REDES DE SENSORESUnared de sensores(del inglssensor network) es una red deordenadorespequesimos (nodos), equipados consensores, que colaboran en una tarea comn.Las redes de sensores estn formadas por un grupo de sensores con ciertas capacidades sensitivas y de comunicacin los cuales permiten formar redes inalmbricas Ad-Hoc sin infraestructura fsica preestablecida ni administracin central.Las redes de sensores es un concepto relativamente nuevo en adquisicin y tratamiento de datos con mltiples aplicaciones en distintos campos tales como entornos industriales, domtica, entornos militares, deteccin ambiental.

Esta clase de redes se caracterizan por su facilidad de despliegue y por ser autoconfigurables, pudiendo convertirse en todo momento en emisor, receptor, ofrecer servicios de encaminamiento entre nodos sin visin directa, as como registrar datos referentes a los sensores locales de cada nodo. Otra de sus caractersticas es su gestin eficiente de la energa, que con ello conseguimos unas alta tasa de autonoma que las hacen plenamente operativas.La miniaturizacin de ordenadores creciente dio a luz la idea de desarollar computadoras extremadamente pequeas y baratas que se comunican de forma inalmbrica y se organizan autnomadamente. La nocin es repartir aleatoriamente estos nodos en un territorio grande, el cual los nodos observan hasta que sus recursos energticos se agoten. Los atributos pequeo, barato y autnomo dieron a conocer la idea comopolvo inteligente(smart dust).Por el momento, las redes de sensores son sujetas de investigacin en varias universidades; en su mayor parte la materia todava est teortica. Por cierto, hay prototipos de nodos y aplicaciones especiales para demostraciones y investigaciones, pero hasta ahora no hay una instalacin con empleo prctico.HistoriaLa evolucin de redes de sensores tiene su origen en iniciativos militarios. Por eso no hay muchos informaciones sobre los fuentes de la idea.Como predecesor de las redes de sensores modernos est consideradoSound Surveillance System(SOSUS), un red de boyas sumergidas instalados de los Estados Unidos durante la Guerra Fra para detectar submarinos usando sensores de son.A eso de 1980 comenz la exploracin de redes de sensores con el proyectoDistributed Sensor Networks(DSN)de la agencia militara de Estados UnidosDefense Advanced Research Projects Agency(DARPA).Es probable que hoy mismo haya proyectos militarios que investigan la materia.Caractersticas de una red sensoraLas redes de sensores tienen una serie de caractersticas propias y otras adaptadas de las redes Ad-Hoc:Topologa Dinmica:En una red de sensores, la topologa siempre es cambiante y stos tienen que adaptarse para poder comunicar nuevos datos adquiridosVariabilidad del canal:El canal radio es un canal muy variable en el que existen una serie de fenmenos como pueden ser la atenuacin, desvanecimientos rpidos, desvanecimientos lentos e interferencias que puede producir errores en los datos.No se utiliza infraestructura de red:Una red sensora no tiene necesidad alguna de infraestructura para poder operar, ya que sus nodos pueden actuar de emisores, receptores o enrutadores de la informacin. Sin embargo, hay que destacar en el concepto de red sensora la figura del nodo recolector (tambin denominados sink node), que es el nodo que recolecta la informacin y por el cual se recoge la informacin generada normalmente en tiempo discreto. Esta informacin generalmente es adquirida por un ordenador conectado a este nodo y es sobre el ordenador que recae la posibilidad de transmitir los datos por tecnologas inalmbricas o cableadas segn sea el caso.Tolerancia a errores:Un dispositivo sensor dentro de una red sensora tiene que ser capaz de seguir funcionando a pesar de tener errores en el sistema propio.Comunicaciones multisalto o broadcast:En aplicaciones sensoras siempre es caracterstico el uso de algn protocolo que permita comunicaciones multi-hop, lase AODV, DSDV, EWMA u otras, aunque tambin es muy comn utilizar mensajera basada en broadcast.Consumo energtico:Es uno de los factores ms sensibles debido a que tienen que conjugar autonoma con capacidad de proceso, ya que actualmente cuentan con una unidad de energa limitada. Un nodo sensor tiene que contar con un procesador de consumo ultra bajo as como de un transceptor radio con la misma caracterstica, a esto hay que agregar un software que tambin conjugue esta caracterstica haciendo el consumo an ms restrictivo.Limitaciones hardware:Para poder conseguir un consumo ajustado, se hace indispensable que el hardware sea lo ms sencillo posible, as como su transceptor radio, esto nos deja una capacidad de proceso limitada.

Costes de produccin:Dada que la naturaleza de una red de sensores tiene que ser en nmero muy elevada, para poder obtener datos con fiabilidad, los nodos sensores una vez definida su aplicacin, son econmicos de hacer si son fabricados en grandes cantidades.Redes de sensores sin cableUna de las tecnologas que cambiarn el mundo segn MIT Technology Review sonlas redes de sensores sin cable.Qu son redes de sensores sin cable?Son redes de nano aparatos autnomos capaces de una comunicacin sin cable y suponen uno de los avances tecnolgicos ms investigados en la actualidad. A travs de redes de sensores, se puede integrar funcionalidades que antes eran independientes unas de otras, con el fin de lograr mxima eficiencia sobre todo en los campos de consumo y gestin de energa.Las redes de sensores con cable no son nuevas y sus funciones incluyen medir niveles de temperatura, lquido, humedad etc. Muchos sensores en fbricas o coches por ejemplo, tienen su propia red que se conecta con un ordenador o una caja de controles a travs de un cable y, al detectar una anomala, envan un aviso a la caja de controles. La diferencia entre los sensores que todos conocemos y la nueva generacin de redes de sensores sin cable es que estos ltimos son inteligentes (es decir, capaces de poner en marcha una accin segn la informacin que vayan acumulando) y no son limitados por un cable fijo.

Pero nuevos avances en la fabricacin de microchips de radio, nuevas formas de routers y nuevos programas informticos relacionados con redes estn logrando eliminar los cables de las redes de sensores, multiplicando as su potencial.

Las redes de sensores pueden utilizar distintas tecnologas de sin cable, incluyendo IEEE 802.11, LANS sin cable, Bluetooth y identificacin de la frecuencia de radio. Actualmente se trabaja con radios de baja frecuencia con un alcance de hasta 80 metros y velocidades de hasta 300 Kb/segundo.

Las ltimas investigaciones apuntan hacia una eventual proliferacin de redes de sensores inteligentes, redes que recogern enormes cantidades de informacin hasta ahora no registrada que contribuir de forma favorable al buen funcionamiento de fbricas, al cuidado de cultivos, a tareas domsticas, a la organizacin del trabajo y a la prediccin de desastres naturales como los terremotos. En este sentido, la computacin que penetra en todas las facetas de la vida diaria de los seres humanos est a punto de convertirse en realidad.

Aunque la tecnologa relacionada con las redes de sensores sin cable est todava en su primera fase, equipos de investigacin en la Universidad de California Berkeley ya han fabricado una caja que se puede adaptar a muchos tipos de sensores. Los cientficos utilizan los sensores sin cable para encontrar y controlar microclimas y plagas en plantaciones de uva, para estudiar los hbitos de aves y para controlar sistemas de ventilacin y calefaccin. En la Universidad de California Los Angeles, investigadores utilizan las redes de sensores sin cable para recibir informacin detallada sobre el efecto de los movimientos ssmicos en los edificios.

Si los avances tecnolgicos en este campo siguen a la misma velocidad que han hecho en los ltimos 2 aos, las redes de sensores sin cable revolucionar la capacidad de interaccin de los seres humanos con el mundo.Sistema de Localizacin para Redes de Sensores InalmbricasEn los ltimos aos ha aparecido una gran cantidad de circuitos integrados de radio en el mercado. El disponer de este tipo de componentes, ha provocado la aparicin de un nuevo tipo de aplicacin: las redes de sensores inalmbricas.En estos sistemas, los sensores, en lugar de estar dentro del mismo circuito, se encuentran instalados en circuitos autnomos. De esta manera, se puede controlar y medir de manera distribuida, magnitudes que estn dispersas en una zona geogrfica extensa. Sin embargo, para que los sistemas que aqu se describen sean viables econmicamente, cada nodo debe tener un coste muy ajustado, tanto en su diseo como en su produccin. La ventaja ms importante de este tipo de redes es la redundancia: participando tantos sensores en el funcionamiento de la red, si se rompe alguno, otro realizar su funcin hasta que se reponga el elemento estropeado.Sin embargo, organizar la cooperacin entre tantos nodos no es una tarea sencilla: dado que todos los nodos tienen el mismo hardware y el mismo software y, adems, estn limitados tanto en el consumo energtico como en la capacidad de proceso, los protocolos que se utilizan en este tipo de redes deben estar diseados para trabajar en estas condiciones tan especiales. En este caso, los procesos de cooperacin pueden simplificarse en gran medida si se conoce la localizacin de cada nodo y cmo se organiza la red geogrficamente. El elevado nmero de nodos hace impensable que la informacin de la posicin de todos ellos se pueda realizar de manera manual, por lo que es necesario encontrar un mtodo automatizado para que cada nodo calcule su propia posicin.En esta tesis, se propone y se desarrolla un nuevo algoritmo para encontrar la posicin de los nodos. A fin de encontrar dicha posicin, se utilizan las distancias que lo separan de otros nodos. Dado que cada sensor debe ser muy barato, se espera que las mediciones de las distancias no tengan una calidad elevada y, en consecuencia, aparecern errores de localizacin. Por tanto, el algoritmo que se propone aqu intenta calcular la mejor estimacin de la posicin para el nodo, sabiendo que las distancias de las que se dispone presentan errores.Por ltimo, para analizar los resultados obtenidos con este algoritmo, se ha diseado una plataforma de simulacin que permite comparar el rendimiento del mtodo aqu descrito con otros algoritmos propuestos en los ltimos aos. De esta manera, se puede comprobar qu carga computacional se impone al nodo y cmo afecta la presencia de errores en la medicin al resultado obtenido.Adems, se ha implementado el algoritmo en un nodo real, para demostrar que se puede utilizar en el entorno para el cual ha sido diseado.reas de aplicacinPasando de largo las aplicaciones militares, stas tienen usos civiles interesantes como vemos a continuacin:

Entornos de alta seguridad:Existen lugares que requieren altos niveles de seguridad para evitar ataques terroristas, tales como centrales nucleares, aeropuertos, edificios del gobierno de paso restringido. Aqu gracias a una red de sensores se pueden detectar situaciones que con una simple cmara sera imposible.Sensores ambientales:El control ambiental de vastas reas de bosque o de ocano, sera imposible sin las redes de sensores. El control de mltiples variables, como temperatura, humedad, fuego, actividad ssmica as como otras. Tambin ayudan a expertos a diagnosticar o prevenir un problema o urgencia y adems minimiza el impacto ambiental del presencia humana.Sensores industriales:Dentro de fbricas existen complejos sistemas de control de calidad, el tamao de estos sensores les permite estar all donde se requiera.Automocin:Las redes de sensores son el complemento ideal a las cmaras de trfico, ya que pueden informar de la situacin del trfico en ngulos muertos que no cubren las cmaras y tambin pueden informar a conductores de la situacin, en caso de atasco o accidente, con lo que estos tienen capacidad de reaccin para tomar rutas alternativas.Medicina:Es otro campo bastante prometedor. Con la reduccin de tamao que estn sufriendo los nodos sensores, la calidad de vida de pacientes que tengan que tener controlada sus constantes vitales (pulsaciones, presin, nivel de azcar en sangre, etc), podr mejorar substancialmente. Domtica: Su tamao, economa y velocidad de despliegue, lo hacen una tecnologa ideal para domotizar el hogar a un precio asequible.Es imaginable que los nodos no slo puedan observar pero tambinreaccionarpor activar funciones de otros sistemas.Las redes de sensores tienen una serie de caractersticas propias y otras adaptadas de las redes Ad-Hoc:Topologa Dinmica:En una red de sensores, la topologa siempre es cambiante y stos tienen que adaptarse para poder comunicar nuevos datos adquiridosVariabilidad del canal:El canal radio es un canal muy variable en el que existen una serie de fenmenos como pueden ser la atenuacin, desvanecimientos rpidos, desvanecimientos lentos e interferencias que puede producir errores en los datos.No se utiliza infraestructura de red:Una red sensora no tiene necesidad alguna de infraestructura para poder operar, ya que sus nodos pueden actuar de emisores, receptores o enrutadores de la informacin. Sin embargo, hay que destacar en el concepto de red sensora la figura del nodo recolector (tambin denominados sink node), que es el nodo que recolecta la informacin y por el cual se recoge la informacin generada normalmente en tiempo discreto. Esta informacin generalmente es adquirida por un ordenador conectado a este nodo y es sobre el ordenador que recae la posibilidad de transmitir los datos por tecnologas inalmbricas o cableadas segn sea el caso.Tolerancia a errores:Un dispositivo sensor dentro de una red sensora tiene que ser capaz de seguir funcionando a pesar de tener errores en el sistema propio.Comunicaciones multisalto o broadcast:En aplicaciones sensoras siempre es caracterstico el uso de algn protocolo que permita comunicaciones multi-hop, lase AODV, DSDV, EWMA u otras, aunque tambin es muy comn utilizar mensajera basada en broadcast.Consumo energtico:Es uno de los factores ms sensibles debido a que tienen que conjugar autonoma con capacidad de proceso, ya que actualmente cuentan con una unidad de energa limitada. Un nodo sensor tiene que contar con un procesador de consumo ultra bajo as como de un transceptor radio con la misma caracterstica, a esto hay que agregar un software que tambin conjugue esta caracterstica haciendo el consumo an ms restrictivo.Limitaciones hardware:Para poder conseguir un consumo ajustado, se hace indispensable que el hardware sea lo ms sencillo posible, as como su transceptor radio, esto nos deja una capacidad de proceso limitada.

Costes de produccin:Dada que la naturaleza de una red de sensores tiene que ser en nmero muy elevada, para poder obtener datos con fiabilidad, los nodos sensores una vez definida su aplicacin, son econmicos de hacer si son fabricados en grandes cantidades.Diseo e implementacin de una red de sensores para la adquisicin de variables relacionadas con la vigilancia estructural de puentes*Design and Implementation of a Sensor Network to Gather Variables for the Structural Surveillance of Bridges**Desenho e implementao de uma rede de sensores para a aquisio de variveis relacionadas com a vigilncia estrutural de pontes***David Magn Flrez-Rubio****Camilo Otlora-Snchez*****Carlos Ivn Pez-Rueda******

* Este artculo se deriva del proyecto de investigacin denominadoRed inalmbrica de sensores, financiado por la Pontificia Universidad Javeriana, con registro 000002.** This article is derived from the research project calledWireless Sensor Network, financed by the Pontificia Universidad Javeriana, Registration 000002.*** Este artigo deriva do projeto de pesquisa denominadoRede sem-fio de sensores, financiado pela Pontifcia Universidade Javeriana, com nmero de registro 000002.**** Ingeniero electrnico, Pontificia Universidad Javeriana, Bogot, Colombia. Maestra en Sistemas y Redes Informticas Crticas, Universidad de Tolouse, Tolouse, Francia. Director General de Lemov E. U., Bogot, Colombia. Correo electrnico:mflorez@lemov.net.***** Ingeniero electrnico. Mster en Ingeniera Electrnica, Pontificia Universidad Javeriana, Bogot, Colombia. Profesor asistente del Departamento de Electrnica, Pontificia Universidad Javeriana. Correo electrnico:camilo.otalora@javeriana.edu.co.****** Ingeniero electrnico, Pontificia Universidad Javeriana, Bogot, Colombia. Mster en Ingeniera Elctrica, Universidad de los Andes, Bogot, Colombia. Profesor asistente del Departamento de Electrnica, Pontificia Universidad Javeriana. Correo electrnico:paez.carlos@javeriana.edu.co.Fecha de recepcin: 16 de marzo de 2009. Fecha de aceptacin para publicacin: 3 de julio de 2009.Submitted on March 16, 2009. Accepted on July 3, 2009.Data de recepo: 16 de maro de 2009. Data de aceitao para publicao: 3 de julho de 2009.

ResumenEn el presente artculo se presenta el diseo y la implementacin de una red de sensores para la vigilancia estructural de puentes. La implementacin fue comprobada en un piloto real en el viaducto Csar Gaviria Trujillo, en el Departamento de Risaralda, Colombia. Los resultados encontrados fueron exitosos, en trminos de la solucin integral y de la confiabilidad de la red.Palabras clave:Redes de sensores, instrumentacin electrnica, optimizacin estructural.

AbstractThis article details the design and implementation of a sensor network for structural surveillance of bridges. Such network was piloted at the Csar Gaviria Trujillo Viaduct in the department of Risaralda, Colombia. Results were successful in terms of solution and reliability of the network.Key words:Sensor networks, electronic instrumentation, structural optimization.

ResumoNo presente artigo apresenta-se o desenho e a implementao de uma rede de sensores para a vigilncia estrutural de pontes. A implementao foi comprovada em um piloto real no viaduto Csar Gaviria Trujillo, no departamento de Risaralda, Colmbia. Os resultados encontrados foram exitosos, em termos da soluo integral e da confiabilidade da rede.Palavras chave:Redes de sensores, instrumentao eletrnica, otimizao estrutural.

IntroduccinEl ltimo siglo se ha caracterizado por la implementacin de los ms sofisticados sistemas de telecomunicaciones, cuyo objeto principal ha sido satisfacer la demanda de la sociedad, de mantenernos informados en cualquier momento y en cualquier lugar. Desde la implementacin de las redes de telecomunicaciones, como la telefnica almbrica, inalmbrica o internet, el paradigma de las comunicaciones modernas ha cambiado la cultura y los hbitos del ser humano, y ha hecho indispensables este tipo de sistemas hasta convertirse en un indicador de desarrollo.La tendencia tecnolgica actual muestra que las redes, adems de definirse a travs de sus protocolos propietarios, estn conformadas por redes de redes, con jerarquas definidas. Un ejemplo de esta situacin es internet, que se conform a partir de la interconexin de algunas redes tipo LAN hasta considerarse, hoy en da, como una red global conformada por millares de redes de todos tipos. En particular, un tipo de red denominadared de sensoresse ha usado desde los inicios del siglo XX en aplicaciones comerciales y militares muy especficas.Las primeras redes de sensores comerciales surgieron con las redes de radares para el control de trfico areo y en lagrillade distribucin de potencia nacional en Estados Unidos, donde una gran cantidad de sensores dispuestos espacialmente lejos, dotados de comunicacin y de procesamiento, aportaban a la toma de decisiones complejas en este tipo de procesos. En las aplicaciones militares, Estados Unidos form una red de sensores de tipo acutico para detectar y seguir submarinos soviticos en la Guerra Fra.De la misma forma, un tipo de red conformada por radares fue desarrollada para su defensa y para la deteccin de cargamentos de drogas aerotransportados. Este tipo de redes iniciales tenan la caracterstica de tener arquitecturas jerrquicas, donde el ser humano tena un papel preponderante en la toma de decisiones de la red (Chee-Yee y Kumar, 2003).Una definicin moderna de una red de sensores puede encontrarse en (Akyildiz y Xudong, 2005), donde los autores la definen como una red compuesta por una gran nmero de nodos sensores que estn densamente localizados dentro o muy cercano al fenmeno. En general, la posicin de cada sensor se desconoce, existen limitantes importantes de energa por nodo y, por ende, se tiene una baja confiabilidad por nodo. A diferencia de una red ad hoc, una red de sensores tiene caractersticas distintivas: la cantidad de nodos est constituida por varios rdenes de magnitud ms grandes; los nodos se encuentran densamente localizados y son propensos a fallas; la topologa de la red cambia frecuentemente, debido a la baja confiabilidad de cada nodo; la mayora de los esquemas de comunicaciones en las redes de sensores estn basadas en mensajesbroadcast; cada nodo se encuentra limitado en potencia, facilidades de computacin y memoria, y los esquemas de direccionamiento individual, como una direccin IP, no son factibles, debido a la sobrecarga que se producira en la informacin transportada por la red.Las aplicaciones actuales de las redes de sensores se encuentran en la seguridad de infraestructuras realizadas por el ser humano, donde se analizan o identifican las posibles amenazas; en el monitoreo del medio ambiente, donde se analizan los efectos climticos o enfermedades en la vegetacin o poblacin de especies; en el sondeo industrial, donde se mejora el desempeo de las mquinas complejas, y en el control de trfico, donde los sensores ayudan a vigilar el flujo de vehculos en las vas (Chee-Yee y Kumar, 2003).En el presente artculo se detallan los aspectos de diseo e implementacin de una plataforma dehardwareysoftwareconsecuente con los requerimientos especficos de una aplicacin de vigilancia estructural de puentes utilizando una red de sensores. En la primera parte se presenta el diseo de un nodo sensor y de la red de telecomunicaciones requerida para darle una solucin integral al problema planteado. En la segunda parte se describen los resultados obtenidos al implementar la red. En la ltima parte se presentan las conclusiones y prospectiva de la investigacin realizada.1. Diseo1.1 Diseo del nodo sensorEn general, el diagrama en bloques de un nodo sensor puede esquematizarse por medio de laFigura 1(Akyildizet al.,2002). La unidad de potencia se encarga de transformar la energa suministrada por la fuente de potencia a los valores requeridos, mediante los componentes elctricos de los cuales est compuesto el nodo sensor. La unidad de sensores se encarga de adquirir las seales mecnicas y acondicionar las seales elctricas; entre tanto, la unidad anloga/digital (A/D), de convertir las seales tpicamente anlogas en discretas, para su posterior procesamiento y almacenamiento en la unidad de procesamiento; el sistema de comunicaciones, de habilitar la conexin a la red de telecomunicaciones por parte del nodo sensor, y, por ltimo, el sistema de localizacin permite darle capacidades de referenciacin (sea fija o relativa en la red) y el mobilizador podra dotar al nodo sensor de actuadores que cambian su posicin.

En consideracin con la aplicacin propuesta, la unidad de sensores diseada e implementada se dividi en dos partes: una tpica del fenmeno que se va a evaluar y los cuales fueron realizados con sensores del tipoLineal Diferential Transformer(LVDT), para medir microdesplazamiento; sensores de tipostraingages, para medir deformacin, y acelermetros piezoelctricos, para medir la vibracin. La otra parte corresponde a la deteccin de variables propias de cada nodo, como son la temperatura, la aceleracin en los tres ejes, el campo magntico en dos ejes, la corriente por la batera y la corriente por el panel solar.Estas ltimas medidas internas del nodo se utilizaron para determinar su estado, supervivencia y localizacin. La aceleracin esttica en los tres ejes permite ubicar el nodo en la vertical, y la medida del campo magntico, ubicar el nodo respecto al norte magntico. Las otras variables aportaron informacin sobre el estado de la fuente de potencia y de la unidad de potencia.La fuente de potencia utilizada en la aplicacin realizada fue la solar, obtenida a travs de paneles solares. Para incrementar la supervivencia de la red, se usaron como respaldo bateras de tipo nquel-cadmio (NiCd) de 700 mAh por nodo, con un sistema diseado para su recarga automtica. El procesador escogido fue el DSPIC30F4013 de Microchip, el cual tiene un buen desempeo, con bajo consumo de potencia, un conversor incorporado A/D de 12 bits con adquisicin a 200 K muestras por segundo, almacenamiento de 12 medidas sin requerir atencin por parte del procesador y mltiples fuentes de reloj para minimizar su consumo.Finalmente, como mdulo de comunicaciones se utiliz eltransceiverXBee PRO, de Max Stream, el cual utiliza el protocolo de red IEEE 802.15.4 para comunicaciones punto a punto o punto multipunto. Estetransceiveres de bajo costo, tiene una capacidad de transmisin de datos a mximo 250 kbps y encripcin AES 128 y opera en la banda IS 2,4 GHz y en los rangos industriales de temperatura (-40 a 85 C). Eltransceiverfue seleccionado, entre otras cosas, dado que el estndar 802.15.4 es la base del estndar dominante de redes de sensonres (ZigBee) y que dichotransceivercontiene amplificadores de potencia para una cobertura de cientos de metros en lnea de vista.1.2 Diseo de la redCon el fin de dotar de comunicaciones con internet a la red de sensores, se implement la arquitectura de red propuesta en laFigura 2. Los nodos sensores se comunican va la capa fsica del protocolo 802.15.4 a un concentrador. Este dispositivo recopila, empaqueta, transmite y recibe la informacin de los nodos sensores hacia un mdem WiMAX, mediante el protocolo Ethernet. La comunicacin entre el mdem WiMAX e internet es garantizada por un proveedor de servicios nacional en Colombia. Adems, como elemento fundamental del concentrador, se utiliz una tarjeta de desarrollo RC3720 del fabricante Z-World, junto con las herramientas de compilacin Dynamic C y los mdulos RabbitWeb, para facilitar el desarrollo de aplicaciones embebidas con interfaz web.

Con estas herramientas, el concentrador fue programado y configurado como un servidor web y con unsocketTCP/IP, de tipo servidor, a la espera clientes. Tal servidor web permite acceder a travs de internet, con unweb browser, a los datos del dispositivo concentrador. El aplicativo se encuentra protegido por nombre de usuario y contrasea, a fin de dotar de seguridad al sistema.Al tener comunicacin con el mdem WiMAX va Ethernet, fue posible integrar otros tipos de dispositivos en la solucin final, como fue la instalacin de dos cmaras con servidor TCP/IP incluido, con el objeto de supervisar y visualizar los puentes, va remota y autnoma. De forma complementaria, se dise e implement unsoftwarede monitoreo, el cual permite adquirir y visualizar los datos y las configuraciones de los nodos. Estesoftwarefue desarrollado en Java e implementa los elementos de la capa de aplicacin requerida por el usuario final. Este programa despliega grficas de esfuerzo contra tiempo y dos ventanas con el video panormico del puente en anlisis. Para acceder a esta pgina de administracin es necesario que el cliente introduzca un nombre de usuario y una contrasea vlidos. Una vez se haya accedido a la pgina de administracin, es posible tambin tener acceso a los parmetros de configuracin de los nodos.2. Resultados2.1 Nodo sensorEn laFigura 3ase observa la implementacin final de las partes constitutivas del nodo sensor diseado, donde la primera tarjeta, de izquierda a derecha, tiene la funcionalidad de la deteccin. Posteriormente, est la tarjeta que tiene las funcionalidades de procesador, almacenamiento y unidad de potencia. La ltima tarjeta tiene la funcionalidad de comunicaciones.

Adicionalmente, en laFigura 3ase detalla el encapsulado metlico que se dise para el aislamiento atmosfrico y electromagntico, unas bateras de baja capacidad para propsitos de mayor portabilidad y la antena de radiacin monopolo utilizada. En laFigura 3bse observa el nodo sensor ya ensamblado, de forma escalable vertical, donde para una referencia y comparacin espacial con otras tecnologas se detalla que las dimensiones del encapsulado cilndrico son: dimetro de 7,2 cm y largo de 7,5 cm.En cuanto a la confiabilidad de cada nodo sensor, se encontr que, debido a condiciones atmosfricas de la zona donde se realizaron las mediciones, la fuente de potencia no alcanz a cargar totalmente las bateras del nodo sensor; por ello no se logr una total independencia nocturna en el funcionamiento de la red. Aun con lo anterior, se desarrollaron unas funciones de recuperacin de cada nodo sensor, con el objeto de retomar su comunicacin con la red a lo largo del da. No se encontr durante el perodo de funcionamiento de la red un caso catastrfico que no permitiera que un nodo sensor se recuperara de una falla.2.2 Red de sensoresLa red completa esquematizada en laFigura 2fue implementada como piloto en la vigilancia estructural del viaducto Csar Gaviria Trujillo, un puente colgante que une a la ciudad de Pereira con el municipio de Dosquebradas, en el Departamento de Risaralda, Colombia. El diagrama esquemtico de dicho viaducto se ilustra en laFigura 4y tiene una longitud, en su tramo principal, de 211 m y un ancho del tablero de 24 m.

Los resultados de la implementacin propuesta fueron exitosos. Se logr comunicacin y reporte con cada nodo sensor localizado hasta a una distancia de un km, aunque la red de sensores fue simple, ya que se us una configuracin lgica en estrella para su comunicacin con cinco nodos distribuidos como se ilustra en laFigura 4. Los limitantes de la cantidad de nodos puestos para la instrumentacin del puente fueron dados por la inversin requerida en cada etapa de sensado, mas no por los limitantes de la topologa propuesta.Aun con lo anterior, la implementacin de toda la red de comunicaciones fue especialmente difcil, considerando el compromiso de tiempo de desarrollo, el tiempo de operacin y la complejidad de la solucin. La autonoma y super-vivencia de la red implementada fue evaluada durante dos meses consecutivos, con resultados exitosos, excepto por la independencia total en el horario nocturno.En cuanto a la cantidad de sensores con que fue instrumentado el puente, fue suficiente para una vigilancia y caracterizacin simplificada de la estructura. No obstante, la plataforma desoftwareyhardwaredesarrollada es escalable para contener decenas de este tipo de sensores, con el objeto de realizar una evaluacin mucho ms compleja de la estructura.2.3 Datos del fenmenoLos datos adquiridos por medio de la red de sensores diseada e implementada le permiten al grupo de investigacin de Estructuras, de la Pontificia Universidad Javeriana, analizar estructuralmente el puente piloto. Un ejemplo de la plataforma desoftwaredesarrollada se ilustra en laFigura 5, donde se visualizan los datos de las cmaras instaladas y algunos de los datos de los sensores instalados con respecto a la escala de tiempo.

3. Conclusiones y trabajos futurosEn el presente artculo se present el diseo y la implementacin de una red de sensores, con propsitos de vigilancia estructural de puentes. El piloto desarrollado fue exitoso y la red completa da vastas posibilidades de aplicacin en diversos campos de accin, tanto por sus capacidades remotas de reporte de datos de forma inalmbrica como por la integracin con la red internet.Esta ventaja competitiva le permitir al grupo de investigacin en telecomunicaciones SISCOM, del Departamento de Electrnica de la misma Universidad, comenzar a evaluar diversos algoritmos propios de una red de sensores relacionados con la capa dos y tres del modelo de referencia OSI, con el objeto de lograr una mayor independencia nocturna, al lograr esquemas de enrutamiento eficientes, en trminos de energa. Tambin se pretende implementar y evaluar diversos algoritmos de enrutamiento basados en estrategias de posicin relativa, con el objeto incrementar la independencia de la red a estos parmetros propios de la red.AgradecimientosLos autores agradecen los invaluables aportes del grupo de investigacin en Estructuras y del laboratorio del Departamento de Electrnica, de la Pontificia Universidad Javeriana.