UNIVERSIDAD DE GUAYAQUIL
FACULTAD DE CIENCIAS MATEMATICAS Y FISICAS
CARRERA DE INGENIERIA EN NETWORKING Y TELECOMUNICACIONES
Estudio, diseño y emulación de una red WSN con integración hacia redes
TCP/IP, para monitorizar a través de una interfaz vía web, la temperatura,
movimiento, iluminación, humedad y sonido del centro de cómputo de la
carrera de ingeniería en sistemas y Networking de la facultad de ciencias
matemáticas y físicas de la universidad de Guayaquil.
PROYECTO DE TITULACIÓN
Previa a la obtención del Título de:
INGENIERO EN NETWORKING Y TELECOMUNICACIONES
AUTOR (ES):
DIEGO ANDRES FUENTES QUICHIMBO.
TUTOR:
FRANCISCO XAVIER ALVAREZ SOLIS
GUAYAQUIL – ECUADOR
2018
REPOSITORIO NACIONAL EN CIENCIA Y TECNOLOGÍA
FICHA DE REGISTRO DE TESIS/TRABAJO DE GRADUACIÓN
TÍTULO Y SUBTÍTULO: Estudio, diseño y emulación de una red WSN con integración hacia redes TCP/IP, para monitorizar a través de una interfaz vía web, la temperatura, movimiento, iluminación, humedad y sonido del centro de cómputo de la carrera de ingeniería en sistemas y Networking de la facultad de ciencias matemáticas y físicas de la universidad de Guayaquil
AUTOR(ES): Fuentes Quichimbo Diego Andres
REVISOR(ES)/TUTOR(ES)
(apellidos/nombres):
Ing. Alfredo Núñez, M.Sc /Ing. Francisco Xavier Alvares Solís MSc
INSTITUCIÓN: Universidad de Guayaquil
UNIDAD/FACULTAD: Matemáticas y Físicas
MAESTRÍA/ESPECIALIDAD: INGENIERO EN NETWORKING Y TELECOMUNICACIONES
GRADO OBTENIDO:
FECHA DE PUBLICACIÓN: Marzo del 2018
No. DE PÁGINAS:
ÁREAS TEMÁTICAS: Diseño
PALABRAS CLAVES
/KEYWORDS:
Wsn, sensores, red, tcp/ip, web
RESUMEN/ABSTRACT (150-250 palabras): Red de sensores inalámbricos con integración hacia redes tcp/ip.
ADJUNTO PDF: SI
CONTACTO CON AUTOR/ES: Teléfono: 0939273203 E-mail: [email protected]
CONTACTO CON LA
INSTITUCIÓN:
Nombre:
Teléfono:
E-mail:
II
CARTA DE APROBACIÓN DEL TUTOR
En mi calidad de tutor del trabajo de titulación, “Estudio, diseño y emulación
de una red WSN con integración hacia redes TCP/IP, para monitorizar a través
de una interfaz vía web, la temperatura, movimiento, iluminación, humedad y
sonido del centro de cómputo de la carrera de ingeniería en sistemas y
Networking de la facultad de ciencias matemáticas y físicas de la universidad
de Guayaquil.“ elaborado por el Sr. Diego Andres Fuentes Quichimbo Alumno
no titulado de la Carrera de Ingeniería en Networking y Telecomunicaciones
de la Facultad de Ciencias Matemáticas y Físicas de la Universidad de
Guayaquil, previo a la obtención del Título de Ingeniero en Networking y
Telecomunicaciones, me permito declarar que luego de haber orientado,
estudiado y revisado, la Apruebo en todas sus partes.
Atentamente
_______________________________
Francisco Xavier Alvares Solís
TUTOR
III
DEDICATORIA
Dedico mi proyecto de tesis a mis padres
quienes han velado y apoyado en cada
uno de los pasos que he dado en mi
caminar estudiantil, para poder llegar
a mi meta.
AGRADECIMIENTO
Agradezco principalmente a Dios por darme la sabiduría para poder llegar a esta etapa de mi vida, asimismo agradecer a mis familiares y novia por la motivación dada.
IV
V
TRIBUNAL PROYECTO DE TITULACIÓN
__________________________ _________________________
Ing. Eduardo Santos Baquerizo, M.Sc. Ing. Harry Luna Aveiga, M.Sc.
DECANO DE LA FACULTAD DIRECTOR
CIENCIAS MATEMÁTICAS Y FÍSICAS CINT
__________________________ _________________________
Ing. Francisco Álvarez Solís, M.Sc. Ing. Alfredo Nuñez, M.Sc.
PROFESOR DIRECTOR DEL PROYECTO PROFESOR TUTOR REVISOR DEL DE
TITULACIÓN PROYECTO DE TITULACIÓN
_________________________
Ab. Juan Chávez A. SECRETARIO
VI
DECLARACION EXPRESA
“La responsabilidad del contenido de este
Proyecto de Titulación, me corresponden
Exclusivamente; y el patrimonio intelectual
de la misma a la UNIVERSIDAD
DE GUAYAQUIL”
DIEGO ANDRES FUENTES QUICHIMBO
VII
UNIVERSIDAD DE GUAYAQUIL
FACULTAD DE CIENCIAS MATEMATICAS Y FISICAS
CARRERA DE INGENIERIA EN NETWORKING Y TELECOMUNICACIONES
ESTUDIO, DISEÑO Y EMULACION DE UNA RED WSN CON
INTEGRACION HACIA REDES TCP/IP, PARA MONITORIZAR A TRAVES
DE UNA INTERFAZ VIA WEB LA TEMPERATURA, MOVIMIENTO,
ILUMINACION, HUMEDAD Y SONIDO DEL CENTRO DE CÓMPUTO DE LA
CARRERA DE INGENIERIA EN SISTEMAS Y NETWORKING DE LA
FACULTAD DE CIENCIAS MATEMATICAS Y FISICAS DE LA
UNIVERSIDAD DE GUAYAQUIL.
Proyecto de Titulación que se presenta como requisito para optar por el título
de Ingeniero en Networking y Telecomunicaciones.
Autor/a: Diego Andres Fuentes Quichimbo
C.I. 0951945963
Tutor:
Ing. Francisco Xavier Alvarez Solis.
Guayaquil, 05 enero del 2018
VIII
CERTIFICADO DE ACEPTACIÓN DEL TUTOR
En mi calidad de Tutor del proyecto de titulación, nombrado por el Consejo
Directivo de la Facultad de Ciencias Matemáticas y Físicas de la Universidad
de Guayaquil.
CERTIFICO:
Que he analizado el Proyecto de Titulación presentado por el/la estudiante
DIEGO ANDRES FUENTES QUICHIMBO, como requisito previo para optar por el
título de Ingeniero en Networking y Telecomunicaciones cuyo tema es:
Estudio, diseño y emulación de una red WSN con integración hacia
redes TCP/IP, para monitorizar a través de una interfaz vía web, la
temperatura, movimiento, iluminación, humedad y sonido del centro de
cómputo de la carrera de ingeniería en sistemas y Networking de la
facultad de ciencias matemáticas y físicas de la universidad de
Guayaquil.
Considero aprobado el trabajo en su totalidad.
Presentado por:
Fuentes Quichimbo Diego Andres Cedula de ciudadanía Nº 0951945963
Tutor: Ing. Francisco Xavier Álvarez Solís.
Guayaquil, 05 enero del 2018
IX
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FACULTAD DE CIENCIAS MATEMÁTICAS Y FÍSICAS CARRERA DE INGENIERÍA EN NETWORKING Y TELECOMUNICACIONES
Autorización para Publicación de Proyecto de Titulación en Formato Digital 1. Identificación del Proyecto de Titulación
Nombre Alumno: Diego Andres Fuentes Quichimbo. Dirección: Los Vergeles Mz 151C V29. Teléfono: 0939273203 - 2026836 E-mail: [email protected]
Facultad: Ciencias Matemáticas y Físicas.
Carrera: Ingeniería en Networking y Telecomunicaciones.
Título al que opta: Ingeniero en Networking y Telecomunicaciones.
Profesor guía: Ing. Francisco Álvarez Solís.
2. Autorización de Publicación de Versión Electrónica del Proyecto de Titulación A través de este medio autorizo a la Biblioteca de la Universidad de Guayaquil y a la Facultad de Ciencias Matemáticas y Físicas a publicar la versión electrónica de este Proyecto de titulación. Publicación electrónica: Inmediata Después de 1
año
Firma Alumno: 3. Forma de envío: El texto del proyecto de titulación debe ser enviado en formato Word, como archivo .Doc. O .RTF y .Puf para PC. Las imágenes que la acompañen pueden ser: .gif, .jpg o .TIFF.
DVDROM CDROM
Título del Proyecto de titulación: Estudio, diseño y emulación de una red
WSN con integración hacia redes TCP/IP, para monitorizar a través de una interfaz vía web, la temperatura, movimiento, iluminación, humedad y sonido del centro de cómputo de la carrera de ingeniería en sistemas y Networking de la facultad de ciencias matemáticas y físicas de la universidad de Guayaquil
X
ÍNDICE GENERAL
CARTA DE APROBACIÓN DEL TUTOR II
DEDICATORIA III
AGRADECIMIENTO IV
TRIBUNAL DE PROYECTO DE TITULACIÓN V
DECLARACIÓN EXPRESA VI
AUTORÍA VII
CERTIFICADO DE ACEPTACIÓN DEL TUTOR VIII
AUTORIZACIÓN PARA PUBLICACIÓN IX
ÍNDICE GENERAL X
ABREVIATURAS XI
SIMBOLOGÍA XII
ÍNDICE DE CUADROS Y TABLAS XIII
ÍNDICE DE GRÁFICOS XIV
RESUMEN XV
ABSTRACT XVI
INTRODUCCIÓN 1 - 3
CAPÍTULO I - EL PROBLEMA Planteamiento del problema
4
Ubicación del problema en un contexto
Situación conflicto. Nudos críticos
Causas y consecuencias del problema
Planteamiento
Formulación del problema
Evaluación del problema
Alcances del problema
Objetivo General Objetivos Específicos
Justificación e Importancia
CAPÍTULO II
MARCO TEÓRICO
Antecedentes del Estudio
11
Exposición fundamentada en la consulta bibliográfica
Contexto Social Hipótesis
Variable Dependientes
Variables Independientes
Definiciones Conceptuales
CAPÍTULO III
Metodología de la investigación
Población y muestra
34
45
ABREVIATURAS
UG Universidad de Guayaquil
WSN Wireless Sensor Network
HTML Lenguaje de Marca de salida de Hyper Texto
Http Protocolo de transferencia de Hyper Texto
Ing. Ingeniero
PHP Lenguaje de programación para páginas web.
MSc. Master
URL Localizador de Fuente Uniforme
RRHH Recursos Humano
PRC Proyecto completo
www World Wide Web (red mundial)
XII
XIII
SIMBOLOGÍA
S Desviación estándar
e Error
E Espacio muestral
E(Y) Esperanza matemática de la v.a. y
s Estimador de la desviación estándar
e Exponencial
XIV
ÍNDICES DE CUADROS
Pág.
CUADRO 1
Causas y consecuencias del problema……………………………………… 6
CUADRO 2
Cuadro distribuido de la población…………………...……………………… 35
CUADRO 3
Costo del proyecto Software emulación……………………………………...50
CUADRO 4
Costo del proyecto Software proyecto completo………….………………...50
CUADRO 5
Costos del proyecto – Hardware emulación…………………………………51
CUADRO 6
Costos del proyecto – Hardware PRC……..…………………………………51
CUADRO 7
Costos del proyecto – RRHH emulación……………………………..………51
CUADRO 8
Costos del proyecto – RRHH PRC ………..…………………………………52
CUADRO 9
Costos del proyecto – Administrativo…………………………………………52
CUADRO 10
Costos del proyecto – Administrativo PRC.…………………………………52
CUADRO 11
Costo total de la emulación……………………………………………..……..53
CUADRO 12
Costo Total………………………………………………………………………53
CUADRO 13
Métrica de calidad interna………………………………………………………56
CUADRO 14
Medición métrica prevención mal uso de la red………………………………57
CUADRO 15
Medición métrica cumplimiento del alcance……………………………………..57
XVI
ÍNDICE DE GRÁFICOS
GRÁFICO 1
Tabulación de la pregunta numero 1……………………………………..37
GRÁFICO 2
Tabulación de la pregunta numero 2……………………………………..38
GRÁFICO 3
Tabulación de la pregunta numero 3……………………………………..39
GRÁFICO 4
Tabulación de la pregunta numero 4……………………………………..40
GRÁFICO 5
Tabulación de la pregunta numero 5……………………………………..41
GRÁFICO 6
Tabulación de la pregunta numero 6……………………………………..42
GRÁFICO 7
Tabulación de la pregunta numero 7……………………………………..44
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FACULTAD DE CIENCIAS MATEMATICAS Y FISICAS
CARRERA DE INGENIERIA EN NETWORKING Y TELECOMUNICACIONES
ESTUDIO, DISEÑO Y EMULACION DE UNA RED WSN CON
INTEGRACION HACIA REDES TCP/IP, PARA MONITORIZAR A TRAVES
DE UNA INTERFAZ VIA WEB LA TEMPERATURA, MOVIMIENTO,
ILUMINACION, HUMEDAD Y SONIDO DEL CENTRO DE CÓMPUTO DE LA
CARRERA DE INGENIERIA EN SISTEMAS Y NETWORKING DE LA
FACULTAD DE CIENCIAS MATEMATICAS Y FISICAS DE LA
UNIVERSIDAD DE GUAYAQUIL.
Autor/a: Diego Andres Fuentes Quichimbo
Tutor: Ing. Francisco Xavier Alvarez Solis.
Resumen
Con el fin de optimizar el uso del centro de cómputo de la facultad de ciencias
Matemáticas y Físicas, se plantea el respectivo estudio del diseño de una red
wsn que mantenga una integración hacia redes TCP/IP, con el fin de
monitorizar a través de varios sensores la temperatura, humedad, movimiento,
iluminación y detección de humo del centro de cómputo, los datos recibido
atraves de estos sensores será visualizado mediante una interfaz web.
Para la demostración del proyecto a implementar; se realizara una emulación,
la cual constara de dos de los cinco sensores propuestos, con la realización
de este estudio se espera optimizar el tiempo del administrador del centro de
cómputo con respecto a la seguridad física, para el ingreso en el área.
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CARRERA DE INGENIERIA EN NETWORKING Y TELECOMUNICACIONES
STUDY, DESIGN AND EMULATION OF A WSN NETWORK WITH
INTEGRATION TO TCP / IP NETWORKS, TO MONITOR THROUGH A WEB
INTERFACE THE TEMPERATURE, MOVEMENT, LIGHTING, MOISTURE
AND SOUND OF THE COMPUTER CENTER OF THE ENGINEERING
RACE IN SYSTEMS AND NETWORKING OF THE FACULTY OF
MATHEMATICAL AND PHYSICAL SCIENCES OF THE UNIVERSITY OF
GUAYAQUIL.
Autor/a: Diego Andres Fuentes Quichimbo
Tutor: Ing. Francisco Xavier Alvarez Solis.
Abstract
In order to optimize the use of the computer center of the Faculty of
Mathematical and Physical Sciences, the respective study of the design of a
wsn network that maintains an integration towards TCP / IP networks, in order
to monitor through several sensors the temperature, humidity, movement,
lighting and smoke detection of the computer center, the data received through
these sensors will be visualized through a web interface.
For the demonstration of the project to be implemented; an emulation will be
carried out, which will consist of two of the five proposed sensors, with the
realization of this study is expected to optimize the time of the administrator of
the computing center with respect to physical security, for the entry into the
area.
1
INTRODUCCION
Con el pasar de los años el avance tecnológico va en un constante
mejoramiento y crecimiento, así mismo la información que almacenamos en
un centro de cómputo es de gran valor, para ello debemos tener tantos
mecanismo físicos de seguridad y de software para la información y equipos
que se encuentren en nuestro centro de cómputo. Para poder conseguir estas
medidas de seguridad es necesario mantener las recomendaciones de la
normativa “TIA-942”, para la creación de un centro de datos.
La creación de nuevas tecnologías las cuales permiten integrarlas al
ámbito de monitoreo sobre un centro de cómputo con respecto a la seguridad
física de el mismo, las cuales realizando las configuraciones necesarias para
un uso determinado permitirá mantener una monitorización optima sobre un
centro de cómputo.
El tema a desarrollar en la presente tesis es sobre el Estudio, diseño y
emulación de una red WSN con integración hacia redes TCP/IP, para
monitorizar a través de una interfaz vía web, la temperatura, movimiento,
iluminación, humedad y sonido del centro de cómputo de la carrera de
ingeniería en sistemas y Networking de la facultad de ciencias matemáticas y
físicas de la universidad de Guayaquil.
Actualmente la carrera de ingeniería en sistemas y Networking de la
facultad de ciencias matemáticas y físicas de la universidad de Guayaquil,
cuenta con un centro de cómputo que se encuentra ubicado en la ciudad de
Guayaquil, en las calles Víctor Manuel Rendón y Baquerizo Moreno en el
segundo piso del edificio céntrico como extensión de la facultad de Ciencias
Matemáticas y Físicas, el cual se puede observar que no posee mecanismos
de seguridad apropiados para un centro de datos, según la normativa TIA-942
que indica que la infraestructura soporte de un centro de cómputo se divide en
cuatro subsistemas más adelante voy a poder explicar a más detalle sobre
cuáles son los subsistemas y en cuales nos vamos a enfocar para el tema a
desarrollar.
Una red de sensores inalámbricos o Wireless Sensor Network, es una
red con una gran cantidad de dispositivos los cuales se distribuyen de manera
coordinada en un sitio, para controlar diferentes condiciones en varios puntos,
entre los cuales tenemos la temperatura, vibraciones, sonido la presión,
movimiento o contaminantes, estos dispositivos son unidades autónomas que
constan de cuatro elementos tales como un microcontrolador, una batería, un
elemento sensor y un radio transceptor. (Aakvaag, 39-42)
2
Las aplicaciones de este tipo de redes son muy variadas las cuales las
vamos a poder detallar más adelante en el capítulo 2, pero para nuestro caso
nos va hacer de gran ayuda en el ámbito de monitoreo del centro de cómputo
de la carrera de ingeniería en sistemas y Networking de la facultad de ciencias
matemáticas y físicas de la universidad de Guayaquil, con respecto a la
seguridad física y el estado ambiental del centro de cómputo.
Para el desarrollo del tema con su respectiva emulación voy a utilizar
un dispositivo el cual va a permitir mantener las características de una red
inalámbrica, al cual se le agregara un sensor para visualizar la respectiva
integración de los datos hacia la interfaz web respectiva a desarrollar.
El objetivo general en si del tema planteado es realizar el respectivo
estudio para emular y diseñar una red WSN con la integración de redes
TCP/IP, la cual va a permitir monitorizar la temperatura, movimiento,
iluminación, humedad y sonido, apoyado en la implementación de equipos
físicos que establezcan realizar la comunicación en la cual permita obtener los
datos en tiempo real de forma inalámbrica con sus respectivas normativas y
estándares
La importancia es la posibilidad de tener un centro de cómputo en la
carrera de sistemas y Networking de la facultad de ciencias matemáticas y
físicas de la universidad de Guayaquil con una red wsn dará la pauta de poder
tener la posibilidad integrar nuevas tecnologías a futuro y de llevar el proyecto
hacia otro contexto de seguridad.
La información más detallada sobre la realización del tema propuesto
se dividirá en cuatro capítulos los cuales se darán un breve resumen a
continuación:
• Capitulo uno: en este capítulo se describirá de donde surgió el
tema, con las causas y las consecuencias del mismo. De igual
manera se definirá el alcance, los objetivos y la justificación e
importancia del tema planteado.
• Capitulo dos: este capítulo se basa en la explicación teórica de
los dispositivos a utilizar para la realización del tema, este
capítulo se subdivide en cuatro aspectos los cuales son los
antecedentes de estudio, fundamentación teórica
fundamentación social y la fundamentación legal, además de que
3
en este capítulo se define la hipótesis y las variables de nuestro
tema a presentar.
• Capitulo tres: en este capítulo se basa en las respectivas
encuestas para poder sustentar nuestras características del
tema a desarrollar, en donde se detalla de donde hemos obtenido
la información y como esta información me ha ayudado a llegar
a las expectativas esperadas del proyecto.
• Capitulo cuatro: en esta parte del proyecto se explica la
propuesta a realizar del tema, este el punto más crítico del
trabajo propuesto, dado que se detalla la factibilidad operacional,
técnica, económica y legal , asimismo se detalla los criterio de
las pruebas realizadas del tema propuesto.
4
CAPITULO I
EL PROBLEMA
PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA
Ubicación del problema.
Actualmente la carrera de ingeniería en sistemas y Networking de la
facultad de ciencias matemáticas y físicas de la universidad de Guayaquil,
cuenta con un centro de cómputo que se encuentra ubicado en la ciudad de
Guayaquil, en las calles Víctor Manuel Rendón y Baquerizo Moreno en el
segundo piso del edificio céntrico como extensión de la facultad de Ciencias
Matemáticas y Físicas, el cual se puede observar que no posee mecanismos
de seguridad apropiados para un centro de datos, según la normativa TIA-
942 que indica que la infraestructura soporte de un centro de cómputo se
divide en cuatro subsistemas los cuales son telecomunicaciones,
arquitectura, sistema eléctrico y sistema mecánico, para nuestro caso nos
vamos a enfrascar en dos de los subsistemas los cuales son arquitectura y
sistema mecánico; en lo que se refiere al subsistema de arquitectura nos
recomienda que todo centro de cómputo mantenga un control de acceso de
personal y una correcta iluminación del área, asimismo al subsistema de
soporte para un centro de cómputo nos indica que el centro de cómputo
debe mantener una temperatura y climatización estable.
El problema se origina a través de varios aspectos tales como la
facilidad de ingreso al centro de cómputo, no se observa mecanismos para
el control y monitoreo del ambiente dentro del centro de cómputo, asimismo
no se evidencio que mantengan un proceso de control de la temperatura
correcta dentro del centro de cómputo. No se constató algún mecanismo
5
mediante el cual se pueda evidenciar si existe algún consumo de energía
innecesario.
Situación conflicto. Nudos críticos.
Con la creación del diseño y la respectiva emulación de una red WSN
con la integración de redes TCP/IP, la cual va a permitir monitorizar en el
centro de cómputo, la temperatura, movimiento, iluminación, humedad y
sonido mediante una aplicación web responsive; la cual pretende brindar
información en tiempo real y actualizada del estado del centro de cómputo
de la carrera de ingeniería en sistemas y Networking.
Luego de la observación se elaboró un listado de los problemas hallados:
1. Actualmente la autorización hacia el ingreso del centro de cómputo
se la realiza de manera verbal, al momento de presentarse en la
puerta el encargado permite o no el ingreso al centro de cómputo.
2. Nos se observó de un mecanismo para la detección de movimiento
dentro del centro del cómputo.
3. No se evidencia un mecanismo para verificar el ambiente del centro
de cómputo en lo que corresponde a humedad y temperatura.
4. No se constató un proceso para verificar el consumo de energía
innecesario al momento de carencia de personal dentro del centro de
cómputo.
Causas y consecuencias del problema.
En la actualidad en el edificio de la carrera de ingeniería en Sistemas
y Networking de la Facultad de Ciencias Matemáticas y Físicas de la
universidad de Guayaquil no existe una red WSN; esta red mencionada la
cual se compone de diferentes sensores tales como el de humedad,
temperatura, movimiento, detección de humo e iluminación, los cuales
transportaran la información actualizada de cada uno de los sensores,
6
asimismo la red WSN se integrara con redes TCP/IP para mostrar la
información procesada a través de una aplicación web responsive.
El problema surge con la falta de mecanismos automatizados del ambiente
dentro del centro de cómputo. Con referencia a la problemática resaltan los
siguientes puntos.
Cuadro No.1
Causas y consecuencias del problema.
Causa Consecuencia
Posibles fallos de hardware,
por falla del sistema de aire
acondicionado
• Interrupción de los
servicios que ofrecen el
centro de cómputo de la
carrera de ingeniería en
sistemas y Networking de
la facultad de ciencias
matemáticas y físicas de
la universidad de
Guayaquil.
• Integridad y
disponibilidad de la
información.
Falta de mecanismo de
detección de intrusos
Personal no autorizado puede
ingresar al centro de cómputo y
sustraer información valiosa y
equipo tecnológicos.
Consumo de energía
innecesaria.
Gastos innecesarios de energía
eléctrica por dejar encendidas
7
las luces en horarios fueras de
oficina.
Temperaturas altas. Provoca daños en equipos por
humedad.
Elaborado por: Diego Andres Fuentes Quichimbo
Delimitación del Problema
• Campo: Red WSN con integración TCP/IP.
• Área: Centro de cómputo de CISC-CINT.
• Aspecto: Estudio, diseño y emulación de la red.
• Tema: Estudio, diseño y emulación de una red WSN con integración
hacia redes TCP/IP, para monitorizar a través de una interfaz vía
web, la temperatura, movimiento, iluminación, humedad y sonido del
centro de cómputo de la carrera de ingeniería en sistemas y
Networking de la facultad de ciencias matemáticas y físicas de la
universidad de Guayaquil.
Formulación del problema.
¿Es necesario el estudio y su respectiva emulación para el diseño de una
red WSN con integración hacia redes TCP/IP, para monitorizar a través de
una interfaz vía web, la temperatura, movimiento, iluminación, humedad y
sonido del centro de cómputo de la carrera de ingeniería en sistemas y
Networking de la facultad de ciencias matemáticas y físicas de la
universidad de Guayaquil?
Evaluación del problema.
Existen diez aspectos que permiten evaluar el problema.
Los aspectos de evaluación son los siguientes:
• Evidente.- No se observa que exista un mecanismo el cual permita
monitorizar al administrador de red sobre el estado de la temperatura,
humedad, movimiento, detección de humo e iluminación del centro
de cómputo.
8
• Factible.-Mediante el respectivo estudio, diseño y emulación de una
red WSN con la integración de redes TCP/IP, para permitir
monitorizar la temperatura, movimiento, humedad, iluminación y
detección de humo del centro de cómputo de la carrera de ingeniería
en sistemas y Networking de la Facultad de Ciencias Matemáticas y
Físicas de la Universidad de Guayaquil a través de una interfaz web.
• Relevante.- No se evidencio un control sistematizado automático
para que mida el estado del centro de cómputo.
• Claro.- La app mostrara la información extraída de los sensores de
humedad, detección de humo, temperatura, movimiento e
iluminación del centro de cómputo será de fácil entendimiento para el
administrador de red.
• Original.- El centro de cómputo de la carrera de ingeniería en
sistemas y Networking, optimizara su estado ambiental dentro del
centro de cómputo mediante el estudio y diseño de una red WSN
con la integración TCP/IP, para permitir monitorizar la temperatura,
movimiento, humedad, iluminación y detección de humo para su
futura implementación.
• Delimitado.- La solución del proyecto se aplicara para el
mejoramiento del ambiente del centro de cómputo.
Alcances del problema
Se realizara el estudio y emulación para el diseño de una red WSN
con la integración de redes TCP/IP, la cual va a permitir monitorizar la
temperatura, movimiento, humedad, iluminación y detección de humo del
centro de cómputo de la carrera de ingeniería en sistemas y Networking de
la Facultad de Ciencias Matemáticas y Físicas de la Universidad de
Guayaquil a través de una interfaz web, el cual va permitir lo siguiente:
9
• Integrar los sensores de humedad, movimiento, detección de humo,
temperatura e iluminación ubicados estratégicamente dentro del
centro de cómputo.
• Emular la red WSN mediante un dispositivo de circuito electrónico de
la familia PI, puede ser Orange PI o Raspberry.
• Emular la recepción del sensor de temperatura.
• Almacenar la información obtenida del sensor de temperatura en una
base de datos para su respetivo procesamiento.
• Almacenar la información en la base de datos.
• Integrar la base de datos con un servidor de aplicaciones para
mostrar los resultados a través de una app para Android.
• Creación de la interfaz web.
OBJETIVOS DE LA INVESTIGACION
Objetivo general.
Realizar el respectivo estudio para emular y diseñar una red WSN
con la integración de redes TCP/IP, la cual va a permitir monitorizar la
temperatura, movimiento, iluminación, humedad y sonido, apoyado en la
implementación de equipos físicos que establezcan realizar la comunicación
en la cual permita obtener los datos en tiempo real de forma inalámbrica con
sus respectivas normativas y estándares.
Objetivos específicos.
1. Elaborar un diseño para distribuir los sensores de movimientos y
detección de humo en el centro de cómputo.
2. Elaborar un diseño para la correcta distribución y utilización del
sensor de luminosidad del centro de cómputo.
3. Elaborar un diseño para la correcta distribución y utilización de
sensores de temperatura y la humedad del centro de cómputo.
10
4. Diseñar el esquema de red WSN.
5. Realizar la respectiva emulación de la red WSN a través de Orange
Pi o raspberry Pi.
6. Emular la integración de la red WSN con la red TCP/IP.
7. Emular la conexión de sensor de temperatura mediante Orange Pi o
Raspberry Pi.
8. Implementar una base de datos para almacenar la información de los
sensores.
9. Realizar un programa que permita mostrar la información obtenida
mediante interfaz web.
JUSTIFICACION E IMPORTANCIA DE LA INVESTIGACION
En la actualidad en nuestra ciudad de Guayaquil se observa que
muchas empresas y universidades le están dando la importancia necesaria
al estado ambiental a través del uso de mecanismos automatizados para el
respectivo monitoreo.
La principal motivación para el estudio y emulación para el diseño de
una red WSN con la integración de redes TCP/IP, es optimizar los
mecanismos manuales sobre el monitoreo del estado ambiental en el centro
de cómputo, y llevarlos a mecanismo automatizados que permita informar
en tiempo real sobre cualquier anomalía al administrador.
La función principal del respectivo estudio y emulación para el diseño
de la red wsn con integración TCP/IP, es de ayudar a la labor profesional de
los administradores del centro de cómputo de la carrera de ingeniería en
sistemas y Networking de la Facultad de Ciencias Matemáticas y Físicas de
la Universidad de Guayaquil a través de una app para Android.
11
CAPITULO II
MARCO TEORICO
Actualmente los procesos para comprobar los aspectos de humedad,
temperatura, movimiento e iluminación dentro del centro de cómputo de la
carrera de ingeniería en sistemas y Networking de la universidad de
Guayaquil, se lo realizan de manera manual.
La percepción o verificación de algún movimiento la realiza el
encargado del centro de cómputo, dentro de la jornada de trabajo dado que
el autoriza o niega el ingreso de alguna persona al sitio de manera visual,
asimismo el administrador monitoriza el acceso al área de servidores del
personal del centro de cómputo. Sobre el aspecto de humedad y
temperatura el administrador o el personal dentro del centro de cómputo
perciben el cambio de manera esporádica de temperatura o humedad. En
relación a los aspectos de iluminación y sonido al momento de fallar o
presentarse una anomalía, referente a uno de los dos aspectos, el personal
del centro de cómputo que se encuentre en el momento del percance
percibirá el acontecimiento caso contrario no existe un proceso
automatizado que lo detecte.
Con la respectiva creación del diseño de una red WSN con
integración TCP/IP, la cual va a permitir monitorizar la humedad,
temperatura, sonido, movimiento e iluminación del centro de cómputo de la
12
carrera de ingeniería en sistemas y Networking de la facultad de ciencias
matemáticas y físicas de la universidad de Guayaquil, mediante una interfaz
web responsive, se pretende optimizar al centro de cómputo en aspectos de
monitoreo, seguridad y el respectivo estado de los equipos, asimismo
permitirá verificar la información sobre la condición actual del centro de
cómputo.
13
FUNDAMENTACION TEORICA
WSN - RED DE SENSORES INALAMBRICOS.
Una red de sensores inalámbricos está conformado por un conjunto
de nodos autónomos, con capacidades sensitivas de poco consumo de
energía y de bajo costo, distribuidos de manera tal que cada nodo tenga la
capacidad de realizar mediciones alrededor del entorno del sensor, para
distribuir la información recolectada entre los sensores de manera
inalámbrica hasta un nodo central el cual se encarga de almacenar la
información recolectada para reenviarlo hacia un sistema de gestión o base
de datos.(fig.1). (coporacion universitaria minuto de DIOS , 2011) (BRAVO
GRANDA & BELDUMA BELDUMA, 2017)
Figura 1.1 Modelo básico de una arquitectura de red WSN.
(Fuente:http://www.wireless-sensors.com.cn/ENG/product_BaseStation.htm)
Elementos de una red WSN Sensores son los dispositivos los cuales recolectan información del medio o
entorno en donde se encuentre situados y la convierte en señales eléctricas.
14
Nodos sensores son los procesadores de los datos que recogen de los
sensores a través de sus enlaces de datos y envían la información a la
estación base.
Gateway es un dispositivo el cual se encarga de la interconexión entre la
red de sensores y una red TCP/IP.
Estación base un computador o un sistema integrado el cual se encarga de
almacenar la información recolectada de los nodos sensores.
Red inalámbrica basada en el estándar 802.15.4 Zigbee. (coporacion universitaria minuto de DIOS , 2011)
Figura 1.2 Esquema de los elementos de una red WSN.
Características de las WSN.
Una red WSN tiene semejanzas con otros tipos de redes inalámbricas
como por ejemplo las redes ad hoc, la cual que al igual a una red wsn se
realiza la comunicación de manera inalámbrica y a su carencia de una
infraestructura de red; una de las principales diferencias entre estos tipos de
redes es de que las redes ad hoc son desarrolladas con el objetivo de
15
ampliar la comunicación en escenarios de limitación de cobertura desde el
nodo central de la red, a diferencia de las redes wsn que son implementadas
con el fin de obtener un objetivo específico de un aplicativo a través de la
labor cooperativa de los nodos que se encuentran en la red. Además de
tener distintas naturalezas de aplicación en cada uno de los escenario en
donde se puedan implementar las redes wsn, se puede observar una
variedad de características en comunes y entre las más relevantes tenemos
las siguientes. (coporacion universitaria minuto de DIOS , 2011), (Gascon,
2010)
• Gran escala, el número de nodos que se puede componer una red es
indefinida, ya que el número de los sensores de la red puede crecer
de manera exponencial.
• Topología variable, cada nodo es desplegado conforme a la
necesidad de la red sin tener un diseño prestablecido y sin necesidad
y que los todos los nodos conozcan del nuevo elemento.
• Recursos limitados, debido a su bajo costo, se compone de recurso
limitados.
• Cooperación de nodos sensores, efectúan operaciones simples
antes de trasmitir los datos, estos procesos se conocen como
procesamientos local o parcial.
Arquitectura de un nodo sensor.
El nodo sensor se divide en cuatro componentes, los cuales son la
unidad de detección, unidad de procesamiento, unidad de alimentación y un
transceiver. En la unidad de detección está situado un sensor y un
convertidor analógico –digital para convertir las señales recogidas de
manera analógica a señales digitales por medio de un microcontrolador, en
la unidad de procesamiento la cual contiene una unidad de almacenamiento,
la misma que se encarga de manipular las asignaciones para las labores de
detección, la unidad de alimentación es la más importante dentro de la
arquitectura del nodo sensor, la cual se encarga de verificar el tiempo de
16
vida del nodo, una de las características importantes dentro de la
arquitectura de un nodo sensor es que permite incorporar paneles solares
para tener una unidad de alimentación más duradera. El último elemento del
que se compone la arquitectura de un nodo sensor es el transceiver el
mismo que es una mezcla de transmisor y receptor inalámbrico el cual
permite el envío y la recepción de información recogida de los sensores para
enviarlas a través de los nodos de la red. (BRAVO GRANDA & BELDUMA
BELDUMA, 2017)
Figura 1.3 Esquema de la arquitectura de un nodo sensor.
Tipos de topología WSN.
La topología para llevar a cabo en una red wsn se encuentra ligada
al número de nodos que existan, la tasa de información que será
transportada, la longitud de transferencia y la demanda de energía, en la
cual nos permite elegir entre tres tipos de topología a implementar. (BRAVO
GRANDA & BELDUMA BELDUMA, 2017)
(EDMANS, 2009)
Topología estrella.
Es una topología sencilla dado que mantiene un nodo central o
Gateway cuya función es recibir y enviar los datos de los nodos sensores
existentes en la red, los mismos que solo se pueden comunicar con el nodo
central y no entre sí. La ventaja principal de la topología estrella es de que
17
los nodos sensores mantengan un minino de consumo de energía para
permitir una baja latencia al momento de transferencia de datos; la
existencia de un solo nodo central para la recepción de información es una
desventaja para este tipo de topología. (EDMANS, 2009)
Topología malla.
Consta de un nodo central, a diferencia de la topología estrella
permite la intercomunicación entre los nodos sensores que se encuentre
dentro de su área, dado que en este tipo de topología esta principalmente
compuesta por nodos multi-trayecto; en caso de que un nodo sensor quiera
comunicarse con otro nodo que no se encuentre en su perímetro este tipo
de topología usara un nodo intermedio para que permita la comunicación
entre ambos nodos, la ventaja del uso de esta topología está relacionada a
la escalabilidad y a la redundancia, la limitación del consumo de energía
debido al multi-trayecto es una de las desventajas de la topología, asimismo
la comunicación entre nodos depende de los saltos que necesite el mensaje
hasta llegar a el nodo central. (BRAVO GRANDA & BELDUMA BELDUMA,
2017) (EDMANS, 2009) (Davis, 2009)
Topología Hibrida.
Es la combinación de las dos tipos de topologías mencionadas
anteriormente como son la de estrella y la mesh, esta topología se
caracteriza por mantener a la red más robusta y versátil para mantener el
mínimo consumo de energía.
Protocolos de enrutamiento.
Las redes wsn emplean protocolos distintos a los protocolos que
utilizan otros tipos de redes inalámbricas o redes cableadas, los protocolos
utilizados en este tipo de redes debe de tener como uno de los requisitos
fundamentales es el de mantener un ahorro de energía estable, ya que los
nodos con que se compone una red wsn son de recursos limitados en
18
memoria y energía. Entre los protocolos más sobresaliente podemos hablar
de los siguientes.
Protocolos centrados en los datos.
La función principal en este tipo de protocolos orientados a los
centrados de datos permite que la comunicación sea de nodo a nodo, el
protocolo comienza su función al momento que el nodo central envía una
petición la cual viaja por toda la red hasta llegar al nodo del origen, asimismo
permite que los nodos o sensores que actúan de intermedios tengan la
capacidad de almacenar algún tipo de información proveniente para
optimizar el consumo de energía. (Davis, 2009) (BRAVO GRANDA &
BELDUMA BELDUMA, 2017)
SPIN (protocolo del sensor para información a través de la
negociación).
Este protocolo de la familia de los protocolos en centrados de datos
se basa en la negociación de los nodos sensores para evitar el envío de
datos irrelevantes o redundantes dentro de la red. La desventaja que
destaca este tipo de protocolos es el consumo de red dado que al momento
de que un nodo envía información por varias rutas, el mensaje al nodo
central o Gateway recibe esta información por dos rutas distintas.
Basado en gradientes o conteos de saltos.
Este protocolo de la familia de centrados de datos se basa en que
cada nodo tenga el conocimiento de cuál será su máximo u mínimo número
de saltos hasta llegar al nodo central desde su posición. (BRAVO GRANDA
& BELDUMA BELDUMA, 2017)
Protocolos jerárquicos.
En esta topología utiliza un criterio de dividir la red de manera tal que
se pueda obtener una mejor administración, entre las divisiones más
19
comunes que se realizan ya sea por niveles de funcionalidad o de ubicación
donde se encuentre ubicados cada uno de los nodos sensores que se
compone la red.
Figura 1.4 Protocolo jerárquico.
Protocolos basados en la localización.
Este tipo de protocolo necesita que los nodos sensores tengan el
conocimiento de la ubicación de cada nodo que exista en la red, esta
información se la obtiene incorporando receptores GPS, los cuales
mediante un algoritmo establecen la posición de cada nodo que en la red se
encuentre. Entre los principales protocolos que se basan en la localización
lo mencionaremos a continuación. (Davis, 2009)
GAF(Fidelidad adaptiva geográfica).
Utiliza un algoritmo cuya función es de reconocer la respectiva
ubicación de los nodos sensores para el correcto uso y ahorro de energía.
Asimismo la creación de una cuadricula virtual la cual elige a un nodo sensor
que estará enviando información hacia el nodo central en representación
20
de los demás nodos cuyo objetivo es de tener el menor consumo de energía,
para permanecer activo mientras que los demás nodos se encuentran en
reposo.
GERAF (geografía de reenvío aleatorio).
Este protocolo utiliza un nodo que se encuentre más cercano al nodo
central para la retransmisión de datos. Asimismo al usar este tipo de
protocolo el nodo sensor antes de enviar una información se encarga de
verificar que exista un canal libre para evitar la colisión de la red.
Protocolos basados en calidad de servicio.
Estos tipos de protocolos garantizan que la red mantenga la calidad,
fiabilidad y la robustez en el manejo de información.
SAR
Este tipo de protocolo escoge una ruta para el respectivo envío de
información, la ruta elegida por este protocolo debe mantener estos dos
puntos importantes en a lo que se refiere a los recurso energéticos y la
calidad de servicio para permitir la respectiva prioridad del paquete.
MMSPEED
Este protocolo al igual que el SAR para mantener la fiabilidad hace el
uso de múltiples trayectorias.
Tecnologías de comunicación.
Los medios de comunicación que hoy en día son utilizados para las
conexiones inalámbricas tenemos los siguientes
21
Figura 1.5 Tecnologías de comunicación inalámbricas.
IEEE 802.15.4
Es un estándar que apareció en el año 2003, con el fin de cumplir las
exigencias de las redes inalámbricas de bajo costo y consumo bajo de
energía, como son las redes wsn, para la aplicación en las áreas de
domótica e industrial.
Este protocolo en lo que se refiere a la capa física trabaja en dos
frecuencias las cuales ofrecen una tasa de transporte de la información en
rangos que van desde 20/40 kps y 250kps. Otra funcionalidad que mantiene
este estándar es la capa de control de acceso al medio MAC la cual usa
CSMA/CA para controlar el acceso al canal radio. (Davis, 2009)
Zigbee
El estándar Zigbee desarrollado por la organización Zigbee Alliance
el cual se encuentra asociado a los requerimientos para las
comunicaciones de las aplicaciones las cuales mantiene una tasa de
transmisión baja, el estándar zigbee utiliza como referencia el estándar IEEE
802.15.4, al componerse de un protocolo el cual permite la compatibilidad
22
respectiva para mantener a una red wsn, de gual manera el protocolo zigbee
emplea capas del estándar IEEE 802.15.4 y adiciona otras capas de niveles
para conseguir una pila de protocolos complejas, las cuales son las
siguientes.
Capa de red.
La funcionalidad de esta capa es de enviar y recibir datos desde y
hacia la capa de aplicación, del mismo modo efectúa la asociación y la des
asociación de la red, realiza la asignación del direccionamiento de un
aproximado de 65536 dispositivos, este número estimado de dispositivos a
la asignación de direccionamiento es un inconveniente en base a la
escalabilidad de la red wsn para entorno en donde se necesite una cantidad
similar o mayor.
Capa de aplicación.
Está definida por tres secciones las cuales son la subcapa de soporte
de aplicación (APS), la ZDO la cual es Zigbee Device Object y la Aplication
Object definidas por el fabricante.
La subcapa de aplicación de soporte cuya función es de entablar la
comunicación entre dos o más dispositivos según las necesidades y
servicios, esta capa se compone de dos interfaces APSME-SAP, la cual
brinda los servicios de descubrimiento de dispositivos para su respectiva
unión y la APSDE-SAP esta interfaz se encarga de proveer el servicio de
transmisión de datos entre dos o más dispositivos encontrados en la misma
red.
La subcapa ZDO la cual define el rol del dispositivo dentro de la red
ya sea de dispositivo coordinador o de dispositivo final, asimismo iniciando
o respondiendo a las peticiones y entablar conexiones seguras entre los
dispositivos de la red.
23
La última subcapa es la Aplication Object la cual ofrece soporte a las
aplicaciones de los fabricantes que se ejecutan sobre el protocolo Zigbee
por medio de unos elementos llamados objetos de aplicación, así mismo
cada uno de es estos objetos es direccionado por medio de su identificador
los cuales están enumerados del 1 al 240.(«Informe_ZigBee.pdf», s. f.)
Figura 1.6 Pila de protocolo Zibgbee.
Interconexión con redes tcp/ip
Antiguamente las aplicaciones de la red de sensores trabajaban de
manera autónoma, en la actualidad la necesidad de interconectar las wsn
hacia otros dominios ya sean redes LAN o a internet, ante esta necesidad
los fabricantes desarrollaron protocolos especializados y consecuentes a las
respectivas limitaciones que mantiene los dispositivos de una red wsn, esto
a su vez llevo a una incompatibilidad entre los protocolos Zigbee y tcp/ip el
ultimo es utilizado como estándar de facto de internet.
Para solucionar estos inconvenientes se han definidos varios
mecanismo los cuales son pueden ser basados en proxy, en arquitectura
DNT(Delay Tolerant Network) y los basados en recubrimiento (overlay
24
network).(«5_estudio_de_la_integracion_entre_WSN_redes TCP_IP.pdf»,
s. f.)
Mecanismos basados en proxy.
Este mecanismo es el más sencillo y consiste en situar entre la red
de sensores y la red tcp/ip un servidor proxy el cual va a realizar las
respectivas traducciones de un protocolo a otro, con este método de
traducción ninguna de las dos redes va a tener que modificar su
funcionamiento, de esta manera se logra la interconexión entre estas redes
heterogéneas. (BRAVO GRANDA & BELDUMA BELDUMA, 2017)
Figura 1.7 Esquema basado en proxy.
Dada la ubicación del servidor proxy la cual está en medio de las dos
redes, la funcionalidad de este mecanismo y la comunicación entre ambas
redes heterogéneas dependerá de la robustez tanto de software y hardware
del servidor proxy lo cual lo mencionado constituye la única desventaja que
mantiene este método, para solventar este fallo se sugiere mantener un
servidor de respaldo ante cualquier fallo del servidor proxy principal.
Adicionalmente se debe de tener en cuenta que existe un servidor proxy
para cada tarea a realizar y para sus diferentes protocolos en particular,
según el número de aplicaciones a implementar se aumentara el número de
servidores proxy a usar.(«5_estudio_de_la_integracion_entre_WSN_redes
TCP_IP.pdf», s. f.)
25
Mecanismos basados en Arquitectura DTN.
Este mecanismo consiste en un conjunto de zonas las cuales
comparten una capa llamada bundle o capa de mensaje la cual trabaja entre
la capa de aplicación y transporte.
En la figura [1.8] muestra que este mecanismo se divide en dos zonas
DTN para permitir la interconexión de la red de sensores y una red TCP/IP,
en la zona 1 trabaja un protocolo dedicado para las redes de sensores y en
la zona 2 se encuentra la pila de protocolo TCP/IP. Un DTN o Gateway se
lo sitúa en medio de las dos redes el cual se asemeja a un servidor proxy
con la diferencia que el servidor proxy se necesita uno para cada tarea en
específico a diferencia de la arquitectura DTN, dado que cada bundle es
compartida entre los dos tipos de redes. (Davis, 2009)
Figura 1.8 Diagrama de una arquitectura DNT.
Los DTN utiliza un mecanismo de conmutación de mensajes con
almacenamiento y reenvío, estos mensajes son reenviados a cada nodo
hasta llegar al destino una característica de este mecanismo es la fiabilidad
de la entrega de mensajes dado que los DTN almacenara los mensajes en
caso que no exista una conexión disponible. (Davis, 2009)
26
Mecanismo de recubrimiento (Overlay Network)
Este mecanismo permite la comunicación directa entre nodos de
diferentes redes de los cuales se puede interpretar como TCP/IP funcionado
sobre el protocolo de red de sensores o el protocolo de red de sensores
sobre TCP/IP.
Figura 1.8 Arquitectura overlay
En el caso de tcp/ip sobre wsn, facilita la integración de estas redes
con cualquier otra red que use la pila del protocolo tcp/ip por medio de una
conexión directa. Con esta característica permite que por medio una
dirección ip brinde la posibilidad que cualquier nodo de la red de sensores
se encuentre accesible desde el internet. (BRAVO GRANDA & BELDUMA
BELDUMA, 2017)
A diferencias de los mecanismos anteriores no se encuentra una
dependencia entre los dos puntos de la red.
Con las primeras implementaciones de tcp/ip sobre wsn surgieron
dos pilas que son LwIP y Uip cuyo desarrollo se lo atribuyen al grupo de
desarrollo al instituto de ciencias de computación de Suecia.
La pila LwIP mantiene algunas características de la pila de protocolo
tcp/ip y soporta los protocolos ip, tcp, icmp, udp, además de poseer una
27
estructura modular la cual facilita la inclusión de nuevos protocolos, esta pila
es orientada para admitir la conexión de una gran cantidad de dispositivos.
La pila Uip está diseñada para cumplir con los requerimientos
mínimos para mantener las especificaciones TCP/IP limitando de cierta
forma su funcionalidad. (EDMANS, 2009)
Aplicaciones de las redes WSN.
La respectiva aplicación de una red wsn permite mantener un abanico
de posibles áreas en donde se pueda aplicar la red. De manera rápida
hablaremos de varios ambientes en donde sería de gran ayuda la
implementación de una red wsn.
Transporte.
Creación de transporte inteligentes, con el fin de instalar de manera
distribuida, los sensores en el vehículo para brindar una información
completa del estado de las condiciones del entorno que podrán afectar al
vehículo, de esta manera el conductor puede estar informado de algún
posible fallo. (Gascon, 2010)
Aplicaciones militares.
Se puede decir que las wsn tuvieron su origen para solventar las
exigencias militares, con el fin de recaudar todo tipo de información sobre el
adversario, además de detectar cualquier intruso o enemigo potencial,
verificar el perímetro del campo de batalla y realizar la respectiva estimación
sobre daños causados en combate. El costo de los sensores inalámbricos
en este campo de aplicación no lo asumen como tan elevados debido a que
lo consideran desechables en referencia a los sensores alámbricos.
(coporacion universitaria minuto de DIOS , 2011)
Aplicaciones en el área de salud.
28
Las wsn en el campo de la salud, va orientada para medir los signos
vitales de las personas muy enfermas y en adultos mayores que necesitan
que se monitoree constantemente sobre su estado de salud, esta
observación se la realiza a través de bio sensores inalámbricos los mismo
que puede ser instalados en implantes. (Davis, 2009)
Aplicaciones ambientales.
Los expertos en ámbitos de detección de fenómenos y catástrofes
naturales, necesitan conocer información sobre ambientes hostiles y no
hostiles, en estos casos utilizan las wsn con el fin de mantenerse informados
sobre cualquier anomalías del ambiente y así prevenir o estudiar sobre
cualquier fenómeno natural a suceder. (Davis, 2009)
29
FUNDAMENTACIÓN SOCIAL
Con el respectivo estudio y emulación para el diseño de una red WSN
con la integración tcp/ip para monitorizar la temperatura, humedad,
movimiento, iluminación y la detección de humo del centro de cómputo de
la carrera de ingeniería en sistemas y Networking de la facultad de ciencias
Matemáticas y Físicas de la universidad de Guayaquil, se pretende optimizar
la seguridad al ingreso del centro de cómputo.
El impacto social que va a tener el estudio y emulación para el diseño
de una red WSN con la integración tcp/ip para monitorizar la temperatura,
humedad, movimiento, iluminación y la detección de humo del centro de
cómputo de la carrera de ingeniería en sistemas y Networking de la facultad
de ciencias Matemáticas y Físicas de la universidad de Guayaquil va
orientado en reutilizar tecnologías existentes en el centro de cómputo con
nuevas tecnologías que surgen en el mercado, para reforzar los
mecanismos de seguridad implantados en el centro de cómputo para su
respectivo uso y futuras mejoras a partir de este estudio y diseño, Así mismo
va a permitir que el administrador de red se encuentre informado ante
cualquier anomalía que presente el centro de cómputo.
Asimismo se pretende reducir el consumo innecesario de energía
eléctrica a causa de un posible mal uso de las luces dentro del centro de
cómputo, de igual manera se pretende evitar el posible ingreso de personal
no autorizado el cual puede sustraer información valiosa o equipos
tecnológicos, se prevé reducir posibles fallos de hardware y software a cusa
de una falla del sistema de aire acondicionado.
Con el correcto funcionamiento del proyecto a implementar se
pretende que el centro de cómputo de las carreras de ingeniería en sistemas
y Networking se optimice en la utilización de tecnologías.
FUNDAMENTACIÓN LEGAL
30
Art. 83.- Son deberes y responsabilidades de las ecuatorianas y los ecuatorianos, sin perjuicio de otros previstos en la Constitución y la ley
Promover el bien común y anteponer el interés general al interés particular, conforme al buen vivir.
Art. 229.- Revelación ilegal de base de datos
La persona que, en provecho propio o de un tercero, revele información registrada, contenida en ficheros, archivos, bases de datos o medios semejantes, a través o dirigidas a un sistema electrónico, informático, telemático o de telecomunicaciones; materializando voluntaria e intencionalmente la violación del secreto, la intimidad y la privacidad de las personas, será sancionada con pena privativa de libertad de uno a tres años.
Art. 190.- Apropiación fraudulenta por medios electrónicos
A persona que utilice fraudulentamente un sistema informático o redes
electrónicas y de telecomunicaciones para facilitar la apropiación de un bien
ajeno o que procure la transferencia no consentida de bienes, valores o
derechos en perjuicio de esta o de una tercera, en beneficio suyo o de otra
persona alterando, manipulando o modificando el funcionamiento de redes
electrónicas, programas, sistemas informáticos, telemáticos y equipos
terminales de telecomunicaciones, será sancionada con pena privativa de
libertad de uno a tres años.
Art. 192.- Intercambio, comercialización o compra de información de
equipos terminales móviles.
La persona que intercambie, comercialice o compre bases de datos que
contengan información de identificación de equipos terminales móviles, será
sancionada con pena privativa de libertad de uno a tres años.
Artículo 181.- Violación de propiedad privada.
La persona que, con engaños o de manera clandestina, ingrese o se
mantenga en morada, casa, negocio, dependencia o recinto habitado por
otra, en contra de la voluntad expresa o presunta de quien tenga derecho a
excluirla, será sancionada con pena privativa de libertad de seis meses a un
año.
31
Hipótesis.
En la medida que a la falta de una red WSN con integración tcp/ip los cuales
permitan monitorizar la humedad, movimiento, temperatura, iluminación y
detección de humo del centro de cómputo de la carrera de ingeniería en
sistemas y Networking de la facultad de ciencias Matemáticas y Físicas
mediante una app Android, menor será la probabilidad de ingreso de intruso,
consumo de energía innecesario y fallas de hardware dentro del centro de
cómputo.
Variables de la Investigación.
Variable independiente.
Administrador de red: es la persona especializada el cual se encarga
del mantenimiento, despliegue, monitoreo de hardware y software de una
red.
Centro de cómputo: es un área dentro de una edificación, en el cual
se encuentra hardware y software destinada al procesamiento de datos, la
cual debe de estar acondicionada con temperatura y medidas de seguridad.
Variable dependiente
Temperatura: grado o nivel térmico de un cuerpo o u área específica.
Humedad: cantidad de agua, vapor de agua o cualquier otro líquido
que está presente en la superficie o el interior de un cuerpo o en el aire.
Iluminación: cantidad de luz que hay en un lugar.
Movimiento: cambio de lugar o de posición de un cuerpo en el
espacio.
Detección de humo: es una alarma que detecta la presencia de humo
en el aire.
32
DEFINICIONES CONCEPTUALES
Wsn.
Wirelles Sensor Network es una red de sensores inalámbricos.
Sensores.
Es un dispositivo capaz de detectar magnitudes físicas alrededor de su
entorno.
Gateway.
Conocida como puerta de enlace, permite a un equipo informático
conectarse a una red local LAN conectadas al de un acceso hacia el exterior.
Protocolos tcp/ip.
Constituyen a conjunto de normas para formatos de mensajes para
intercambiar información entre las máquinas y los programas de aplicación.
Administrador de red: es la persona especializada el cual se encarga del
mantenimiento, despliegue, monitoreo de hardware y software de una red.
Internet.
Es un conjunto de redes interconectadas las cuales pueden ser accedidas
por cualquier persona alrededor del mundo.
Protocolos.
Es un sistema que permite que dos o más entidades se comuniquen entre
sí.
Centro de cómputo.
Es un área dentro de una edificación, en el cual se encuentra hardware y
software destinada al procesamiento de datos, la cual debe de estar
acondicionada con temperatura y medidas de seguridad.
Hardware.
33
Conjunto de elementos físicos de una computadora.
Software.
Es la parte intangible, conjunto de programas que permiten realizar algunas
funciones específicas.
34
CAPITULO III
METODOLOGIA DE LA INVESTIGACION
DISEÑO DE LA INVESTIGACION
Modalidad de la investigación.
Para el respectivo desarrollo del presente trabajo de titulación el cual
se basa en el estudio y emulación del diseño de red WSN con integración
TCP/IP, la cual va a permitir el monitoreo de temperatura, humedad,
movimiento, iluminación y detección de humo del centro de cómputo de la
carrera de ingeniería en sistemas y Networking de la facultad de ciencias
Matemáticas y Físicas de la universidad de Guayaquil, mediante una interfaz
web, en donde ese aplicara la metodología para el desarrollo de redes
PPDIOO, la cual nos permite mantener una retroalimentación en cada etapa
del diseño de red a implementar.
El principal acierto en usar esta metodología, es que permite al
encargado del diseño de la red abarcar cada uno de los requerimientos
específicos de la red a diseñar, para futuras integraciones; asimismo este
tipo de metodología permite en la realización de pruebas en cada uno de los
puntos que pertenece la metodología.
Población y Muestra.
Población.
El respectivo estudio y emulación del diseño de red una WSN con
integración TCP/IP, la cual va a permitir el monitoreo de temperatura,
humedad, movimiento, iluminación y detección de humo del centro de
cómputo de la carrera de ingeniería en sistemas y Networking de la facultad
de ciencias Matemáticas y Físicas de la universidad de Guayaquil, mediante
35
una interfaz vía web, va orientada para la comunidad de administradores de
centro de cómputo de entidades universitarias, para esto la población que
se eligió una pequeña muestra a 20 estudiantes de séptimo y octavo
semestre de la facultad de ciencias matemáticas y físicas de la Universidad
de Guayaquil de las carreras de ingeniería en Networking
Telecomunicaciones y de Sistemas, dado que esta población de estudiantes
están próximos a ser profesionales, asimismo se consultó a 30 personas las
cuales 6 eran encargos de un centro de cómputo, 14 eran ayudante y 10
pasantes de centros de cómputo de varias empresas.
Muestra.
Para la respectiva muestra para realizar el trabajo de titulación
orientado al centro de cómputo de la carrera de ingeniería en sistemas y
Networking de la facultad de ciencias Matemáticas y Físicas de la
universidad de Guayaquil, mediante una interfaz vía web.
Como se mencionó en la parte de la población se realizó una
pequeña muestra de 35 individuos entre los cuales se clasifican entre
estudiantes de séptimo y octavo semestre de las carreras de ingeniería en
Networking y de sistemas de la Universidad de Guayaquil y miembro de
centro de cómputo entre ellos encargados y ayudantes de varias empresas.
Se determinó a este tipo de población dado que son personas que están en
constante contacto con temas relacionados a redes wsn o similares.
Cuadro distribuido de la población
Cuadro Nº 2
POBLACIÓN Cantida
d
36
Administrado-
res de red.
6
Ayudantes de
centro de
computo
14
Estudiantes 20
Pasantes de
centros de
computo
10
TOTAL 50
Fuente: Universidad de Guayaquil.
Elaborado por: Diego Andres Fuentes Quichimbo.
Al momento de realizar la muestra hemos definido que vamos a tener un
cinco por ciento de error de estimación.
𝑛 =𝑚
𝑒2(𝑚 − 1) + 1
m=Tamaño de la población. 50
e=Error de estimación. 6%
n=Tamaño de la muestra..
𝑛 =50
(0.05)2(50 − 1) + 1
𝑛 =50
(0.0025)(49) + 1
𝑛 =50
(0.1225) + 1
𝑛 = 40.81
37
INSTRUMENTOS DE RECOLECCIÓN DE DATOS
Técnica
El tipo de técnica que se realizó para la obtención de la información para el
trabajo de titulación que se trata del estudio y emulación del diseño de red una
WSN con integración TCP/IP, la cual va a permitir el monitoreo de temperatura,
humedad, movimiento, iluminación y detección de humo del centro de cómputo
de la carrera de ingeniería en sistemas y Networking de la facultad de ciencias
Matemáticas y Físicas de la universidad de Guayaquil, mediante una app
Android, es la técnica de campo en donde se realizó un entrevista en base a
una encuesta prediseñada a cada uno de los administradores de red de varias
facultades de la universidad de Guayaquil.
3.2 Tabulación de encuestas.
1. ¿Cómo calificaría la seguridad actual a nivel de acceso de personal en
su centro de cómputo?
Muy Bueno 11 26,00%
Bueno 15 31,00%
Regular 14 29,00%
Mala 6 8,00%
Muy Mala 4 6,00%
Total 50 100,00%
38
Análisis:
Se determina que la mayor parte de la población encuestada considera buena
la seguridad actual a nivel del acceso del personal de su centro de cómputo,
lo cual es importante para asegurar que los procedimientos programados sean
consistentes y correctamente aplicado al almacenamiento y procesamiento de
los datos.
2. ¿Conoce usted sobre las redes wsn wirelles Network sensor?
SI 23 46,00%
NO 27 54,00%
TOTAL 50 100,00%
26%
31%
29%
8%
6%
MUY BUENO BUENO REGULAR MALA MUY MALA
39
Análisis:
Se aprecia como resultados de esta encuesta que existe un déficit de
conocimiento sobre redes WSN en la población encuestada, lo cual supone
extender este conocimiento y retroalimentarlo constantemente.
3. ¿Cuál es la probabilidad según su criterio que por motivo de
temperatura cause el daño de algún equipo dentro del centro de
cómputo?
Alta 34 83,00%
Media 9 11,00%
Baja 7 6,00%
Total 50 100,00%
46%
54%
SI NO
40
Análisis:
Mediante esta pregunta se puede determinar según la población encuestada
que la probabilidad de temperatura cause el daño de algún equipo dentro del
centro de cómputo.
4. ¿cree usted que la temperatura de su centro de cómputo es óptima?
SI 23 46,00%
NO 27 54,00%
TOTAL 50 100,00%
83%
11%
6%
ALTA MEDIA BAJA
71%
29%
SI NO
41
Análisis:
Se determina la importancia que tiene el conocimiento de la temperatura
en un centro de cómputo.
5. ¿Qué equipos son los que se encuentran más susceptibles a posibles
daños por causa de temperatura?
Disco Duro 23 51,00%
Fuente de poder 12 15,00%
Procesador 15 34,00%
TOTAL 50 100,00%
Análisis:
Mediante esta pregunta podemos determinar que el más propenso a sufrir
daños es el disco duro.
6. ¿En una escala del 1 al 10 cuál es la información relevante usted
maneja en el centro de cómputo?
51%
29%
20%
DISCO DURO PROCESADOR FUENTE DE PODER
42
Análisis:
Cabe recalcar que el centro de cómputo es un nodo de consulta del nodo
central el cual se encuentra en la ciudadela universitaria. Podemos determinar
por medio de la población de la población encuestada que el 20% maneja un
6 de información relevante en el centro de cómputo, en una escala del 1 al 10,
lo que demuestra que si manejan información importante en el centro de
cómputo de la facultad.
7. ¿Cree usted que el centro de cómputo este realizando un consumo de
energía innecesario?
14%
6%
12%
6%
6%
20%
3%
11%
11%
11%
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
1 8 14%
2 4 6%
3 7 12%
4 4 6%
5 4 6%
6 7 20%
7 4 3%
8 7 11%
9 3 11%
10 3 11%
TOTAL: 50 100%
43
Análisis:
Se determina que el centro de cómputo está realizando consumo de energía
innecesario según un 65% de la población encuestada, lo cual es importante
y deber se comprobado.
En los instrumentos utilizados para llevar al cabo el cuestionario de las
preguntas realizadas a cada una de las personas de la muestra elegida.
Recolección de información.
La recolección de información para obtener los datos necesarios; se la hizo
durante dos días en horarios de 5pm a 8pm en las instalaciones de la carrera
de ingeniería en Networking y de sistemas facultad de ciencias matemáticas
y físicas de la universidad Guayaquil, las respectivas entrevistas se lograron
obtener los resultados esperado con la información recolectada.
65%
35%
SI NO
SI 30 65%
NO 20 35%
TOTAL 50 100%
44
Validación de la Hipótesis.
Al momento de realizar la encuesta para el respectivo estudio del diseño de
una red wsn con integración hacia redes TCP/IP la cual va a permitir
monitorizar a través de una interfaz vía web el movimiento, temperatura,
humedad, iluminación y detección de humo del centro de cómputo de la carrera
de ingeniería en Networking y sistemas de la facultad de ciencias matemáticas
y físicas de la universidad de Guayaquil. Me di cuenta de que la creación del
proyecto mencionado previamente es de vital importancia no solo para nuestro
centro de cómputo de la carrera de Ingeniería en Networking y sistemas sino
de cualquier centro de cómputo, ya sea usado de la parte interna o externa del
ingreso a cualquier centro de cómputo.
45
CAPITULO IV
PROPUESTA TECNOLOGICA
El presente proyecto de titulación propone estudio para el diseño y
emulación de una red wsn con integración hacia redes TCP/IP la cual va a
permitir monitorizar mediante una interfaz vía web la humedad, temperatura,
movimiento, iluminación y detección de humo, en el centro de cómputo de la
carrera de ingeniería en Sistemas y Networking de la facultad de ciencias
Matemáticas y Físicas de la universidad de Guayaquil; con el fin de convertirse
en una herramienta de seguridad de ayuda para el administrador de red, así
como se lo ha mencionado anteriormente.
La propuesta tecnológica plantea realizar los siguientes puntos:
• Realizar el diseño de una red WSN con integración hacia redes TCP/IP.
• Emular la red diseñada a través de un dispositivo PI.
• Desarrollar la interfaz web.
1 Factibilidad operacional.
Para definir la factibilidad operacional del proyecto se plantearon las siguientes
preguntas.
¿Existe apoyo suficiente por parte de la administración para el estudio
y emulación del diseño de una red wsn con integración tcp/ip, la cual permita
monitorizar a través de una app Android la temperatura, humedad,
movimiento, iluminación, temperatura, detección de humo del centro de
cómputo de la carrera de ingeniería en sistemas y Networking de la faculta de
ciencias Matemáticas y Físicas de la universidad Guayaquil?
46
En la actualidad, al administrador de red del centro de cómputo de la
carrera de ingeniería en sistemas y Networking de la faculta de ciencias
Matemáticas y Físicas de la universidad Guayaquil, le pareció novedosa la
idea al momento de realizar la respectiva entrevista, para saber si se cuenta
con el apoyo administrativo se verificara al momento de presentar la emulación
de red como tal para que esta encuentre el apoyo necesario.
¿Es necesario el respectivo estudio y emulación del diseño de una red
wsn con integración tcp/ip, la cual permita monitorizar a través de vía interfaz
web la temperatura, humedad, movimiento, iluminación, temperatura,
detección de humo del centro de cómputo de la carrera de ingeniería en
sistemas y Networking de la faculta de ciencias Matemáticas y Físicas de la
universidad Guayaquil?
El respectivo diseño y emulación es de gran importancia con respecto
a optimizar los mecanismo de seguridad del centro de cómputo de la carrera
de ingeniería en sistemas y Networking de la facultad de ciencias Matemáticas
y Físicas de la universidad Guayaquil, dado que será una herramienta de
ayuda para el administrador de red en su labor de salvaguardar la integridad y
disponibilidad de los elementos de hardware y software que en el centro de
cómputo se encuentren.
Factibilidad técnica.
Actualmente para el respectivo estudio y emulación del diseño de una
red WSN con integración hacia redes TCP/IP, la cual permitirá monitorizar a
raves de una interfaz vía web la temperatura, humedad, movimiento,
iluminación, temperatura, detección de humo del centro de cómputo de la
carrera de ingeniería en sistemas y Networking de la faculta de ciencias.
En esta sección se describirá más a fondo la selección del hardware del
proyecto. Algunas de estas partes pueden ser vistas en la figura 2.3 donde se
especifica en bloques cada uno de los elementos tanto de hardware como de
software del proyecto. Además, se especificará los detalles de cada
componente electrónico junto con sus características más importantes.
La elección de los componentes electrónicos se realizó de acuerdo a los
requerimientos del proyecto para alcanzar los objetivos establecidos. El diseño
de la aplicación fue realizado en software libre, en este caso en el lenguaje de
programación de Java (en el entorno de programación de Netbeans). La
elección de los dispositivos para el hardware también se realizó teniendo en
consideración que sean de uso libre sin ningún tipo de licencias. A
47
continuación, se presentarán las principales características de cada uno de los
componentes seleccionados.
• Placa arduino nano.- se basa en un microcontrolador ATmega 32, el
nano puede ser alimentado con 5v a través de conexión USB-Mini o de
forma externa a través del pin 30. El Nano tiene una serie de opciones
para la comunicación con un ordenador, otro Arduino, u otras placas.
• Microcontroladores similares.- Los ATmega328 proporcionan
comunicación serial UART, I2C (TWI) y SPI.
• Modulo XBee-PRO® 900 DigiMesh.- Este módulo fue diseñado para
soportar las necesidades únicas de las redes de sensores inalámbricos
que son el bajo costo y bajo consumo, los módulos requieren una
potencia mínima y proporcionan una entrega confiable de datos entre
dispositivos remotos. Los módulos funcionan dentro de la banda de
frecuencia ISM 900 MHz. Proporciona también una fácil construcción
de redes de hasta 128 nodos. La comunicación del módulo se la realiza
de forma serial. Una vez que recibe los datos seriales el modulo es
capaz de convertirlos a datos de RF que pueden ser enviados a
cualquier dispositivo XBee que forme parte de la red.
Figura 1.10
. Módulo XBee-PRO® 900 DigiMesh
48
Figura 1.10
49
Modelo DTH 11
Alimentación
Consumo 2.5 mA
Señal de salida Digital
Temperatura Precisión a 25ºC +- 2ºC
Humedad Precisión a 0ºC y 50ºC +- 5%
Factibilidad Legal.
El proyecto propuesto, no interfiere ninguna ley dado que el desarrollo del
mismo es con el fin educativo y orientado a la futura implementación hacia el
centro de cómputo de la carrera de ingeniería en sistemas y Networking de la
facultad de ciencias matemáticas y físicas de la universidad de Guayaquil, así
mismo durante la investigación se evidencio que no se logró encontrar un
proyecto similar al tema propuesto.
De igual manera se constató que el centro de cómputo de la carrera de
ingeniería en sistemas y Networking de la facultad de ciencias matemáticas y
físicas de la universidad de Guayaquil no cuenta con una red como la
propuesta en el proyecto.
4 Factibilidad Económica.
Para medir la factibilidad económica se elaboró un análisis costo beneficio.
Costo del proyecto Software emulación.
Cuadro Nº 3
Descripcion Cantidad Costo Unitario Costo Total
HTML 1 $0,00 $0,00
HERRAMIENTA DESARROLLO 1 $0,00 $0,00
MysQL 1 $0,00 $0,00
$0,00COSTO TOTAL SOFTWARE
Elaborado por: Diego Andres Fuentes Quichimbo.
Costos del proyecto Software proyecto
completo.
Cuadro No. 4
50
Descripcion Cantidad Costo Unitario Costo Total
HTML 1 $0,00 $0,00
HERRAMIENTA DESARROLLO 1 $0,00 $0,00
MysQL 1 $0,00 $0,00
$0,00COSTO TOTAL SOFTWARE
Elaborado por: Diego Andres Fuentes Quichimbo.
Costos del proyecto – Hardware emulación.
Cuadro No 5
Orange pi 1 $80,00 $80,00
Arduino 1 $35,00 $35,00
Sensor de Temperatura 1 $5,00 $5,00
Sensor de Movimiento 1 $5,00 $5,00
OTROS $50,00 $50,00
$175,00COSTO TOTAL HARDWARE Elaborado por: Diego Andres Fuentes Quichimbo.
Costos del proyecto – Hardware Proyecto
completo
Cuadro No 6
51
Descripcion Cantidad Costo Unitario Costo Total
Orange pi 12 $80,00 $960,00
Arduino 12 $35,00 $420,00
Sensor de Temperatura 2 $5,00 $10,00
Sensor de Movimiento 4 $5,00 $20,00
Sensor de iluminacion 3 $5,00 $15,00
sensor de Humedad 2 $15,00 $30,00
Módulo XBee-PRO® 900 DigiMesh 12 $25,00 $300,00
detector de humo 3 $20,00 $60,00
otros $100,00
$1.570,00COSTO TOTAL HARDWARE PROYECTO COMPLETO Elaborado por: Diego Andres Fuentes Quichimbo.
Costos del proyecto – Recurso Humano
Emulación
Cuadro No 7
Descripcion Cantidad Costo Unitario Costo Total
IMPLEMENTADORES DE RED 1 $0,00 $0,00
$0,00COSTO TOTAL RECURSO HUMANO
Elaborado por: Diego Andres Fuentes Quichimbo.
Costos del proyecto – Recurso Humano
Proyecto completo
Cuadro No 8
Descripcion Cantidad Costo Unitario Costo Total
IMPLEMTADORES DE RED 1 $0,00 $0,00
$0,00COSTO TOTAL RECURSO HUMANO
Elaborado por: Diego Andres Fuentes Quichimbo.
Costos del proyecto – Administrativo
52
Emulación
Cuadro No 9
Descripcion Cantidad Costo Unitario Costo Total
Internet 1 $40,00 $40,00
Transporte 1 $60,00 $60,00
suministros y gastos 1 $120,00 $120,00
$220,00COSTO TOTAL ADMINISTRATIVO
Costos del proyecto – Administrativo
Proyecto Completo.
Cuadro No 10
Descripcion Cantidad Costo Unitario Costo Total
Internet 1 $40,00 $40,00
Transporte 1 $60,00 $60,00
suministros y gastos 1 $3.600,00 $360,00
$460,00COSTO TOTAL ADMINISTRATIVO
COSTOS TOTALES DEL PROYECTO
EMULACION
Cuadro No 11
Software $0,00
Hardware $175,00
Recurso Humano $0,00
Administrativo $220,00
COSTO TOTAL SOFTWARE $395,00
53
COSTOS TOTAL
Cuadro No 12
Software $0,00
Hardware $1.570,00
Recurso Humano $0,00
Administrativo $460,00
COSTO TOTAL SOFTWARE $2.030,00
Como se puede evidenciar en el cuadro Nº 11, el costo de la
implementación del proyecto se basa en la cuarta parte del proyecto completo
a implementar.
5Etapas de la metodología del proyecto.
El proyecto se encuentra elaborado bajo la metodología PPDIO, por lo
tanto está compuesto de las siguientes etapas.
Preparación.
Durante esta primera etapa se llevó a cabo una investigación superficial
sobre los mecanismos de seguridad que mantienen el centro de cómputo, para
así poder incorporándolos dentro de una posible solución innovadora y factible.
Planificación.
Durante esta etapa se llevaron a cabo reuniones con el tutor encargado
del proyecto, para definir la estructura y los posibles requerimientos para el
estudio y emulación del diseño de una red wsn con integración tcp/ip, la cual
permita monitorizar a través de una app Android la temperatura, humedad,
movimiento, iluminación, temperatura, detección de humo del centro de
cómputo de la carrera de ingeniería en sistemas y Networking de la faculta de
ciencias Matemáticas y Físicas de la universidad Guayaquil, y se definió los
posibles puntos críticos a monitorizar. Los cuales son los siguientes:
• Movimiento
• Humedad.
• Temperatura.
• Detección de humo.
• Iluminación.
Diseño.
54
En esta etapa es la más crítica en donde se realiza el diseño de la red
según los requisitos obtenidos en el punto anterior, en esta parte se pone en
práctica las solicitudes identificadas por nosotros y propuesta por el
administrador de red mediante una entrevista que se realizó, así mismo se
plantea mediante el diseño optimizar los mecanismo de seguridad que
mantiene el centro cómputo de la carrera de ingeniería en sistemas y
Networking de la faculta de ciencias Matemáticas y Físicas de la universidad
Guayaquil.
Implementación.
En esta esta se refiera a la implementación de la red wsn con
integración tcp/ip, en donde para nuestro proyecto se refiere a la emulación de
la red como tal en donde se simulara la respectiva red wsn con integración
tcp/ip la cual va a monitorizar el movimiento y temperatura como método de
prueba.
6Entregables del proyecto.
• Emulación de la red wsn a través de un dispositivo Pi.
• Diseño de la red wsn.
7Criterios de validación de la propuesta.
Este proyecto tendrá la respectiva validación por la subdirección de la
carrera de ingeniería en sistemas y Networking de la faculta de ciencias
Matemáticas y Físicas de la universidad Guayaquil.
Para que la respectiva validación se realice el subdirector certificara que
la emulación pueda cumplir con los siguientes requisitos para su futura
implementación.
• Que la emulación cumpla con los requerimientos mencionados
anteriormente.
• Que la emulación permita demostrar que la red sea de fácil
administración.
• Que la posible implementación de la red wsn con integración tcp/ip, la
cual permita monitorizar a través de una app Android la temperatura,
humedad, movimiento, iluminación, temperatura, detección de humo
del centro de cómputo de la carrera de ingeniería en sistemas y
Networking de la faculta de ciencias Matemáticas y Físicas de la
universidad Guayaquil no afecte al rendimiento de la red actual.
55
Criterios de aceptación del producto o servicio.
ALCANCE ENTREGABLE INDICADOR CUMPLIMIENTO
Estudio para el
diseño de la
creacion de una red
WSN con
integracion tcp/ip.
Flujo del desarrollo
del diseño de la red
wsn con integracion
tcp/ip.
revison formal SI
Definir puntos
relevantes para la
monitorizacion
atraves de WSN
Flujo del desarrollo
del diseño de la red
wsn con integracion
tcp/ip.
revison formal SI
Emulacion de la red
wsn.
Flujo del desarrollo
del diseño de la red
wsn con integracion
tcp/ip.
revison formal SI
configuracion de la
red a emular
Flujo del desarrollo
del diseño de la red
wsn con integracion
tcp/ip.
revison formal SI
Mecanismo de control.
Métrica de calidad interna
Cuadro Nº 13
56
Caraceristica Detalle Metrica
seguridad con a la deteccion
de intrusos
Prevencion del uso
indebido de los sensores.
Cumplimiento de la
funcionalidad
Cumplimiento del
alcance
Fiablidad Tolerancia a fallos Enlaces redundantes
Entendimiento de la red
Facil administracion de la
red
Operatividad
Informacion recolectada
integra y fiable
Eficiencia Uso de recursos reutilizacion de equipos.
Portabilidad Adaptabilidad Red escalable
Funcionalidad
Usabilidad
Medición métrica prevención mal uso de la red
Cuadro Nº 14
Metrica Aplicación Medicion Valor Interpretacion
x=10
y= 10
A=x/y
prevencion
del uso
indebido de
los datos
*x =contar las
validaciones para
prevenir el uso
indebido de la red
*y= contar las posibles
instancias donde se
pueda hacer uso
indebido de la red.
1
0<=A<=1(Entre
mas cercano a 1
mejor)
Medición métrica cumplimiento del alcance.
Cuadro Nº 15
57
Metrica Aplicación Medicion Valor Interpretacion
x=4
y= 4
A=x/y
Cumplimie
nto del
alcance
*x =contar los alcances
entrgados
*y= contar los alcances
propuestos
1
0<=A<=1(Entre
mas cercano a 1
mejor)
58
Conclusiones y recomendaciones.
En esta sección expondremos las respectivas y conclusiones que he logrado
encontrado durante la realización del proyecto planteado.
Conclusiones.
La elaboración del diseño, con la respectiva colocación de los sensores
de manera adecuada permitirá en la futura implementación obtener de manera
óptima la monitorización del toda el área dentro del centro de cómputo.
Los respectivos sensores ubicados en manera estratégica en el centro
de cómputo permitirán observar las áreas más críticas en el ámbito de un
consumo de energía innecesario dentro del centro de cómputo, de igual
manera de ubicar los sensores de humedad y temperatura para estar
informado y preparado sobre una anomalía del sistema de acondicionamiento
de aire.
Con la emulación realizada se demuestra que el proyecto si se puede
lograr a cabo en un ambiente real y más grande.
La base de datos en donde estarán los datos almacenado es un modelo
de cómo debería implementarse la futura base de datos al momento de la
implantación real en el centro de cómputo de la red propuesta.
Recomendaciones.
Al momento de la elaboración del diseño de la red es necesario conocer
sobre el estado actual del cableado estructurado que cuenta el centro de
cómputo de la carrera de ingeniería en sistemas y Networking de la facultad
de ciencias matemáticas y la universidad de Guayaquil.
La ubicación de sensores debe de ser de manera estratégica y
consensuada con el administrador de red del centro de cómputo de la c carrera
de ingeniería en sistemas y Networking de la facultad de ciencias matemáticas
y la universidad de Guayaquil.
El presente proyecto propuesto y el prototipo presentado es solo una
emulación, dado que al momento de implementar el personal en realizar dicha
tarea deberán conseguir equipos tantos de software y hardware con
características que cumplan para realizar la respectiva monitorización
59
BIBLIOGRAFIA.
Aakvaag, N. F.-E. (39-42). Redes de sensores inalámbricos. Revista ABB, 2006.
BRAVO GRANDA , B. A., & BELDUMA BELDUMA, L. A. (2017). DISEÑO DE UNA
RED DE SENSORES INALAMBRICOS PARA EL MONITOREO DE
TRANSITO VEHICULAR Y LA CONTAMINACION CO2 DENTRO DE UN
SECTOR URBANO. CUENCA, ECUADOR.
coporacion universitaria minuto de DIOS . (2011). INTEGRACION DE SENSORES
INALAMBRICOS Y DOMOTICA. GIRARDOT.
Davis, E. J. (2009). Implementacion de protocolos de transporte de redes de
sensores.
EDMANS, G. d. (2009). Redes Inalambricas de Sensores.
Gascon, D. (2010). Redes de Sensores Inalambricos, la tecnologia invisible.
.
ANEXO
PROPUESTA DE LA DISTRIBUCION DE LOS RESPECTIVOS SENSORES.
SENSOR DE MOVIMIENTO.
SENSORES LUZ – TEMPERATURA – HUMEDAD – DETECCION DE HUMO.
SERVIDORES.
INGRESO
ESTACIONES DE TRABAJO.
Diagrama de red del proyecto propuesto.
Código fuente del ESP8266
#include <ESP8266WiFi.h>
#include <DTH.h>
const char* ssid = "tesis";
const char* password = "12345678";
const char*host ="192.168.1.2";
//#define DTHTYPE DTH11
//#define DTHPIN 4
DTH dth(DTHPIN, DTHTYPE, 11);
float temperatura;
float humedad;
void setuo()
{
Serial.begin(115200);
Serial.println();
dth.begin();
Serial.printf("conectandose a %s", ssid);
WiFi.begin(ssid,password);
while (WiFi.status() != wl_conect)
{
delay(500);
Serial.print("*");
}
Serial.println(" conexion exitosa");
}
void loop()
{
WiFiClient("\n conectandose a %s ....",host);
if(client.connect(host, 8080)
{
Serial.println("conexion exitosa");
temperatura = dth.readTemperature();
humedad = dth.readHumidity();
Serial.println("(enviando respuesta)");
client.print(string("GET /prueba/prueba1/?Temp") + temperatura + "&Hum0" +
humedad + "HTTP/1.1\r\n" + "host:" + host + "\r\n"
+ "conexion cerrada\r\n" + "\r\n"
);
Serial.println("`[response: ]";
} while (client.connected())
{
if(client.available(){
String line = client.readStringUntil("\n");
Serial.println(line));
}
}
client.stop();
Serial.println("\n[desconectado]");
}}
else
{
Serial.println("desconexcion fallida!");
client.stop();
}
Código fuente de la página web HTML – php.
<?php
//Crea un archivo de texto para guardar los datos que envía el ESP8266
if (!file_exists("lecturasensores.txt")){
// si no existe el archivo, lo creamos
file_put_contents("lecturasensores.txt", "0.0\r\n0.0");
}
// Si se recibe Datos con el Método GET, los procesamos
if (isset($_GET['Temp']) && isset($_GET['Hum'])){
$var3 = $_GET['Temp'];
$var4 = $_GET['Hum'];
$fileContent = $var3 . "\r\n" . $var4;
$fileSave = file_put_contents("lecturasensores.txt", $fileContent);
}
// Leemos los datos del archivo para guardarlos en variables
$fileStr = file_get_contents("lecturasensores.txt");
$pos1 = strpos($fileStr, "\r\n");
$var1 = substr($fileStr, 0, $pos1);
$var2 = substr($fileStr, $pos1 + 1);
// $var3 = substr($fileStr, 0, $pos1);
// $var4 =substr($fileStr, $pos1 + 1);
<!DOCTYPE html>
<html lang="es">
<head>
<meta charset="utf-8">
<meta name="viewport" content="width=device-width, initial-scale=1.0">
<link rel="stylesheet" href="jquery.mobile-1.23.2.min2.css" />
<meta http-equiv="refresh" content="15">
<title>TESIS DE GRADO DAFQ</title>
</style>
</head>
<body BACKGROUND="fondou.jpg">
<div id="top">
</div>
<div id="todo_contenido">
<div id="principal">
<div id="barra_gris">
<p>RED DE SENSORES INALAMBRICOS DEL CENTRO DE COMPUTO
DE LA CISC </p>
</div>
<h3><img src="fa.png" align ="left" width=25% height=100% />
<img src="logonet.jpg" align ="right" width=12.5%
height=100%/></h3>
<h3> </h3>
<div id="formu">
<div id="barraformu">
<h4>informacion de sensores</h4>
</div>
<h3>Temperatura: <?php echo $var1; ?> Cº</h3>
<h3>Humedad: <?php echo $var2; ?> % </h3>
<h3>MOVIMIENTO: no hay movimiento </h3>
<h3>DETECCION DE HUMO: Sin novedades </h3>
<h3>ILUMINACION: Sin novedades </h3>
</div>
</div>
</div>
</body>
</html>
Captura de pantalla de la respectiva conexión del esp8266 con el servidor
y con la red wifi.
En la siguiente imagen nos muestra como el esp8266 realiza la respectiva
conexión hacia la red wifi, y al servidor para enviar los datos y que los demás
usuarios puedan observar.
Una vez conectado al servidor el servidor responderá el código plano la página
web creada.
La configuración en esp8266 a través del arduino IDE está diseñada con el fin
de que cada quince segundos se actualice la información, con esto el esp8266
estará realizando peticiones al servidor para conectarse y asi transmitir
información de los sensores conectados a el.
Captura de envio y recepción del sensor hacia la página web.
En la imagen se muestra la página principal de la página web en donde se
visualizará el estado de cada uno de los sensores.
Asimismo como observamos en imágenes pasada la información que muestra el
monitor serie proporcionado por el arduino Ide, en la imagen inferior se
demuestra que el mismo valor q se muestra en la página recibe y envía el
esp8266 al servidor local.
En la siguiente imagen observado la interface del router en donde se observan
los equipos que se encuentran conectados al de manera inalámbrica con su
respectiva IP y dirección física.
Como última prueba y la más común de todas se realizó un ping hacia el esp8266
para comprobar que todo se encuentra funcionando de manera óptima.