En base a los objetivos de evaluación de distintas plataformas inalámbricas, en un primer estadio se procedió a la monitorización en la iglesia de San Juan Bautista en Talamanca de Jarama (Madrid, España) mediante las plataformas Libelium y Memsic vistas con anterioridad, a través del despliegue que se muestra en la Figura 46.
Figura 46. Despliegue de motas para las plataformas Libelium y Memsic en la iglesia de San Juan Bautista en Talamanca de Jarama (Madrid, España).
La plataforma Libelium utilizó un protocolo de enrutamiento en malla (DigiMesh) y Memsic en árbol (CTP). El estudio comparativo realizado con motas Mica2 de Memsic
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demostró que la topología CTP funcionó mejor que XMESH (Martínez-Garrido, Aparicio et al. 2014b).
En la comparativa realizada en dicho escenario bajo condiciones de línea de visión directa entre motas y estación base para el modelo MPR400 (868 MHz - 916 MHz), emitiendo a potencia máxima, con una red formada de 7 motas (ver Figura 47) y la estación base enviando paquetes de datos de 41 bytes cada 2 min (Aparicio, Martínez-Garrido et al. Under review), se obtuvieron mejores resultados para CTP que para XMesh en lo que al éxito de los mensajes recibidos se refiere (menor cantidad de mensajes perdidos). Los ensayos con CTP mostraron un rendimiento energético menor que los resultados con XMesh, habiéndose observado que para XMesh la reconfiguración de rutas de la red ante problemas de comunicaciones se produce más rápidamente que para CTP. Cuando las condiciones de ubicación de la red son muy estables, el que se produzca la misma puede conllevar pérdida de mensajes. En el mejor de los casos experimentados se registró un tiempo de vida de la batería de 13384 min (<10 h.), no habiendo sido clave la influencia del número de transiciones hasta llegar a la estación base en el tiempo de vida de las motas. La presencia de público fue más perjudicial para Xmesh que para CTP (Aparicio, Martínez- Garrido et al. Under review).
Figura 47. Identificadores de motas y despliegue de topologías de red ensayadas para Memsic en la iglesia de San Juan Bautista en Talamanca de Jarama (Madrid, España).
Para el caso de la iglesia no se llegó a obtener para ninguna mota el 100% de los mensajes recibidos a pesar de haber línea de visión directa, siendo el tiempo de vida útil de las motas en ambos casos muy pequeño, por lo que se recurrió a la alimentación continúa de las mismas en la instalación a largo plazo definitiva.
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A excepción de las motas 12 y 15, la mayoría de los mensajes emitidos fue directamente a la estación de base, siendo el número medio de saltos inferior para el protocolo de CTP que para el protocolo XMESH excepto para la mota 12. Para la topología en árbol la distribución de red fue más eficiente siendo el número de mensajes recibidos por cada mota más equilibrado (Aparicio, Martínez-Garrido et al. Under review).
Como se observa en la Figura 46 el sistema de monitorización constaba de unidad de pre-procesamiento (pre-processing) y posprocesamiento (post-processing). En la primera de ellas se encontraban los sistemas de recogida y administración de los datos, con sus correspondientes servicios de copias de seguridad o back-up y control, estando las estaciones base de cada tecnología conectadas a un equipo con conexión a internet que sirvió de enlace a la unidad de post-procesamiento (post-processing). Los archivos fueron guardados distinguiendo entre tecnología, creando un archivo de texto sobre el cuál se hizo copia de seguridad automática cada 24 horas, con notificación por correo electrónico. Se dotó al equipo de recogida de datos de acceso remoto mediante el software Log Me In (Website 51).
Los datos fueron procesados en diferentes interfaces gráficas de usuario (GUIs) (ver Capítulo 7) que permitieron establecer el grado de influencia entre ambientes exteriores e interiores.
Mediante la red Libelium (motas Waspmote, 2.4 GHz) se recogieron datos de concentración de gases cada 2 min y condiciones meteorológicas externas cada 5 min. Por su parte, mediante la red Memsic (motas Mica2, 868 MHz - 916 MHz) se obtuvieron datos de T y HR en el interior de los muros y en el ambiente interior cada 2 min. Los sensores utilizados en dicha aplicación se resumen en el Anexo VI.
Tras el análisis de los números de mensajes perdidos se dedujo que las pérdidas en las comunicaciones en el período anual monitorizado (Diciembre 2011-Noviembre 2012) fueron menores con la tecnología Libelium que con la tecnología Memsic, estando la densidad de los mensajes perdidos de una medida a la otra en el margen de cero a uno para la primera plataforma, lo que equivale a períodos de pérdida de las comunicaciones de ninguno o dos minutos. Sin embargo, existieron períodos en los que las comunicaciones con Memsic se perdieron para el mota 2 (Figura 46) durante meses (Martínez-Garrido, Aparicio et al. Under review), siendo este el peor de los casos (Figura 46), y coincidiendo con el incremento del número medio de saltos citado con anterioridad con respecto a otras motas por problemas de comunicación con la estación base debido a la influencia severa para esta plataforma de los elementos constructivos presentes en el camino de la onda. Para
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la tecnología Libelium no existieron grandes períodos de pérdidas de datos en igualdad comparativa, registrando en el peor de los casos una pérdida de 32 min para un período de un día en el caso de las motas de gases.
En la Tabla 5 se muestran las pérdidas de comunicaciones para la plataforma Libelium en un período de Semana Santa 2012, que abarca días de elevada presencia de público, y un subperíodo de 24 horas de condiciones intermedias de afluencia de público típicas en la iglesia, ambos significativos para el estudio. Atendiendo al período de 24 horas, las motas que mejor se comunicaron con la estación base fueron las motas 3 y 4 (Figura 46, tecnología Libelium, mayor % de mensajes recibidos correctamente), pertenecientes a la nave principal que, a pesar de no tener línea de visión directa con la estación base en ninguno de los casos, fueron las que siguieron el camino de comunicación con menos obstáculos (muros, mobiliario o presencia de público). Por el contrario, las motas que tuvieron mayor número de mensajes perdidos en dicho período fueron la mota 1, situada en el ábside, y la mota 2, de registro exterior, habiendo sido ubicadas ambas en zonas donde existía un gran número de obstáculos por pilares de piedra y mobiliario, por lo tanto con un mayor número de interferencias en la comunicación directa con la estación base y una mayor distancia a la misma, como ocurre con la mota 2 (Figura 46), que se ubicó en las escaleras de la torre campanario de la iglesia, en cuya parte superior se instaló la mota correspondiente a la estación meteorológica (ver Figura 48).
Figura 48. Imagen de la estación meteorológica Libelium en la iglesia de San Juan Bautista en Talamanca del Jarama (Madrid, España).
Como se desprende de la Tabla 5, para el período completo del 1 al 10 de abril de 2012 con días de mayor afluencia de público frente al período de 24 horas, la mota 3 (Figura 46) fue la que más acusó dichas interferencias, al encontrarse situada a la altura del mismo
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(0.5 m), incrementando en un 6.17 % el número de mensajes perdidos con respecto al subperíodo de 24 horas de menor actividad.
Tabla 5. Calidad de la recepción de los mensajes para la plataforma Libelium durante el período 01/04/12- 10/04/12 y el subperíodo de 24 horas correspondiente al día 2 de abril de 2012. A=Aciertos (% mensajes
recibidos correctamente en el período), F=Fallos (% mensajes perdidos).
La Figura 49 a) muestra el número de mensajes perdidos durante el 2 de abril de 2012 para el caso de la plataforma Libelium, teniendo valor nulo si no ha habido pérdida entre un mensaje recibido y otro en la estación base, o distinto de cero atendiendo al número de mensajes perdidos entre recepciones. Puede observarse cómo el número de mensajes perdidos de una recepción a la anterior se sitúa mayoritariamente en un valor cero correspondiente a períodos sin pérdidas.
En el caso de la plataforma Memsic el número de mensajes perdidos fue consistentemente mayor frente a Libelium. Atendiendo a la Figura 46, y considerando la red estabilizada, la mota 4 fue la que tuvo menor cantidad de mensajes perdidos (línea de visión más directa con la estación base) mientras que la mota con mayor pérdida de mensajes fue la mota 7, cuya ubicación física se correspondió con la mota 4 de la plataforma Libelium (Figura 46), de lo que se desprende una menor interferencia por obstáculos en las comunicaciones con Libelium frente a Memsic, especialmente si se tiene en cuenta el alcance obtenido hasta la estación meteorológica para Libelium (Martínez- Garrido, Aparicio et al. 2014a).
Por su parte, la Figura 49 b muestra para un determinado número de comunicaciones establecidas para la plataforma Memsic, el nodo raíz (eje de abscisas) que utiliza cada mota hasta llegar a la estación base, concentrándose una gran cantidad de nodos intermediarios para las motas 2 y 6 especialmente, a pesar de su cercanía e incluso línea de visión directa con la estación base para el último de los casos.
Mota 1 Mota 2 Mota 3 Mota 4
Período 1-10 Abril 2012 A=72.04% F=27.96% A=76.09% F=23.91% A=74.65% F=25.35% A=75.96% F=24.04% 2 de abril 2012 A=74.07% F=25.93% A=77.78% F=22.22% A=80.82% F=19.18% A=79.77% F=20.23% 127
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Figura 49. Evaluación de comunicaciones inalámbricas para las redes desplegadas: (a) Número de mensajes perdidos en cada medida con respecto a la anterior por los motes de la plataforma Libelium en un
período de 24 horas, (b) Mote raíz para cada punto de monitorización en un intervalo bajo estudio correspondiente a una semana para la plataforma Memsic.
• Conclusiones parciales al estudio de comunicaciones con las plataformas Libelium y Memsic
Es posible concluir en lo relativo a las comunicaciones de estas dos plataformas de redes de sensores desplegadas que las pérdidas de mensajes en el largo plazo para la plataforma Libelium fueron menores que para la plataforma Memsic, siendo el alcance de la primera plataforma comparativamente mejor (Martínez-Garrido, Aparicio et al. 2014b) aun sin existir línea de visión directa. La plataforma Libelium permitió una comunicación sostenida en el tiempo, con un porcentaje de aciertos-fallos en la recepción de los mensajes constante a lo largo del mismo, mientras que para la tecnología Memsic existieron casos de pérdidas de mensajes por largos períodos de tiempo, habiéndose analizado la ruta que siguió cada uno de los mensajes, donde se observó una influenciada negativa en las transiciones de la
0 500 1000 1500
0 1
Lost messages 2nd April 2012
0 500 1000 1500 0 1 Time (min) 0 500 1000 1500 0 1 Time (min) 0 500 1000 1500 0 1
Lost messages 2nd April 2012
Mote 2. Outside conditions Mote 4. 3m height (over public)
Mote 1. Apse
Mote 3. Public level
0 2000 4000 6000 8000 10000 0 2 4 6 8 M1 R oot m ot e 0 2000 4000 6000 8000 10000 0 2 4 6 8 M2 0 2000 4000 6000 8000 10000 0 2 4 6 8 M3 0 2000 4000 6000 8000 10000 0 2 4 6 8 M4 R oot m ot e 0 2000 4000 6000 8000 10000 0 2 4 6 8 M5 0 2000 4000 6000 8000 10000 0 2 4 6 8 M6 Time (min) 0 2000 4000 6000 8000 10000 0 2 4 6 8 M7 Time (min) b) a) 128
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misma para los casos de mayor pérdida. Como desventaja prioritaria de este tipo de plataformas fue destacable la autonomía de las mismas ya que al no alcanzar valores superiores a la semana fueron conectadas directamente a la red eléctrica para garantizar la duración de la monitorización del período completo.