Redes de sensores inalámbricos

La Mecatrónica a partir del año 1970 se ocupó principalmente de la investigación tecnológica, usando antecedentes inmediatos basados en la evolución de redes de sensores inalámbricos que tiene su origen de las iniciativas militares de estados unidos. Las redes de sensores inalámbricos se ha convertido en un tema muy activo de investigación Mecatrónica en varias universidades, aunque ya empiezan a existir aplicaciones comerciales basadas en este tipo de redes.
Red de sensores inalámbricos se utilizan para controlar el uso eficaz de la electricidad y a su vez en lugares que requieren altos niveles de seguridad para evitar ataques terroristas, tales como centrales nucleares, aeropuertos, edificios del gobierno de paso restringido. Para servicios básicos como electricidad, alumbrado público y ayuntamientos de agua, los sensores inalámbricos ofrecen un método de bajo costo para un sistema de recolección de datos saludable que ayuden a reducir el uso de energía y mejor manejo de recursos.

La tecnología inalámbrica ofrece varias ventajas para aquéllos que requieren construir sistemas cableados e inalámbricos y aprovechan de la mejor tecnología para su aplicación. Para hacer esto, necesita una arquitectura de software flexible como NI LabVIEW, una plataforma gráfica de diseño de sistemas. LabVIEW ofrece la flexibilidad requerida para conectar un amplio rango de dispositivos con cable por medio de red de sensores inalámbricos. Los WSN están típicamente organizados en uno de tres tipos de topologías de red. Topología de estrella, cada nodo se conecta directamente al gateway. Topología de árbol, cada nodo se conecta a un nodo de mayor jerarquía en el árbol y después al gateway, los datos son ruteados desde el nodo de menor jerarquía en el árbol hasta el gateway. Finalmente, para ofrecer mayor confiabilidad, las redes tipo malla, 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. Un nodo WSN contiene varios componentes técnicos. Estos incluyen el radio, batería, microcontrolador, circuito analógico y una interfaz a sensor.

Hoy en día se pueden encontrar en gran número de sistemas y dispositivos electrónicos. La mayor parte de estos sensores adolecen de la capacidad de procesar y analizar los datos que detectan, limitándose a funcionar como un transductor que realiza la medición de una o más variables del entorno y envía dicha información a un procesador central. Sin embargo, los investigadores predicen la llegada de una nueva generación de sensores, dotados de inteligencia propia, capaces de organizarse a sí mismos y de interconectarse de forma inalámbrica con otros semejantes. También se puede minimizar el consumo energético en cada uno de los nodos debido a las transmisiones de datos (sus propios datos medidos, y aquellos que debe reenviar correspondientes a las mediciones de otros nodos de la red) en lugar del número de sensores (que en este caso es un valor fijo). Actualmente se trabaja sobre un problema de diseño de una red de 100 sensores variando la relación entre los radios de cobertura y comunicación para estudiar su efecto sobre la disposición de la red. Los nodos se comunican entre sí con sus transceivers, envían sus mensajes de enrutamiento y así encuentran un camino a la mota base, actualizando los datos recogidos. La mota base se conecta a una estación de trabajo en la que se analizarán los datos y se monitorizará la red. Para trabajos futuros se plantea desarrollar una red de sensores inalámbrica de mayor envergadura y experimentar con diferentes algoritmos y parámetros para obtener la mejor solución en cuestión de energía y obtención de datos.Las redes han revolucionado la forma en la que las personas y las organizaciones intercambian información y coordinan sus actividades. En ésta década seremos testigos de otra revolución; una nueva tecnología permitirá la observación y el control del mundo físico. Los últimos avances tecnológicos han hecho realidad el desarrollo de unos mecanismos distribuidos, diminutos, baratos y de bajo consumo, que además, son capaces tanto de procesar información localmente como de comunicarse de forma inalámbrica. La disponibilidad de microsensores y comunicaciones inalámbricas permitirá desarrollar redes de sensores/actuadores para un amplio rango de aplicaciones. Esto conllevará un necesario desarrollo de modelos físicos, los cuales requieren un análisis y monitorización de datos efectivo y funcional.

Cada nodo de la red consta de un dispositivo con microcontrolador, 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. Con todo esto, una red de sensores puede ser descrita como un grupo de motas que se coordinan para llevar a cabo una aplicación especifica. Al contrario que las redes tradicionales, las redes de sensores llevarán con más precisión sus tareas dependiendo de lo denso que sea el despliegue y lo coordinadas que estén.

Silvana Blanco
Jose M. Navas