Monthly Archive 11 de octubre de 2021

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WSN para seguimiento y control de hábitos diarios de especies en riesgo

El pasado 4 de Octubre de 2021, se ha defendido el Trabajo Fin de Máster titulado «Design of a WSN for Following and Controlling the Daily Habits of Endangered Species in a Specific Re-Introductory Area«, dirigido por el Prof. Manuel Castro, y enmarcado en el Electronics for Information and Communication Technologies Master de la UNED.

A continuación os dejamos el resumen del trabajo:

 La evolución de la sociedad humana y el crecimiento de su población ligados al desarrollo de nuevas tecnologías desde la revolución industrial han provocado una reducción sustancial del número de animales debido a la reducción de los hábitats en detrimento de la industria. Las actividades de sobreexplotación y caza y otros factores como el cambio climático son responsables de la reducción e incluso extinción de diferentes especies. Sin embargo, desde mediados del siglo XX se ha provocado un cambio en la tendencia de la sociedad y la acción de los gobiernos para revertir esta situación.

De esta forma una serie de medidas para regular y proteger a las especies en peligro y concienciar a la población para reducir las tendencias de decrecimiento. Entre esas medidas se encuentran los programas de cría en cautividad y liberación para especies en peligro de extinción. En estas medidas los programas cuentan con varias fases, siendo la fase de monitoreo por liberación una de las más cruciales para determinar el éxito o fracaso del programa.

En esta fase, se sigue el comportamiento y la actividad del animal para determinar su readaptación al medio salvaje y su comportamiento en sociedad y para asegurar su estado de salud. Para esta fase se usan técnicas directas e indirectas entre las que destacan medidas de foto-trampeo, posicionamiento por radio y seguimiento visual y seguimientos mediante rastro o avistamientos de los habitantes de la zona. La información recopilada es un factor clave para determinar las causas del éxito o fracaso. Por esta razón, un método basado en el uso de redes de sensores inalámbricas, un tipo de sistemas que consiste en desplegar una serie de dispositivos de telecomunicaciones con la capacidad de medir variables determinadas y comunicarse entre ellos, se ha diseñado en este proyecto con el objetivo de proveer un método de monitoreo directo con una interacción mínima sobre el animal.

Una red compuesta por diferentes tipos de nodos y desplegada a lo largo del hábitat del animal en cuestión que permite tomar medidas de temperatura, posicionamiento y ritmo cardiaco del animal para poder determinar sus movimientos diarios y su actividad y poder actuar en caso de que exista algún problema que requiera la intervención del equipo de veterinarios por riesgo en la salud del animal.

Un diseño basado en el consumo mínimo de energía y la reducción del tráfico en la red que consta de cuatro tipos diferentes de nodos: un nodo sensor ubicado en un collar portátil que llevará el animal, nodos repetidores ubicados en lugares fijos cuya función es retransmitir la información medida y dos tipos de nodos base que enviarían la información a otros equipos fuera de la red.

Un nodo fuente fijo que mediante tecnologías de GPRS/GSM enviaría a un servidor remoto y un nodo móvil que permitiría transmitirla en directo a través de un puerto USB. De esta forma, el monitoreo de una especie en concreto, el lince ibérico, se podría realizar sin intervención con la propia especie y en un tiempo real.

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Entorno de aprendizaje en ciberseguridad usando MQTT

El pasado 4 de Octubre de 2021, se ha defendido el Trabajo Fin de Máster titulado «Design of didactic practices to analyze the cybersecurity state of art of MQTT protocol«, dirigido por el Prof. Sergio Martín, y enmarcado en el Electronics for Information and Communication Technologies Master de la UNED.

A continuación os dejamos el resumen del trabajo:

Este trabajo explora el protocolo MQTT teniendo en cuenta, en primer lugar, la familia de protocolos a la que pertenece, su historia y una descripción técnica del protocolo. Además, incluye una descripción profunda de los paquetes que se envían. Finalmente, se cubre la seguridad del protocolo.

MQTT se ha convertido en un protocolo usado ampliamente en entornos IT e IoT para dar las capacidades de mensajería entre procesos. Es muy sencillo de implantar y muy ligero, lo que le hace adecuado con casi cualquier proceso industrial. Durante su evolución, se han ido añadiendo capacidades de seguridad para proporcionar integridad y confidencialidad de datos.

Basado en esta descripción se han desarrollado seis prácticas de laboratorio para cubrir los problemas de seguridad que se han encontrado durante la investigación. Éstas ayudarán a los estudiantes a entender por completo como funciona y se comporta el protocolo.

Las practicas cubren:

  1. Entender cómo se transmiten los paquetes y qué pinta tienen
  2. Cómo identificar y esconder brokers en la red.
  3. Cómo usar las capacidades básicas de seguridad (usuario y password y ACL)
  4. Cómo añadir cifrado
  5. Mostrar los efectos del envenenamiento y la manipulación de los paquetes
  6. Mostrar  la importancia de tener un entorno seguro para evitar que los actores maliciosos interfieran las comunicaciones.

MQTT puede ser utilizado en muchas aplicaciones diferentes. La recomendación que sale de este trabajo es usar autenticación fuerte basada en certificados, de manera que se asegure que quien está interactuando con el broker es quien esperamos que lo haga.

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Redes inalámbricas de sensores con 5G

El pasado 4 de Octubre de 2021, se ha defendido el Trabajo Fin de Máster titulado «Implementation of Wireless Sensor Networks within 5G: Current and Future Standardization and Technical Implications of massive Machine-Type Communications Use Cases«, dirigido por el Prof. Manuel Castro, y enmarcado en el Electronics for Information and Communication Technologies Master de la UNED.

A continuación os dejamos el resumen del trabajo:

La tecnología 5G ha sido posicionado como una transformación revolucionaria para la industria. La adopción de las comunicaciones móviles para las comunicaciones masivas de máquinas en la industria ha sido lenta, debido principalmente a la falta de funcionalidades que existen ya en tecnologías de redes de sensores. Para asegurar el éxito de 5G en casos de uso de industrial, es necesario cambiar la forma en la que se piensa sobre las redes móviles, adoptar ciclos de vida más largos, ofrecer mayor flexibilidad y adaptabilidad, e incluir una serie de funciones que no solo deben igualar, sino mejorar frente a las que existen ya en protocolos de comunicaciones existentes.

La estandarización de 5G todavía no se ha completado – la versión 15 está enfocada principalmente en los casos de uso de ancho de banda móvil, mientras que la versión 16 ofrece algunas mejoras sobre funcionalidades del internet de las cosas en 4G. La versión 17 promete mejoras adicionales para traer las funcionalidades más importantes del internet de las cosas a 5G.

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Plataforma de monitorización de aire en red LoRaWAN

Ayer 4 de Octubre se defendió el Trabajo Fin de Máster titulado « DESIGN AND DEVELOPMENT OF AN AIR QUALITY MONITORING PLATFORM IN A LORAWAN NETWORK «, dirigido por el Prof. Sergio Martín, y enmarcado en el Electronics for Information and Communication Technologies Master de la UNED. Aquí os dejamos su resumen:

El interés por los sensores de bajo coste para la detección de contaminantes en entornos interiores y exteriores se ha incrementado durante los últimos años, debido al mayor interés por los efectos adversos que estos contaminantes producen en la salud de las personas y del medio ambiente. Hemos diseñado y desarrollado una plataforma para monitorizar la calidad del aire usando una Red de Sensores Inalámbrica. Un microcontrolador recoge las muestras obtenidas por tres sensores de metal-óxido semiconductor, un sensor de partículas, un sensor de CO2, un sensor de luz ambiente y un sensor de temperatura/humedad, y los transmite de forma inalámbrica a una red LoRaWAN implementada con los servicios proporcionados por The Things Network. 

En este trabajo se describen las tecnologías empleadas y presentamos el proceso de diseño del dispositivo desarrollado. 

Esta es la apariencia del sistema final:

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Concepts and Methodologies for Zone-based Automotive Electric/Electronic Arquitectures

Hoy 4 de Octubre se ha defendido el Trabajo Fin de Máster titulado «Concepts and Methodologies for Zone-based Automotive Electric/Electronic Arquitectures«, dirigido por el Prof. Sergio Martín, y enmarcado en el Electronics for Information and Communication Technologies Master de la UNED. Aquí os dejamos su resumen:

La complejidad de las arquitecturas Eléctricas/Electrónicas en el sector de la automoción, ha aumentado drásticamente en los últimos 20 años. Comenzando con menos de 10 ECUs por sus siglas en inglés o unidades de control electrónico, por ejemplo, para la gestión del motor o el control electrónico de estabilidad, la demanda en constante aumento de sistemas de seguridad, confort e información y entretenimiento ha llevado a las arquitecturas E/E actuales con más de 150 ECU. La cantidad de componentes, ECU, sensores, actuadores tiene un impacto directo en la complejidad del arnés de cableado, ya que están altamente interconectados con diferentes tecnologías de comunicación, LIN, CAN, Ethernet … Además, todos los periféricos, es decir, sensores y actuadores, de una ECU determinada normalmente están conectados directamente a ese nodo. El arnés de cableado resultante es muy complejo, tiene una estructura monolítica y puede tener un peso de hasta 60 kg para vehículos de lujo. Por lo tanto, no se puede fabricar automáticamente, sino que se debe construir a mano. Sin embargo, para otras arquitecturas de vehículos, un proceso de trabajo manual ya no será factible debido al aumento de los costos de mano de obra y la seguridad del proceso.

Monolithic Wiring Harness. (J. Klaus-Wagenbrenner, “Zonal EE Architecture: Towards a Fully Automotive Ethernet–Based Vehicle Infrastructure,” p. 20, 2019.)

Una solución a este problema sería pasar de un enfoque funcional a un enfoque geométrico. Los componentes correspondientes a un nodo ya no se conectarían directamente a su nodo de control, sino que se conectarían a un “hub”. A continuación, sus datos se canalizarían a través de este “hub” hasta el nodo de control correspondiente.

Este enfoque, se conoce como “zonalización” o arquitectura eléctrica / electrónica zonal.

Este TFM analiza y describe diferentes metodologías y enfoques para migrar arquitecturas de comunicaciones e interconexión actuales en automoción a una arquitectura zonal. Comenzando con una división geométrica física del mazo de cables dentro del vehículo y pasando a una división lógica y funcional del sistema.

La división física reduce directamente la complejidad del cableado, permitiendo así la automatización de su producción. Por otro lado, una división lógica y funcional requiere un estudio adicional que incluye la adición de un controlador para cada zona que servirá como centro de conexión o proxy de la zona geométrica. El controlador de zona es clave para la “zonalización”., sin embargo, tiene un impacto negativo en la latencia de los sistemas. Este controlador sirve como puerta de enlace entre los buses heredados (CAN, LIN, FlexRay…) y la comunicación basada en Ethernet añadiendo cierto tiempo a la comunicación entre el componente y su nodo central. Por esta razón, se organizará una clasificación de los diferentes mensajes basados ​​en señales antes de que se canalicen en una comunicación basada en IP. Esos son: el mejor esfuerzo, basado en eventos, bucle de control de ciclo de baja latencia, mensajes de audio / video y de tiempo crítico.