Las redes de sensores inalámbricos forman un reciente campo de investigación. Están
formadas por una serie de nodos que realizan una determinada tarea. Los nodos suelen ser
pequeños dispositivos electrónicos, autónomos, alimentados por baterías y con capacidad
para comunicarse entre ellos inalámbricamente.
Las características del tamaño y la alimentación con batería hacen que el consumo de energía
sea un factor clave en su diseño. A partir de la necesidad de optimizar el consumo de energía
aparecen nuevos tópicos de investigación como la recolección de energía y la optimización del
consumo. Esta tesis se enmarca dentro de estos campos, tratando de estudiar, proponer
soluciones e implementarlas.
En la primera parte se estudiará el comportamiento y arquitecturas de los dispositivos y
sistemas operativos más utilizados en el ámbito de las redes de sensores. El análisis se
enfocará en los sistemas operativos TinyOS, MantisOS y Contiki y en los dispositivos Tmote Sky
y MICAz.
En la siguiente parte se estudiará el estado del arte de los modelos teóricos sobre el consumo
de energía en redes de sensores desde diferentes perspectivas: el transceiver, un nodo
completo, toda una red, etc. Después se propondrá una metodología para obtener modelos
para mejorar el conocimiento sobre estado de carga de un nodo sensor, teniendo en cuenta
factores tales como la temperatura o el desgaste de las baterías. Aplicando este método se
propondrán varios modelos basados en regresiones lineales y redes neuronales que puedan
ser ejecutados por un nodo final. Los resultados se validarán con medidas experimentales y
comparativas con otros dispositivos hardware.
Se propondrá una arquitectura de fuente de alimentación basada en recolección de energía
solar. Además esta fuente permitirá reducir el desgaste de las baterías recargables mediante el
empleo de supercondensadores. Para ello la fuente de alimentación cuenta con un sistema
que automáticamente conmuta entre ambas fuentes y prioriza la del supercondensador
respecto a la de la batería. El diseño permitirá operar a un nodo típico exclusivamente desde
un supercondensador durante varios días, entrando la batería en funcionamiento únicamente
cuando las condiciones climatológicas impiden obtener la suficiente energía del sol. Después
se estudiará la posibilidad de utilizar otra fuente de recolección de energía: la energía
proveniente de ondas de radio comerciales. Para ello se estudiarán diversos circuitos y se
compararán sus resultados. Este método de obtención de energía, si bien proporciona poca
corriente, puede ser suficiente para un nodo con un consumo extraordinariamente reducido, o
como apoyo a otra fuente de energía, sobre todo teniendo en cuenta que su disponibilidad no
depende de condiciones climatológicas. En la última parte de la tesis se realizarán varias aplicaciones. En primer lugar se implementará
un nodo inalámbrico para controlar sistemas de regadíos mediante electroválvulas. El nodo
tendrá un sistema de alimentación y disparo de las electroválvula combinando condensadores
y supercondensadores. Además se implementará un protocolo de acceso al medio que
mantiene el sincronismo entre nodos adyacentes mediante un sistema hardware que permite
reducir el consumo del nodo sin perder la temporización. La segunda aplicación será un
sistema medidor de parámetros medioambientales que utilizará la fuente de alimentación
diseñada anteriormente. Además el consumo de este nodo se aproxima a la energía que
podría proporcionar un sistema de recolección mediante ondas de radio. Se podrá acceder a
los parámetros medioambientales recogidos a través de internet. / Lajara Vizcaíno, JR. (2014). Modelado y optimización de energía en redes de sensores inalámbricas para la medida de parámetros medioambientales [Tesis doctoral no publicada]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/39371 / TESIS
| Identifer | oai:union.ndltd.org:upv.es/oai:riunet.upv.es:10251/39371 |
| Date | 03 September 2014 |
| Creators | Lajara Vizcaíno, José Rafael |
| Contributors | Pelegrí Sebastiá, José, Pérez Solano, Juan José, Universitat Politècnica de València. Departamento de Ingeniería Electrónica - Departament d'Enginyeria Electrònica |
| Publisher | Universitat Politècnica de València |
| Source Sets | Universitat Politècnica de València |
| Language | Spanish |
| Detected Language | Spanish |
| Type | info:eu-repo/semantics/doctoralThesis, info:eu-repo/semantics/acceptedVersion |
| Source | Riunet |
| Rights | http://rightsstatements.org/vocab/InC/1.0/, info:eu-repo/semantics/openAccess |
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