Poco a poco, las casas que nos reciben regulando automáticamente parámetros como la luz y la calefacción según las condiciones ambientales y las preferencias de sus habitantes, están abandonando el campo de la ciencia ficción para entrar en la realidad. Recientemente, el Salón de las Tecnologías de la Información (SITI/@asLAN) ha presentado una casa inteligente en la que los usuarios pueden controlar los electrodomésticos y otros dispositivos mediante órdenes expresadas en voz alta.
Éste es sólo un ejemplo más de lo que conocemos como Inteligencia Ambiental, la capacidad de dotar a los entornos de la inteligencia que les permita reconocer y responder ante la aparición de las necesidades de las personas para, de este modo, facilitarles las actividades de la vida diaria dentro y fuera del hogar.
Evolución de la Inteligencia Ambiental
Una de las principales características de la Inteligencia Ambiental es que el usuario permanece ajeno a la tecnología subyacente. Para interaccionar con el sistema, el usuario emplea una interfaz sencilla y fácil de usar, mientras que todo el hardware desplegado y los sistemas de computación quedan ocultos. Y es en esta cara que no vemos donde las redes de sensores se encargan de recoger la información que hace posible la magia del proceso.
Las redes inalámbricas de sensores (wireless sensor networks o WSN) están formadas por pequeños elementos hardware con capacidades sensitivas y de comunicación inalámbrica, también conocidos como motes o "motas", haciendo alusión al diminuto tamaño que se pretende que tenga su evolución hacia el polvo inteligente o "smart dust". Básicamente, el hardware de un nodo-sensor se compone de:
- Un microprocesador, el cerebro del sensor que hace que pueda recoger información, procesarla y comunicar sus propias medidas a la red.
- Una interfaz de transmisión/recepción, típicamente vía radio, aunque también existen otras opciones como puede ser una interfaz óptica o basada en ultrasonidos.
- Una fuente de alimentación, comúnmente baterías tipo AA.
Las placas de sensores o los sensores externos propiamente dichos, que son los que tienen los mecanismos de medida (termómetros, medidores de presión, detectores de luz, etc.).
Partes de un sensor MICAz (a) y de la placa de sensores MTS 420 (b) de Crossbow.
Los sensores tienen la capacidad de conformar una red ad-hoc, esto es, una red sin infraestructura física preestablecida ni necesidad de control central que coordine su actividad. Una característica de este tipo de redes es su capacidad de autoconfiguración, de modo que los sensores pueden trabajar como emisores o receptores y pueden establecer caminos de comunicación entre nodos sin visibilidad directa y modificar estos caminos si alguno de los nodos que participe en el encaminamiento falla. Además, las redes de sensores en su configuración ad-hoc pueden implementar protocolos de búsqueda que les permitirán conocer la posición de los diferentes nodos (y por ende, la topología de la red) de forma no centralizada, transmitiéndose la información salto a salto. Esto facilita notablemente el despliegue y mantenimiento de la red, que es resistente a caídas y fallos.
Red ad-hoc
Los nodos de la red pueden medir parámetros del ambiente como la humedad y la temperatura, monitorizar parámetros relacionados con la salud de los usuarios como la medida de la saturación del oxígeno en sangre o pueden detectar presencia, por ejemplo. Gracias a las capacidades de enrutamiento de este tipo de redes, cualquier información recogida en algún sensor perteneciente a la red puede ser comunicada a los sensores que lo requieran.
Evidentemente, factores como el tamaño, el precio o el consumo de los dispositivos hacen aún imposible algunas de las aplicaciones soñadas, que se sirven de la incorporación de miles de millones de pequeñas partículas con capacidades de medida y comunicación al medio (por ejemplo, en los materiales de construcción). No obstante, el precio y el tamaño de los sensores se van reduciendo progresivamente; algunos empiezan a adoptar la apariencia de relojes, pulseras, anillos, etc. o se encuentran embebidos dentro de dispositivos electrónicos como móviles y PDAs.
Evidentemente, factores como el tamaño, el precio o el consumo de los dispositivos hacen aún imposible algunas de las aplicaciones soñadas, que se sirven de la incorporación de miles de millones de pequeñas partículas con capacidades de medida y comunicación al medio (por ejemplo, en los materiales de construcción). No obstante, el precio y el tamaño de los sensores se van reduciendo progresivamente; algunos empiezan a adoptar la apariencia de relojes, pulseras, anillos, etc. o se encuentran embebidos dentro de dispositivos electrónicos como móviles y PDAs.
En cuanto a la energía, muchos de los dispositivos actuales poseen alimentación basada en baterías tipo AA, cuyo período de vida dependerá del tiempo que se encuentren activos, pero en cualquier caso requerirá la presencia de un operador que sustituya dichas baterías cuando se hayan agotado. Se están desarrollando sistemas de alimentación basados en células solares o en la captura de vibraciones o algunos que utilizan la misma técnica de obtención de potencia que las etiquetas sin batería usadas para identificación por radiofrecuencia. En cualquier caso, una de las áreas de investigación activa en redes de sensores es el desarrollo de algoritmos de enrutamiento eficientes en términos energéticos, para incrementar el tiempo de autonomía de la red.
Los nodos utilizan sistemas operativos especiales como el TinyOS que fue diseñado específicamente para este tipo de dispositivos. Este sistema operativo se basa en el manejo de eventos a diferencia de los sistemas operativos convencionales que se basan en sistemas de hebras de ejecución. Tanto el sistema TinyOS como los programas escritos para dicho sistema operativo se desarrollan en un lenguaje de programación especial llamado nesC que es una extensión del lenguaje de programación C.
Las aplicaciones del concepto de una red de nodos autoconfigurable y automantenida son múltiples. En este momento, existen desarrollos o interés en:
* Aplicaciones militares: monitorización de fuerzas y equipos, vigilancia del campo de batalla, reconocimiento del terreno, detección de ataques biológicos, químicos o nucleares, etc.
* Aplicaciones medioambientales: seguimiento de animales, monitorización de las condiciones ambientales en cultivos, riego, agricultura de precisión, detección de incendios forestales, detección de inundaciones, estudios de contaminación, prevención de desastres, monitorización de áreas afectadas por desastres, etc.
* Aplicaciones médicas: telemonitorización de datos fisiológicos en pacientes, diagnóstico, administración de medicamentos, seguimiento de médicos y pacientes en hospitales, etc.
* Aplicaciones en el hogar/edificios: uso económico de calefacciones y aires acondicionados, ayuda a la evacuación de personas en caso de incendios, reconocimiento del estado de estructuras para controlar su deterioro natural o por efectos derivados de terremotos, por ejemplo, así como control de electrodomésticos, entornos inteligentes, control ambiental, etc.: esto se conoce como domótica.
* Aplicaciones industriales: seguimiento de vehículos, control de flota, control de inventarios, etc.
Actualmente, varias empresas comercializan hardware para formar redes inalámbricas de sensores y proporcionan servicios y soluciones adaptadas. Entre los proveedores conocidos están Crossbow (participada por Intel y uno de los primeros proveedores de los MICA motes de Berkeley), Dust Networks, Microstain o Sensicast. Intel, por su parte, tiene abierta una línea de investigación en el área de Sensor nets y desarrolla sus propios Intel motes. Sun propone facilitar la programación de los dispositivos utilizando Squawk, una máquina virtual Java que soportan sus SunSPOTs. Sentilla (antes Moteiv) ofrece también una plataforma de desarrollo en Java que funciona sobre sus Tmotes. Por su parte, la empresa Libelium, hace su propuesta de open mote con SquidBee.
Desde que en 2003, Technology Review colocó a las redes inalámbricas de sensores en la primera posición de su tradicional clasificación anual de tecnologías emergentes, la tecnología para WSN ha evolucionado, aunque lentamente, facilitando la programación de los dispositivos y mejorando sus capacidades de procesado. Entre las asignaturas pendientes, los sistemas de alimentación autónomos. Quizás la solución esté en el top-10 de 2008: la transmisión inalámbrica de energía.
Hernández Caballero Indiana
Asignatura: CRF
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