lugares donde un sensor inalámbrico brindaría su ayuda sería
implementarlo en guarderías para el cuidado de los niños.
Existes proyectos que ya se han implementado como es el caso de
sensores para la monitorización de signos vitales, de latidos del corazón,
concentración de oxígeno en sangre, entre otros. Fig. 4
En la naturaleza:
Mediante la creación de una red de sensores inalámbricos en un bosque
protector se podría reducir el alto índice de incendios forestales en nuestro
país, ya que existen muchas mitómanos que causan diversos daños en la
flora y la fauna de los bosques protectores que no solo afectan a la
naturaleza sino también ponen en peligro el bienestar de las personas que
viven cerca de los alrededores del lugar del incendio(Flores, 2012).
Es de mucha utilidad para controlar y verificar e donde se encuentran
nuestras mascotas, evitando de esta forma que las mismas se pierdan o
corran algún riesgo mayor, la circulación de personas y vehículos por la
ciudad. Entre los parámetros a monitorizar podemos enumerar:
temperatura, humedad, desplazamiento de animales, para de esta forma
detectarlos e impedir que se pierdan, etc. Fig. 4
Civiles y militares:
En este caso tomando en cuenta que en este ambiente fue uno de los
primeros en implementarse esta tecnología se ha comprobado que se
pueden realizar múltiples proyectos con dichos sensores como es el caso
23
de la vigilancia y el control de los equipos y municiones para que nadie del
personal no autorizado se acerque a las mismas(Tarrio, 2008). Fig. 4
Educativo:
Puede ser de gran utilidad en los centros educativos ya que permitiría de
alguna forma alertar a los docentes de las actividades que realizan los
estudiantes en la hora de recreo o en la hora de salida en los alrededores
de los planteles educativos, e incluso alertar a los padres sobre el actuar
de sus hijos ya que en muchos casos no existen pruebas visibles sobre ello.
Fig. 4.
Fig. 4 Aplicaciones para el uso de WSN
Autor: Esther Elena Flores Carbajal
Fuente:http://repositorio.unican.es/xmlui/bitstream/handle/10902/1288/34925
1.pdf?sequence=1
ARQUITECTURA DEL NODO SENSOR:
Como hemos mencionado anteriormente las redes de sensores
inalámbricas se componen de un gran número de motas las cuales tienen
una gran capacidad de almacenamiento y comunicación mediante un
24
medio de transmisión inalámbrico, instalados alrededor de un ambiente
para monitorizarlo y brindar seguridad.
El nodo sensor es el elemento principal de una red de sensores
inalámbricos, en esta red cada nodo es el responsable de analizar el medio
que lo rodea, el procesamiento de los datos y la transmisión para los otros
nodos que conforman la red.
Topología
Los nodos WSN están típicamente organizados en uno de tres tipos de
topologías de red.
Topología de estrella:
Todos los nodos y componente de la red WSN se conectan directamente
al Gateway.(Instrumens, 2009)Fig. 5
Topología de árbol:
Según (Instrumens, 2009) esta topología trabaja de forma jerárquica
conectando los nodos en forma de árbol de mayor a menor y luego estos
se conectan al Gateway. Fig. 5
Topología de malla:
Ofrece mayor confiabilidad, 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. Fig. 5
25
Fig. 5 Topología de una red WSN
Autor: National Instruments
Fuente:http://www.ni.com/white-paper/14151/es/
COMPONENTES DE UN NODO WSN
Fernández (Fernández, 2013) indica que los nodos de una red WSN están
compuesto por varios dispositivos que incluyen batería, radio, micro
controladores, circuitos análogos-digitales y una interfaz para el nodo
sensor.
En las redes WSN en cuanto más elevada es la tasa de datos y el uso
abundante de radio consumen mayor energía, las baterías utilizadas tienen
un tiempo de vida por lo que en la actualidad las WSN están basadas en el
protocolo zigbee siendo este el más utilizado para redes inalámbricas
puesto que tiene un bajo consumo de potencia.
26
Tomando en cuenta el tiempo de vida de las baterías se desarrolló un ancho
de banda bajo las normas IEEE 802.11 que hace más interesante el uso de
estas redes inalámbricas.
Para extender la vida de la batería, habitualmente un nodo de la red de
sensores inalámbricos se enciende y transmite datos alimentándose del
radio y posteriormente apagándose para conservar energía.
La tecnología de radio WSN debe realizar este procedimiento de forma
eficiente para la transmisión de una señal y permitir al sistema regresar al
modo pasivo con un uso mínimo de energía.
Esto significa que el procesador involucrado debe ser capaz de despertar,
encenderse y volver al pasivo de manera eficiente. La tendencia del
microprocesador para WSN incluye la reducción de consumo de energía
mientras mantiene o incrementa la velocidad de procesador.
Parecido a su opción de radio, la compensación de consumo de energía y
velocidad de procesamiento es clave al seleccionar procesador para WSN.
Fig.6.
Fig. 6 Componentes de un sensor de nodos WSN
Autor: National Instruments
Fuente:http://www.ni.com/white-paper/14151/es/
27
MOTAS
Cada nodo de la red consta de un dispositivo con micro controlador,
sensores y transmisor/receptor, y forma una red con muchos otros nodos,
también llamados motas o sensores.
Por otra parte, un sensor es capaz de procesar una limitada cantidad de
datos.
Pero cuando coordinamos la información entre un importante número de
nodos, éstos tienen la habilidad de medir un medio físico dado con gran
detalle.
Motas comerciales
Mica
Mica2 y Mica2dot La funcionalidad de Mica2 y Mica2dot es similar pero son
muy diferentes en factor de forma, como se puede apreciar en la Fig. 7
Funcionan ambos a 4 MHz con un microprocesador de 8 bits de la marca
Atmel. Tiene 128 KB de memoria para el programa y 4KB de memoria RAM.
Arenas(Arenas, 2014)afirma que la velocidad de transmisión de estas
motas es de 19,2 kb/s y trabaja sobre un canal CSMA/CA además utiliza
un estándar 802.15.4 y poseen una memoria flash externa no volátil, con
una memoria interna de 512 KB en la que se guardan los datos.
A estas motas pueden se pueden adherir placas con sensores esto se logra
a través de unos pines, como es el caso de la Mica2.
También se pueden adaptar unos conectores para los otros modelos como
Mica2dot y otras, las principales placas con sensores son: luminosidad,
temperatura, sensores magnéticos, etc.
28
Fig. 7 Mica2. Mica2dot.
Autor: Daniel Delgado
Fuente: http://wsnproyecto.blogspot.com/
En la actualidad, Crossbow ha diseñado una gran cantidad de sensores
compatibles con las motas Mica2, los cuales cumplen con diferentes
aspectos según las necesidades que se presenten.
En concreto este modelo es capaz de monitorear valores ambientales,
encontrándose disponibles la medición de la temperatura y la luz ambiental.
Dicho modelo recibe el nombre de MDA100 y se presenta en la Fig.8, es
una mota que requiere la alimentación de una batería, las cuales pueden
ser unas pilas AA, además posee un interruptor mecánico que proporciona
las opciones de encendido y apago de la batería.
Fig. 8 Sensor MDA100.
Autor: Daniel Egea Roca
Fuente:http://www.recercat.cat/bitstream/handle/2072/97337/PFC_DanielEg
eaRoca.pdf?sequence=1
29
Waspmote
Es una mota orientada especialmente para desarrolladores que trabajan
bajo una arquitectura modular, es decir, integra únicamente las Plataformas
de Desarrollo de WSAN y Middleware para ser desarrolladas en diversas
aplicaciones.
Sama (Sama, 2014)añade que estas funcionan con diversos protocolos y
frecuencias, alcanzando una distancia de hasta 12Km. Cabe recalcar, que
debido a su funcionamiento puede ahorrar una potencia significativa en
cuanto a la batería, esto permitirá que el tiempo de vida de los nodos sea
ininterrumpido. Fig.9.
Fig. 9 Waspmote
Autor: Esther Moreno Sama
Fuente:http://oa.upm.es/34706/1/PFC_esther_moreno_sama.pdf
30
Sensores de gas:
Según (Torres, 2008) los sensores de gas más utilizados se basan en
óxidos semiconductores en la cual la conductividad eléctrica se ve
modulada y consecuencia de la reacción producida entre el semiconductor
y los gases presentes en la atmósfera.
El dióxido de estaño es uno de los semiconductores que activa los sensores
de gases.
Según (Fundacion, 2014) las propiedades de los sensores de
sensibilidad,reproductividad y selectividad o también llamado SnO2,
depende de varios factores, siendo la principal el tamaño de la partícula, el
área superficial y la distribución de las partículas, para accionar el
magnetismo utilizado por el sensor y detectar la presencia de dióxido de
carbono. Fig. 10.
Fig. 10 Sensores de gas
Autor: Telefónica
FundaciónFuente:https://nanotecnologia.fundaciontelefonica.com/2008/03/19
/sensores-de-gas/
31
A continuación se muestra una tabla de motas con sus características.
Cuadro # 1 Características de las motas
Motas Características
Mica Mote Utiliza el chip ATmega128L. Emplea la banda de frecuencia de 91.6 MHz o 433
MHz con una velocidad de 40 Kbps y un alcance de 30m.
Mica2 Mote Aumenta las funciones de la mica, contiene una memoria de hasta los 512
Kbytes y un alcance de hasta 150 m.
MicaZ MOTE Es una evolución de Mica2 mejorando el tranciver para operar a 2.4 GHz y
trasmitir a una velocidad de 250 Kbps.
Iris mote Evolución de la mota Mica, permite un alcance de hasta 500m. Posee un
conector de 51 pines que permite añadir sensores o placas de adquisición de
datos.
XBee Permite transmitir a velocidades de 250 Kbps y a distancias de hasta 100m en
campo abierto. Existe una versión mejorada llamada XBee-Pro que aumenta las
prestaciones de distancia y velocidad de transmisión.
Otros Se agrupa todas aquellas plataformas de desarrollo más centradas en las
comunicaciones ZigBee.
Fuente:http://www.minetur.gob.es/industria/observatorios/SectorElectronic
a/Actividades/2009/Federaci%C3%B3n%20de%20Entid
ades%20de%20Innovaci%C3%B3n%20y%20Tecnolog%C3%ADa/FEDIT%20
32
PROTOCOLO ZIGBEE
La compañía Zigbee Alliance (Glen, 2012)desarrollo un estándar para las
comunicaciones inalámbricas que lleva su mismo nombre, el protocolo
ZigBee es un estándar que puede ser implementado por cualquier
fabricante.
El protocolo ZigBee trabaja bajo el estándar inalámbrico IEEE 802.15.4
WPAN (Red de área personal), su principal ventaja es que este ofrece una
baja tasa de envío de datos y una máxima vida útil de sus baterías.(Moreno,
2012).
Existen un gran número de Aplicaciones que trabajan con el protocolo
ZigBee.
En los últimos años la tecnología Zigbee ha cogido fuerza ya que está
siendo implementada en muchos sistemas de medición, como son: los
medidores de agua, gas y luz que forman parte de una red con otros
equipos. Este protocolo permite monitorear el consumo de energía e
interactuar con dispositivos eléctricos como bombas de agua, con el único
objetivo de controlar su funcionamiento y bajo consumo de energía.
Las aplicaciones que utilizan este protocolo cuyo objetivo es reducir el
costo de desarrollo y control de un ambiente que necesita ser monitoreado,
como es el caso de un área industrial, agrícola, datos médicos, detección
de intrusos, automatización, domótica, entre otros que aún se están
estudiando.Fig.11.
33
Fig.11 Aplicaciones de zigbee
Autor: Marla Glen M. –Julián Moreno
Url:http://www.monografias.com/trabajos61/zigbee-estandar-domotico-
inmotica/zigbee-estandar-domotico-inmotica2.shtml
Sistemas operativos para redes de sensores inalámbricos
Según (Villanueva, 2011) las redes de sensores inalámbricas o redes WSN
han desarrollado un papel muy importante en la actualidad debido a la
amplia gama de aplicaciones en las que se puede implementar esta red.
Es por esta causa que con el paso de los años se han creado un
significativo número de sistemas operativos que trabajan con estas redes,
como son: TinyOS, Cormos, Bertha, Nut/OS, EyesOS, MagnetOS, Contiki
OS entre otros.
34
Muchos de estos sistemas operativos fueron diseñados para trabajar con
redes sensores pero no han tenido la acogida esperada por sus
desarrolladores, no es el caso de TinyOS y Contiki los cuales son los más
utilizados, TinyOS por su parte es un sistema operativo que trabaja con una
interfaz orientada a objetos, utiliza librerías y aplicaciones de nesC propia
del lenguaje C y diseñada para programar sistemas embebidos.
En cambio Contiki OS es un sistema operativo de libre distribución (Open
Source), que trabaja orientado a la interconexión de sus componentes a
internet, utiliza el lenguaje C y una pila de protocolos TCP/IP.
Por consiguiente según indica Villanueva (Villanueva, 2011) que Contiki
soporta una programación orientada a eventos y que ha sido utilizado en
numerosas aplicaciones, además de contar con un simulador de red
llamado (COOJA).
En Nuestro proyecto utilizaremos el sistema operativo Contiki junto con su
simulador Cooja ya que según las especificaciones indicadas anteriormente
es el que más se apega a dar solución a la problemática antes mencionada.
Contiki
Según (Euba, 2014) Contiki es un sistema operativo usado para redes de
sensores inalámbricas que se lo puede adquirir de forma gratuita puesto
que es open source. Soporta IPv6 y trabaja con el estándar IEEE 802.15.4
a pesar de sus múltiples opciones la más importante es su limitado
consumo de energía.
Muchas de las aplicaciones que utilizan Contiki se desarrollan utilizando un
estándar lo cual es beneficioso al momento de realizar el control y
monitoreo de la red, este sistema operativo permite implementar multitarea
Y posee un simulador de aplicaciones llamado Cooja que es de mucha
utilidad.
35
Este simulador es muy flexible, ofrece simular el código programado de
varios niveles, y verificar el tráfico de la red.
Módulo de gestión de energía
En las redes WSN el consumo de batería es importante, por eso la
importancia de optimizar y minimizar este consumo para mejorar la vida útil
de la red y de sus aplicativos.
En el caso de realizar la simulación de la red mediante Cooja no se
obtendrá el control preciso sobre el consumo de batería, pero si una
referencia cercana esto según(Euba, 2014).
Características principales
- Uso eficiente de memoria.
- Soporta gran variedad de protocolos en las distintas capas (UDP, TCP,
6loWPAN, RPL, CoAP).
- CFS- Cofee File System para manejo de Flash.
- Simulador Cooja. Según (OS, 2015)
En este proyecto se utilizaran los sensores para que estos verifiquen y
envíen una señal de alarma a los usuarios sobre la fuga de gas doméstico
ya que los instrumentos inalámbricos pueden ser utilizados para medir la
temperatura o la presión de las cocinas a gas con el fin de supervisar los
procesos y reportar los datos a un operador situado a una distancia segura.
36
GAS DOMESTICO
Definición
“El gas licuado de petróleo (GLP) es una mezcla de hidrocarburos de
petróleo los cuales son gaseosos a la temperatura y presión ambiental
normal.
Esta mezcla de gases puede ser licuada aplicando una presión
moderada para facilitar su transporte y almacenamiento.”(PERALTA,
2003)
Características
- El gas natural se consume tal y como se encuentra en la naturaleza.
Desde que se extrae hasta que llega a los hogares y puntos de
consumo, el gas natural como su nombre lo indica, no pasa por
ningún proceso de transformación.
- La estructura molecular del gas natural facilita que queme
limpiamente y pueda ser utilizada para el consumo de los hogares.
- El gas natural es una de las fuentes de energía limpia ya que es la
menos contaminante (SO2, CO2, NOx y CH4) por unidad de energía
producida.(Distribucion, 2010)
Composición
El gas natural es un hidrocarburo formado principalmente por metano,
aunque también suele contener nitrógeno, etano, CO2, H2O, butano,
propano, mercaptanos. El metano es un átomo de carbono unido a cuatro
de hidrógeno (CH4) y puede constituir hasta el 97% del gas natural.
37
Una de las principales compuestos del gas doméstico es el monóxido de
carbono el cual posee las siguientes características:
Sus características se hacen muy difícil de detectar con los sentidos del
cuerpo humano, siendo los primeros síntomas de advertencia y más
frecuentes que indican la presencia de CO en el aire, suelen ser dolores de
cabeza, mareos, náuseas, vómitos y debilidad muscular.
El peligro radica en que si una persona no advierte que lo está inhalando,
entrará en un estado de somnolencia hasta quedarse dormida y su
posterior muerte. Este gas puede incluso causar el fallecimiento de un ser
vivo cuando se respira incluso en cantidades moderadas, por
envenenamiento en pocos minutos, porqué sustituye al oxígeno en la
hemoglobina de la sangre.
Bloquea la capacidad de la sangre para transportar oxígeno y da lugar a la
intoxicación de los pulmones y el cerebro, llegando incluso a usar la muerte
esto según(Sensortecnics, 2010).
38
FUNDAMENTACIÓN LEGAL
A Continuación se indicaran las leyes que respalda la información
mencionada en el marco teórico donde expresamos el tema propuesto a
desarrollar en mi proyecto de tesis.
CONSTITUCION POLITICA DE LA REPUBLICA DEL
ECUADOR
“ Que el art 389 , de acuerdo a la Constitución de la República del
Ecuador, son deberes primordiales del Estado Ecuatoriano proteger
la vida y garantizar a sus habitantes el derecho a una seguridad
integral; así como proteger a las personas, las colectividades y la
naturaleza frente a los efectos negativos de los desastres de origen
natural o antrópico mediante la prevención ante el riesgo, la
mitigación ante el desastre, la recuperación y el mejoramiento de las
condiciones sociales, económicas y ambientales, con el fin de
minimizar la condición de vulnerabilidad;”
“Que, es necesario determinar normas técnicas y medidas de
seguridad contra incendios, siniestros y demás eventos adversos, las
que deben ser adoptadas obligatoriamente en la planificación de las
edificaciones a construirse y en lo que corresponde a su ocupación,
así como en la modificación, ampliación, remodelación y restauración
de las ya existentes, a fin de que dichos inmuebles reúnan las
condiciones de seguridad y fácil desalojo en caso de riesgo
inminente;”
39
REGLAMENTO DE PREVENCIÓN, MITIGACIÓN Y
PROTECCIÓN CONTRA INCENDIOS
“Art. 1.- Las disposiciones del Reglamento de Prevención, Mitigación
y Protección Contra Incendios, serón aplicadas en todo el territorio
nacional, para los proyectos arquitectónicos y de ingeniería, en
edificaciones a construirse, así como la modificación,
ampliación,remodelación de las ya existentes, sean públicas, privadas
o mixtas, y que su actividad sea de comercio, prestación de servicios,
educativas, hospitalarias, alojamiento, concentración de público,
industrias, transportes, almacenamiento y expendio de combustibles,
explosivos, manejo de productos químicos peligrosos y de toda
actividad que represente riesgo de siniestro.
Adicionalmente esta norma se aplicara a aquellas actividades que por
razones imprevistas, no consten en el presente reglamento, en cuyo
caso se someterán al criterio técnico profesional del Cuerpo de
Bomberos de su jurisdicción en base a la Constitución Política del
Estado, Normas INEN, Código Nacional de la Construcción, Código
Eléctrico Ecuatoriano y demás normas y códigos conexos vigentes en
nuestro país.(Social M. d., 2009)
Art. 30 sección sexta.- Las personas tienen derecho a un hábitat
seguro y saludable, y a una vivienda adecuada y digna, con
independencia de su situación social y económica.(Social M. d., 2009)
Art. 114.- Todo edificio público o lugar cerrado que se use como punto
de reunión de personas, debe contar con un sistema de detección,
alarmas contra incendios, extintores portátiles, sistemas contra
incendios, y, de requerirse los accionados en forma automática a
través de fuentes alternas eléctricas de respaldo, sistemas de
ventilación, equipos necesarios para la prevención y el combate de
40
incendios, los cuales deben mantenerse en condiciones de ser
operados en cualquier momento, para la cual deben ser revisados y
autorizados anualmente por el Cuerpo de Bomberos de cada
jurisdicción.(Social M. d., 2009)
Art. 122.- Toda edificación que se enmarca en la Ley de Defensa
Contra Incendios, es decir de más de 4 pisos, o que alberguen más de
25 personas, o edificaciones de uso exclusivo de vivienda que tengan
más de quinientos metros cuadrados (500 m2), proyectos para la
industria, proyectos arquitectónicos y de ingeniería, en edificaciones
existentes, nuevas, ampliaciones y modificaciones, sean éstas
públicas, privadas o mixtas, tales como: comercio, servicios,
educativos, hospitalarios, alojamiento, concentración de público,
industrias, transportes, parqueaderos, almacenamiento y expendio de
combustibles o productos químicos peligrosos y de toda actividad
que represente riesgo de incendio y especialmente el riesgo personal
adoptará las normas de protección descritas en el presente
reglamento.(Social M. d., 2009)
Art. 223.- DETECCION Y ALARMA DE INCENDIOS.- Sistema que tiene
como función activar una instalación de respuesta ante la iniciación
de un incendio o avisar a las personas posiblemente afectadas.
Todo sistema de detección y alarma de incendios debe estar instalado
cumpliendo lo especificado en las normas NFPA 70 y 72, debe estar
compuesta por: a) Central de detección y alarma, donde se reflejará la
zona afectada, provista de señales ópticas y acústicas (para cada una
de las zonas que se proyecten), capaces de transmitir la activación de
cualquier componente de la instalación.(Social M. d., 2009)”
41
Hipótesis preguntas a contestarse
♦ Muchas investigaciones sobre redes de sensores inalámbricas indican
que aportan grandes beneficios para las diferentes áreas donde se
implementan.
♦ El alto índice de incendios causados por fuga de gas doméstico se
reducirá si se implementan medidas de seguridad como redes sensoriales.
♦ ¿Considera usted que el desarrollo de las redes WSN pueden ayudar a
la comunidad a solucionar el problema de incendios causados por fuga de
gas?
Definiciones conceptuales
WSN: Wiresless Sensor Network o Redes de sensores inalámbricos, son
una red de dispositivos o motas que utilizan un bajo consumo de baterías
y se utilizan para el control y monitoreo de varias aplicaciones.
Zigbee: Es un protocolo de comunicaciones inalámbricas basado en el
estándar 802.15.4.
Gateway: Es una interfaz de comunicación entre dos tipos de redes
distintas con infraestructuras diferentes.
Siglas RIS: Sistema de información de radiología.
Siglas IEEE: Instituto de Ingeniería Eléctrica y Electrónica.
OPEN SOURCE: Código abierto es la expresión con la que se conoce al
software distribuido y desarrollado libremente.
42
Siglas GSM: Sistema global de comunicaciones móviles.
MOTA: Placa de procesador y transmisión/recepción de radio.
PLUGIN: Es una aplicación (o programa informático) que se relaciona con
otra para agregarle una función nueva y generalmente muy específica.
43
CAPÍTULO III
PROPUESTA TECNOLÓGICA
Para el planteamiento de este proyecto se analizará la etapa de diseño
lógico a su vez se realizará un diseño de implementación mediante un
programa que permitirá visualizar como estará estructurada la red en la
vivienda.
El diseño de una Red WSN implica evolucionar tecnológica y socialmente
ya que el uso de nuevas tecnologías ayudarán a la sociedad a disminuir
altas demandas accidentes.
En este proyecto se realizará el diseño de una red de sensores inalámbricos
para que este realice el control y monitoreo de un área de la casa como es
la cocina. Se trabajará con un sistema operativo llamado Contiki.
Para el diseño y la implementación de una red de sensores inalámbricos
existe una gran variedad de sistemas operativos como son: Tynos, Bertha,
MagnetOS, Cormos, EyesOs, Contiki entre otros.
En la propuesta planteado se ha escogido el sistema operativo Contiki ya
que es un sistema operativo de libre distribución está orientado a la
interconexión de equipos a la red de internet, soporta programación
orientada a objetos como es java, y por último destacamos que su entorno
de desarrollo posee un simulador potente llamado Cooja.
Los sensores inalámbricos son tan precisos como las cableadas; sin
embargo, las lecturas se transmitirán a pocos segundos para conservar la
44
energía de la batería. La medición instantánea es necesaria, ya que se
deberá tener en cuenta a la hora de trasmitir los datos con el fin de ofrecer
un tiempo de respuesta óptimo.
Esta propuesta tiene como objetivo que el uso de nuevas tecnologías
aporte en el ámbito social como es el caso de indicar la pérdida o fuga de
gas doméstico para que se tomen las medidas pertinentes y de esta forma
prevenir incendios y pérdidas humanas.
Se planteará también el diseño de implementación utilizando herramientas
de diseño como el AutoCAD que servirá de guía para conocer la ubicación
y colocación de los equipos dentro de la vivienda.
ANÁLISIS DE FACTIBILIDAD
Para definir nuestro análisis de factibilidad se realizó una encuesta dirigida
a 96 amas de casa de un sector determinado para conocer si ellas estarían
de acuerdo a instalar una red de sensores inalámbricos en su hogar para
de esta forma evitar los accidentes domésticos producidos por la fuga de
gas.
El tipo investigación que se está desarrollando es diagnóstico y descriptivo,
según la encuesta realizada a las amas de casa.
La investigación descriptiva sirve para examinar las características del
problema antes planteado o del cual se está investigando. Se elaboran las
técnicas para la recolección de datos, se clasifican para ser analizados y
verificar la población que fue analizada.
Pueden ser analizados cuantitativa y cualitativamente y se puede trabajar
con cualquiera de ellos, para nuestra propuesta se utilizará un análisis
cualitativo.
45
Investigación diagnostica cuyo objetivo principal es conocer y avanzar en
la comprensión del problema, este tipo de investigación establece
prioridades y delimita campos de acción.
En el caso del diseño se utilizará el sistema operativo Contiki-os el cual es
un sistema de libre distribución el cual será utilizado para configurar los
nodos sensores, para presentar este proyecto se empleara la herramienta
Cooja para simular la conexión de la red WSN.
El hardware a utilizarse en la implantación de este proyecto son tres
sensores inalámbricos de los cuales uno servirá como sensor base, una
alarma inteligente GSM para alertar a los usuarios finales de alguna
alteración en los sensores en el caso de detectar fuga de gas doméstico
esto para el control y monitoreo de la red.
El monitoreo de la red se dará mediante un equipo inteligente de alarma de
mensajes el cual posee múltiples aplicaciones para hacer más efectivo su
funcionamiento.
Factibilidad Operacional
Desde el punto de vista operativo se considera que el impacto del diseño
de la red de sensores inalámbricos sobre los hogares será del todo
sustentable. En primera instancia la idea surge de una necesidad detectada
en los hogares de personas que utilizan el gas doméstico como medida
básica para cocinar Por lo cual, éste sistema se enfoca en resolver un
problema concreto y que fija un punto de partida a la resolución de los
problemas antes planteados.
Esta red presentará varios sensores, muy fácil de manejar ya que estos son
auto-configurables.
46
Por lo cual se espera que este proyecto sea aceptado por los usuarios ya
que actualmente no existe un sistema de monitoreo por lo que se
demostrará que la aplicación de estos sensores es necesario.
El sensor envía una señal de alarma indicando el momento en que detecte
la fuga de gas doméstico para que de esta forma los usuarios puedan evitar
cualquier accidente como lo han sido los incendios provocados por esta
causa.
La alarma de monitoreo será de fácil utilización y receptará la señal enviada
por el sensor de gas puesto que este al ser un dispositivo sensible detecta
en el ambiente un mínimo porcentaje de gas, reaccionando a este evento
emite una señal de alerta la cual es receptada por la alarma de monitoreo
para que esta realice la labor de alertar a los usuarios finales.
Estos dispositivos serán ubicados de forma tal que no dañen la estética en
el punto donde serán instalados para que de esta forma el usuario pueda
sentirse cómodo y seguro.
Factibilidad técnica
La factibilidad técnica consistió en realizar una evaluación de la red a
diseñarse para así recolectar información sobre los componentes técnicos
y de requerimientos tecnológicos que deben ser usados para el diseño de
dicha red de sensores.
Una red inalámbrica de sensores inalámbricos posee un microprocesador,
almacenamiento de datos, sensores, conversores Analógico Digitales
(ADC), transductores, controladores que permiten el trabajo conjunto de los
componentes y una fuente de energía.
Baterías.
Una CPU.
47
Memoria Flash.
Un sensor de gas.
Radio para comunicar con otras motas.
ADC: conversor analógico digital.
Una alarma para fuga de gas.
Estos dispositivos son de fácil adquisición, ya que muchos proveedores o
empresa que trabajan con de diseño y fabricación de dispositivos para la
implementación de redes sensoriales inalámbricas los comercializan, como
son: Crossbow, Sentilla, Intel, Libelium, Jennic entre otros.
Especificaciones Técnicas de la red
Entre las motas a utilizar tendremos equipos aprobados por nomas vigentes
en el Ecuador como son las normas IEEE, esto lo podemos visualizar en el
Cuadro #2 que se presenta a continuación.
Hardware
CUADRO # 2 Especificaciones técnicas del Hardware
Dispositivos Características
Laptop Destinado al control, scaneo y sniffing de los Protocolos.
Tarjeta Inalámbrica Dispositivo inalámbrico que permita conectividad.
CrossbowSensors Sensores inalámbricos que funcionan el protocolo IEEE 802.15.4.
Crossbow Gateway Dispositivo inalámbrico que funciona como Access Point En los ambientes de prueba.
Alarma contra gas Sera utilizada para el sistema de seguridad
en unión con los sensores.
Elaborado: Vanessa Murillo Bravo
48
Software
El software que se utilizará para el diseño de la red inalámbrica es un
software libre el cual puede ser descargado directamente de la página
oficial de Linux se presenta en el siguiente Cuadro # 3 como se puede
apreciar.
CUADRO # 3 Especificaciones técnicas del Software
Nº Software
1 Ubuntu
1 Contiki os
1 Simulador cooja
Elaborado: Vanessa Murillo Bravo
Factibilidad Legal En el presente proyecto se están tomando en cuenta los reglamentos de la
Constitución Política del Ecuador y el reglamento de Prevención y
Mitigación de Incendios el cual indica que(Ecuador, 2008), de acuerdo a la
Constitución de la República del Ecuador, son deberes primordiales del
Estado Ecuatoriano proteger la vida y garantizar a sus habitantes seguridad
integral es por esto que por medio de este proyecto se busca prevenir el
alto índice de accidentes por fuga de gas en los hogares.
Según el Art. 30 sección sexta de la ley de prevención y mitigación de
incendios indica que las personas tienen derecho a un hábitat seguro y
saludable, y a una vivienda adecuada y digna, con independencia de su
situación social y económica, todo lo antes mencionado es lo que se busca
con el diseño de esta red de sensores inalámbricos.
Es necesario resaltar que este proyecto utiliza un sistema operativo de libre
distribución, lo cual significa que se lo puede modificar, guardar o aplicar
49
de la forma que requiere el usuario, es así que esta licencia es gratuita y
muy utilizada por estudiantes que desarrollan nuevas propuestas.
En el presente proyecto se respeta y se hace cumplir la ley de los derechos
de autor cumpliendo con todas las prerrogativas que dicha ley establece,
con el objetivo de evitar multas o demandas para implementar la red antes
propuesta.
Factibilidad Económica
A continuación se presentan cuadros comparativos para analizar la
factibilidad económica para el desarrollo de una red de sensores
inalámbrica.
Se verificaron los recursos para implementar dicha red, haciendo una
evaluación para calcular el presupuesto a utilizarse en este proyecto.
Este análisis nos permitirá conocer cuál es el costo que se utilizara en la
implementación de una red de sensores inalámbrica.
Como se mencionó anteriormente en el estudio de factibilidad técnica,
debemos desarrollar el coste total del proyecto basándonos en los
requerimientos del hardware y software.
50
Costo del proyecto
Cuadro # 4 Costo del proyecto
Elaborado: Vanessa Murillo Bravo
Costo de pérdidas causadas por incendios
En el caso de haber un incendio las probabilidades de perder
bienes materiales es la siguiente:
Cuadro # 5 Costo de pérdidas causadas por incendios
Elaborado: Vanessa Murillo Bravo
Cantidad Elementos Valor Total
1 Ordenador 1100 1100
1 Tarjeta Inalámbrica 100 100
1 Sensor de temperatura y
gas
100 100
1 Crossbow sensor 200 200
1 Crossbow Gateway 600 600
1 Alarma Gsm Inteligente 700 700
Total 2800
51
En este cuadro no se considera las pérdidas de vidas humanas ya que
no se cuantifica en alguna denominación monetaria. Se trata de algo
irreparable.
Como podemos observar en el cuadro #4 mostramos el costo del proyecto
propuesto, si realizamos una compraracion con el cuadro #5 podemos
verificar que las perdidas ocacionadas por un incendio son mayores en
todas las circuntancias tanto en el ambito material como en el daño que
puede causar a las personas que habitan en estas viviendas.
Por lo cual mas adelante se realizaran una recopilacion de encuestas para
denotar las la factibilidad del proyecto propuesto y la acogida que puede
tener este en el ambito social y economico de las amas de casa.
ETAPA DE LA METODOLOGÍA DEL PROYECTO
Existen varias metodologías de proyectos como son la tecnología PMI,
CMMI, ITIL, AGILE entre otras.
Para el desarrollo de esta propuesta tecnológica se trabajará con la
metodología ITIL ya que este estándar es el más conocido para trabajar
con IT (InformationTechnology) y a su vez el más relevante para la
administración de la TIC.
Esta metodología presenta barias fases para diseñar un proyecto las cuales
son:
● Estrategia de servicio.
● Diseño del servicio.
● Transición del servicio.
● Operación del servicio.
● Mejora continua del servicio.
52
Estrategia de servicio:
Se planteará la necesidad de implementar este servicio mediante las
encuestas brindando un soporte para los usuarios.
Por otra parte determinará un estudio de análisis de factibilidad y
aceptación del proyecto por parte de los usuarios finales ya que por medio
de las encuestas conoceremos las necesidades de las amas de casa en
cuanto a vivir con medidas de seguridad para ellas y sus familias.
Diseño del servicio:
Para que el usuario conozca la implementación se desarrollara mediante el
programa AutoCad el Diseño de una vivienda con sus respectivas medidas
de seguridad y a su vez la distribución de los sensores de gas con los
cuales se accionara una alarma indicando las anomalías que se puedan
presentar en los hogares.
Adicional se realizará un segundo diseño en el cual se podrá observar la
distribución de los sensores inalámbricos bajo la plataforma de contiki os y
su simulador Cooja, aunque esta configuración va a ser invisible para el
usuario al momento de la implementación de la red WSN.
Transición del servicio.
Para la etapa de implementación y control de la red se utilizaran sensores
de gas de fácil manejo e instalación que se distribuirán en puntos
estratégicos de la vivienda para que puedan responder de forma efectiva
ayudando al control y a la seguridad de las personas que habitan en la
vivienda.
53
Además se instalará una alarma a la que podremos acceder a verificar su
interface gráfica por medio de una dirección IP dada por el fabricante y esta
servirá de conexión para la comunicación con los sensores de gas.
La aplicación posee distintos medios para enviar una señal de alerta como
son: los mensajes de texto, llamadas, mensajes de voz, conexión directa
desde una pc e incluso alertas de sonido.
Operación del servicio.
Una vez instalado todos los equipos su función es las siguientes:
Los sensores al detectar que los niveles de gas aumentan alteraran sus
valores los mismos que accionan un pulso u onda sensorial la cual es
enviada a la alarma anteriormente mencionada esta a su vez capta esta
señal de alerta y la envía a los usuarios de diversas formas:
Mediante mensaje de texto, mediante alarmas de sonidos e incluso
mediante una conexión a internet.
Mejora continua del servicio
Estos dispositivos tienen una calidad de vida útil de aproximadamente 5
años, luego de esto pueden ser cambiados, en el caso de darse una alarma
dentro de este rango automáticamente luego de enviar la señal de alerta
estos equipos se reiniciaran y volverán a cumplir la misma función con la
cual están programadas.
Esto en cuanto a los equipos, porque si hablamos de los usuarios va a
mejorar su calidad de vida ya que brindaran una mayor seguridad a ellos y
a sus familias.
54
Entregables del proyecto
Introducción
En este capítulo se describirá los entregables para el diseño de la red WSN
utilizando contiki os como sistema operativo ya que según la propuesta
antes expuesta es el sistema que más se adapta a este proyecto.
Se presentará, los diseños de la red tomando en cuenta la metodología ITIL
para el desarrollo y cumplimiento de la misma.
Para el diseño del servicio se seguirán los siguientes requerimientos:
● Estrategia de servicio.
● Diseño del servicio.
● Transición del servicio.
● Operación del servicio.
● Mejora continúa del servicio.
Estrategia de servicio.
Para definir la estrategia del servicio se mostrarán cuadros comparativos y
evaluación de las encuestas realizadas según la muestra, esto se
presentará más adelante el los criterios para la evaluación de la propuesta
y sus respectivos anexos. Anexo 1
Diseño del servicio.
Para el diseño de la red WSN se entregan los siguientes manuales de
instalación ubicado en el Anexo2:
- Ubuntu
- Contiki os
55
- Simulador Cooja
Contiki OS
Como se mencionó anteriormente es un sistema operativo con limitaciones
en el hardware, como es el caso de las redes WSN. Es open source (código
abierto) y puede ser implementado sobre IPv6 ofreciendo una gama de
opciones para gestionar la capa MAC, por lo cual uno de los eventos que
destacamos es contikiMAC.
Módulo de Gestión de energía
Entre los puntos más importantes de las redes de sensores inalámbricos
destacamos el consumo de batería.
Muchos de los diseñadores de estas redes las crean o implementan para
no ser modificadas pero este tipo de redes si pueden reconfigurarse puesto
que los dispositivos que utilizan son auto configurables, aunque de esto
depende mucho el consumo de la batería.
En este caso la aplicación se evaluara y probará mediante una simulación
como lo mencione anteriormente por lo cual no se podrá medir el consumo
real y legible de la red. Para tener una idea de este control de consumo de
batería se realizara una estimación del consumo de energía con un módulo
llamado PowerTrace.
PowerTrace
Como se ha mencionado anteriormente este proyecto se basa en simular
una red WSN sobre el sistema operativo contiki y su simulador Cooja, para
resolver una de las opciones que posee contiki y verificar el consumo de
batería es necesario utilizar powerTrace.
56
De esta forma denotaremos que PowerTrace es un programa que puede
ser incorporado como plugin a cualquier simulador en este caso Cooja con
el cual estimaremos el consumo de energía generados por la red a
simularse.
PowerTrace tienen una precisión aproximada del 94% a los valores reales.
El código se encuentra en el fichero powertrace.c. Para utilizar esta
función vamos a seguir el siguiente procedimiento:
# include “powertrace.h”
Powertrace_start (CLOCK_SECOND +2);
//en esta línea detallamos cada cuando tiempo el sistema recibe
información.
La función PowerTrace posee varios atributos que pueden ser de gran
ayuda para el monitoreo de la red.
En la siguiente imagen mostramos la salida del proceso que se está
realizando de la simulación planteada. Fig. 12.
FIG 12. Visualización de Salida del módulo PowerTrace
Elaborado: Vanessa Murillo Bravo
57
Una vez diseñada la configuración de la red se entrega el diseño de la
implementación física realizada en AutoCaD.
Para visualizar el diseño de implementación en la vivienda completo
dirigirse al Anexo 3.
Diseño de la Red en AutoCAD
En esta etapa se está planteando el diseño de una vivienda de interés
social asemejándola a las viviendas comunes habitadas por las personas
que pueden haber presentado fuga de gas en sus hogares.
● Cuenta con 52.4 metros cuadrados de construcción y emplazada en un
terreno de 200 metros cuadrados.
Dentro de las especificaciones técnicas de la casa se definen los
siguientes requerimientos:
Estructura:
♦ Hormigón armado
Paredes:
♦ Bloques Rocafuerte exterior
♦ Bloques Alfadomus interior
Puertas:
♦ Madera
Ventanas:
♦ Aluminio y vidrio
58
Piso:
♦ Losa de hormigón simple
Sobre piso:
♦ Cerámica
Cubierta:
♦ Eternit
Instalaciones Eléctricas:
♦ Empotradas
Instalaciones Sanitarias:
♦ Empotradas.
La casa cuenta con sala, cocina y comedor compartido además de 3
habitaciones y un baño compartido, garaje y lavandería en este diseño
podemos visualizar una casa con sus respectivas normas de seguridad
entre ellas una red de sensores inalámbricos; este diseño ha sido adaptado
para visualizar de mejor manera la distribución de los sensores y la forma
de adecuarse a una vivienda común usada por las amas de casa. Fig. 13
59
FIG 13. Diseño de Vivienda con red de sensores inalámbricos
Elaborado: Vanessa Murillo Bravo
En la Fig. 13 podemos apreciar un acercamiento del diseño de la vivienda
en el cual nos muestra la distribución de los sensores inalámbricos de gas
y la alarma instalada, todo esto con la finalidad de que en la vivienda no se
dañe la estética y pueda de alguna forma ayudar con la seguridad de la
misma.
60
Transición del servicio.
En esta etapa entregaremos los manuales de instalación y uso de los
equipos a utilizarse para el control y monitoreo de la red de sensores
inalámbricos.
Estos manuales estarán ubicados en el Anexo 4.
- Manual de instalación de Alarma Gsm Inteligente
- Manual del Sensor de gas
Análisis del Control y Monitoreo de la Red
Para el control y monitoreo de la red de sensores instalados se utilizaráuna
alarma GSM inteligente que trabaja de forma inalámbrica la cual es
considerada como un sistema de alta tecnología.
Los sensores inalámbricos de gas se comunicarán con la alarma sensora
para recibir de esta forma las pulsaciones sensoriales en el caso de
presentarse una fuga de gas en la vivienda, toda esta comunicación es
necesaria para que la alarma empiece a realizar el proceso de alerta. Fig.
14.
Fig.14Comunicación entre el sensor y la alarma
Elaborado: Vanessa Murillo Bravo
61
Alarmas de mensajes
Este dispositivo cuenta con conexión que puede adaptarse a la línea
convencional con el uso de esta línea fija el sistema realiza la llamada de
alerta a los números almacenados en la base de datos o caso contrario
enviara un mensaje de texto alertando sobre la variación de los sensores.
La alarma posee un sistema que le indicara el que existe fuga de gas y de
esta forma se pueda evitar un incendio.Fig.15.
Fig. 15 Alarma de mensajes y llamadas
Elaborado: Vanessa Murillo Bravo
Alarmas de Sonido
El sistema antes mencionado también posee una sirena adaptada junto a
la alarma gsm.
Una vez que el sensor de gas envíe la señal de alerta al sistema de alarma
este se activara automáticamente enviando una alerta de sonido para que
se puedan tomar las precauciones necesarias y se pueda controlar el
inconveniente con el fin de prevenir incendios futuros.Fig.16.
62
Fig.16 Alarma de Sonidos
Elaborado: Vanessa Murillo Bravo
Alarma a la computadora
Se puede acceder desde una pc cualquiera al servidor de internet desde
cualquier navegador con la previa autenticación del usuario y password.
Desde allí, se puede verificar el control del sistema y los eventos suscitados
en los mismos.
Esto nos permite realizar cambios de forma remota ya sea en la
configuración de los equipos o en la base de datos de números de alerta.
Esta sería una forma fácil de conectarse a mi red y conocer que es lo que
está sucediendo mientras me encuentro fuera. Fig17-18.
Fig.17Alarma a la computadora
Elaborado: Vanessa Murillo Bravo
63
Fig. 18Diseño Final de la red propuesta
Elaborado: Vanessa Murillo Bravo
Operación del servicio.
Gestión de eventos:
- Realizar el monitoreo constante de los dispositivos para lograr que
estos cumplan su función.
- Controlar mediante una simulación para verificar que los dispositivos
instalados alarmen en el caso de existir fuga de gas doméstico.
Gestión de incidencias:
- En el caso de presentarse algún inconveniente se tomaran las
medidas para solucionarlos.
- Realizar el mantenimiento preventivo de los equipos.
64
Gestión de problemas:
- En el caso de presentarse un problema o avería en los dispositivos
se deberá realizar el respectivo mantenimiento correctivo.
Gestión de acceso:
- Los usuarios que podrán acceder a la interface gráfica son las
personas que habitan en la vivienda en la cual estará implementada
la red WSN.
CRITERIO PARA LA ELABORACIÓN DE LA PROPUESTA
CRITERIOS DE LA VALIDACION PROPUESTA
Para determinar la calidad de la propuesta presentada se va a medir
mediante la encuesta la aceptación que tiene este proyecto para los
usuarios que hayan presentado alguna fuga de gas en su cocina o que se
hayan visto involucrados en algún incendio causado por estas fugas.
En nuestro país existe un alto índice de incendio por fuga de gas doméstico
y mucho de estos han terminado con la vida de seres indefensos.
Por lo cual la encuesta a realizarse se proyectara para que las personas
tomen conciencia de instalar un medio de seguridad para prevenir esta
situación.
65
POBLACION Y MUESTRA
Población:
Según el diccionario de la Real Academia de la Lengua Española se define
a la población como el Conjunto de los individuos o cosas sometido a una
evaluación estadística mediante muestreo.
Una vez definido el problema a dar solución, formulados los objetivos, y
delimitar las variables que componen este proyecto; es de vital importancia
definir los individuos que ayuden a efectuar esta investigación, es primordial
que estos tengan características similares y que utilicen o hayan utilizado
cocinas a gas para elaborar el estudio.
Dentro de este análisis se han considerado los siguientes individuos.
Según estadísticas del Inec (Instituto Nacional de Estadística y Censos)
encontramos que en la Parroquia Pascuales en el año 2010 tenemos una
población:
Cuadro 6: Cuadro Poblacional
Población Nº
Provincia del Guayas 14.433
Total 14.433
Elaborado: Vanessa Murillo
66
Muestra: Según (Wigodski, 2010) “la muestra es un subconjunto fielmente
representativo de la población” con la cual va a ser analizado este proyecto,
la misma que saca conclusiones sobre las características poblacional.
La muestra debe ser representativa ya que las conclusiones obtenidas
servirán para sacar el total de la población.
La muestra definida dentro de un ambiente de la población fue la de las
amas de casa que utilizan cocinas que trabajan con gas doméstico, debido
a que las amas de casa están conscientes de la problemática definida en
el proyecto propuesta.
TECNICA DEL MUESTREO
El muestreo es la técnica que permite obtener o seleccionar una muestra
representativa de la población, la misma se realiza una vez que se han
establecido un marco maestral representativo de la población en este caso
las amas de casa.
Tipos de muestreo:
A continuación se detallan algunas técnicas alternativas para la obtención
de muestras son:
● Muestreo Probabilístico:
Son aquellos que tienen una misma probabilidad de que sea seleccionada.
A continuación detallamos los tipos de muestreo probabilísticos:
67
♦ Muestreo Aleatorio Simple:
(Ochoa, 2015) Indica que “es la técnica de muestreo en la que todos los
elementos que forman el universo y que, por lo tanto, están descritos en el
marco maestral, tienen idéntica probabilidad de ser seleccionados para la
muestra.”
Es decir se da un número a cada individuo de la población por medio de un
sistema mecánico, en donde se eligen los individuos necesarios para
completar el tamaño de la muestra.
♦ Muestreo Aleatorio Sistemático:
Según (Casal1, 2003) “el muestreo sistemático es un tipo de muestreo que
es aplicable cuando los elementos de la población sobre la que se realiza
el muestreo están ordenados.
Este procedimiento de muestreo se basa en tomar muestras de una manera
directa y ordenada a partir de una regla determinística, también llamada
sistemática.” Para lo cual en este muestreo se dan patrones para
seleccionar la muestra.
♦ Muestreo estratificado:
Según (Castillo, 2011)“Consiste en dividir la población total en clases
homogéneas (estratos). Cada estrato funciona independientemente,
pudiendo aplicarse dentro de ellos el muestreo aleatorio simple para elegir
los elementos concretos que formarán parte de la muestra.”
68
Tamaño de la muestra
Fórmula para determinar la Muestra
Resolución del tamaño de la muestra
Equivalencias para resolver el tamaño de la muestra
Resolución del tamaño de la muestra
~
ºP = Probabilidad de éxito (0.50)
Q = Probabilidad de fracaso (0.50)
N= Tamaño de la población (2.350.915)
E= error de estimación (0.05)
Z= Valor de z, 1.96 para =0,05 y 2.58
Para =0.01 n = Tamaño de la muestra (?)
n=_14433_x (1.96)² x_0.50_x 0.50_________
(14433-1) x (0.10)² + (1.96)² x 0.50 x 0.50
n=_______14433 x 0.9604____
14432 x 09704
n=_____13861.4532___
145.2804
n= 95.41 ~ 96
69
Cuadro 7: Número de la Muestra
Elaborado: Vanessa Murillo Bravo
La muestra obtenida de 96 amas de casa para realizar el proceso de
verificación de usuarios que utilizan cocinas a base de gas
doméstico para el diseño de una red de sensores.
* Realizar encuestas conformadas de cinco preguntas.
* Realizar un análisis empírico de los problemas que se
generan en este por el mal uso de las cocinas a gas.
* Indagar sobre las necesidades que tienen los usuarios y
diseñar una red para evitar problemas a futuro.
* Relacionar los resultados obtenidos por medio de las
encuestas y entrevistas.
INSTRUMENTOS DE RECOLECCIÓN DE DATOS
Encuestas
Las encuestas son una serie de preguntas y técnicas que permiten recopilar
información de manera verbal, digital o escrita, donde están involucrados
un conjunto de individuos como muestra para facilitar la investigación y con
ello obtener resultados que sirvan para cubrir las necesidades o problemas
que tienen los involucrados.
Las encuestas tienen ventajas de las cuales enmarcamos las siguientes:
* Permite consolidar información relevante en un tiempo limitado.
70
* Reúne datos válidos y reales dentro del estudio de campo realizado en
el entorno donde se lleva a cabo la investigación.
* Ayuda a emplear un análisis de tal manera que las personas
encuestadas puedan aportar con información de hechos actuales o
pasados.
* Emplea preguntas objetivas que pueden ser aplicadas para las personas
que tengan la necesidad de medir una problemática. Ver ANEXOS 1
Una vez analizada la información obtenida con las encuestas a las amas
de casa de la Parroquia Pascuales, se concluye que, las amas de casa del
sector antes mencionado consideran oportuna la creación de una red para
evitar el alto índice de incendios por fugas de gas doméstico, respaldando
así la propuesta antes expuesta.
Análisis de resultado
Los resultados obtenidos por medio de la encuesta aplicada a las amas
de casa de la Parroquia Pascuales son los siguientes:
1.- ¿Usted utiliza cocinas a Gas? Cuadro # 8
OPCIONES RESULTADO
SI 91%
NO 9%
Autor: Vanessa Murillo Bravo
71
- En esta pregunta podemos denotar que alrededor del 91% de las
personas encuestadas son amas de casa y siguen utilizando
cocinas a Gas, las cuales son las principales que pueden dar fe
de las causas y consecuencias de tener una fuga de gas en sus
hogares.
2.- ¿Alguna vez ha tenido alguna fuga de gas en su cocina?
Cuadro # 9
Autor: Vanessa Murillo Bravo
- En esta pregunta observamos que el 91% de las personas
encuestadas han presentado fuga de gas en sus cocinas ya sea
por descuido o por anomalías en las tuberías de las mismas.
OPCIONES RESULTADO
SI 91%
NO 9%
91%
9% SI
NO
72
3.- ¿Esta consiente que la fuga de gas pueden provocar un gran incendio?
Cuadro # 10
OPCIONES RESULTADO
SI 92%
NO 8%
Autor: Vanessa Murillo Bravo
- En esta pregunta verificamos que en su gran mayoría, para ser
precisos el 92% de las personas encuestadas están conscientes
del peligro de presentar una fuga de gas doméstico ya que no
solo puede causar un gran incendio, sino también la asfixia de
las personas que inhalen estos gases tóxicos.
4.- ¿Si hubiera un incendio cuáles son los bienes materiales más
costosos que perdería? Nómbrelos.
- A esta pregunta las amas de casa respondieron que los bienes
que perderían son principalmente su cocina, cilindro de gas,
refrigeradora, microondas, lavadora, entre otras cosas si se
suscitara un incendio de mayor volumen.
92%
8% SI
NO
73
Cuadro # 11
Materiales Total
Cocina 100%
Cilindro de gas
100%
Refrigeradora 100%
Microondas 100%
Lavadora
100%
Camas, colchones,
etc.
50%
Autor: Vanessa Murillo Bravo
5.- ¿Si existe una red que envíe una señal de alerta indicando que hay
una fuga de gas en su cocina y pueda prevenir un incendio usted la
utilizaría?
Cuadro # 12
OPCIONES RESULTADO
SI 78%
NO 22% Autor: Vanessa Murillo Bravo
78%
22%SI
NO
74
- En esta última pregunta nos muestra que el 78% de las amas de
casa estarían dispuesta a acoger este proyecto para bienestar y
seguridad y el de su familia y los bienes que con tanto esfuerzo
logran obtener para así vivir de una forma tranquila.
75
CAPÍTULO IV
Criterios de aceptación del producto o Servicio
Para medir la aceptación del producto se establecerán dos puntos de
criterios:
El del técnico instalador y el del usuario.
Técnico Instalador
INSTALACIÓN DE LA RED
1 2 3
Habilidades del software
X
Facilidad operacional
x
Control del sistema
operativo
X
Usuario 1 2 3
Accesibilidad X Facilidad de utilización
X
Estética en implementación
X
Costo de bajos de mantenimiento
X
Para poder medir periódicamente estos parámetros se plantea.
76
Mecanismos de control:
Se plantea revisiones periódicas al sistema y encuestas de
satisfacción para verificar que la red funcione de forma correcta.
Métodos para corrección:
Los métodos de corrección serán mediante capacitaciones técnicas
frecuentes para que los usuarios conozcan de la red.
Mantenimiento preventivo y correctivo en el caso de daños.
Medidas, métricas e indicadores
Calidad del servicio
La calidad del servicio será medida mediante los siguientes indicadores:
Rango
1 – 3 aceptable
4 -6 no aceptable
Calidad del servicio Frecuencia mensual
Caída de la red
Falsas alarmas
Daño en los equipos
77
CONCLUSIONES
Se ha concluido que el mejor sistema operativo utilizado para el diseño de
redes de sensores inalámbricas es contiki puesto de es de fácil operatividad
y además cuenta con múltiples opciones como es su simulador cooja.
En segunda instancia se concluyó que la mejor forma de monitorear la red
son instalando alarmas Gsm inteligentes ya que son de fácil manejo e
instalación para los usuarios que necesiten implementar este sistema para
la seguridad y bienestar de su familia.
Por ultimo hemos concluido que este diseño puede ser de gran utilidad y
beneficio para las amas de casa puesto que brinda una mayor seguridad
no solo a sus bienes materiales sino también a la vida e integridad de sus
seres queridos, todo esto avalado por el estudio de campo realizado ya que
como podemos observar en las tablas comparativas las personas
encuestadas estarían dispuestas a implementar esta red en sus hogares.
78
Recomendaciones
Se Recomienda a las amas de casa a llevar un mantenimiento preventivo
de sus tuberías de la cocina como de las abrazaderas para así evitar
flagelos a causa de fuga de gas.
Dentro de las recomendaciones puedo mencionar que este proyecto seria
de mucha utilidad para prevenir accidentes en los hogares y proteger sobre
todo la vida del ser humano, aunque cabe destacar que para ser
implementada esta tiene un alto costo, claro está que nada comparado con
las pérdidas que suele ocasionar un incendio o peor aun cuando este
produce la muerte irreparable de un ser querido.
Otra de las recomendaciones seria que de alguna forma el gobierno ayude
a costear una parte del costo de este sistema para que así las personas de
bajos recursos puedan beneficiarse de este proyecto, además como
observamos en la encuesta realizada un 91% de las amas de casa utilizan
aun cocinas a gas y no están dispuesta a cambiarlas por las de inducción.
79
BIBLIOGRAFÍA
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0-%20INGLES.pdf
82
ANEXOS
Anexo 1.- Encuesta
ENCUESTA PARA MEDIR LA POSIBILIDAD DE QUE LAS AMAS DE
CASA DE LA PARROQUIA PASCUALES INSTALEN UNA RED DE
SENSORES INALAMBRICOS EN SUS HOGARES
NOMBRE:_______________________________________
EDAD:_______________________
1.- ¿Usted utiliza cocina a Gas?
2.- ¿Alguna vez ha tenido alguna fuga de gas en su cocina?
3.- ¿Esta consiente que la fuga de gas pueden provocar un gran incendio?
4.- ¿Si hubiera un incendio cuales son los bienes materiales más costosos que perdería nómbrelos? ___________________________________________________________ 5.- ¿Si existe una red que envié una señal de alerta indicando que hay una fuga de gas en su cocina y pueda prevenir un incendio usted la utilizaría?
83
ANEXO 2
MANUAL TECNICO Y DE INSTALACION
Instalación de Ubuntu
Antes de instalar contiki y realizar el diseño de nuestra red debemos tener
en cuenta que primero debemos tener en nuestra maquina instalado el
sistema operativo Ubuntu en las últimas versiones para sobre este levantar
contiki os.
¿Qué es Ubuntu?
Es una distribución de linux, que a lo largo de los años ha tenido un
impresionante desarrollo y aceptación por parte de la comunidad amante
del software libre (open source) en todo el mundo. (SETFREE, 2013)
Instalación
La instalación se la puede realizar descargando una versión gratuita
de la web o desde un CD/DVD directamente de igual forma el
proceso de instalación es el mismo.
Paso 1:
Como primer paso tenemos la selección del lenguaje en el
cual se va a realizar el proceso, en este caso vamos a realizar
con el idioma español y luego empezamos la instalación.
84
Autor: Vanessa Murillo Bravo
Paso 2:
Una vez escogido el lenguaje nos va a mostrar el instalador
en la pantalla del escritorio le damos doble clic para instalar
Ubuntu.
Autor: Vanessa Murillo Bravo
85
Paso 3:
Se elige el idioma para el sistema operativo, en este caso
español y luego seguimos con el proceso de instalación.
Luego de esto va a mostrar los requisitos del sistema y damos
continuar.
Autor: Vanessa Murillo Bravo
Paso 4:
El asistente mostrara las especificaciones del sistema
operativo en cuanto al disco duro y especificaciones de la red.
Autor: Vanessa Murillo Bravo
86
Paso 5:
Podemos escoger la opción de borrar el disco duro completo
y utilizarlo solo con Ubuntu o gestionar las particiones del
disco manualmente para utilizar con otro sistema operativo.
Para los usuarios que deseen realizar las particiones del disco
deberán escoger la opción “Más opciones” y configurarlas de
forma manual.
Luego de realizar este proceso se efectuara el proceso de
instalación pero junto a este podemos ir configurando otras
opciones como nuestra región y huso horario si así lo desea.
Autor: Vanessa Murillo Bravo
87
Paso 6:
Se debe crear el usuario principal para el sistema o también
llamado root con: el nombre usuario, el nombre equipo en red,
la contraseña y si queremos utilizar cifrado en la carpeta
personal esto para el uso de portátiles.
Autor: Vanessa Murillo Bravo
A continuación empezara el progreso de la información.
Autor: Vanessa Murillo Bravo
88
Luego de que culmine el proceso de instalación se deberá
reiniciar el equipo para que se guarden los cambios.
Autor: Vanessa Murillo Bravo
Instalación de contiki os
Para iniciar con la instalación del sistema operativo Contiki en tu Existen
d computador, existen diversas opciones. La más fácil y rápida sería utilizar
InstantContiki.
InstantContiki es una imagen la cual puede ser levantada sobre una
máquinas virtuales VMware que se producirá sobre Windows.
Descarga e instalación de contiki
Paso 1:
Como primer paso vamos a descargar InstantContiki 2.7
89
Luego de realizar esta descarga
Al dar doble clic sobre la carpeta de InstantContiki
visualizamos los siguientes archivos.
Autor: Vanessa Murillo Bravo
Luego abrimos Ubuntu y ejecutamos la siguiente opción; la
cual permitirá correr el archivo de instalación de
InstantContiki.
Autor: Vanessa Murillo Bravo
90
Después de realizar este proceso se deberá iniciar sesión en
InstantContiki con el password user.
Autor: Vanessa Murillo Bravo
Luego de haber realizado con éxito esta instalación
ejecutamos el simulador Cooja y sus herramientas con los
siguientes comandos.
Autor: Vanessa Murillo Bravo
Despues de ejecutar estos comandos optendremos el
simulador Cooja para realizar cualquier configuracion.
91
Autor: Vanessa Murillo Bravo
Para crear una nueva simulacion escogemos la opcion -file y
luego opcionamos -create new simulation.
Autor: Vanessa Murillo Bravo
Al escoger la nueva simulacion se le debera dar un nombre y
luego se debe dar clic sobre la opcion Create.
Autor: Vanessa Murillo Bravo
92
Este simulador posee varias opciones como son la de red
(Network) la cual posee motas para la creación de la simulación.
Adicional posee varias opciones como son las siguientes:
Timeline.- La cual muestra los eventos de comunicación y las
líneas de tiempo de cada mota.
Mote output.- Esta opcion muestra las salidas de las motas
involucradas en la red.
Notes.- Con esta opcion detallamos comentarios de nuestra red
de motas.
Simulation control.- Sirve para recargar y controlar la simulacion
de la red.
Ya habiendo explicado las opciones que posee nuestro simulador
Cooja voy a explicar como añadir motas a nuestra red.
Add motes.- En el simulador existe la opcion Motes y empezara
a añadir las motas escogiendo las siguientes opciones:
- Create new mote type
- Sky mote.- ambas para escoger la mota apropiada para
nuestro diseño.
Autor: Vanessa Murillo Bravo
93
Luego de crear la mota debemos ponerle nombre en este
caso ubicaremos como sensor1 despues se da clic en el
browser y se escoge el directorio donde se guardara el
archivo.
Autor: Vanessa Murillo Bravo
Se debe realizar la compilacion del archivo para luego
crear la mota con sus parametros.
Autor: Vanessa Murillo Bravo
Autor: Vanessa Murillo Bravo
94
Para nuestro proyecto añadiremos 3 motas.
Autor: Vanessa Murillo Bravo
Autor: Vanessa Murillo Bravo
Manipulacion de las opciones antes mencionadas.
- Mote output.
- Network.
- Timeline.
- Pause.
- Save Simulation.- Se utiliza para guardar la simulación.
95
Autor: Vanessa Murillo Bravo
96
ANEXO 3
Diseño completo de la vivienda en AutoCad
97
ANEXO 4
Manual de Instalación de Alarmas Gsm
1. Inserte la tarjeta SIM al panel de alarma
Antes de operar e instalar el sistema de alarma GSM, que necesita para
obtener una tarjeta GSM SIM válida, entonces insertarlo al panel de alarma
en la dirección correcta, cuando el sistema de alarma se apague. (Nota:..
El trabajo del sistema de alarma GSM bajo la red celular GSM, significa 2G
Si su 3G operar puede proporcionar servicios GSM, que significa que la
tarjeta SIM 3G también puede trabajar con sistemas de alarma GSM
basada Antes de utilizar la tarjeta SIM, es posible que necesite desactivar
el código PIN y asegúrese de que la tarjeta SIM puede permitir llamada
telefónica marca y enviar SMS)
98
Conecte el cable de alimentación al panel de alarma y enciéndalo, ahora el
sistema es sucesivamente. Cuando encender el sistema, se trata de hacer
la comunicación con GSM, por lo que necesita que esperar 20 segundos,
antes de cualquier operación. Después 20 segundos, se puede pulsar el
icono "UP" "DOWN" para comprobar el nivel de GSM. Si la pantalla LCD
"SIN TARJETA SIM", que significa que el sistema no se ha insertado con
validez SIM o no puede detectar la tarjeta SIM. Si se muestra el nivel de
señal como "15 OK", eso significa que el sistema de alarma se puede
comunicar con la red GSM.
2. Fecha y hora de programa
Ahora usted puede comenzar a programar el sistema, entrar en el modo de
programación, hay que pulsar "SET", y luego introduzca la contraseña (por
defecto: 888888), a continuación, pulse "ENT". Se muestra SET TIME &
DATE SET. Antes de introducir cualquier información, hay que pulsar
"Borrar" para borrar los datos antiguos.
Si la hora actual es 12: 00: 00AM, entonces de entrada debe ser 120000.
Si la fecha es 2011-11-05, entonces la entrada debe ser 1111051. (11
significa año, 11 significa mes, 05 es día, significa 1 Lunes)
3. Teléfonos Programa para receptora de alarmas
El sistema de alarma puede trabajar con línea de teléfono y una tarjeta SIM
GSM. Puede memorizar hasta 6 números de teléfono de receptora de
alarmas. Cuando programa el número de teléfono, el usuario puede elegir
si desea recibir llamada telefónica o alerta. Tenga en cuenta que cuando
se programa el número de teléfono en el sistema de alarma, asegúrese de
99
introducir el formato correcto que se incluye con el código de país y el
código de distrito. Después de la programación, si usted encuentra el
sistema no puede hacer una llamada telefónica o SMS, entonces significa
que la programación número de teléfono es incorrecta.
4. Programa de sensores inalámbricos para panel de alarma
Si usted ordenó sensores inalámbricos adicionales de nosotros, puede que
tenga que programar en el panel de alarma, antes de usarlo. Ir al menú
"Sensor programa", entonces de entrada "número de zona" y "número de
grupo", a continuación, seleccione "Activar sensor", a continuación, la
pantalla LCD "Aprendizaje....", es necesario activar el sensor. Notice:
Usted debe programar sensores en número de zona correcta
Una zona puede soportar un máximo de sensores unidades 4, por lo que el
número de grupo para el primer sensor, es necesario introducir "00" y
segundo sensor, el número de grupo debe ser "01", tercero es "02", expone
uno es "03 ".
, Número de la zona y el tipo de sensor tabla Tipo de zona
Número
de Zona Tipo de Zona Tipo de sensor
00, 01 Armar /
Desarmar
Para llave de control inalámbrico, teclados
inalámbricos LED / LCD
02-10 Pánico / Zona de
Emergencia
Para botón de conexión inalámbrica pánico, sensor
de humo inalámbrico, escape de gas, el calor ...
etc. 24 Trabajo hora, no se pueden controlar
100
, Número de la zona y el tipo de sensor tabla Tipo de zona
Número
de Zona Tipo de Zona Tipo de sensor
11-20 Zona Perimetral
Para sensor de perímetro como haz de infrarrojos
activa, la ventana / sensor de la puerta, sensor de
movimiento al aire libre
21-30 Zona de
Movimiento
Para los sensores de detección de interiores, tales
como sensor de interior PIR de movimiento, sensor
de vibración ... etc.
31-38
Sensor con
conexión de
cable
31,32,33 son perímetro de zona. 34,35 son zona
de movimiento, 36,37,39 son zona de emergencia
5. Atributo de Zona y la función Timbre
Ir al atributo de zona, puede cambiar el tipo de zona y el tipo de alarma, tipo
de sensor, la zona de derivación, introduzca demora. Ejemplo: Si desea 11
zonas hacen que el sonido del timbre, cuando la puerta está abierta. Es
necesario ir a la zona de atributos, la zona de entrada del número 11, elija
el tipo de zona y el tipo de alarma de entrada 20, derivación No.Then se
hace.
6. Zona Cableado y método de cableado
Antes de utilizar las zonas cableadas duros, necesita ir a atributo de zona
y establecer zonas cableadas dura Bypass en NO (ajuste predeterminado
es SÍ) .Para las zonas cableadas duras, necesitamos poner la resistencia
RFL en el cableado. Estamos aquí ofrecemos el diagrama de cableado de
la siguiente manera:
101
7. Cómo utilizar la salida de la sirena cableada
El trabajo del sistema de alarma con
sirena inalámbrica y la sirena
cableados. Tenga en cuenta que hay
un pin 2 cables para la conexión entre
la sirena cableada y panel de alarma.
Cuando se activa una alarma, el
sistema de salida de CC + 12V
102
