MARLENE CONTRERAS CALIXTO.pdf

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P LANTEAMIENTO DEL PROBLEMA

H IPÓTESIS

O BJETIVOS

J USTIFICACIÓN

M ETODOLOGÍA

A LCANCES Y LIMITACIONES

En la topología en estrella, cada dispositivo de la red solo puede comunicarse con el coordinador de la red de área personal (PAN), consulte la Figura 3.2. En otras palabras, garantizar que nadie más en la red utilice el identificador PAN. Sin embargo, un RFD puede ser parte de la red y comunicarse sólo con un dispositivo particular (un coordinador o un enrutador) en la red.

La Figura 3.4 también muestra un ejemplo de cómo la retransmisión de mensajes puede ayudar a aumentar la distancia de la red o incluso sortear obstáculos. Las capas del protocolo de red inalámbrica ZigBee se muestran en la Figura 3.5. Una baliza es un mensaje especialmente diseñado que se utiliza para sincronizar los relojes de los nodos de la red.

En este capítulo se define el diseño de la red según las necesidades del proyecto. Para hacer esto, un dispositivo envía una transmisión de reconocimiento de dirección de red a través de la red.

REDES INALÁMBRICAS

T IPOS DE REDES INALAMBRICAS

Redes inalámbricas de corto alcance

B LUETOOTH

Arquitectura
Bandas de frecuencia y canales RF
Capa física y canales físicos
Capa de banda base

Características físicas

Control del alcance
Protocolo de Adaptación y Control de Enlace Lógico
Protocolo RFCOMM
Aplicaciones
Rendimientos y versiones

Los procedimientos de paginación se utilizan para establecer nuevas conexiones entre un maestro y un esclavo. En el estado Conectado, la estación Bluetooth se convierte en miembro de la piconet.

Arquitectura

Modo infraestructura
Modo ad hoc
Modo de malla

Tipos y bandas de frecuencia
Diferentes capas físicas
Descripción de estructuras de subcapas
Servicio básicos

Las estaciones inalámbricas incluyen una tarjeta de acceso a la red IEEE 802.11 o un adaptador inalámbrico (o controlador de interfaz de red). Cada celda (llamada conjunto de servicios básicos, BSS) en el estándar IEEE 802.11 está controlada por una estación base (llamada AP). La referencia de arquitectura IEEE 802.11 puede admitir diferentes tipos de interfaces de radio.

La red debe estar en una de las dos topologías de red especificadas por IEEE 802.15.4: estrella y punto a punto. Como se muestra en la Figura 3.5, las dos capas inferiores están definidas por el estándar IEEE 802.15.4. Por lo tanto, una red inalámbrica IEEE 802.15.4 es prácticamente ilimitada en cuanto a la cantidad de dispositivos que pueden ingresar a la red.

ZIGBEE

A RQUITECTURA

Topología estrella
Topología de malla
Topología de árbol

R ELACIÓN ENTRE Z IG B EE Y EL ESTÁNDAR IEEE 802.15.4
F RECUENCIA DEOPERACION Y TASA DE DATOS
C OMUNICACIÓN BÁSICA IEEE 802.15.4 Y Z IG B EE

CSMA-CA
Redes con Beacon habilitado vs sin Beacon
Método de transferencia de datos
Direccionamiento

R OLES Y TIPOS DE DISPOSITIVOS
H ARDWARE

DIGI

La disposición de los elementos para esta prueba será la que se muestra en la Figura 4.6, donde los postes delimitadores inteligentes marcarán el camino. Para lograr esto, todos los dispositivos que reciban una transmisión retransmitirán el paquete 3 veces, consulte la Figura 5.10. La Figura 5.14 muestra las pérdidas de potencia de la señal que ocurren desde una antena transmisora a una antena receptora, con y sin línea de visión, a medida que aumenta la distancia.

En la Figura 5.15 podemos ver que hay mayores pérdidas de propagación cuando hay obstáculos y la distancia aumenta.

DISEÑO DE LOS NODOS SENSORES

Prueba de frenado

Sensores de barrera de infrarrojos para marcar y registrar el momento en que el coche pasa el punto de frenada. Pantalla informativa para indicar el inicio y final de la prueba, así como la velocidad del coche. En la pista de pruebas, el conductor arrancará el coche mediante un indicador en pantalla, una luz verde, tiempo durante el cual se mostrará en pantalla la velocidad del coche en el momento de pasar por la zona de frenada, que será detectada. por una barrera de infrarrojos, la pantalla mostrará inmediatamente el semáforo en rojo.

El conductor deberá frenar suavemente hasta detenerse sin cruzar el límite de la zona de frenada donde habrá otro sensor de barrera de infrarrojos que detectará si el coche ha cruzado esta línea.

Prueba de estacionamiento en paralelo

Pantalla informativa para indicar el inicio de la prueba y si alguna de las barreras de contención fue impactada. Con barreras de impacto inteligentes se delimitará la longitud de la plaza de aparcamiento; Habrá uno en el frente y otro en la parte trasera del "cajón". Si se detecta que el coche ha tocado o golpeado una barrera, se enviará una señal de aviso que se podrá mostrar en la pantalla de información.

La barrera de distancia inteligente se coloca al costado del estacionamiento para medir la distancia que recorre un automóvil y proporcionar una señal si es golpeado, consulte la Figura 4.3.

Prueba de estacionamiento en batería

Para automatizar esta prueba se dispondrán dos barreras de distancia inteligentes que delimitarán la longitud de la plaza que conforma el aparcamiento. Cuando el conductor esté listo para iniciar la prueba, el facilitador de la prueba indicará el inicio de la prueba a través de la pantalla con la luz verde parpadeando. Si ocurre que el coche ha tocado o golpeado alguna de las barreras, envían un aviso en pantalla con una luz roja intermitente, indicando que la prueba ha fallado.

Para completar la prueba, una vez el coche esté aparcado, el facilitador se lo mostrará al sistema y la barrera inteligente medirá la posición del coche.

Prueba de zigzag

Una vez que el conductor esté listo para realizar su recorrido, el facilitador indicará el inicio de la prueba en la pantalla de información del folio del conductor y con una luz verde, verificando que el auto anterior sometido a la prueba también lo haya hecho. En caso de que se acierte un mensaje, se reporta al sistema el número de folio y el mensaje. Al finalizar la prueba, la pantalla indicará si el conductor ha superado la prueba o no haciendo parpadear una luz verde o roja por cada pala participante.

S ENSORES Y DISPOSITIVOS

Acelerómetro de tres ejes MMA 7341L

Barrera de contención inteligente de golpes y poste delimitador inteligente

Ultrasónico SFR02

Barrera de contención inteligente de distancia

Infrarrojo

Sensor de barrera infrarrojos

Temperatura TMP102
Sensor radar
Interruptor
Pantalla informativa

Para la barrera de retención el sensor es . Estará montado sobre una barricada de polietileno de media densidad de aproximadamente 130 centímetros de alto y 40 centímetros de ancho, tiene alta resistencia a impactos y choques, ver Figura 4.9a. En el caso del puesto fronterizo inteligente, el dispositivo se montará sobre un poste de PVC de aproximadamente 1 metro de altura y 40 centímetros de diámetro. También tiene una alta resistencia al impacto, consulte la Figura 4.9b. El sensor se montará sobre una barrera vial de polietileno de aproximadamente 110 centímetros de alto, 40 centímetros de ancho y 2 metros de largo. Tiene gran resistencia a choques fuertes, ver Figura 4.11.

Esta pantalla tiene dos visualizadores numéricos de siete segmentos y dos indicadores de semáforo, ver Figura 4.14.

D ISEÑO DEL NODO SENSOR

Arquitectura del nodo sensor

Diseño de PCB para nodos sensores
Batería Fuente de energía
Microprocesador y puertos
Almacenamiento
Módulo XBee

La Figura 4.22 muestra una conexión básica entre un dispositivo maestro y esclavo en un bus SPI. El enrutamiento en malla permite que los paquetes de datos atraviesen múltiples nodos (saltos) en una red para enrutar datos desde un origen a un destino; consulte la Figura 5.11. Cuando un nodo de origen necesita descubrir una ruta o un nodo de destino, transmite un comando de solicitud de ruta, consulte la Figura 5.12.

Dado que las condiciones de los nodos no son en un ambiente interior, sino en un ambiente exterior, se ha creado una gráfica que muestra el caso en el que se supone que existe línea de visión entre nodos, para lo cual solo se vieron los tres primeros Ver Figura 5.14 para los términos de la ecuación (2) y el caso donde no habrá línea de visión entre nodos, NLOS, ecuación (2) en su totalidad.

C ODIFICACIÓN DE NODOS SENSORES

DISEÑO DE LA RED Y ANÁLISIS DE DESEMPEÑO

Algoritmo para la prueba de frenado

Esta prueba requiere dos barreras infrarrojas, denominadas R1-BIR1 y R2-BIR2. En cada barrera hay fototransistores que en todo momento reciben la señal modulada del diodo emisor, un sensor de radar R3-RD1, que se encargará de medir la velocidad del coche y un display R4-DPY1, que mostrará la luz roja, la Luz verde y muestra la velocidad. El inicio de la prueba es enviado por la unidad central, es decir, por el coordinador, a R4-DPY1 con la instrucción de encender la luz verde, que indica que el coche debe empezar a avanzar y acelerar, paralelo al sensor del radar. R3.-RD1 transmite la información sobre la velocidad a la que se mueve el coche y se muestra en la pantalla R4-DPY1. Cuando el coche pasa la primera barrera R1-BIR1, el fototransistor pierde comunicación con el diodo emisor de luz infrarroja, el nodo envía esta información al coordinador, el coordinador lo interpreta como si un coche hubiera cruzado la línea de frenado y envía la señal a enciende la luz roja en la pantalla R4-DPY1, lo que hace que el conductor reduzca la velocidad hasta que el automóvil se detenga por completo.

La barrera R2-BIR2 detectará e informará constantemente si el coche supera el límite. Si esto sucede, se enciende la luz roja. Independientemente de si se registra o no, se envía un informe a la casa matriz.

Algoritmo para la prueba de estacionamiento en paralelo

Algoritmo para la prueba de estacionamiento en batería

Algoritmo para la prueba de zigzag

Para obtener una visión más amplia de lo que significa tener toda la red de sensores funcionando, a continuación se muestra un mapa aéreo que muestra todos los nodos necesarios, numerados y codificados, para realizar las pruebas especializadas simultáneamente; consulte la Figura 5.9.

D ISEÑO DE LA RED

Comunicación de Red ZigBee

Direccionamiento de red de 16 bits
Direccionamiento de64 bits

Transmisión de datos

Transmisión de broadcast
Transmisión multicast
Transmisión de unicast

Descubrimiento de dirección de red
Algoritmo de ruteo AODV

� es el número de paredes y el número de pisos que se ubican entre el transmisor y el receptor. Para el caso donde hay 2 nodos a una distancia de 10m, observamos una pérdida de potencia de -52dBm y -74dBm, las hojas de especificaciones de los módulos XBee indican una sensibilidad del receptor de -96dBm, por lo tanto con las pérdidas. Las condiciones en las que se encontraron las antenas eran muy similares a las condiciones en las que estarán los sensores, un estacionamiento de vehículos.

Para el caso en el que no hay línea de visión, se encontró un automóvil cada vez que se tomó muestra; Para el entorno en el que se encontrarán los nodos, este será el mayor obstáculo.

A NÁLISIS DE DESEMPEÑO DE LA RED Y NODO SENSOR

Modelo empírico WLAN
RSSI
Contador de datos transmitidos
Resultados en cuanto a distancia

CONCLUSIONES