Propuesta de una red de sensores inalámbrica para un sistema de observación costero

Abstract

[SPA] Es habitual encontrar en la literatura gran cantidad de aplicaciones dedicadas a la monitorización del entorno en diversas disciplinas. En esta Tesis se dedica especial atención a las tecnologías que actualmente se utilizan para la observación del medio acuático. Para ello, se utilizan desde redes de sensores a pequeña escala hasta complejos sistemas de observación costeros. Dentro de las redes a pequeña escala, las redes de sensores inalámbricas constituyen una solución muy atractiva por su facilidad de despliegue, operación y repliegue, así como su reducido coste, y se presentan como una solución alternativa e innovadora para la observación oceanográfica. Éstas permiten obtener una mayor resolución espacio-temporal de la información recogida a través de un despliegue con mayor densidad de nodos y menor coste que los sistemas tradicionales. El impacto del medio marino sobre una red de sensores limita y condiciona su desarrollo, y es por ello que ofrece nuevos retos frente al caso terrestre. Dentro de la monitorización inalámbrica se diferencian dos tecnologías dependiendo del medio de transmisión de datos que utilicen, las redes de sensores inalámbricas submarinas y las aéreas. En general, las submarinas se adoptan como solución únicamente para hacer viable la monitorización oceanográfica a grandes profundidades, siendo las aéreas empleadas en aguas someras. Puesto que la zona de estudio tratada tiene como objetivo la monitorización de una laguna costera somera, la Tesis Doctoral se centra en el desarrollo de una red de sensores inalámbrica aérea para monitorización de zonas costeras poco profundas. Tras realizar un estudio de las infraestructuras e instrumentación dedicadas a la observación del medio marino, se han extraído una serie de características en las que se centra la investigación e implementación realizada en la presente Tesis Doctoral. Resumiendo el trabajo realizado, se ha llevado a cabo el diseño hardware y software de los dispositivos que forman una red de sensores, la fabricación de la estructura mecánica de una boya para la monitorización de aguas someras, y finalmente, la implementación del sistema de monitorización que alberga y gestiona la información proveniente de la red. El correcto funcionamiento del sistema completo ha sido validado mediante pruebas en el laboratorio y despliegues realizados en el mar.

[ENG] Monitoring of the marine environment has come to be a field of scientific interest in the last ten years. Coastal marine systems are particularly vulnerable to the effects of human activity attendant on industrial, tourist and urban development, and so these waters become ideal aims in the field of research aimed at analyzing the environment coastal marine. Thus arises the need for ocean observing systems to realize this study. It is common to find in literature many applications dedicated to environmental monitoring in different disciplines. In this PhD special attention is given to the technologies currently used for monitoring the aquatic environment. For this, the instruments used have ranged from small-scale sensor networks to complex observation systems. Among small-scale networks, Wireless Sensor Networks (WSNs) are a highly attractive solution in that they are easy to deploy, operate and dismantle and are relatively inexpensive, and are presented as an alternative and innovative oceanographic observation. These allow for greater spatial and temporal resolution of the information collected through a deployment of nodes with higher density and lower cost than traditional systems. The design, implementation and deployment of a WSN for oceanographic applications poses new challenges different to the ones that arise on land, as the impact of the marine environment on the sensor network limits and affects their development. In the scientific literature we can distinguish two broad categories of marine wireless networks depending on the data transmission medium that they use, Under-Water WSNs and the aerial. In general, the submarine is taken as a viable solution only for oceanographic monitoring at great depths; the aerial is being used in shallow waters. Since the study area treated is aimed at monitoring a shallow coastal lagoon, the PhD focuses on the development of an aerial wireless sensor network for monitoring shallow coastal areas. Following a study of infrastructure and instrumentation dedicated to the observation of the marine environment, have drawn a series of concepts that are central to the research and implementation done in this PhD. In short, it has carried out the hardware and software design of the devices that form a sensor network, the fabrication of the mechanical structure of a buoy for monitoring shallow water, and finally, implementation of monitoring system that holds and manages the information from the network. The well functioning of the all system has been validated by laboratory tests and deployments made at sea.