Red de Sensores y Dispositivo Móvil con Android -Edición Única

INSTITUTO TECNOLÓGICO Y DE ESTUDIOS SUPERIORES DE

MONTERREY

PRESENTE.-Por medio de la presente hago constar que soy autor y titular de la obra

denominada

, en los sucesivo LA OBRA, en virtud de lo cual autorizo a el Instituto

Tecnológico y de Estudios Superiores de Monterrey (EL INSTITUTO) para que

efectúe la divulgación, publicación, comunicación pública, distribución,

distribución pública y reproducción, así como la digitalización de la misma, con

fines académicos o propios al objeto de EL INSTITUTO, dentro del círculo de la

comunidad del Tecnológico de Monterrey.

El Instituto se compromete a respetar en todo momento mi autoría y a

otorgarme el crédito correspondiente en todas las actividades mencionadas

anteriormente de la obra.

De la misma manera, manifiesto que el contenido académico, literario, la

edición y en general cualquier parte de LA OBRA son de mi entera

responsabilidad, por lo que deslindo a EL INSTITUTO por cualquier violación a

los derechos de autor y/o propiedad intelectual y/o cualquier responsabilidad

relacionada con la OBRA que cometa el suscrito frente a terceros.

Red de Sensores y Dispositivo Móvil con Android ­Edición

Única

Title

Red de Sensores y Dispositivo Móvil con Android ­Edición

Única

Authors

Gustavo Rodríguez López

Affiliation

Tecnológico de Monterrey, Campus Monterrey

Issue Date

2011­05­01

Item type

Tesis

Rights

Open Access

Downloaded

18­Jan­2017 13:33:14

R e d de Sensores y Dispositivo Móvil con A n d r o i d

T E S I S

Maestría en Ciencias en Tecnología Informática

Instituto Tecnológico y de Estudios Superiores de Monterrey

Por

Red de Sensores y Dispositivo Móvil con Android 

T E S I S 

Maestría en Ciencias en Tecnología Informática 

Instituto Tecnológico y de Estudios Superiores de Monterrey 

P o r 

Ing. Gustavo Rodríguez López 

Red de Sensores y Dispositivo Móvil con Android 

M a y o 2011 T E S I S

Maestría en Ciencias en 

Tecnología Informática 

Instituto Tecnológico y de Estudios Superiores de Monterrey 

P o r 

Instituto Tecnológico y de Estudios Superiores de 

Monterrey 

División de Graduados en Mecatrónica y Tecnologías de 

Información 

Los miembros del comité de tesis recomendamos que l a presente tesis de G u s t a v o Rodríguez López sea aceptada como requisito parcial p a r a obtener el grado

académico de M a e s t r o en Ciencias en:

Tecnología Informática 

Comité de tesis: 

Red de Sensores y Dispositivo Móvil con Android 

P r e s e n t a d a a l a División de Mecatrónica y Tecnologías de Información E s t e trabajo es requisito parcial p a r a obtener el grado académico de M a e s t r o en

Ciencias en Tecnología Informática

Instituto Tecnológico y de Estudios Superiores de Monterrey 

Campus Monterrey 

Monterrey, N . L . M a y o de 2011

P o r 

Ing. Gustavo Rodríguez López 

Reconocimientos 

A n t e s que n a d a agradezco a Dios por todas las bendiciones que me h a dado en m i v i d a y por l a o p o r t u n i d a d de v i v i r esta etapa de m i v i d a donde realice el estudio de l a Maestría en Ciencias en Tecnología Informática. D u r a n t e este t i e m p o tuve l a o p o r t u n i d a d de aprender muchas cosas y de conocer a gente maravillosa, compańeros y maestros, que h a n dejado algo en m i vida.

A g r a d e z c o a mis padres Gerardo y María A n t o n i a que más que mis progenitores, ellos h a n sido m i motivación e inspiración p a r a seguir siempre h a c i a adelante y son y serán u n apoyo indispensable en m i vida. Este trabajo de tesis es l a materialización de u n reto más superado en m i v i d a y se los dedico a ellos con todo m i corazón porque sé que c o m p a r t e n m i alegría y orgullo.

E n los agradecimientos no podría faltar m i esposa M a r c e l i n a quien me h a apoyado siempre y n u n c a me h a dejado caer. E l l a me apoyo desde el inicio de este proyecto de estudiar u n a maestría a u n cuando i m p l i c a b a el separarnos físicamente y tener u n novi­ azgo a distancia, pero afortunadamente esto no fue impedimento p a r a que hoy estemos casados. G r a c i a s por todo M a r c e te amo con todo m i corazón.

U n a persona que t a m p o c o puede faltar es m i tía F i r a (Glafira Rodríguez Sangabriel) con quien he convivido desde nińo y a quien veo como u n a segunda madre por l a forma que nos t r a t a a m i hermano y a mí.

A g r a d e z c o de m a n e r a m u y especial al D o c t o r J u a n C a r l o s Lavariega Jarquín quien me h a apoyado intensamente asesorándome en l a realización de este trabajo de tesis desde que me acerque con él p a r a pedirle que fuera m i asesor de tesis.

A g r a d e z c o también de m a n e r a especial al D r . José Raúl Pérez Cázares y al Ing. A r t e m i o Alfredo A g u i l a r Coutińo por el apoyo brindado al aceptar ser mis sinodales y su disposición p a r a sacar este proyecto adelante.

m e n c i o n o algunos nombres que vienen a m i mente en este momento: m i hermano Sal­ vador, R o y A l f a r o (primera persona que creyó en mí en M o n t e r r e y ) , J u a n C a r l o s López, Nestor, M a r i o A . González, José M a n u e l , Ramón, Nelson, N a z a r i o , E m i r , Isidro, Sabas, amigos del Tecnológico de V e r a c r u z , etc.

A g r a d e z c o a l D e p a r t a m e n t o de Servicios C o m p u t a c i o n a l e s del C a m p u s M o n t e r r e y p o r t o d o el apoyo y por haberme p e r m i t i d o formar parte de su equipo de trabajo en especial a l Ing. A b r a h a m U r c a d i z , a l a M a s t e r D a l i a Ivonne F i e r r o y a l Ing. C h r i s t i a n Skertchly. A g r a d e z c o también a mis compańeros del Área de Servicios Académicos y a L a u r a M i n e r v a de O c h o a por su a m i s t a d y apoyo. A g r a d e z c o al Ing. R a m i r o Flores C o n t r e r a s p o r s u apoyo y por haber creído en mí.

G U S T A V O  R O D R Í G U E Z  L Ó P E Z 

Instituto Tecnológico y de Estudios Superiores de Monterrey

Red de Sensores y Dispositivo Móvil con Android 

Gustavo Rodríguez López, M . C .

Instituto Tecnológico y de Estudios Superiores de Monterrey, 2011

Asesor de l a tesis: D r . J u a n Carlos Lavariega Jarquín

H o y en día el desarrollo de l a tecnología h a p e r m i t i d o que se cuente con u n dispositivo con poder de c o m p u t o que bien cabe en l a p a l m a de l a mano y en ese dispositivo pode­ mos seguir conectado a redes, como Internet, y seguir teniendo contacto con servicios indispensables hoy en día, como son servicio de correo, mensajería, streaming de video, redes sociales, etc. E n este trabajo de tesis precisamente se pretende explotar esa ca­ p a c i d a d de cómputo de los Smartphones p a r a u t i l i z a r l a en u n a aplicación médica que ayude a a u t o m a t i z a r u n a parte de l a atención de u n paciente como lo es l a obtención de signos vitales y b r i n d a r l a posibilidad de tener u n a conexión a otros sistemas como podría ser uno donde se tenga de forma electrónica el expediente clínico de los pacientes de u n a institución hospitalaria.

A l atender u n paciente el médico entre otras cosas tendrá que hacer u n a entrevista al paciente p a r a obtener cualquier información que le ayude a detectar síntomas, posi­ bles contraindicaciones que tenga el aplicar algún medicamento, etc. Y también como parte del chequeo médico está el registrar signos vitales como temperatura, presión ar­ terial, etc. que ayuden a reflejar cual es l a condición a c t u a l de salud de u n paciente. Y en condiciones donde el paciente está estable y en condiciones donde se pueda b r i n d a r u n a rápida atención médica, esto puede ser u n proceso donde el t i e m p o no sea u n fac­ tor de tanto peso, pero en condiciones donde el tiempo empleado en l a atención del paciente es u n factor de mucho peso, el contar con u n a herramienta que automatice l a lectura de signos vitales y que además brinde l a posibilidad de acceder a información clínica del paciente puede quizás hacer l a diferencia entre que el paciente p i e r d a l a v i d a o se estabilice.

de lo anterior se podrá tener acceso a otros sistemas como por ejemplo archivo clínico de pacientes, medicación de pacientes, etc. en fin otros sistemas que complementen al que se propone y de este m o d o se haga más fácil l a atención de pacientes, por ejemplo el personal médico y a no tendría que depender de u n registro de l a atención del paciente en papel, es decir, se tendría de forma electrónica y más de u n a persona podría acceder a esa información y también se podría acceder sin necesidad estar físicamente en el m i s m o lugar que él paciente.

Índice de Contenido 

R e c o n o c i m i e n t o s VI 

R e s u m e n VIII 

Índice de  T a b l a s XII 

Índice de  F i g u r a s XIII 

Índice de Códigos XV 

Capítulo 1. Introducción 1 

1.1. Definición del P r o b l e m a 4

1.2. O b j e t i v o general 5 1.3. Objetivos específicos 5

1.4. A l c a n c e 6 1.5. Enfoque del trabajo de investigación 6

1.6. E s t r u c t u r a de l a tesis 8

Capítulo 2.  M a r c o Teórico 9 

2.1. Planteamiento del problema 9

2.2. Dispositivos móviles 11 2.3. Redes de sensores 13

2.3.1. Características de las redes de sensores 18

2.3.2. B o d y A r e a Sensor Networks 18 2.4. R F I D ­ R a d i o Frecuency Identification 20

2.4.1. Sistema R F I D 21 2.4.2. Tags de R F I D 21 2.4.3. Lectores de R F I D 22

2.4.4. A n t e n a 27 2.4.5. Software del sistema de R F I D 27

2.5. B l u e t o o t h 29 2.6. A n d r o i d 30

2.6.1. A r q u i t e c t u r a de A n d r o i d 31

2.7. Google y A n d r o i d 34 2.8. W e b Services o Servicios W e b 35

2.8.1. A r q u i t e c t u r a de u n servicio web 36

2.9. Conclusiones del capítulo 38

Capítulo 3.  M o v i l S e n s 39 

3.1. A r q u i t e c t u r a y prototipo M o v i l S e n s 40

3.1.1. P r o t o t i p o M o v i l S e n s 42 3.2. Instalación de A n d r o i d 47 3.3. Instalar y configurar Eclipse para desarrollar proyectos A n d r o i d . . . . 49

3.4. Instalar aplicaciones A n d r o i d en u n dispositivo real 54

3.5. B l u e t o o t h y Java S E (Standard E d i t i o n ) 55

3.6. W e b Services en A n d r o i d 57

Capítulo 4. Análisis de  M o v i l S e n s 60 

4.1. Dificultades encontradas en el desarrollo del prototipo M o v i l S e n s . . . . 61

4.2. Conexión de B l u e t o o t h con Java 62 4.2.1. A P I s de conexión B l u e t o o t h 64

4.2.2. C r e a r u n a conexión 66 4.2.3. Servidor B l u e t o o t h y conexiones entrantes 67

4.2.4. Conexión a u n servidor B l u e t o o t h 68

4.3. Conexión B l u e t o o t h con A n d r o i d 69 4.3.1. A b r i e n d o u n socket de conexión B l u e t o o t h cliente 70

4.3.2. Transmisión de datos usando sockets B l u e t o o t h 70

4.4. C o n s u m o de W e b Services con A n d r o i d 71 4.5. C o m o agregar más sensores B l u e t o o t h 72

Capítulo 5. Conclusiones y  T r a b a j o  F u t u r o 74 

5.1. R e s u m e n 74 5.2. Conclusiones 75 5.3. Trabajo futuro 78

5.3.1. Trabajo futuro a corto plazo 78 5.3.2. Trabajo futuro a largo plazo 78

Bibliografía 80 

Índice de Tablas 

2.1. Rangos normales y de pánico p a r a los signos vitales clave en adultos . . 10

2.2. T i p o s de tags de R F I D 23 2.3. Frecuencias de R F I D 27 2.4. Características de l a tecnología B l u e t o o t h 30

Índice de Figuras 

1.1. Aplicación médica de las redes de sensores 7 2.1. Representación básica de u n a red de sensores 13 2.2. A r q u i t e c t u r a de redes de sensores de dos niveles de B a r i et al. [1] . . . . 17

2.3. B o d y A r e a Sensor Network [10] 19 2.4. A r q u i t e c t u r a de A n d r o i d [22] 31 2.5. Roles en el Servicio W e b [3] 36 2.6. P i l a de P r o t o c o l o s de Servicio W e b [3] 37

3.1. A r q u i t e c t u r a propuesta 40 3.2. A r q u i t e c t u r a del prototipo M o v i l S e n s 43

3.3. W e b Service utilizado por el p r o t o t i p o M o v i l S e n s 44

3.4. V i s t a lógica de l a arquitectura 45 3.5. V i s t a de proceso de l a arquitectura 45 3.6. V i s t a física de l a arquitectura 46 3.7. V i s t a física de l a arquitectura ­ M a p e o de procesos 46

3.8. V i s t a de escenario de l a arquitectura 47 3.9. V a r i a b l e de entorno J A V A _ H O M E 48

3.10. V a r i a b l e de entorno P a t h 48 3.11. S D K M a n a g e r ­ Paquetes a instalar 49

3.12. W o r k s p a c e del I D E Eclipse 50 3.13. W o r k s p a c e del I D E Eclipse 50 3.14. A g r e g a r el P l u g i n A n d r o i d Development Tools 51

3.15. P l u g i n A D T ­ Selección de Software 51

3.16. E c l i p s e ­ Preferences 52 3.17. E c l i p s e ­ R u t a del S D K de A n d r o i d 52

3.18. E c l i p s e P l u g i n A D T ­ V i r t u a l devices 53 3.19. E c l i p s e P l u g i n A D T ­ Installed packages 53 3.20. E c l i p s e P l u g i n A D T ­ A v a i l a b l e packages 54 3.21. C e l u l a r A n d r o i d ­ H a b i l i t a r l a opción U S B debugging 55

3.22. P r o y e c t o en Eclipse ­ Configuración del B u i l d P a t h de J a v a 56

3.24. P r o y e c t o en Eclipse ­ A d d E x t e r n a l J A R 58 3.25. P r o y e c t o en Eclipse ­ Paquete ksoap2 agregado 59

4.1. E l Stack de B l u e t o o t h 62 4.2. Operaciones de u n a aplicación B l u e t o o t h 64

4.3. D i a g r a m a de herencia y contención p a r a conexiones B l u e t o o t h en Java. L a s flechas triangulares vacías denotan herencia y los rombos negros

Índice de Códigos 

4.1. Servidor B l u e t o o t h y conexiones entrantes 67

Capítulo 1 

Introducción 

E l uso de l a tecnología cada vez se integra aún más en l a v i d a c o t i d i a n a de cualquier persona y el uso de dispositivos de cómputo h a pasado de u n a persona frente a u n a com­ p u t a d o r a a u n a persona en movimiento con diferentes dispositivos los cuales lleva con él y le p e r m i t e n tener acceso a información, m a n i p u l a r l a y u t i l i z a r l a p a r a su beneficio propio. E x i s t e n diversos usos de los dispositivos móviles los cuales van desde escuchar música, leer el correo electrónico hasta el m a n i p u l a r u n a aplicación que interactúa con otras aplicaciones.

A u n q u e los dispositivos móviles tienen limitantes tales como: l a c o r t a duración de l a batería, u n display de tamańo reducido, recursos limitados de m e m o r i a y proce­ sador, pero también hay factores tales como su reducido tamańo y l a m o v i l i d a d que h a n sido l a clave de que no solamente sea más común su uso sino que se llegue al punto de que sean indispensables en el desarrollo de las actividades diarias de muchas per­ sonas. O t r o factor determinante del éxito de los dispositivos móviles es l a integración con tecnologías e infraestructura de comunicación y a que sin esta integración no sería posible l a interacción no t a n solo con otros dispositivos móviles sino que también sería imposible l a interacción con otros sistemas, esta capacidad de comunicación es lo que atrae a más usuarios a utilizar dispositivos móviles.

Los dispositivos móviles se h a n convertido en t o d a u n a g a m a de posibilidades para poder estar en m o v i m i e n t o sin perder comunicación y poder realizar todo t i p o de activi­ dades como podrían ser: estudiar, trabajar o realizar actividades de esparcimiento. L a c a p a c i d a d de p o r t a b i l i d a d y m o v i l i d a d b r i n d a n l a o p o r t u n i d a d de desarrollar infinidad de aplicaciones que ayuden a hacer mas fácil l a v i d a del ser humano, u n ejemplo de estas aplicaciones son aplicaciones médicas para ayudar a pacientes a mejorar su calidad de v i d a a través del monitoreo constante de su estado de salud o aplicaciones que ayuden a b r i n d a r atención médica.

mo por ejemplo las redes de sensores o aplicaciones de software.

U n a red de sensores o Sensor Network está formada por u n conjunto de dis­ positivos autónomos espacialmente distribuidos, estos dispositivos o sensores trabajan cooperativamente p a r a monitorear condiciones físicas o ambientales, tales como tem­ peratura, sonido, vibración, presión, movimiento o contaminantes en diferentes lugares [19]. U n a red de sensores es u n a herramienta para el censado distribuido de uno o más fenómenos y p a r a reportar los datos censados a uno o más observadores [21].

Inicialmente las redes de sensores eran utilizadas en aplicaciones militares actual­ mente las redes de sensores se u t i l i z a n en múltiples aplicaciones como p o r ejemplo el monitoreo de especies y medio ambiente, l a agricultura, l a producción, l a paquetería y aplicaciones orientadas a l a salud [19].

L a s redes de sensores son utilizadas en aplicaciones tales como el estudio de ani­ males en su medio ambiente natural o para monitoreo de entornos naturales, el beneficio de estas aplicaciones es el obtener datos de forma remota para evitar riesgos que pueden poner en peligro l a v i d a de u n ser humano o en aplicaciones donde l a presencia del hom­ bre impediría u n estudio objetivo de alguna entidad o entorno, este es el caso de especies animales que son fácilmente ahuyentadas por l a presencia h u m a d a [19]. L a s aplicaciones donde se u t i l i z a n redes de sensores pueden ser m u y diversas y no limitarse a u n solo do­ m i n i o , las redes de sensores se u t i l i z a n en proyectos de investigación p a r a el estudio de especies, estudio del medio ambiente, cuidado de l a salud y hasta aplicaciones militares.

L a s redes de sensores tienen múltiples aplicaciones, pero generalmente involucran actividades tales como el monitoreo, rastreo y control. L a s redes de sensores pueden utilizarse en múltiples aplicaciones donde se requiera el extraer datos de algún entorno u objeto. U n ejemplo de u n a red de sensores y su aplicación son las Body Area Sensor Networks ( B A S N ) [10] las cuales mediante u n a serie de sensores ubicados en el cuerpo de u n a persona se obtienen datos biométricos de u n a persona. L a s B o d y A r e a Sensor Networks proveen el censado, procesamiento y comunicación de datos.

H a y trabajos de investigación tales como las Body Area Sensor Networks [10] o proyectos de monitoreo de ambientes naturales o especies animales donde se emplean las redes de sensores [19], esta redes de sensores extraen los datos y los reportan para su utilización a u n a persona o a otro sistema, y en el presente proyecto de tesis se pre­ tende definir l a forma de interacción entre u n dispositivo móvil con u n a red de sensores y con u n sistema externo así como también se pretende facilitar que l a información en el dispositivo móvil sea t r a n s m i t i d a a otro u otros sistemas mediante u n protocolo que p e r m i t a l a interoperabilidad con estos sistemas.

L a s redes de sensores cada vez se vuelven más comunes en dominios de aplicación complejos y sofisticados, t a l como sistemas embebidos en electrodomésticos caseros y equipos de oficina e industria, redes de sensores híbridas y heterogéneas, sensores de consulta dinámica, y aplicaciones de rastreo y localización [11].

Las redes de sensores b r i n d a n l a posibilidad de hacer censado, procesamiento y co­ municación de datos mediante l a utilización de u n conjunto de dispositivos autónomos espacialmente distribuidos, estos dispositivos o sensores trabajan cooperativamente p a r a monitorear condiciones físicas o ambientales, con l a finalidad de llevar a cabo actividades como el monitoreo, rastreo y control de u n entorno [9].

1.1. Definición del Problema 

D e acuerdo al D o c t o r Héctor García M o l i n a [6] l a integración de información es uno de los problemas o retos más grandes que enfrenta l a informática y de acuerdo a su r a n k i n g de i m p o r t a n c i a en el i m p a c t o que tendrían este y otros retos si se resolvieran l a integración de información o c u p a el lugar número dos. C o n integración de información el D o c t o r Héctor García se refiere desde aspectos tales como l a extracción de datos hasta aspectos tales como l a combinación de estos datos p a r a generar información y este p r o b l e m a no solo se presenta en l a administración de información en l a W e b sino que también se presenta en las redes de sensores y a que al trabajar de manera aislada los diferentes fabricantes de sensores cada uno trabaja con sus propios estándares y el u t i l i z a r diferentes tipos de sensores puede traer consigo dificultades p a r a l a obtención de datos y su posterior integración p a r a generar información útil p a r a otros usuarios o sistemas.

D e b i d o a l a variedad de sensores que pueden conformar u n a red de sensores l a i n ­ formación que produce es heterogénea y esto presenta dificultad p a r a l a c a p t u r a de los datos censados por l a red de sensores [19]. E n u n sistema que involucra redes de sensores es necesario tener l a capacidad de obtener datos utilizando diferentes tecnologías y p a r a poder t r a n s m i t i r los datos obtenidos es necesario el integrar l a información y definir los mecanismos y el formato más adecuado p a r a estandarizar l a forma de realizar dicha transmisión, es decir, que l a información que se t r a n s m i t a esté en u n formato ligero y fácil de interpretar por el sistema que tenga como destino esta información, p a r a de esta forma lograr l a interoperabilidad de l a aplicación del dispositivo móvil con otras aplicaciones.

E l lograr l a interoperabilidad entre diferentes componentes y aplicaciones ayu­ daría a poder c o m p a r t i r información con otros sistemas de información pero también se podría tener el beneficio de acceder a información de diferentes fuentes y sistemas de información.

L a integración de información de las redes de sensores con aplicaciones en dispos­ itivos móviles y otras aplicaciones de software remotas puede b r i n d a r l a o p o r t u n i d a d de mantener el control de u n entorno u obtener de manera rápida información de u n entorno u objeto, con a y u d a de las redes de sensores, y generar información p a r a ser procesada y t r a n s m i t i d a a otros sistemas.

de traer consigo u n equipo grande, pesado y que requiera estar conectado a corriente eléctrica o a u n a conexión de red.

D e b i d o a l a variedad de plataformas que se u t i l i z a n en los dispositivos móviles debe haber p o r t a b i l i d a d para no limitarse a u n a plataforma de dispositivo móvil. O t r o punto interesante a tratar es como, y a se mencionó, el asegurar l a interoperabilidad del dispositivo móvil tanto con diversas fuentes y sistemas de información.

1.2. Objetivo general 

E l presente proyecto de tesis tiene como objetivo general el definir una arquitec-tura de software que haga posible la caparquitec-tura de datos de una red de sensores utilizando tecnologías como RFID y Bluetooth, así como la integración de la información obtenida para ser procesada y transmitida con el fin actualizar otros sistemas.

1.3. Objetivos específicos 

P a r a lograr l a adquisición e integración de información es necesario d i v i d i r el p r o b l e m a en varios objetivos o subtareas. Los objetivos específicos son los siguientes:

• Identificar los mecanismos adecuados p a r a l a captura de información de las redes de sensores mediante R F I D y B l u e t o o t h .

• Identificar problemas que se pueden presentar en l a comunicación de u n disposi­ tivo móvil con las redes de sensores y con otras aplicaciones, y buscar l a solución a dichos problemas.

• Identificar los componentes necesarios de l a arquitectura de comunicación más adecuada p a r a l a interacción de dispositivos móviles con redes de sensores y con otros sistemas, así como l a forma en que deben interactuar dichos componentes. • Identificar los mecanismos adecuados para l a integración de l a información obteni­

d a de las redes de sensores para ser procesada por u n a aplicación en dispositivos móviles y que también pueda ser t r a n s m i t i d a a otras aplicaciones con el fin de actualizarlas.

1.4. Alcance 

E n l a realización de este proyecto de tesis se tiene contemplado el hacer lo siguiente:

•  C r e a r y diseńar  u n a arquitectura de software que haga posible  l a extracción de  sensores  c o n las tecnologías  R F I D y  B l u e t o o t h . 

•  C r e a r  u n a aplicación  p r o t o t i p o utilizando  A n d r o i d  p a r a simular  l a obtención de  signos vitales de  u n paciente, se pretende que  l a información de los signos vitales  sea útil  a l médico en  l a  t o m a de decisiones. 

•  P l a n t e a r  l a interacción de entre  l a aplicación de  A n d r o i d y de otros sistemas. 

C o m o  m u e s t r a de los resultados del proyecto de tesis se tienen las siguientes re­ stricciones: 

•  N o se realizan experimentos con lectura de signos vitales en pacientes reales. 

•  N o se desarrollaran sistemas adicionales al sistema del dispositivo móvil de  A n ­ d r o i d , (pero se  m o s t r a r a  l a forma de interacción con otros sistemas). 

1.5. Enfoque del trabajo de investigación 

C o m o se mencionó en este capítulo  l a integración de información es uno de los  problemas o retos más grandes que enfrenta  l a informática.  C o n integración de  i n ­ formación se hace referencia desde aspectos tales como  l a extracción de datos hasta  aspectos como  l a combinación de estos datos  p a r a generar información útil que pueda  ser procesada y  t r a n s m i t i d a a otros sistemas de información. 

E l  p r o b l e m a de  l a integración de información  a l igual que en otras áreas de  l a  i n ­ formática también se presenta en las redes de sensores debido a que los manufactureros  de sensores  a l trabajar de manera aislada cada uno  t r a b a j a con sus propios estándares  y  a l momento de implementar  u n a red de sensores el utilizar diferentes tipos de sensores  puede traer consigo dificultades  p a r a  l a obtención de datos y su posterior integración  p a r a generar información útil  p a r a otros usuarios o sistemas. 

fenómenos y p a r a reportar los datos censados a uno o más observadores [21].

L a s redes de sensores son utilizadas en aplicaciones tales como el estudio de an­ imales en su medio ambiente n a t u r a l o para monitoreo de entornos naturales, el ben­ eficio de estas aplicaciones es el obtener datos de forma remota para evitar riesgos que pueden poner en peligro l a v i d a de u n ser humano o en aplicaciones donde l a presencia del hombre impediría u n estudio objetivo de alguna entidad o entorno, este es el caso de especies animales que son fácilmente ahuyentadas por l a presencia h u m a d a [19]. Las aplicaciones donde se u t i l i z a n redes de sensores pueden ser m u y diversas y no limitarse a u n solo dominio, las redes de sensores se utilizan en proyectos de investigación p a r a el estudio de especies, estudio del medio ambiente, cuidado de l a salud y hasta aplica­ ciones militares. L a s redes de sensores tienen múltiples aplicaciones, pero generalmente involucran actividades tales como el monitoreo, rastreo y control.

C o m o se mencionó u n a de las aplicaciones de las redes de sensores son las apli­ caciones médicas y u n ejemplo de estas son las Body Area Sensor Networks ( B A S N )

[10] las cuales mediante u n a serie de sensores ubicados en el cuerpo de u n a persona se obtienen datos biométricos de u n a persona. Las B o d y A r c a Sensor Networks proveen el censado, procesamiento y comunicación de datos.

L o s datos obtenidos con u n a Body Area Sensor Network pueden ser transmitidos a otros sistemas y en u n a aplicación médica donde se usan Body Area Sensor Net-works se puede hacer uso del acceso a más información del paciente como es el caso del expediente clínico del paciente incluyendo todo lo que sería registro histórico de padecimientos del paciente, l a medicación que recibe y el conjunto de pruebas médicas realizadas al paciente. L o anterior se representa en l a figura 1.1.

E s t e proyecto de investigación se enfoca en l a extracción de datos de u n a red de sensores con l a a y u d a de u n dispositivo móvil p a r a procesar estos datos, así m i s m o se plantea como se puede tener acceso a otras fuentes de información y a otros sistemas.

1.6. Estructura de la tesis 

E l proceso de investigación plasmado en este documento se divide en cinco capítu­ los y el contenido de estos se describe a continuación.

• Capítulo 2: Se plantea el p r o b l e m a a resolver en este proyecto de tesis y se a b o r d a n los ternas técnicos y teóricos necesarios para el desarollo del proyecto. Se a b o r d a n temas tales como el uso de tecnologías RFID, B l u e t o o t h , redes de sensores, desarrollo de aplicaciones con A n d r o i d , uso de W e b Services, entre otros.

• Capítulo 3: Se describe la arquitectura propuesta para resolver el p r o b l e m a que se plantea, así como sus componentes y l a interacción entre ellos.

• Capítulo 4: E n este capítulo se discuten los detalles de l a implamentación, así co­ m o las limitantes que en este se presentaron.

Capítulo 2 

Marco Teórico 

E n este capítulo se pretende entrar más en forma en el proyecto de tesis empezan­ do por el planteamiento del problema a resolver y para llegar a comprender de u n a mejor m a n e r a el c ó m o se logró alcanzar los objetivos del proyecto de tesis, es nece­ sario conocer más a fondo conceptos de redes de sensores, comunicación en dispositivos móviles, además de herramientas y protocolos que harán posible l a interacción de dis­ positivos móviles con sensores y otras aplicaciones permitiendo l a c a p t u r a de datos y l a integración de l a información generada por las redes de sensores.

2.1. Planteamiento del problema 

Desde el momento en que se empieza a atender a u n a persona se empieza a formar su h i s t o r i a clínica l a cual sirve, a los médicos involucrados, p a r a tomar decisiones en l a atención del paciente.

P r o p i a m e n t e el "expediente clínico" (o historia clínica) de u n a persona, como l a p a l a b r a lo indica, es el documento donde se recogen en orden cronológico todos los datos de l a m i s m a , relacionados con su estado de salud o enfermedad [24].

L a h i s t o r i a clínica pude ser t o m a d a en lugares como: consultorio médico, d o m i ­ cilio, consulta externa, servicio de urgencias o sala de ingreso hospitalario; y consta de dos componentes primarios: el interrogatorio y el examen físico [24].

E l cuidado de los pacientes es guiado por l a integración de l a queja principal, his­ torial clínico, signos vitales y examen físico [24].

enfermedades asintomáticas, como sucede en los exámenes médicos periódicos a traba­ jadores, estudiantes o grupos en riesgo [24].

Los médicos deben mantenerse con mucho interés en los signos vitales del paciente. E n l a t a b l a 2.1 se muestran los cinco signos vitales clave que son: temperatura, pulso, presión sanguínea, frecuencia respiratoria y saturación de oxigeno; y sus escalas nor­ males y sus escalas de pánico en adultos saludables [8].

N o r m a l Pánico T e m p e r a t u r a

P u l s o

Respiraciones

Saturación de oxigeno Presión sanguínea sistólica Presión sanguínea diastólica

36­38°C (96.8­100.4°F) 60 a 100 por m i n u t o 12 a 20 por m i n u t o 95­100%

90­130 m m H g 60­90 m m H g

40°C (104°F)

<45 por m i n u t o , >130 por m i n u t o <10 por m i n u t o , >26 por m i n u t o <90%

<80 m m H g , >200 m m H g <55 m m H g , >120 m m H g T a b l a 2.1: Rangos normales y de pánico para los signos vitales clave en adultos

L o s valores de l a t a b l a 2.1 son valores normales para adultos saludables. C u a n ­ do se encuentran valores dentro de los valores de pánico es necesaria l a atención del proveedor de servicios de salud [8].

D u r a n t e l a atención médica pre­hospitalaria y hospitalaria el tiempo es u n factor de mucho valor, y a que entre más pronto se puede tomar u n a acción p a r a estabilizar a u n paciente, lastimado o con u n a crisis, mayor es l a p r o b a b i l i d a d de salvar su vida. A l hacer más actividades al mismo tiempo se requiere de menos t i e m p o p a r a atender a u n paciente y precisamente el propósito de este proyecto de tesis es proponer u n a arquitectura de software que ayude a obtener información de u n a red de sensores que se instale en el cuerpo del paciente e incluso en su entorno próximo p a r a poder hacer lectura de sus signos vitales y condiciones ambientales del lugar donde se encuentra el paciente. D u r a n t e el tiempo que se obtienen los datos antes mencionados el médico puede ir avanzando con la entrevista del paciente o en caso extremo empezar a brindarle primeros auxilios.

2.2. Dispositivos móviles 

E n el cómputo móvil los usuarios no están adjuntos a u n a locación geográfica fija, sino que c a m b i a n el punto al que están adjuntos c a d a vez que se mueven. E l cómputo móvil h a hecho posible que l a gente trabaje desde cualquier lugar y en cualquier mo­ mento a través de l a comunicación con redes inalámbricas [mobile data and transaction management].

A l g u n a s de las principales limitaciones del cómputo móvil son:

•  B a j o ancho de banda:  E l conectarse a redes inalámbricas puede representar el que  se haga uso de redes de bajo ancho de  b a n d a principalmente si se está  a l exterior  de  u n a empresa que cuenta con su  p r o p i a red inalámbrica. 

• Desconexiones frecuentes: Estas pueden ser producidas por hacer uso de  u n a  conexión con seńal baja o por interferencias causadas por otros dispositivos. 

•  A l t a  v a r i a b i l i d a d de ancho de banda: Dependiendo de  l a cobertura  d e l lugar donde  se encuentre el dispositivo móvil y agregando  l a interferencia de otros dispositivos  puede causar que el ancho de  b a n d a e intensidad de  l a conexión sea variable. 

• Desconexiones previsibles:  A l estar en movimiento el dispositivo es común que se  pueda entrar en  u n área donde  l a seńal de  l a conexión inalámbrica sea  m u y  b a j a  o incluso nula. 

• Costoso:  E l adquirir  u n a conexión de  u n a red de telefonía celular puede hacer que  el costo de implementar  u n proyecto que involucre conexión inalámbrica se eleve. 

• Energía de  l a batería  l i m i t a d a :  A c t u a l m e n t e las baterías de dispositivos móviles  solo alcanzan  u n a  d u r a b i l i d a d de horas lo que hace que se dependa de recargar  constantemente el dispositivo móvil o de contar con más de  u n a batería. 

• Recursos  l i m i t a d o s :  A l ser  u n dispositivo móvil no puede esperarse que tenga  las mismas capacidades de procesamiento que  u n equipo de cómputo como  u n a  laptop o  u n a  c o m p u t a d o r a de escritorio, por lo que las tareas que se requiere que  realice el dispositivo móvil este acorde a  l a capacidad de este. 

• Susceptible a dańo de datos por robo o accidentes:  S u reducido tamańo lo hace  fácil de olvidar o incluso de que pueda ser robado y por lo  m i s m o se perderían  todos los datos contenidos en el dispositivo. 

• Rápido cambio de locación: Este  t i p o de dispositivos son precisamente  p a r a  b r i n d a r  m o v i l i d a d al usuario y el cambio de locación constante puede traer como  consecuencia  l a pérdida de conexión inalámbrica. 

•  E s c a l a b i l i d a d :  D e b i d o a  l a variedad de sistemas operativos es difícil desarrollar  aplicaciones que sean compatibles con todos los dispositivos y además de esto  el  c a m b i o de versión del sistema operativo puede afectar  l a escalabilidad de las  aplicaciones. 

• Seguridad:  C o m o se mencionó antes su tamańo lo hace susceptible a robo y esto  representa  u n riesgo de seguridad  y a que no solo puede ser robado el dispositivo  sino también  l a información. 

E n las aplicaciones móviles al igual que en las aplicaciones de cómputo fijo suelen  utilizarse arquitecturas tales como Peer to Peer, Cliente Servidor, o alguna otra. Pero  sea  c u a l sea  l a  a r q u i t e c t u r a hay detalles que es importante tener en cuenta  p a r a poder  sobreponer las limitaciones del cómputo móvil como por ejemplo en  l a arquitectura  cliente servidor es recomendable que los clientes trabajen en  m o d o desconectado  p a r a  de esta  f o r m a extender el tiempo de  v i d a de  l a batería evitando el uso de  l a conexión  i n ­ alámbrica por medio de evitar  l a transmisión y recepción constante de información [16]. 

E n el cómputo móvil los usuarios pueden  c o m p a r t i r su información pero el ase­ gurar  l a consistencia de esta información es mas difícil en el cómputo móvil debido  a las  l i m i t a c i o n e s y restricciones de los dispositivos y de los canales de comunicación  inalámbrica [16]. 

Según  B u d i a r t o et al. [12] al igual que las aplicaciones de cómputo fijo las de  cómputo móvil también manejan datos y por  t a l  m o t i v o tienen  l a necesidad de usar  bases de datos pero en este punto también hay complicaciones  y a que los ambientes  donde son desarrolladas estas bases de datos es  u n a  m e z c l a de dos redes, las redes fijas  y las redes inalámbricas.  L a s redes inalámbricas soportan topologías dinámicas, pero  con  u n a  b a j a capacidad,  u n a  b a j a confiabilidad y  u n alto costo de conexión.  P a r a evitar  el comprometer el desempeńo de  l a base de datos debido al uso de redes inalámbricas  es necesario el uso de técnicas que ayuden a: 

• Proveer cache de datos en hosts móviles

L a l i m i t a n t e de recursos en los dispositivos móviles trae como consecuencia u n nuevo reto que es el mantener l a consistencia entre los datos de u n a base de datos de los hosts fijos y los móviles para superar este reto es necesario hacer uso de técnicas que ayuden a l a administración de las transacciones en bases de datos móviles y p e r m i t a l a localización de las replicaciones de las bases de datos móviles en las redes fijas [2].

2.3. Redes de sensores

U n a red de sensores o Sensor Network está formada por u n conjunto de dis­ positivos autónomos espacialmente distribuidos, estos dispositivos o sensores trabajan cooperativamente p a r a monitorear condiciones físicas o ambientales, tales como tem­ peratura, sonido, vibración, presión, movimiento o contaminantes en diferentes lugares [19]. E n l a figura 2.1 se puede apreciar u n a representación básica de u n a red de sensores.

F i g u r a 2.1: Representación básica de u n a red de sensores

r e m o t a y s e g u r i d a d . E l g r a n reto que h a y en las redes de sensores es crear métodos

efectivos p a r a l a fusión automática e interpretación de l a información generada por los

sensores de las redes de sensores.

D e a c u e r do a Römer et a l . [19] las redes de sensores consisten de nodos de sensores

heterogéneos, p u e d e n estar d i s t r i b u i d o s en u n a topología de red y u t i l i z a r l a

infraestruc-t u r a de comunicación exisinfraestruc-teninfraestruc-te. L o s nodos de sensores no necesariameninfraestruc-te deben esinfraestruc-tar

en u n l u g a r fijo también pueden estar sobre entidades móviles además los sensores

podrían c o n t a r c o n capacidades a u t o m o t r i c e s . L a m o v i l i d a d que posean los sensores

puede clasificarse de dos formas c o m o a c t i v a (el sensor es a u t o m o t r i z ) o p a s i v a (el

sen-sor está sobre u n objeto en m o v i m i e n t o ) . E n el desarrollo de u n a red de sensen-sores h a y

aspectos m u y i m p o r t a n t e s a t o m a r en c u e n t a tales como el costo de los sensores que

p u e d e n tener u n precio que v a y a desde centavos h a s t a cientos de dólares, l a energía y

recursos de comunicación son otros dos factores i m p o r t a n t e s y a que estos dos en los

sensores p u e d e n ser l i m i t a d o s y son factores que hay que o p t i m i z a r a l máximo. I n i c i a l

-mente las redes de sensores estaban pensadas p a r a t r a b a j a r con sensores homogéneos,

es decir, que f u e r a n m u y parecidos en h a r d w a r e y software debido a que los costos de

producción serían menores pero esto c a m b i o y a que muchos sistemas p r o t o t i p o s

exis-tentes hoy en día están formados p o r u n a v a r i e d a d de d i s p o s i t i v o s diferentes. L o s nodos

en u n a r e d de sensores pueden diferir en el t i p o y número de sensores adjuntos, algunos

p u e d e n tener más p o d e r de cómputo y estos nodos pueden colectar, procesar y rutear

información c e n s a d a p o r otros nodos más l i m i t a d o s .

E l g r a d o de heterogeneidad en las redes de sensores es u n factor m u y i m p o r t a n t e

y a que afecta l a c o m p l e j i d a d del software ejecutado en los nodos sensores y en l a a d m i n

-istración de t o d o el s i s t e m a . P a r a l a comunicación entre nodos sensores se pueden usar

diferentes m o d a l i d a d e s de comunicación tales como r a d i o , l u z difusa, láser, a c o p l a m i e n

-to i n d u c t i v o y c a p a c i t i v o , o incluso sonido. Quizás l a m o d a l i d a d más común es l a o n d a

de r a d i o , y a que no requieren u n a línea libre de señal y l a comunicación a través de los

rangos d e l m e d i o pueden ser i m p l e m e n t a d a s con relativamente p o c o consumo de e n

-ergía y r e l a t i v a m e n t e pocas antenas. E l usar luz i m p l i c a l a necesidad de u n línea libre

de señal y puede ser interferido p o r l u z a m b i e n t a l o l u z de día, pero p e r m i t e el uso de

transmisores receptores mas pequeños y eficientes en el uso de energía c o m p a r a d o s c o n

los de l a comunicación p o r radio. E l a c o p l a m i e n t o i n d u c t i v o y c a p a c i t i v o solo t r a b a j a a

c o r t a d i s t a n c i a , pero puede ser usado p a r a d a r p o d e r a u n nodo sensor, p o r ejemplo los

sistemas pasivos R F I DzyxwvutsrqponmlkjihgfedcbaZYXWVUTSRQPONMLKJIHGFEDCBA (Radio Frequency Identification) usan a c o p l a m i e n t o i n d u c t i v o [19].

for-las redes ad hoc. E n for-las infraestructuras basadas en redes los nodos sensores solo se pueden c o m u n i c a r directamente con un dispositivo llamado estación base, l a comuni­ cación entre sensores es r e t r a n s m i t i d a a través de las estaciones base y si hay múltiples estaciones base estas deben ser capaces de comunicarse entre ellas. E n las redes ad hoc los nodos se pueden comunicar entre ellos sin u n a infraestructura, los nodos pueden actuar como routers reenviando los mensajes. L a topología seleccionada p a r a l a red de sensores puede afectar aspectos tales como l a latencia, robustez y capacidad, así mismo l a c o m p l e j i d a d del ruteo y procesamiento de datos también dependen de l a topología seleccionada p o r ello hay que ser cuidadoso al hacerlo [19].

y transmisión de datos redundantes. Considerando las restricciones de energía, l a co­ municación debe ser reducida p a r a incrementar el tiempo de v i d a de los nodos sensores. P o r t a l m o t i v o l a fusión de información es importante p a r a reducir l a carga t o t a l de comunicación en l a red, a través de evitar l a transmisión de mensajes redundantes. P o r todo lo mencionado anteriormente l a fusión de información debe ser considerada como u n paso critico en el diseńo de u n a red de sensores [18].

Los nodos en las redes de sensores son propensos a fallas particularmente están en territorios hostiles donde los riesgos de dańos o destrucción son significativamente altos. E n algunas aplicaciones es necesario tener alguna garantía de l a cobertura, conec­ t i v i d a d y t i e m p o de v i d a de l a red de sensores. L a red de sensores debe ser capaz de adaptarse a a l g u n a o algunas fallas de nodos así como también interrupciones debido a las limitaciones inherentes de l a comunicación inalámbrica. L a escalabilidad y el tiempo de v i d a de l a red de sensores están limitados por el rango l i m i t a d o de transmisión y l a energía de las baterías de los nodos sensores [1].

E l mayor consumo de energía en las redes de sensores es p r o d u c i d o por l a comu­ nicación inalámbrica, el cual aumenta rápidamente con l a distancia entre l a fuente y el destino de l a comunicación. E l tiempo de v i d a de u n a red de sensores está típicamente determinado p o r l a energía de l a batería del o de los nodos críticos en l a red de sensores, es por ello que es extremadamente importante el buscar estrategias que extiendan el t i e m p o de v i d a de los nodos críticos y consecuentemente de t o d a l a red de sensores. E n l a a r q u i t e c t u r a de dos niveles superpuestos los nodos con mayor abastecimiento de energía son las cabezas de cluster y los nodos sensores con menor abastecimiento de energía t r a n s m i t e n directamente a su respectiva cabeza de cluster y son liberados de l a carga de ruteo y reenvío, lo cual reduce el consumo de energía de los nodos sensores, los nodos de reenvío recolectan los datos de los nodos sensores de su propio cluster y los reenvían a l a estación base [1].

2.3.1. Características de las redes de sensores 

U n a red de sensores inalámbrica generalmente consiste de u n a gran cantidad de nodos sensores de bajo costo, bajo poder y multifuncionales que se colocan en u n a región de interés. Estos nodos son más pequeńos pero equipados con sensores, proce­ sadores embebidos y transmisor receptor de radio, y si los nodos son así pueden tener capacidades de censado, procesamiento y comunicación. L a comunicación se hace a c o r t a d i s t a n c i a en u n medio inalámbrico y los nodos colaboran p a r a realizar una tarea común. C o m p a r a n d o las redes de sensores inalámbricas con las alámbricas se tienen las siguites características y restricciones [27]:

• Nodos sensores alimentados por baterías. Los nodos sensores son comúnmente ali­ mentados por baterías. E n l a mayoría de las situaciones son puestos en ambientes hostiles que hacen difícil e incluso imposible el recargar las baterías.

• Severas restricciones de energía, comunicación y almacenamiento. L o s nodos sen­ sores están altamente limitados en cuanto a capacidades de energía, comunicación y almacenamiento.

• Aplicación especifica. Las redes de sensores son para aplicaciones específicas. U n a red de sensores es diseńada e i m p l e m e n t a d a para u n a aplicación específica. Los requerimientos de diseńo de u n a red c a m b i a n con l a aplicación.

• Nodos sensores no confiables. L o s nodos son comúnmente puestos en ambientes violentos u hostiles y operan sin asistencia. Y por lo mismo son propensos a dańos o fallas.

• Patrón de tráfico de muchos a uno. E n l a mayoría de las aplicaciones de las redes de sensores los datos censados por los nodos sensores fluyen desde múltiples fuentes h a c i a u n punto particular exhibiendo u n patrón de tráfico de muchos a uno.

• Redundancia de datos. L o s nodos sensores pueden ponerse de manera m u y densa en u n a región lo que puede hacer que tengan u n cierto nivel de correlación o redundancia.

2.3.2. Body Area Sensor Networks 

cualquier o t r a red de sensores también tiene problemas tales como el consumo de en­ ergía, el manejo de recursos de procesamiento, almacenamiento, comunicación y l a latencia entre otros. L a investigación en las Body Area Sensor Networks se h a concen­ trado en aplicaciones médicas para evitar las debilidades de l a recolección t r a d i c i o n a l de los datos de u n paciente tales como l a imprecisión y el muestreo. Las Body Area Sensor Network pueden interactuar con sistemas existentes tales como redes de hos­ pitales y casas de retiro. Los sensores de estas redes proveen datos al body aggregator (dispositivo móvil), el cual es encargado de administrar los eventos del cuerpo, el body aggregator desempeńa varias funciones, incluyendo el censado, fusión de datos de los sensores distribuidos en el cuerpo y funcionar como interfaz de usuario. L a figura 2.3 muestra cual es l a implementación de u n a Body Area Sensor Network donde el usuario a través del body aggregator interactua con l a red de sensores colocada en su cuerpo y además su médico y servicios de emergencia o grupos de investigación pueden tener acceso a l a información que genere l a red de sensores.

2.4.  R F I D ­ Radio Frecuency Identification 

R F I D es u n a tecnología inalámbrica de identificación, por medio de l a cual es posi­ ble tener información en t i e m p o real de los productos y el estado en que se encuentran dentro de l a C a d e n a de Suministro. T o d o esto por medio de ondas Electromagnéticas que v i a j a n p o r el aire llevando y trayendo información [4]. R F I D aplica los mismos principios de l a física que los usados en el broadcasting de radio, donde las ondas de radio son u n a f o r m a de energía electromagnética que transmite y recibe varios tipos de datos [26].

R F I D tiene sus raíces en los primeros sistemas militares de identificación. Y es basado en u n conjunto de innovaciones tecnológicas que comenzaron a principios de 1940. Posteriormente empezaron a parecer productos en el mercado. L a p r i m e r a apli­ cación comercial con mérito de tecnología de identificación electrónica fue el rastreo de vehículos, y l a p r i m e r implementación se hizo, con l a a u t o r i d a d de puerto de N u e v a Y o r k y de N e w Jersey, p r o b a b a u n a aplicación electrónica p a r a l a recolección automa­ t i z a d a de peaje ofrecida por P h i l i p s , G E , Westinghouse y Glenayer Technologies. Otros vendedores de aplicaciones para l a radio detección, para el rastreo de ganado, monitoreo del m o v i m i e n t o de vehículos y administración de cadena de suministros (todo esto fue alrededor de 1970). P a r a l a década de 1980 y principios de 1990 los sistemas de R F I D m a d u r a r o n , así como las aplicaciones y mercado de R F I D [25].

R F I D se puede utilizar en diferentes aplicaciones en l a i n d u s t r i a y el negocio; y los principales beneficios que p r o p o r c i o n a son [26]:

• Seguridad y autenticación: M e d i a n t e etiquetas R F I D de puede identificar de m a n ­ era casi única a objetos, personas o animales. Y esto se puede utilizar en apli­ caciones tales como l a vigilancia electrónica de artículos, autenticación de docu­ mentos y chequeo electrónico de autenticidad de medicamentos.

• Seguridad física: M e d i a n t e dispositivos con R F I D se puede proveer ambientes más seguros p a r a empleados y clientes, y esto puede traer beneficios monetarios. A l g u ­ nas aplicaciones que ejemplifican esto son: monitoreo de personas, identificación de pacientes, y monitoreo y censado de aplicaciones.

datos durante ciertos pasos en u n proceso, los datos de resultados operacionales se vuelven disponibles en t i e m p o real.

U n sistema de R F I D comúnmente se compone por tres elementos: u n receptor transmisor o tag, el receptor o lector y l a antena; estos tres elementos a l juntarse con­ struyen u n sistema de R F I D . Variaciones en l a alimentación de energía, tamańo, diseńo de l a antena, frecuencia de operación, capacidad de datos y el software para administrar e interpretar los datos crea u n gran número de posibles aplicaciones donde l a tecnología R F I D puede usarse p a r a resolver problemas reales del mundo de los negocios [26].

2.4.1. Sistema  R F I D 

Los componentes de u n sistema R F I D pueden agruparse en dos bloques [26]:

•  C o m p o n e n t e s de  h a r d w a r e 

• Tag. U n t a g o receptor transmisor, mantiene los datos que son transmitidos al lector cuando el t a g es interrogado por el lector.

• Lector. E s el dispositivo que c a p t u r a y procesa los datos del tag. A l g u n o s lectores pueden escribir datos en los tags. E l lector sirve como interfaz a l a c o m p u t a d o r a host.

• Antena. E s el conducto para l a comunicación entre el t a g y el lector. E l diseńo de l a antena y su colocación juega u n papel importante en determinar l a z o n a de cobertura, el rango y l a precisión de l a comunicación.

•  C o m p o n e n t e s de Software 

• Software del sistema de RFID. E s l a colección de funciones necesarias p a r a posibilitar l a interacción básica entre u n t a g y u n lector.

• Middleware. Consiste de u n conjunto de componentes de software que actúan como puente entre los componentes del sistema R F I D y l a aplicación de software del host.

• Software de aplicación. E s el que recibe, procesa y n o r m a l i z a los datos envi­ ados p o r el tag, a través d e l lector y d e l software de middleware de R F I D .

2.4.2. Tags de  R F I D 

no tienen chip y no tienen incorporado u n circuito integrado[26]. C a d a tag está com­ puesto por u n a antena y u n chip de silicón que contiene u n receptor de seńales de radio, u n m o d u l a d o r de seńales de radio p a r a enviar respuestas h a c i a el lector, lógica de con­ t r o l , a l g u n a c a n t i d a d de m e m o r i a y u n sistema de potencia. E l sistema de alimentación puede ser completamente alimentado por l a seńal de radio frecuencia entrante, en este caso el tag es conocido como tag pasivo. P o r otro lado, el sistema de alimentación del t a g puede tener u n a batería, en este caso el tag es conocido como tag activo [7].

L a s ventajas principales de los tags activos son sus rangos de lectura y su fiabili­ dad. C o n l a antena apropiada en el lector y en los tags, u n tag de 915 M H z puede ser leído desde u n a d i s t a n c i a de 30.48 metros o más[7].

Los tags también tienden a ser más fiables porque no necesitan u n a seńal de radio continua p a r a alimentación. M i e n t r a s que los tags pasivos pueden ser más pequeńos y baratos y a que no tienen baterías. O t r a ventaja es su larga v i d a útil, y a que mientras las baterías de u n tag activo solo d u r a n pocos ańos, u n tag pasivo puede ser leído aun muchas décadas después de que el chip fue manufacturado [7].

E n t r e los tags activos y los tags pasivos están los semi­activos o semi­pasivos (la convención del nombre varía dependiendo de l a empresa que manufactura los tags). Estos tags tienen u n a batería como los activos pero siguen usando l a energía del lector p a r a t r a n s m i t i r el mensaje de respuesta al lector de R F I D . P o r lo tanto estos tags tienen l a fiabilidad de lectura de u n tag activo pero el rango de lectura de u n tag pasivo. Y también tiene u n a v i d a útil mayor a l a de los tags completamente activos [7].

E l tag puede realizar tareas básicas (lectura/escritura desde/hacia l a memoria) o m a n i p u l a r los datos en su m e m o r i a de otras maneras. E l atributo de m e m o r i a de u n tag puede ser solo lectura ( R O ) , escritura u n a vez lectura muchas veces ( W O R M ) o lectura­escritura ( R W ) . L a capacidad de escritura en m e m o r i a generalmente aumenta el costo de u n tag. A l mismo tiempo, los tags de solo lectura e l i m i n a n el riesgo de maliciosa o accidentalmente sobre escribir los datos de u n tag [7].

E n l a t a b l a 2.4.2 se muestran algunas de las características de los tres tipos de tags [13].

2.4.3. Lectores de  R F I D 

A c t i v o Pasivo Semi­Pasivo Alimentación Batería Inducción por

ondas electro­ magnéticas

Batería e inducción por ondas electro­ magnéticas

R a n g o de l e c t u r a D e 20 a 100 metros De 3 a 7 metros H a s t a 30 metros C o s t o de tag D e 10 a 50 dólares D e 20 a 40 centavos

de dólar

S i m i l a r a los activos M e m o r i a 32 k b o más 32 k b 32 k b o más A t r i b u t o de memo­

ria

R e a d / W r i t e R e a d O n l y R e a d / W r i t e

T a b l a 2.2: T i p o s de tags de R F I D

spuesta que contiene el número serial del tag y posiblemente también o t r a información. E n u n sistema de R F I D simple, el pulso de energía del lector funciona como u n switch de encendido y apagado; en u n sistema más sofisticado, l a seńal de radio frecuencia el lector puede contener comandos p a r a el tag, instrucciones de lectura o escritura en l a m e m o r i a que contiene el tag, e incluso passwords [7].

E l lector además de ser responsable de interactuar con el tag también es respons­ able de interactuar con l a c o m p u t a d o r a host. Y siendo más específico las funciones que realiza el lector son las siguientes [26]:

•  E n e r g i z a r el  t a g . E n el caso de los tags pasivos y semi­pasivos el lector provee l a

energía requerida p a r a activar o energizar los tags en el c a m p o electromagnético del lector. E l alcance de este campo está generalmente determinado por el tamańo de l a antena en ambos lados y l a energía o poder del lector. E l tamańo de l a an­ tena es generalmente definido por los requerimientos de l a aplicación. A u n q u e , el poder del lector (a través de l a antena), el cual define el alcance del campo electromagnético del lector, es generalmente l i m i t a d o por regulaciones. C a d a país tiene su propio conjunto de estándares y regulaciones relacionado a l a cantidad de energía generada en varias frecuencias y es por esta razón que existen incom­ patibilidades entre sistemas R F I D en varios países.

•  D e f i n e  l a  f r e c u e n c i a de operación. U n o de los aspectos más importantes de l a conexión de u n tag y u n lector es l a frecuencia en l a que operan. L a frecuencia de operación puede variar en base a l a aplicación, los estándares y las regulaciones. L a s rangos de frecuencia más comunes son:  b a j a  f r e c u e n c i a  ( L F ) , por sus siglas en inglés, en 135 k H z o menos,  a l t a  f r e c u e n c i a  ( H F ) , por sus siglas en inglés,

en 13.56 M H z ,  u l t r a  a l t a frecuencia, por sus siglas en inglés, empezando en

general l a frecuencia define l a taza de transferencia de datos entre el tag y el lector. L a velocidad de transferencia no es lo único a considerar en el diseńo de u n a solución R F I D también hay que considerar las condiciones ambientales que j u e g a n u n papel importante en determinar l a frecuencia óptima de operación. Frecuencias más altas representan antenas mas chicas, tags de menos tamańo y u n rango mayor y típicamente más restricciones regulatorias, y frecuentemente mayor costo. E n l a t a b l a 2.3.

•  L e e r  d a t o s  d e l tag. L a tarea más común de u n lector es leer datos almacenados

en el tag. E s t e proceso requiere u n algoritmo de software sofisticado para asegurar l a fiabilidad, seguridad y velocidad.

•  E s c r i b i r  d a t o s en el tag. P a r a u n sistema R F I D , que cuenta con l a capacidad

de escritura, u n lector puede desempeńar l a acción d u a l de leer pero también de escribir en el tag. E s t o puede ser m u y útil y a que los tags pueden ser producidos masivamente sin datos en su m e m o r i a y el lector puede ser usado para inicializar l a m e m o r i a de los tags basándose en los requerimientos de l a aplicación. C o n u n tag de lectura y escritura los datos pueden ser cambiados, agregados o incluso eliminados en cualquier punto de su ciclo de vida.

•  C o m u n i c a r s e  c o n  l a  c o m p u t a d o r a host. E l lector también es responsable por el flujo de datos entre los tags y l a c o m p u t a d o r a host. Comúnmente el lector se c o m u n i c a con u n a c o m p u t a d o r a host a través de u n a conexión serial o Ethernet. U n lector también puede estar equipado p a r a comunicarse con l a c o m p u t a d o r a host a través de u n a conexión inalámbrica particularmente si el lector es portable o u n dispositivo de mano.

F r e c u e n c i a  Características clave  A p l i c a c i o n e s típicas 

B a j a frecuencia ( L F ) 135 k H z o menos

•  A m p l i a m e n t e imple­ mentada desde  l a  década de 1980 

• Identificación de ani­ males 

•  T r a b a j a mejor alrede­ • Automatización indus­ t r i a l 

dor de metales y líqui­

• Automatización indus­ t r i a l 

dos  _{•  C o n t r o l de acceso} 

•  B a j a tasa de transferen­ cia de datos 

•  R a n g o de lectura medi­ do en pulgadas 

A l t a frecuencia  ( H F ) 13.56  M H z 

•  A m p l i a m e n t e  i m ­ •  S m a r t cards  plementada desde 

mediados  l a década de  •  C o n t r o l de acceso  1990  _{•  A n t i falsificación} 

• Estándares comunes a  _{• Aplicaciones de rastreo} 

•  A l m a c e n a m i e n t o  i n ­ lo largo del  m u n d o 

• Aplicaciones de rastreo 

•  A l m a c e n a m i e n t o  i n ­ •  M a y o r rango de  l e c t u r a  _teligente 

que  L F (1 metro o más) 

• Identificación y  m o n i ­ • Tags de menor costo 

que los de  L F 

toreo de personas 

• Desempeńo pobre  alrededor de  m e t a l 

Continuación de l a t a b l a 2.3

F r e c u e n c i a  Características clave  A p l i c a c i o n e s típicas 

U l t r a a l t a frecuen­ Logística y cadena de sumin­ c i a ( U H F ) 433 M H z

y de 860 a 930 M H z • E n uso desde finales de l a década de 1990

istro:

• C o n t r o l de inventario • M a y o r rango de lectura • Administración de a l ­

que H F (3 metros o macén más)

• Rastreo de activos • Grandes rangos de

transmisión para sistemas activos de 433 M H z (hasta 100 metros)

• P o t e n c i a l de ofrecer tags de bajo costo

• Problemas de compati­ b i l i d a d por regulaciones regionales

• Susceptible a interfer­ encia por metal o líqui­ do

Continuación de l a t a b l a 2.3

F r e c u e n c i a  Características clave  A p l i c a c i o n e s típicas 

M i c r o o n d a s 2.5 G H z y 5.8 G H z

•  E n uso por varias  •  C o n t r o l de acceso  décadas 

• Recolección electrónica  • Rápidas tasas de trans­ de peaje 

ferencias de datos 

• Automatización indus­ •  C o m u n e s en modos ac­ t r i a l 

tivos y semi­activos 

•  E l rango de lectura es  similar a  U H F 

• Desempeńo pobre  alrededor de  m e t a l y  líquido 

T a b l a 2.3: Frecuencias de  R F I D 

2.4.4. Antena 

L a s antenas son los conductos  p a r a  l a comunicación de datos entre el tag y el  lector.  E l diseńo de  l a antena y su colocación juega  u n papel  i m p o r t a n t e en determinar  l a  z o n a de  c o b e r t u r a , el rango y precisión de  l a comunicación.  L a antena del tag es  comúnmente  m o n t a d a en  l a  m i s m a superficie que el circuito integrado y empaquetado  como  u n a sola  u n i d a d .  A u n q u e el circuito integrado de un tag sea  m u y pequeńo es el  tamańo y figura de  l a antena lo que comúnmente  d e t e r m i n a los limites de  l a dimensión  del  t a g entero empaquetado [26]. 

2.4.5. Software del sistema de  R F I D 

p a r a a d m i n i s t r a r los datos que fluyen entre el tag y el lector. L a s funciones del sistema de software de R F I D que se requieren a nivel de tag y lector son [26]:

•  L e c t u r a y  e s c r i t u r a . Estas son las dos funciones más básicas de u n tag. U n

lector interroga a u n tag para leer o escribir datos. E l tag accede a su m e m o r i a p a r a leer los datos como se ordeno por el lector y transmite los datos de regreso a los lectores. E l tag también puede ser provisto de datos (de l a aplicación del host) por el lector para escribirlos en su memoria.

•  D e t e c c i ó n y corrección de errores. U n lector puede emplear software sofisti­

cado p a r a detectar y corregir errores de transmisión del tag. T a l software puede ser programación para detectar y descartar datos duplicados e inclopletos.

•  E n c r i p t a c i ó n , autorización y autenticación  ( s e g u r i d a d ) . Encripción, au­

torización y autenticación son útiles cuando se aseguran los datos que se inter­ c a m b i a n entre el tag y el lector. Tanto el tag como el lector deben cooperar p a r a ejecutar el protocolo necesitado para el nivel deseado de seguridad de datos. L a funcionalidad de seguridad en el tag requiere de u n diseńo de circuito integrado sofisticado y c o m p a t i b i l i d a d , los cuales pueden i m p a c t a r significativamente en el costo de u n típico tag pasivo.

2.4.6. Middleware 

E l middleware consiste de u n conjunto de componentes de software que actúan como u n puente entre los componentes d e l sistema de R F I D y el software de aplicación del host. E l middleware desempeńa dos funciones primarias [26]:

•  M o n i t o r e a r . E s t a función consiste principalmente en monitorear y reportar l a

salud y estatus dentro de u n a aplicación de R F I D . E s t a función es especialmente i m p o r t a n t e en ambiente donde múltiples lectores están distribuidos a lo largo de u n a locación única o múltiple, y el monitoreo visual o m a n u a l no es práctico. E s i m p o r t a n t e estar alerta de l a falla o malfuncionamiento del lector t a n rápido como sea posible. E s t o ayuda a tratar el p r o b l e m a en t i e m p o real y revertir cualquier error que más p u e d a ocurrir, de manera oportuna.