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Abstract
La gran evolución sufrida por las Tecnologías de la Información y de las Comunicaciones y por Internet, han propiciado su uso para el control remoto de todo tipo de instalaciones. En este ámbito, el Grupo de Tecnologías Fotónicas de la Universidad de Zaragoza, que desde hace unos años diseña sensores para plantas termosolares, quiere obtener datos y controlar remotamente los equipos que instala, y es ahí donde se enmarca este proyecto. Este proyecto consiste en el desarrollo de un sistema, capaz de transmitir los datos tomados por unos sensores situados en campo, apoyado en la tecnología GPRS de comunicaciones inalámbricas comerciales, hasta un servidor, capaz de almacenarlos y procesarlos. Para ello, se ha instalado y configurado un servidor que aloja una web de recepción de datos, una web de gestión y control de los datos recibidos, y una web de configuración de los equipos remotos. También se ha desarrollado el hardware y el software del dispositivo de medida, que se encarga de establecer la comunicación con el servidor. Este hardware se integra en una de las placas de control ya desarrolladas por el GTF. Además, se han estudiado tanto el tráfico de datos que generarán estos equipos, como el consumo energético que este sistema añadirá al consumo que ya tenía la placa de control existente, además de caracterizar el sistema de carga de baterías a instalar. Peña Lapuente, Adrián; Izquierdo Núñez, David
Full text
ProyectoFindeCarrera Desarrollodeunsistemaderecogidaautomática dedatosaplicadoaequiposautónomos Autor AdriánPeñaLapuente Directoryponente DavidIzquierdoNúñez CarlosDavidHerasVila EscueladeIngenieríayArquitectura Septiembre2013
Desarrollodeunsistemaderecogidaautomáticadedatosaplicadoaequipos autónomos RESUMEN LagranevoluciónsufridaporlasTecnologíasdelaInformaciónydelasComunicacionesy porInternet,hanpropiciadosuusoparaelcontrolremotodetodotipodeinstalaciones. Enesteámbito,elGrupodeTecnologíasFotónicasdelaUniversidaddeZaragoza,quedesde haceunosañosdiseñasensoresparaplantastermosolares,quiereobtenerdatosycontrolar remotamentelosequiposqueinstala,yesahídondeseenmarcaesteproyecto. Esteproyectoconsisteeneldesarrollodeunsistema,capazdetransmitirlosdatostomados porunossensoressituadosencampo,apoyadoenlatecnologíaGPRSdecomunicaciones inalámbricascomerciales,hastaunservidor,capazdealmacenarlosyprocesarlos. Paraello,sehainstaladoyconfiguradounservidorquealojaunawebderecepciónde datos,unawebdegestiónycontroldelosdatosrecibidos,yunawebdeconfiguraciónde losequiposremotos. Tambiénsehadesarrolladoelhardwareyelsoftwaredeldispositivodemedida,quese encargadeestablecerlacomunicaciónconelservidor.Estehardwareseintegraenunade lasplacasdecontrolyadesarrolladasporelGTF. Además,sehanestudiadotantoeltráficodedatosquegeneraránestosequipos,comoel consumoenergéticoqueestesistemaañadiráalconsumoqueyateníalaplacadecontrol existente,ademásdecaracterizarelsistemadecargadebateríasainstalar.
Agradecimientos Amifamilia,pordarmelaposibilidadde estudiarestacarrerayporaguantarmeenlos periodosdeexámenes. Amisamigos,porelapoyoqueherecibidode suparte,yenespecialaJuan,porquesinél habríacostadomásestudiar. AlGTFyenespecialaDavidyCarlos,director yponentedeesteproyecto,pordarmela posibilidaddehaceresteproyecto,yporla ayudaprestadaentodomomento.
ÍNDICE I.MEMORIA…………………………………………………………………………………………….3 1.Introducción…………………………………………………………………………………………………....3 2.Análisisdetecnologías,protocolosyplataformas…………………………………………….7 2.1.Tecnologíasinalámbricasmóvilescomerciales………………………………………..7 2.2.Tecnologíasparalacreaciónderedesinalámbricas…………………………………8 2.3.Protocolodeniveldetransporte……………………………………………………………..9 2.4.Protocolodeniveldeaplicación………………………………………………………………10 2.5.Estudiodeservidores……………………………………………………………………………….11 2.6.Conclusionesydiagramafinaldelacomunicación…………………………………..12 3.Desarrollodelsistemaderecogidaautomáticadedatos………………………………….13 3.1.Desarrollodelservidor…………………………………………………………………………….13 3.1.1.Montajeyconfiguracióndelservidor………………………………………………………….13 3.1.2.Webdeinteracciónconlosdispositivosautónomos……………………………………15 3.1.3.Webdeinteracciónconlosusuarios…………………………………………………………..17 3.2.Desarrollodeldispositivoautomático……………………………………………………..18 3.2.1.Hardware……………………………………………………………………………………………………18 3.2.2.Software……………………………………………………………………………………………………..20 3.3.Pruebasdelsistemaderecogidaautónomadedatos………………………………22 3.3.1.Estudiodetráficogenerado………………………………………………………………………..22 3.3.2.Estudiodeconsumoenergético………………………………………………………………….23 3.3.3.Estudiodecargadelpanelsolar………………………………………………………………….25 3.4.Adaptaciónparaelmódulo3G…………………………………………………………………26 4.Conclusionesylíneasfuturas……………………………………………………………………………27 II.ANEXOS……………………………………………………………………………………………….29 1.Análisisdetecnologíasyprotocolos…………………………………………………………………………………31 2.ProtocoloHTTP………………………………………………………………………………………………………………..37 3.Montajeyconfiguracióndelservidor………………………………………………………………………………41 4.Creacióndelaswebs……………………………………………………………………………………………………….43 5.Estudiodetráficogenerado…………………………………………………………………………………………….49 6.Estudiodeconsumoenergético……………………………………………………………………………………….57 7.Caracterizacióndelsistemadecargayalimentación……………………………………………………….63 8.Modificacionesparalainsercióndelmódulo3G……………………………………………...................67 III.BIBLIOGRAFÍA……………………………………………………………………………………..73
PARTEI MEMORIA
Capítulo2:Análisisdetecnologías,protocolosyplataformas 8 menorprobabilidaddebloqueoteórica.Sicomparamoslascoberturas,UMTStieneunacobertura ligeramentemenorqueGPRS,aunqueladiferenciaentrelasdostecnologíasnoesdemasiado significativaconrespectoaestefactor. Tabla2:Comparacióndecaracterísticasdelasprincipalestecnologíasmóvilescomerciales. Deestaforma,elprincipalfactorquediferenciaestasdostecnologíasseráelconsumo energético.Así,destacarqueelcontroldepotenciaenGPRSlorealizaeldispositivomóvil, adaptandolapotenciatransmitidasegúnelnivelylacalidaddelaseñalrecibidaporuncanalcomún. Porelcontrario,enUMTSsehaceusodeuncontroldepotenciaenelquetantoeldispositivomóvil comolaestaciónbasetomanmedidas,deformaquelaestaciónbasepuedehacerquetodoslos equiposdeusuarioconectadosaellareduzcansuniveldepotencia,parapoderofrecermayor calidad.Además,enUMTS,paraconseguirmayorestasasdetransmisiónsereducelacodificación, porloqueserequieredelenvíodemayorespotencias,haciendoqueUMTSposeamayorconsumo energéticoqueGPRS. Finalmente,conrespectoalaseguridadrequeridaenlatransmisión,sehadecomentarque loschipsetsGPRSnoimplementanelprotocolodeseguridaddelacapaTLS(TransportLayer Security),situadaentreelniveldeaplicaciónyelniveldetransportemostradosenlatabla1.Porel contrario,losdeUMTSsíquelacontemplan,porloqueconestosúltimossepuedeestableceruna comunicaciónconnivelesmuyelevadosdeintegridadyseguridad. Así,seconcluyequeambastecnologíaspodríanserválidas,pudiéndoseelegirunauotra dependiendodeaquénecesidadesselesdémáspeso. 2.2.Tecnologíasparalacreaciónderedesinalámbricas Seguidamente,secomentanlastecnologíasexistentesenelmercadoparalacreaciónde redesinalámbricas,concretamentelastecnologíasmásextendidasenestetipodeaplicaciones,que sonBluetooth[4]yZigBee[5].Estastecnologíassonespecialmenterecomendablesparasuusoenla interconexióndelosnodosdeunareddeequipos. Porotraparte,sehadescartadoentraraanalizartecnologíascomoWiFioWiMax,debidoa quedisponendegrandescantidadesderecursos,queparaestaaplicaciónvanaquedarsinuso,a costadeungranincremento,tantoenlacomplejidaddelsistema,comoenelconsumoenergético. Analizandolatopologíadered,Bluetoothofreceunaúnicaposibilidadalahoradeestablecer unared,queseríadeltipoestrella,yconunmáximode8dispositivos.Sinembargo,ZigBeepermite hasta65535dispositivos,convariasposiblesjerarquías,repartidosenhasta255subredesy pudiéndosehacerusodecualquiertopologíadered,comosemuestraenlafigura1.
ParteI:Memoria 9 Figura1:ComparaciónentreposibleredBluetoothyposibleredZigBee. Porelcontrario,Bluetoothpermitetasasdetransmisióndehasta3000kbpsmientrasquelas tasasdetransmisiónquepuedecursarZigBeesondeentre100y250kbps,loquenoresulta demasiadosignificativodebidoaque,comosehacomentadoanteriormente,nosehandetransmitir grandescantidadesdedatos,yademásnosetratadeunsistemadetiemporeal. Conrespectoalahorroenergético,ambossistemastieneconsumoseléctricosbajos,pero ZigBeealgomenor.Además,éstealcanzacoberturasmayoresqueBluetooth,dehasta1500metros frentea100metros.SiaelloselesumaqueZigBee,alpoderconectarmuchosmásequipos,puede emplearnodoscuyoúnicopropósitoseahacerderepetidororouter,setienequeeltamaño alcanzableporestasredesesmuysuperioralasredesBluetooth,cubriendoasíáreasmuyextensas. Eldesarrollodeestafuncionalidadnoformapartedeesteproyectoyaqueseestá desarrollandoenparaleloenuntrabajofindemasterdentrodelGTF,enelquesehaceusode ZigBee.Síquesecontemplaenelproyectoelrediseñodelapartehardwareparalainclusióndela funcionalidadZigBee. 2.3.Protocolodeniveldetransporte Enestepunto,seanalizandosprotocolosdeniveldetransporte,paradeterminarcuálesel másadecuadoparasuutilizaciónenelsistemaadesarrollar.Setratanlosdosprotocolosdeeste nivelmásutilizadosenlatransmisióndedatos:TCP(TransferControlProtocol)[6]yUDP(User DatagramProtocol)[7]. TCPesunprotocoloqueproporcionafiabilidaddebidoalsistemadeaceptaciones(ACK’s) queutiliza.UDPnoimplementanadaparecido,porloqueensustransmisionespuedenaparecer erroresaniveldeaplicación.Estafiabilidad,TCPlaconsigueacostadeincrementareltráficocursado enlascomunicaciones,porloqueUDPúnicamentecuentaconelincrementodetráficodebidoalas cabecerasqueincluye.Dichoincrementodetráficogeneraunapérdidadeeficienciaenla comunicación,peroestonoresultademasiadosignificativo,sobretodoparatransmisionesgrandes, osiseempleanventanasdeslizantesdeuntamañoóptimo.
Capítulo2:Análisisdetecnologías,protocolosyplataformas 10 TCP,alincluirtráficodecontrol,permiteunmenornúmerodeconexionesaunservidor, puespartedelosrecursosdelosqueéstedisponeseempleanendichotráfico,cosaquenoocurre enUDP.Porelcontrario,comoTCPincorporacontroldeflujo,encasodequelosrecursos empleadosentrevariascomunicacionessuperasenlosqueposeeenservidor,sereduciríanlastasas detransmisión,evitandoasíincrementarloserroresaparecidos,mientrasqueUDPnocontrolael flujodedatos,pudiendosaturarelservidor,perdiéndosedatosyapareciendoerroresenlos recibidos. Así,comoenlaaplicaciónparalaquesevanarequerirloqueinteresaprincipalmenteesla correccióndelosdatosobtenidosparasucorrectoanálisis,yademáseltráficocursadonovaaser unparámetrolimitantenisevaarequeriralaaplicaciónlatransmisiónentiemporeal,elprotocolo deniveldetransportemásadecuadoseráTCP. 2.4.Protocolodeniveldeaplicación PuestoqueelprotocolodeniveldetransporteelegidoesTCP,enestepuntosesometena análisisdosprotocolosdiferentesdeniveldeaplicaciónqueseapoyansobreéste,comosonFTP(File TransferProtocol)[8]yHTTP(Hyper‐TextTransferProtocol)[9],destacandolascaracterísticasmás importantesparalaaplicaciónadesarrollar,yasídeterminarcuálesmásrecomendableenestecaso. ElprotocoloHTTPesunprotocoloeficienteparaelenvíodedatos,puesresultamuyflexible yadaptable,debidoalasmuchasformasderealizarpeticionesqueposee.Además,permiteelenvío, tantodegrandesbloquesdeinformacióndentrodearchivosdetodotipo,comodeunospocosbytes aislados,incluidosdirectamenteenelcuerpodeunapetición.Sinembargo,FTPestápensadoparala transmisióndearchivos,porloqueparatransmitirpequeñosbloquesdeinformaciónresulta ineficiente.Ésteúltimo,además,necesitadosconexionesTCPpararealizarunenvío,unapara controlarelenvíoyotraparaenviaruobtenerelarchivo,mientrasqueHTTPsólorequiereuna. Además,laspeticionesHTTPconllevanunarespuestaporpartedelservidorqueincluyeuncódigode error,enlaquesepuedeintroducirinformaciónparacrearalgoparecidoaunsistemadeaceptación, loquenopermiteelprotocoloFTP. Porotraparte,hayquedestacarqueFTPincluyeautenticaciónaliniciodelacomunicación, deformaquenopuederealizarunenvíocualquierpersonaodispositivo,únicamentequiendisponga delacontraseñaparaacceder,mientrasqueconHTTPsetendríaqueimplementarunsistemade autenticación. Comúnaambosprotocoloseslafaltadeseguridadpormediodeencriptacióndedatos, aunqueenamboscasossepuedesolucionardelamismamanera,queesimplementandolacapade seguridadTLScomentadaanteriormente,lacualproveedeencriptaciónalosprotocolosdenivelde aplicación,dandolugaralosprotocolosHTTPS(Hyper‐TextTransferProtocolSecure)ySFTP(Secure FileTransferProtocol).Comosehacomentadoanteriormente,estacapasóloseimplementaenlos chipsetsdeUMTS,porloquehaciendousodeGPRSnosepuedenencriptarlosdatos. Porúltimo,destacarquelavisualizacióndeunapáginawebconllevaelusodelprotocolo HTTP,porloqueparecelógicoemplearlotambiénenelenvíodelasmedidas,yevitarmezclar protocolos.Además,permitirátratarlosdatosdirectamenteenelinstantederecepción,enelscript
ParteI:Memoria 11 delapáginaprogramadaparaello,sintenerqueesperaralanzarningúnprogramaquelosprocese, comosedeberíahacersiserecibiesenatravésdeFTP. Así,apesardequeFTPfacilitalaautenticaciónenlosenvíos,seharáusodeHTTPparael envíodedatosalservidor,yrecepcióndeparámetrosenlosequipos,puessimplificaelprocesadoy almacenamientodelosdatos,llevándoseestoacaboautomáticamente,enelmismoinstantede recepcióndelasmedidas. 2.5.Estudiodeservidores Paralarealizacióndelservidor,sehaoptadopordesarrollarunopropio.Sinembargo,antes deacometerestatarea,sehanevaluadoservidoresyplataformasdealmacenajededatos comerciales.DichosservidorescomercialeshacenusodelprotocoloHTTP,porloquelaelección anteriorseríacompatibleconelusodelosmismos. Existenenelmercadoservidorescomercialesqueintegranplataformasespecialmente dedicadasalInternetofThings(IoT),deformaquepermitenelalmacenajeyvisualizacióndelos datosqueselesremite,delasquesehanestudiadotres:Xively[10],Exosite[11]yCarriots[12].De éstas,destacaXivelydebidoalusodeHTTPSenlanavegaciónporlaweb. Inicialmente,elusodeservidorescomercialesposeelaventajadequelaspáginaswebya estánprogramadas,ysuelensermuyintuitivasyestarbienexplicadas,poseyendoenalgunoscasos extensasguíasdeaplicación.Además,nosehadegestionarymantenerelservidor,tareaquepuede resultarmuycompleja. Porotraparte,tienenungraninconvenienteparalaaplicaciónadesarrollaryesquelos datosenviadospuedanserpúblicos,pudiendoaccederaelloscualquiera,ademásdequelos gestionaríapersonalajenoalgrupo.Otradesventajaimportantequeconllevaelusodeservidores comerciales,eselnotenercontrolsobreladirecciónIPdelservidor,quepuedencambiar,porloque habríaqueestarpendienteparavariarlamanualmenteenlaconfiguracióndelequiporemoto. Así,debidoalcontrolquepermitemantenerdetodoelprocesoylaprivacidadyseguridad delaquesepuededotaralosdatos,apesardelincrementodecomplejidadquesupone,seinstala unservidorpropio,alquehabráquedotardelosmódulosnecesariospararealizarlastareasquese implementenenlasdistintasseccionesdelaweb.Además,laprogramacióncompletadelas diferenteswebspermitealcanzarlaversatilidadnecesariaparapodervariarparámetrosyextender elserviciotodoloquehagafalta. 2.6.Conclusionesydiagramafinaldelacomunicación Enlafigura2,semuestrandosesquemas,amododepilasdeprotocolos,delacomunicación quesehadeestablecer,diferenciandolaposibilidaddeteneronounareddesensoresconectadaa unnodocolector(coordinador),quetambiénessensor.Además,sedistinguendosposiblescasos,
Capítulo2:Análisisdetecnologías,protocolosyplataformas 12 dependiendodesisehaceusodeGPRScomotecnologíadecomunicaciónmóvil,osiporelcontrario seempleaUMTS. Figura2:Representaciónesquemáticadelacomunicaciónresultante,segúnseempleeGPRSóUMTS. EnestafiguraseobservaquelaúnicadiferenciaentreelempleodeGPRSyUMTS,yaque conésteúltimo,sepuedeimplementarlacapadeseguridadTLS,proveyendoalacomunicaciónde encriptación,quemejoralaseguridadylaintegridaddelosdatoseneltránsitoentreequipoy servidor.Porotraparte,GPRSposeeunmenorconsumo,permitiendounamayorduracióndelas baterías,porloqueesestatecnologíalaquesevaaempleareneldesarrollodelaaplicación objetivodeesteproyecto. Enamboscasos,elrestodeprotocolossoncomunes,empezandoporTCP,queseencargade darlealacomunicaciónlafiabilidadnecesaria,ademásdeciertaintegridad.Elprotocolodenivelde aplicaciónseráHTTP,quepermiteflexibilidadalahoraderealizarenvíosyrecepcionesdedatos, ademásdeserelmásusadoparaestetipodeacciones,yelqueseempleaenservidoresy navegadoresdeinternet.
ParteI:Memoria 13 Capítulo3: Desarrollodelsistemaderecogidaautomáticadedatos Acontinuación,sedescribelafasedelproyecto,enlaquesedesarrollalaaplicaciónfinal segúnlaseleccionesdelcapítuloanterior. Primero,sevaadesarrollarunservidorpropio,enelquesevaaprogramarunaweb destinadaalarecolección,descargayvisualizacióndelosdatosobtenidosporlossensores,asícomo laconfiguraciónremotadelosequiposdecampo.Laprogramacióndecadaseccióndelawebse encuentradetalladaenelanexo4.Sehaprogramadoelconjuntodepáginaswebqueprecisael servidorusandolenguajesdeprogramacióndepáginaswebcomoHTML[13],PHP[14]oJavascript [15],ypartiendodeejemplosencontradosenmanualesdeusuariodedichoslenguajes. Segundo,sedebeincluirelsistemadecomunicaciónenlasplacasdelosequiposdemediday reorganizarlaplacaexistente,ademásdegenerarunasfuncionesparaelmicrocontroladorquelleva elequipo,queconfigurenyrealicenlascomunicacionesconelservidor. Tercero,seestimarátantoeltráficocursadocomoelconsumoenergéticoquevaaañadiral equipolapartedecomunicación,ademásdecaracterizarelsistemadecargaautilizar. 3.1.Desarrollodelservidor Acontinuaciónsedescribenlastresfasesdeldesarrollodelservidor.Laprimera,enlaquese montayconfiguraelservidor.Lasegunda,enlaquesecreaelconjuntodewebsqueseprecisan paralainteracciónconlosdispositivosautónomos,destinadaalarecepción,elprocesadoyel almacenadodelosdatos.Latercera,enlaquesecrealawebrequeridaparalainteracciónconlos usuarios,destinadaalagestióndelosdatosylosequiposremotos. 3.1.1.Montajeyconfiguracióndelservidor Acontinuación,sedescribeelprocesoseguidoparaelestablecimientodeunservidor,a partirdeunordenadorconsistemaoperativoWindows,procesoquesedetallamásextensamente enelanexo3.Comoseprecisadeunservidorconcapacidadparagenerarpáginaswebdinámicas, hayquedarsoporteallenguajedeprogramaciónPHP.
Capítulo3:Desarrollodelsistemaderecogidaautomáticadedatos 14 Paralainstalacióndelservidor,sehaceusodeApache[16]frentealaposibilidaddeutilizar paraelloISS(InternetInformationService),yaqueelprimero,alserdecódigoabierto,cuentacon revisionesdeseguridadcadaciertotiempoyesmuyutilizadoparaelestablecimientodeservidores personales,deformaqueexistemuchainformaciónacercadesuinstalaciónyconfiguración. Comosoportedebasesdedatos,seempleaMySQL[17],quepermiteunagestióneficazde lasbasesdedatosquealberga,alasquesólosepermitiráelaccesodesdeelentornolocal,para evitarataquesdirectosalasmismas.Elprincipalinconvenienteesque,alnocontarconinterfaz gráfica,escomplejodemanipularyconfigurar,peroparaesosetienensolucionesprogramadasen PHP.EnestecasoseempleaPHPMyAdmin[18],elcualproveedeinterfazgráficaaMySQLypermite visualizarlosdatosdirectamenteenlastablas. ParalarepresentaciónengráficasdelosdatossehaceusodeFusionCharts[19],cuyaversión gratuitapermiteelusodegranvariedaddetiposdegráficas.Suprogramaciónresultabastante sencillaalhacerusodecódigoPHPquegenerainstruccionesinterpretadasporJavascript,porloque lasfuncionesautilizarpuedenserincluidasdirectamenteenelcódigodelapágina. DemodoqueseinstalaApachecomoservicioenelordenador,realizandolaconfiguraciónde ésteydelosmódulosPHP,MySQLyPHPMyAdmin,ademásdeinstalarFusionChartsysecurizardicho servidorylosmódulosinstalados[20][21][22][23]. Ladistribucióndelosficherosqueconformanelservidorylapáginawebgarantizala seguridaddelosdatosenviadosylosarchivoscondatosconfidenciales.Éstasemuestraenlafigura 3,enlaqueseencuentraencolorazullaúnicazonadeldiscodurodelordenadoralaquetiene accesoelservidorApache.Endichazonaseencuentralawebconlasseccionesdevisualización, descargaygestióndelared(webs),accesibleparalosusuarios.Losdispositivosautónomosacceden aundirectorio(sens)queseencuentraenlazonamarcadayquecontienelawebderecogidade datos.Además,seencuentratambiénendichodirectoriounazonadeadministraciónconelentorno gráficoparaMySQLdestinadoalagestióndelastablasdedatosyunscriptdegestión,quepermite lacreacióntantodenuevosusuariosdelawebcomodesensores.Estasherramientasde administraciónsólosonaccesiblesparaeladministradorydesdeelentornolocal(modolocalhost). Figura3:Esquemageneraldelaorganizacióndelosficherosdentrodeldiscoduro.Losficherosencolorazulsonlosúnicos accesiblesparaelservidor.
ParteI:Memoria 15 Porúltimo,lasbasesdedatosseorganizandemodoqueseseparanlastablasentresbases dedatos.Enuna,sealmacenalatablaconlosusuariosycontraseñasdeaccesoalawebylatabla conlosidentificadoresdesensorytokensparaelenvíodelosdatosyreconfiguración.Enotra,se guardanlastablasdemedidasyenlaúltimaseguardanlastablasconlasconfiguracionesdelos equiposremotos.Deestaforma,sepuedetenerunusuariodeMySQLespecialdedicadoalacceso desdelaswebsalasbasesdedatos,paraprotegerlasdeataquesquetratendeborrarlas.Porello, dichousuariotienediferentesprivilegiossobrelasdistintasbasesdedatos,limitadossegúnlosdatos quealmacenenyelusoquetengaquehacerdelosmismos. 3.1.2.Webdeinteracciónconlosdispositivosautónomos Acontinuación,sedetallalawebencargadadelainteracciónconlosequiposremotos. Primerohayquedefinircómoseenvíanlosdatosdelosequiposautónomos,atravésdelprotocolo HTTP,delquesedetallanalgunostiposdepeticionesenelanexo2.Estaspeticiones,debenllevar ciertascabecerasquepermitanqueelreceptordelmensajesepadescifrarelcontenidodelcuerpo delapetición.Así,detodoelconjuntodepeticionesqueposeeesteprotocolo,seempleanGET,para elenvíodeltokenquerealizalasfuncionesdecontraseña,yPOST,usadaparaelenvíodel identificadordesensorylosdatos,ambasenlamismapeticióndeenvíodedatos,comosemuestra acontinuación: POST/camino_script/script.php?token=<token>HTTP/1.1 Host:<IP_servidor> Connection:close Content‐Type:application/x‐www‐form‐urlencoded; Content‐Length:<longitud_cuerpo> Dato1=22&Dato2=22&Dato3=22 Lapeticiónnecesariapararealizarelenvíodelarchivodecomprobación,requierecambiarla estructuradelapartecorrespondientealmétodoPOST,deformaquequeda: POST/camino_script/script.php?token=<token>HTTP/1.1 Host:<IP_servidor> Connection:close Content‐Type:multipart/form‐data;boundary=<boundary> Content‐Length:<longitud_cuerpo> ‐‐<boundary> Content‐Disposition:form‐data;name="sensor" <nombre_sensor> ‐‐<boundary> Content‐Disposition:form‐data;name="archivo";filename=<nombre_archivo> Content‐Type:text/plain <fecha>\t<dato1>\t<dato2> <fecha>\t<dato1>\t<dato2> ‐‐<boundary>‐‐ Esteusoconjuntodeambosprotocolosseempleamuchoenlaspáginaswebparala generacióndesesionesdeconexión.Destacarquedebidoalainclusióndelacabecera“Connection”, lasesiónsecierradeformacontroladadesdeelservidor,porloquehayquetenerestoencuentaen elsoftwaredeldispositivoremoto.
Capítulo3:Desarrollodelsistemaderecogidaautomáticadedatos 16 Eldiagramadeflujoseguidoenlawebdedicadaalarecepcióndelasmedidastomadaspor losequiposremotos,eselmostradoenlafigura4,dondesepuedeverquehayqueautenticarel sensorconsuidentificadorysutoken,deformaqueencasodenosercorrectos,sedesechanlos datosrecibidosenesacomunicación. Figura4:Esquemadelawebalaqueseenvíanlosdatosparaquelosproceseyalmaceneenlabasededatos. Comoseobserva,eltratamientorecibidoporlosdatosencasoderecibirsedentrodeun archivoorecibirseaisladosdentrodelcuerpodelapetición,esdiferente,deformaquesilosdatos serecibenaislados,hayqueasegurarsedequepertenecenaunintervalodetiempoposterioral últimodatorecibidodesdeesesensor,porloqueseinterrogaalabasededatosenbuscadeéste. Siporelcontrario,llegandentrodeunarchivo,alsertomadoscomoconfirmacióndelos datosenviadosesedía,secompruebaquetodosestánenlabasededatos,yquetodoslosqueestán enlabasededatosestántambiénenelarchivo.Siestonoocurre,setomacomounerrorocurrido enlacomunicación,yparatenerlosorganizadosyfacilitarsuanálisis,éstossecarganenarchivos diferentes,dependiendodesisondebidosaunamedidaqueapareceenelarchivoynoenlabasede datos,oalrevés. Comorespuestaalaspeticionesdeingresodedatos,elservidortransmiteunacadenaque, encasodequenohayaquereconfigurarparámetrosdelequipo,es:
ParteI:Memoria 17 HTTP/1.1200OK Date:Wed,15May201314:32:17GMT Server:Apache Content‐Length:16 Connection:close Content‐Type:text/html Datosprocesados Encasodetenersequeañadirreconfiguracionesenlarespuesta,éstassesituaríanenla cadena,detrásde“Datosprocesados”. Porotraparte,sehacreadounscriptencargadodedarlahoradelservidor.Estescriptsólo seráaccesibledesdelosequiposremotos,puessepuedenecesitarconfigurarlafechaylahoradesu relojdeformaremota,demodoquelapodríanobtenerautomáticamentedeestescript. 3.1.3.Webdeinteracciónconlosusuarios Acontinuación,secomentalacreacióndelawebdestinadaalainteracciónconlosusuarios. Destacarquetodaslasseccionesdeésta,cuyaestructurasepresentaenlafigura5,encasodeno haberiniciadosesiónpreviamente,redireccionanalusuariohacialapáginadelogin.Enestapágina, secompruebaquealgunadelasparejasusuariodewebycontraseña,guardadasenlabasededatos, secorrespondeconlaintroducidaenelformulariodeaccesoporelusuario,deformaquese restringeelaccesoaintrusos.Porotraparte,yunaveziniciadalasesiónconelusuarioyla contraseñacorrectos,seaccedeaunawebquedisponedediferentessecciones,dondesepueden visualizarydescargarlosdatos,completosoporrangodefechas,asícomocontrolarloserrores encontradosyreconfigurarelequiporemoto.Tambiénseincluyeunenlacealapáginadelogout, queeslaquedestruyelascookiesquegeneranlasesióndenavegación. Figura5:Esquemageneraldelawebacrear.Losenlacesazulesverdesunentodaslasseccionesdelaweb,puesdesdeuna deellassepuedeaccederacualquieradelasotras. Deestaforma,seconcluyeconeltrabajorealizadosobreelservidor,quedandopor realizarseeldesarrollodelapartecorrespondientealequiporemoto. 3.2.Desarrollodeldispositivoautónomo Finalmente,sepresentaeldesarrollodelaunidaddecomunicacionespropiamentedicha, quedebeintegrarsetantoenelsoftwarecomoenelhardwareexistentedelosequiposdemedida, conlasmenoresmodificacionesposibles.
Capítulo3:Desarrollodelsistemaderecogidaautomáticadedatos 24 sumarletambiénelconsumototaldelmicrocontroloador,queesdeunos40‐45mA.Así,sepuede establecerunconsumomedioaproximadodeunos50mA,elcualsepuedesimular,teniendoen cuentaquelaplacadecircuitotrabajaa3.3V,conunaresistenciadeaproximadamente66Ω. Elpanelsolarutilizadopuedegenerarunatensióndeunos7.5Ventresusterminales,porlo que,teniendoencuentaqueelcargadorausartrabajacorrectamentecontensionesmenoresa7V, secolocaunreguladordetensiónde5Vasusalidaparamaximizarlacorrientedecarga. Conesto,semontaunsistemadecargadebaterías,conlaresistenciacomentada consumiendounos50mA,paramedirprincipalmentelatensióndebateríaylacorrientedecarga, obteniendolosresultadosmostradosenlafigura11: Figura11:Tensionesdebateríaycorrientedecargaobtenidasdelmontajeexpuesto. Enestagráfica,seobservacomoenlosprimerosdías,latensióndelabateríaalfinaldecada díaesmayorquelatensiónquesetenía24horasantes,porloqueseestácargandomásdeloque seestágastando.Enlosdosúltimosdías,comoconsecuenciadeunaumentodelanubosidad,quese vereflejadacomodescensodecorrientedecarga,labateríavaperdiendocargadíaadía.Porotra parte,tambiénseobservaquelacorrientedecargallegaacaeraunos‐50mAdenoche,cuandoel panelnoestácargando,queeslacorrientequeconsumelaresistencia.Además,seobservan tambiéndosirregularidades.Unadeellasesquelaintensidaddecarganocrecealprincipiodeldía linealmentehastaelpuntomáximo,defectoprovocadoporelhechodequeelpanelsolarestáen sombraalprincipiodeldía,ocurriendolomismoalfinaldeldía.Laotraesquelaintensidadllegaal puntomáximo,yvacayendoconformeavanzaeldía,loquesehaidentificadoconelhechodequela bateríaestécasicargada,deformaquerequiereunmenorcargado.Lomismoseobservatambiénen latensióndebatería,yaquevaaumentandomáslentamente.Estohabrádesertomadoen consideración,puesencampo,elentornopuedesermáscomplejo,apareciendosombras indeseadas.Además,eninviernolosdíassonmáscortos,ypuedendarsedíasmásnubladosocon nieblaquenopermitanalcanzarlacapacidaddecargaobservadaenlafigura11. 3.4.Adaptaciónparaelmódulo3G Sehanestudiadotambiénlasvariacionesquehabríaquerealizarparalainsercióndel módulo3G/GPRSdeArduino(figura12),enellugarqueocupaelmóduloGPRS,encasodequese requieraencriptarlosdatosusandoelprotocoloHTTPS.Enelanexo8setieneundesarrollomás completodeloscambiosnecesariosparaadaptarelsistemacompletoalmódulo3G.
ParteI:Memoria 25 Figura12:Módulo3G/GPRSdeArduino,conelchipdecomunicacionesSIM5218deSIMcommontado. Porunlado,habráquereconfigurarelservidorparaqueseacapazdedesencriptarlas peticionesHTTPS.Estasehaderealizarenelarchivoexistenteexpresamenteparaello,yque posteriormenteseincluiráeneldeconfiguracióngeneral,dondeademáshabráqueactivarelusodel módulocorrespondiente.Paraelusodeestemódulo,setendráquecrearuncertificadodigitaldel servidorparalasconexionesdesdenavegador,yunaclavedeencriptadodedatosqueseutilizaráen todaslascomunicaciones. Porotrolado,dentrodelequiporemoto,habráqueadaptarelhardware.Estemóduloposee máspinesqueelmóduloGPRS,delosquesóloseusaránelpuertoserie,elpindeencendido,ylos pinesdealimentación,quealestardiseñadosambosmódulosparaArduino,enambosserálos mismospines,porloqueseráncompatiblesenesteaspecto.Sinembargo,eltamañodelmódulo3G esmayor,porloque,enlalibreríadeloscomponentesdecomunicaciones,habríaquecrearun elementonuevo. Conrespectoalsoftware,noseiniciaráunasesiónTCPtalcual,yaqueparapoderhaceruso delaencriptaciónproporcionadaporlacapaTLShayqueemplearloscomandospropiosdela conexiónHTTPS,deformaqueéstosseencargandeconfigurartodalaconexiónennivelde transporte,ydenegociarlaencriptaciónconelservidor.Dichanegociación,sellevaráacaboalinicio delacomunicación,paraestablecerlosparámetrosdeencriptaciónquesevanautilizar,porloque segeneraráuntráficoextraencadacomunicación.Comoestetráficoextraserárelativamente grandecomparadoconlascantidadesdedatosmanejadasenlamayoríadeconexiones,se incrementarábastanteelconsumodedatos,reduciéndoseasílacantidaddesensoresquesepodrán establecerenunaredcontroladaporunúnicodispositivo.Porelcontrario,seconseguiráunamayor seguridadenlacomunicación,ademásdeunagranmejoraenlaintegridaddelosdatos transportados. Conesto,quedaríandefinidastodaslasvariaciones,tantohardwarecomosoftware,quese handellevaracaboparaadaptareldiseñocompletoalusodelnuevomódulo.
Capítulo3:Desarrollodelsistemaderecogidaautomáticadedatos 26
ParteI:Memoria 27 Capítulo4: Conclusionesylíneasfuturas Enesteproyectosehadesarrolladounsistemadecomunicacionesinalámbrico,apoyadoen elaccesoalasredesdedatosproporcionadoporlastecnologíasmóvilescomerciales,quepermite tantolaobtencióndelosdatostomadosporlossensoresremotoscomolaconfiguracióndelos propiosequiposyquesehaincluidoenunadelasplacasdecontroldiseñadaporestegrupo. Además,estosdatosyvariablessepuedenconsultarrápidamentedesdecualquierubicación,y almacenarsedeformasegurayprivadaenunservidoralejadodelossensores. Paraello,sehadesarrolladounservidorquealbergaunconjuntodepáginaswebdedicadas, alarecepcióndelosdatosdelosequiposautónomosyalagestióndelosdatosylosequipos. TambiénsehaimplementadolacomunicaciónmediantepeticionesHTTPrealizadassobre conexionesTCPatravésdelaccesoalasredesdedatosproporcionadoporlatecnologíade comunicacionesinalámbricasGPRS.Además,sehadesarrolladoeldispositivoautónomoquetiene queestablecerlacomunicacióndesdeelequiporemotoyqueescompatibleconlossensoresdel grupo. Estesistemacumpleconelrequisitodeunconsumoeléctricominimizadoquegaranticela máximaautonomíaenergéticadelequipomedianteelusodebateríasypanelessolares.Paraello,se hanoptimizadolostiemposdeesperanecesariosentrelosdiferentescomandosysehansolapado algunasacciones,reduciendoasíeltiempoempleadoenlacomunicación.Elsistemadesarrollado tambiéncumpleconelrequisitodeestablecerunacomunicaciónfiableyquegaranticeunbuennivel deintegridaddedatosmedianteelusodelprotocoloTCPsobrelareddeconmutacióndepaquetes accesiblemedianteGPRS.Elsistemacumpleconelrequisitodeseguridadyprivacidaddedatosenel almacenamientodeéstos.Elsistemacumpleconelrequisitodecompatibilidadconlossensoresy conZigBee. Coneldesarrollorealizado,laadaptaciónparaunafuturainsercióndelmódulo3Genellugar delmóduloGPRSnoresultacomplicada,deformaqueconestecambioseconseguiríadarsoportea laencriptacióndelosdatos,maximizandolaintegridadyseguridaddelosdatos.Porotraparte, quedaabiertalaposibilidaddedesarrollarunafuncionalidaddereconfiguracióndelosequipos remotosentiemporeal.
Capítulo4:Conclusionesylíneasfuturas 28
PARTEII ANEXOS
ParteII:Anexos 31 Anexo1: Análisisdetecnologíasyprotocolos Enesteanexosepretendeexponerlascaracterísticasprincipalesdecadaunadelas tecnologíascomparadasenelcapítulo2delamemoria. GPRS(GeneralPacketRadioService) PuestoqueelsistemaGPRSseapoyaensupredecesor,elsistemaGSM(GlobalSystemfor Mobilecommunications),secomenzarápordefinirésteúltimo,queesunsistemade comunicacionesdigitalesdesegundageneración(2G)basadoenredescelularesradio,cuyascélulas seagrupanenclústeresdondenosereúsanfrecuencias.Estesistemaestádiseñadoparacursar principalmentetráficodevoz,porloquesebasaenconmutacióndecircuitos.Empleaacceso FDMA/TDMA/FDD(bandaspareadas),con8slotstemporalesparacadaportadorafrecuencial.Posee 500portadorasfrecuencialespordúplex,repartidasenlasbandasde900MHzy1800MHz,de200Khz deanchodebandacadauna.Paralatransmisiónyrecepcióndelainformación,haceusodeunúnico slottemporalencadadúplex,deformaquepermitetasasdedatosdehasta9.6kbps,suficientes paratráficodevoz,debidoalmuestreoycodificaciónquesellevaacabo. GPRSesunsistemadecomunicacionesdigitalesintermedioentrelasegundaytercera generación(2.5G)basadoenGSM(figura13),ycuyopropósitoprincipaleraeldepermitirtráficode datosconrelativaeficiencia,porloquesebasaenconmutacióndepaquetes.GPRSpuedellegara hacerusodehasta4slotstemporalesparalarecepcióndedatos,y2paralatransmisión(clase multislot4+2),loquelepermitealcanzartasasdedatosdehasta144kbps. Figura13:ArquitecturaderedGPRS.Enverde,módulosqueagregaGPRSalaarquitecturadeGSMyaexistente.
Anexo1:Análisisdetecnologíasyprotocolos 32 Cabedestacartambién,quelaprobabilidaddebloqueodelosrecursosnoesnula,aunquesí muybaja,yaquelasredescelularessediseñansuponiendoprobabilidadesdebloqueotípicamente del2%,ocomomuchodel5%. Enestageneración,sellevaacaboelcontroldepotenciaporpartedeldispositivomóvil, adaptandolapotenciatransmitida,segúnelnivelylacalidaddelaseñalrecibidaporuncanalcomún decontrol,conlaqueestimalaspérdidasdelaseñalenlatransmisiónentreequipoyestaciónbase. Graciasaesto,lossistemasdesegundageneraciónconsiguengrandesahorrosdeenergía, permitiendo,tantoreducireltamaño,comoalargarlavidayduracióndelasbaterías. Acercadeestossistemas,esdestacableelhechodequelatecnologíaestéyaenfasede madurez,loquepermitequesepuedagarantizarlaexistenciadecoberturaenprácticamentela totalidaddelterritorionacional,manteniendoademásnivelesdedisponibilidadelevados.Porotra parte,elnúmerodeportadorasencadaestaciónbasevienelimitadoporladistanciadereúsode frecuenciasquesetenga,nopudiendotenersetodaslasportadorasdisponiblesentodoelárea.Es porestoporloqueladisponibilidadderecursosestábastantelimitada,haciendoqueel funcionamientodelsistemaestésupeditadoaqueladisponibilidad,enlacélulaenlaqueseinscriba alaccederalared,nocayesedemasiado,loqueporotraparteespocoprobable. UMTS(UniversalMobileTelecommunicationsSystem) ElsistemaUMTSesunsistemadecomunicacionesdigitalesdetercerageneración(3G) basadoenredescelularesradio,eideadoparapoderintegrardiferentesservicios,porloquecuenta contasasdetransmisióndeentre144kbpsy2Mbps,dependiendodelniveldecalidadrequerido paracadaserviciooquepuedagarantizarlaredenesemomento.EmpleaaccesoCDMApor secuenciadirecta(DS‐CDMA(DirectSequenceCodeDomainMultipleAccess)),destinandounancho debandade60+60MHzparaaccesoCDMAdebandaancha(WCDMA(WidebandCodeDomain MultipleAccess))enbandapareada(FDD(FrequencyDivisionDuplex)),y20+15MHzparaacceso CDMApordivisióntemporal(TD‐CDMA(TimeDivixionCodeDivisionMultipleAccess))enlabandano pareada(TDD(TimeDivisionDuplex)). UMTSrequierequetodoslosusuarioslleguenalaestaciónbaseconlamismapotenciapara podermaximizarlacalidad.Asípues,utilizauncontroldepotenciaenelquetantoeldispositivo móvilcomolaestaciónbasetomanmedidas,deformaquelaestaciónbasepuedehacerquetodos losequipodeusuarioconectadosaellareduzcansuniveldepotenciaparapoderofrecerlamayor calidadposible.Comoademás,paraconseguirmayorestasasdetransmisión,sehadereducirla codificación,serequieredelenvíodemayorespotenciasquecontrarrestenlareduccióndeganancia decódigo,porloqueestatecnologíavaatenerunconsumoenergéticoconsiderable,haciendoque laduracióndelasbateríasseveamermada. SisetienenencuentaelcontroldepotenciayelusodeCDMAenUMTS,elreúsode frecuenciasserátotal,disponiendodetodaslasfrecuenciasentodaslasestacionesbase,porloque lacantidadderecursosdisponiblesaumentaconsiderablemente.Porotraparte,comoconel aumentodelnúmerodeusuariosenunáreadeterminadasereducenlosrecursosolacalidadde servicioasignadoacadausuarioparamantenerunniveldeerroresaceptable,laprobabilidadde bloqueodecanalesnula.
ParteII:Anexos 33 Apesardeserunatecnologíarelativamentejoven,elniveldepenetraciónenelmercado, debidoalagranaceptaciónobtenidaenlasociedad,eselevado,porloquelacoberturagarantizada porlascompañíastelefónicasabarcacasiporcompletoelterritorionacional.Además,loschips UMTSsuelenimplementarlacapadeseguridadenlatransmisión(TLS),quepermiteelencriptadode losdatos,proveyendoasídeseguridadyprivacidadalacomunicación. Bluetooth Bluetoothesunprotocolodetransmisiónempleadoenredesinalámbricasprivadasque trabajaenlabandadefrecuenciasde2.4GHz,yhaceusodeespectroensanchadoporsaltode frecuencias,paraevitareldeteriorodelaseñal.Suprincipalobjetivoeselservirdeestándarpara comunicacionesdemuycortadistancia(máximounos100metros),yaquehasidoideadoparatener unreducidoconsumoenergéticoyunbajocoste.Estetipodesistemassoncapacesdecursartasas dedatosdehasta3000kbps,yaqueseempleaprincipalmenteenaplicacionesentiemporeal. ElusodeBluetoothpermiteúnicamentelacreaciónderedescontopologíaenestrella,como semuestraenlafigura14,yaqueparaqueelsistemafuncionedebeexistirunmaestroquesirva comoreferenciadesincronismo,loquelimitamucholasposibilidadesdeéstossistemasparaeltipo deaplicaciónquesevaadesarrollar.Además,permiteunmáximode8dispositivos,loqueacota mucholaescalabilidaddelsistema. Figura14:Bluetoothúnicamentepermitelaimplantacióndetopologíasdetipoestrella. EsdestacabletambiénqueBluetoothcuentaconencriptacióndedatos,yrequierede autenticacióntraselestablecimientodelaconexión,paraeliniciodelatransmisióndelosdatos,de formaquesemaximizalaproteccióndelosdatosendichoenlace.Además,consideraqueelcanal físiconoesfiable,porloquerealizacorreccióndeerroreshaciaadelanteycompruebalaintegridad decabecerasyCRC(CyclicRedundancyCheck),deformaqueproveedeunserviciocongran integridadenlosdatos. ZigBee ElestándarZigBeedefineunconjuntodeprotocolosdealtonivel,quesonutilizadossobre losprotocolosdebajoniveldefinidosporelestándarIEEE802.15.4.Esteúltimoestándar,definela capafísicayelniveldecontroldeaccesoalmedio(MAC)desistemasdecomunicacióninalámbrica privados,cuyastasasdetransmisiónsonbajas.Trabajaenlasbandasdefrecuenciade868MHzy 2.4GHzobteniendotasasdetransmisióndeentre100y250kbps.Puestoquenodisponedecanales decontrol,comoocurríaconlastecnologíasmóviles,paracontrolarelaccesoalmedioimplementa CSMA/CA,evitandoasílascolisionesenelmedio.
Anexo2:ProtocoloHTTP 40
ParteII:Anexos 41 Anexo3: Montajeyconfiguracióndelservidor Enesteanexoseprofundizamásenlospasosseguidosparaelmontajeylaconfiguracióndel servidor,deformaquepuedaservircomomanualaquienseocupedesugestiónfuturadentrodel GTF. ParalainstalacióndeApacheenelordenador,sedescargadelapáginaweboficialel paquetequenorequieredeejecutable,detalformaquedichacarpetasesitúaeneldirectorio deseado,yseinstalaApachecomoserviciodeWindows,mediantelíneadecomandos.A continuación,hayquerealizarlaconfiguraciónbásicaylainstalacióndelrestodemódulos[20][21]. Parainstalarelcomplementodecreacióndegráficas,sólohayquedescomprimirlacarpeta descargadadelsitiooficial[19]enelfuturodirectoriodelaweb. ElmayorinconvenientedelosservidoresnocomercialescomoApache,esqueestán pensadosparasuusosobresistemasUnix.Poreso,parasusecurización,existenguías[22]pero estánpensadasparaestossistemasynoparaWindows.Apesardeesto,serealizanalgunasacciones quepermitenincrementarlaseguridaddelservidor. Laprimeraacciónallevaracaboesdenegarelacceso,pordefecto,deApacheatodoel sistema,parapermitiracontinuaciónelaccesoúnicamentealdirectoriodondesesituarálapágina web,perosóloaciertotipodearchivos,yaqueesrecomendableprohibirelaccesoaarchivosde configuracióndeusuariosycontraseñas.Tambiénsedeberálimitaralgunasopciones,comopuede sernopermitiraApachelaresolucióndeenlacessimbólicosquepudieranpermitirleaccederazonas dememoriarestringida.Tambiénesconvenienteelevitarmostrartodalainformaciónposibleacerca delservidor,puesseestaríarevelandoinformacióndelasdebilidadesdeéste,evitandotambiénque elservidormuestrequeposeePHPinstalado,ysuversión,deformaqueademás,seahorrarán25 bytesdetráficoencadaconexiónalservidor.Apachenopermiteeliminartodalainformación,ya queenlascabecerasdelasrespuestassiempremuestraqueelservidoresApache.Tambiénes recomendabledesactivar,tantolaopcióndelistarficheroseneldirectorioweb,comodeejecutarlos archivos“.cgi”,ademásdedeshabilitartodaslasopcionesenelrestodedirectorios.Hayquetener encuentaquelaspeticionestipoTRACEdesvelaninformacióndelsistema,porloqueserá recomendabledeshabilitarlas,deformaqueelservidornolasresponda. Acontinuación,tambiénsepuederealizaralgúnajustealaconfiguracióndePHPque permitaganaralgodeseguridadenelsistema.Porejemplo,selepuedepermitirelacceso únicamentealdirectorioquecontienelosarchivosdelaweb,ademásdepermitirelaccesoalas
Anexo3:Montajeyconfiguracióndelservidor 42 cookiesúnicamentealprotocoloHTTP,evitarqueseabranarchivosalojadosenotrosservidores,y activarelmodosegurodePHP. Paraevitarenlamedidadeloposibleataquesdedenegacióndeservicio,esconveniente tambiénlimitar,tantoeltamañodelosarchivosquepuedeadmitirelservidor,comolacantidadde conexionessimultáneasquepuedecursar,yeltiempomáximodedicadoacadapetición. Conrespectoalagestióndelosdatos,esnecesarioasegurarsedenomostrarelcódigoPHP delaswebsenningúnmomento,peroporsiestoocurriese,unabuenaprácticaseríainiciarlas conexionesaMySQLenarchivosPHPfueradeldirectorioaccesibleporApache,eincluirloenel códigodelapágina,deformaquedichocódigoseejecute,peronuncasepuedaaccederaél.Otra protecciónmásqueselepuedeincluiralabasededatos,esocultarlatraselcortafuegos,yaquesólo cargaremosdatosdesdeelpropioservidor,porloquenonosinteresaquesupuertoquedeaccesible desdeelexterior.Porúltimo,esrecomendablecrearunusuariodeMySQL,únicamenteconlos privilegiosnecesariosparaelenvíodedatosylavisualizacióndelawebdegestión,deformaqueun atacantenopuedaborrarunabasededatosatravésdelaspropiaspáginasweb.Tambiénsehade configurarPHPparaquedestruyalascookiesquegeneranlasesióndenavegación,cuandosecierre elnavegador,evitandoqueéstasepuedaquedarabierta. Conrespectoalapropiapáginaweb,esrecomendableelusodeladirectivameta“robots” denegandolaindexaciónyelseguimientodeenlaces,queevitaquelosrobotsbuscadores,comoel deGoogle,puedanlistarlawebysusenlaces,yaqueenestecasoconcreto,esparaunusoprivado,y nointeresaquetercerospuedanconocerlaoaccederaella.Porotraparte,paraevitarlainserción SQL,esrecomendableescapartodosloscaracteresespecialesdeMySQL.Además,lasconexionesa lasbasesdedatosdesdePHP,esrecomendablehacerlasconlasfuncionesdelalibrería“mysqli”,en vezdelasde“mysql”,pueslasfuncionesdelaprimeraimplementanmejorasenlaseguridad.
ParteII:Anexos 43 Anexo4: Creacióndelaswebs Enesteanexo,aligualqueenelanexodelservidor,sepretendecrearunpequeñomanual explicativodecómosehanprogramadoslasdistintaswebylasdiferentesseccionesdelasmismas, parafacilitarsucomprensiónalfuturogestordelasmismas. Webdeinteracciónconlosdispositivosautónomos Inicialmente,sehabrádetenerencuentaqueserequieredeprocesarlosdatosrecibidos, paraloqueprimerohabrándeserextraídosdelapetición.Estoseconsiguegraciasalaexistenciade lasvariablespreestablecidasdePHPcomo“$_POST[´<etiqueta_dato>´]”,delasquesegenerauna porcadadatointroducidoenelcuerpodelapeticiónPOST.Asípues,unapeticiónPOSTcuyocuerpo sea“dato1=22&dato2=17”,generalasvariables“$_POST[´dato1´]”y“$_POST[´dato2´]”,convalores 22y17respectivamente.Apartirdeesto,sepuedenfragmentarfácilmentelosdatos,parapoder construirlapeticiónaMySQLquelosalmaceneenlatabladelabasededatoscorrecta.Esnecesaria latransmisióndelidentificadordelsensor,queeselprimercampoenelcuerpodelapetición,yque vieneseguidodelafechaylahoraalaquehansidotomadaslasmedidas,traslosqueseinsertanlas medidas.Porotraparte,comoyasehacomentado,parahacerlafuncióndecontraseña,sevaa asignaruntokenparacadaequipo,deformaqueéste,seenvíapormediodelapeticiónGET,quese unealapeticiónPOSTenlaquevanlosdatos.Paralarecuperacióndeesetokenenelscript,aligual queocurreconlaspeticionesPOST,existeunavariablepreestablecida“$_GET[‘<etiqueta_dato>’]”, cuyocontenidohayquecompararconeltokenalmacenadoenlatabladeidentificadoresdeequipos. Conrespectoalaspeticionesqueserealizanalabasededatos,sepuedendestacardos,que sonlasmásusadasenestaaplicación.Laprimera,pararealizarelenvíodelosdatosaunatablade unabasededatosconcreta,debeserdelestilode: INSERTINTO<base_datos>.<tabla>(fecha,dato1,dato2)VALUES('<fecha>','<dato1>','<dato2>'); Enella,laparte“(fecha,dato1,dato2)”marcaelordenenqueseenvíanlosdatos(nombres delascolumnasdelatabla),cuyosvaloresseenumerantraslamarca“VALUES”. Siloquesepretendeesobtenerdatosdelamisma,deunintervalotemporalyporordende fechascrecientes,lapeticiónsería: SELECT*FROM<base_datos>.<tabla>WHEREfecha>='<fecha_desde>'ANDfecha<='<fecha_hasta>'ORDERBYfechaASC;
Anexo4:Creacióndelaswebs 44 Enestecaso,apareceunasterisco,queseencargademarcarquesequierenobtenertodos loselementoscompletosquecumplanlacondicióndelintervalodefechas.Dichoselementos,sonlos correspondientesconlasfilasdelatabladelabasededatos.Porotraparte,lapeticiónnotienepor quéespecificarningúnintervalotemporal,eliminándoseenesecasolaparte“WHEREfecha>= '<fecha_desde>'ANDfecha<='<fecha_hasta>'”,niesnecesarioquesedescarguenordenados, eliminándoselaparte“ORDERBYfechaASC”. ConrespectoalaspeticionesaMySQL,hayquetenerencuentaquetrashacerunapetición, nosecierralaconexiónconesteservidordebasesdedatos,porloqueencasodequererhacerotra peticiónalamismabasededatos,nohayqueiniciarunanuevaconexión.Igualmente,porseguridad, esrecomendablecerrartodaslasconexionesiniciadasconelservidordebasesdedatosantesde terminarelscript. Elesquemaaseguirenelscriptderecepcióndelasmedidasseríaelmostradoenlafigura17, dondesepuedeverque,trascomprobarquehansidoenviadosdatos,habráqueautenticarel sensorconsuidentificadorysutoken. Figura17:Esquemadelscriptalqueseenvíanlosdatosparaquelosproceseyalmaceneenlabasededatos. Comoseobserva,eltratamientorecibidoporlosdatosencasoderecibirsedentrodeun archivoorecibirseaislados(dentrodelcuerpodeunapetición)esdiferente,deformaquesise recibenaislados,habráqueasegurarsedequesondeunintervalodetiemporazonable,esdecir,que sonposterioresalúltimodatorecibidoporesesensor,porloquehabráqueprocesarycompararlas fechasdelabasededatosconlafechadelenvío.Paraobtenerlafechadelúltimoenvíoregistrado
ParteII:Anexos 45 enlabasededatos,serealizaaMySQLunapeticiónqueesvariacióndeladeobtencióndedatos, quedandounapeticióncomoésta: SELECTfechaFROM<tabla>ORDERBYfechaDESCLIMIT1; Éstaquieredecirqueseseleccionansólolasfechas,queenestecasoesloúnicoque interesa,enordendefechasdescendentes,ytomandocomomáximouna,sólolaprimera.También sepodríarevisarquenofuesedemasiadoposterioralúltimodato,peroesopodríaresultar contraproducenteencasodequeapareciesealgúnerrorqueevitaseelenvíodealgunadelas medidas. Silosdatosllegandentrodeunarchivo,alsertomadoscomocomprobacióndelosdatos enviadosesedía,secomprobaráquetodosestánenlabasededatos,yquetodoslosqueestánenla basededatosestántambiénenelarchivo.Encasodequeestonofueseasí,seanotaríaenun archivodetexto,quesemuestraensucorrespondienteseccióndelaweb.Además,paratener organizadosloserroresaparecidosyfacilitarsuanálisis,éstossecarganenarchivosdiferentes, dependiendosisondebidosaunamedidaqueapareceenelarchivoynoenlabasededatos,o viceversa.Porotraparte,sepuederealizarlacomprobacióndequelaextensióndelarchivoesla correcta,yqueelarchivonoesdeuntamañoexcesivo,paraevitarrecibirpeticionesdeatacantes quetratendesobrecargarelservidor. Webdeinteracciónconlosusuarios Laestructuradelapáginadegestiónycontroleslamostradaenlafigura18: Figura18:Esquemageneraldelawebacrear.Losenlacesazulessesiguenensentidodescendente,losverdesunentodas lasseccionesdeunmismonivel,ylosnaranjassesiguenensentidoascendente. Todaslassecciones,encasodenohaberiniciadosesiónpreviamente,redireccionanal usuariohacialapáginadelogin.Traselloggeodelusuario,seaccedeaunawebquedisponede diferentessecciones,desdelasquesepuedetambiéniralapáginadelogout,queeslaquedestruye lasesión. Asípues,comosehacomentado,pararestringirelaccesoalapáginaprincipalylassecciones degestiónycontroldedatos,sehadeimplementarunapáginaencargadadeloggearalos visitantes,asegurándosedequesonusuariospermitidos.Aestaweb,además,sonredireccionados todosaquellosusuariosquetratendeaccederacualquiersecciónsinhaberiniciadosesión. Enella,inicialmenteserevisasielusuarioyaharellenadoonoelformulariodeingreso,yen casodenohaberlohecho,losacaporpantalla.Trasrellenarsedichoformulario,aligualqueocurre
Anexo4:Creacióndelaswebs 46 conelrestodeseleccionesyformulariosdelaspáginas,seenvíanlosdatosdeinscripciónalmismo scriptqueseestabaejecutando,deformaqueenestecaso,secomienzaconelanálisisdedichos datos.Sisólosehubiesenenviadoamedias,elscriptdireccionaríaaunawebqueimprimiríapor pantallaelformulariodeentradadedatosyunavisodequealgúncampoestabavacío. Encasodequetodoslosdatossehayanenviado,comosehacomentado,seprocesan, comenzandoporescaparloscaracterespeligrososparalasbasesdedatos,paraevitarqueauna peticiónqueselanceaMySQLlleguencaracteresquepuedanpermitirunataquequeexpongala basededatos.Estosepuedellevaracaboconlafunción“mysqli_real_escape_string”. Trasesto,sepuedepediralabasededatoslosdatosdetodosaquellosusuarioscuyo nombredeusuariocoincidaconeldequientratadeacceder,paraasí,trascodificarlacontraseña provenientedelformulario,compararlaconlasdelosusuariostomadosdelabasededatos.Encaso dereconocimientoafirmativo,segeneraunacookieconelusuarioycontraseñautilizadospara acceder,quesealmacenaenelequipodelusuario,deformaqueselepuedaidentificarcadavezque tratadeaccederaunapáginaoseccióndelaweb.Encasodequedichacontraseñanocoincidacon ningunadelastraídasdelabasededatos,oqueelusuarionoexista,seledireccionaaunscriptque imprimeporpantallaelformulariodeentradadedatosyunavisodequealmenosundatodelos introducidoseserróneo. Porotraparte,enelscriptqueseencargadecerrarlasesióniniciada,laacciónquerealizaes cambiareldatodefechadelacookieporunafechaantigua,quehagaquedichacookieesté caducada. Unavezsetienenlosdatosenlabasededatosysepuedeaccederdeformacontrolada,se puedeprocederasudescarga,paraloqueprimerosedebenobtenerdelabasededatos correspondiente,conlapeticiónquesehadescritoanteriormenteparalaobtencióndelasmedidas. Paracualquierdescarga,esnecesariodecirlealnavegadorqueloquevieneacontinuaciónnoesuna páginaweb,sinoqueesunarchivoquedebeguardarconciertonombreyciertaextensión,ya continuaciónmandarledirectamenteelarchivo. Enestaseccióndelaweb,asícomoocurreencasitodaslasdemás,segeneraunmenú dondeelegirelsensordelquesequierenobtenerdatos.Estemenúsegeneradinámicamente,pues lossensoresinstaladospuedencrecerennúmero,yhacersecomplicadoytediosoelreprogramar todoslosmenúsdelasdistintasseccionesdelaweb.Paraello,sehaceusodelapeticiónalabasede datos“SHOWTABLES;”,quemuestralosnombresdelastablasqueseencuentrandentrodeuna basededatos.Puestoquelosnombresdelastablascoincidenconlosidentificadoresdelosequipos, selistanlosnombresdetodaslastablas,permitiendoasísuselección. Tambiénsehadetenerencuentaquenotodoslossensoresenvíanelmismotipode información,porloquetambiénsepuedeautomatizarlaobtencióndeéstadelabasededatos, haciendousodelapetición: DESCRIBE'<nombre_tabla>'; Estapeticióndevuelvelacomposicióndelatabla,deformaquepermiteconocerdecuántas columnassecompone,ylasetiquetasdelasmismas,paraasípodergenerarlascadenasdedatos requeridasparalasvisualizacionesydescargasdeformamásgenéricayconmenoscódigo.
ParteII:Anexos 47 Paraenviarlosdatosalusuario,secreaunarchivodeExcelqueseenvíaalnavegador.Hay quetenerencuenta,quedependiendodelaconfiguraciónregionaldelordenador,elseparador decimalpuedeserpuntoocoma,porloqueseimplementaunselectorenlaweb,antesderealizar ladescarga,deformaqueelusuariopuedaelegirdichoseparador,yasíserepresentenlosdatosen Excelcorrectamente.Así,volviendoaladescargadelosdatos,deloquesetrataesdegeneraruna cadenadedatosquesimuleunatablaquecontengalosdatosadescargar,porloquehayque introduciretiquetasquemarquenelinicioyelfinaldelatabla,asícomodelimitarlasfilasylas columnas.Unejemplosencillodelaestructurasemuestraacontinuación: <table> <tr> <th>Cosa1</th><th>Cosa2</th> </tr> <tr> <th>16</th><th>15,24</th> </tr> </table> Seobservacómolatablavienedelimitadaporlasetiquetas<table>y</table>,mientrasque lascolumnassemarcancon<th>y</th>,ylasfilascon<tr>y</tr>.Porotraparte,lascabecerasque hayqueenviarson: Content‐type:application/vnd.ms‐excel Content‐Disposition:attachment;filename=<nombre_archivo>.xls Laprimera,indicaalexploradorqueloquevaarecibiresunarchivodeExcelynounapágina web,ylasegundaleindicaquedeberecogerloyguardarloconelnombre<nombre_archivo>yla extensión“.xls”. Finalmente,comotodoloqueseintroduzcaacontinuaciónenlawebvaasertomadocomo partedelarchivo,simplementesecierraelscript. Tambiénsepuedequererúnicamenterepasarlaevolucióndelasmedidassinnecesidadde descargarlas,porloqueotraopciónqueseincluyeenlawebesladevisualizarlosdatosgraficados. Estaeslaopciónalaqueseentrapordefectoalaccederalapágina.Paravisualizarlosdatos, primeramenteseobtienendelamismaformaqueseobtienenparaladescarga,sóloqueeneste caso,setienequecrearunacadenadiferenteconlosdatos,yaqueelformatodelosdatos introducidosenlasfuncionesdecreacióndelasgráficasesdiferentedelusadoparalacreacióndel Excel.Enestecaso,elformatodelacadenadebesercomoelsiguiente: <chart> <categories> <categorylabel='dia1'/> <categorylabel='dia2'/> </categories> <datasetseriesName='<nombre_serie>'parentYAxis='P'> <setvalue='13'/> <setvalue='39.7'/> </dataset> </chart> Enestecaso,lasetiquetas<chart>y</chart>delimitanelconjuntodedatosutilizadospara generarelgráfico,mientrasqueaquí,laseparacióndelasdoscolumnas,puestoqueseidentifican concadaunodelosejes,estámuydefinida,marcándoseelejeXdelagráficaconlasetiquetas <categories>y</categories>ylosejesverticalescon<dataset>y</dataset>.ElatributoparentYAxis
Anexo4:Creacióndelaswebs 48 marcasidichosdatossonrepresentadosconrespectoalaescalamarcadaenelejeprimario(P)oen elsecundario(S). Así,yasetienenlosdatospreparadosparasurepresentación,locualsellevaacaboconla siguienteinstrucción: echorenderChart("<path>","",<datos>,"<nombre_grafica>",<anchura_pixels>,<altura_pixels>,false,true); “echo”envíatalcualloquelesiguealcódigoHTMLqueformalapáginaweb,demodoque, enelnavegador,Javascriptinterpretaestafunciónylaejecuta,puesanteriormentehasido declaradaenlacabeceradelaweb.Porotraparte,en<path>seintroduceladireccióndelosscripts quecontienenlasfunciones,en<datos>seintroducelavariablequecontienelacadenadedatos, mientrasque<altura/anchura_pixels>marcaneltamañodelagráfica,falseindicaquenoestáactivo elmododedepuración,ytrueseponeyaqueesunaopciónpordefectoquenoestáactiva.Elcampo enblanco(“”)eselcampoenelqueseintroduciríalaURLdelaqueseobtendríanlosdatosen formatoXML(eXtensibleMarkupLanguage)oJSON(JavaScriptObjectNotation)siéstossetomasen desdeotrapáginaweb,envezdeintroducirsedesdeunacadena. Comosehacomentadoanteriormente,tambiéncabelaposibilidaddellevaruncontrolde loserroresaparecidosenlarecepcióndedatos,almacenandoéstosenarchivosdetexto.Mediante unbuclequerecorretodoslosarchivosdeldirectoriodeerrores,seabrenlosarchivosyseimprimen porpantallaelnombredelarchivoysucontenido.Paraaplicacionesfuturasconmuchossensores instalados,seránecesarioorganizarestedirectorio,pudiéndosegenerarunacarpetaporsensor. Trasesto,tansóloquedalacreacióndelaseccióndeconfiguraciónremotadelosequipos. Dichaconfiguraciónseharállegaraldispositivoenlarespuestadelservidoralapeticiónde almacenamientodedatos.Comopuededarselasituacióndequeúnicamentesereconfigurealguno delosparámetros,sealmacenanenunabasededatosdichosparámetros,marcadosconunflag,de formaquesidichoflagestáauno,sehacambiadoynohasidoenviadoalequipotodavía,porloque sedeberáhacerenlasiguientepetición.Así,seconsiguereducirlacantidaddedatoscursados,a costadeunmayorcostedeprocesadoeneldispositivoremoto,puesdebeevaluarquéparámetros lellegan,parareconfigurarlos. Conesto,secompletalaprogramacióndelasfuncionesbásicasdelapáginaweb,que garantizaunaccesoadichawebsóloausuariospermitidos,protegiendoasíelsistema,decambios maliciososdelaconfiguracióndelosequipos,oaccesosdeextrañosalosdatosalmacenados, ademásdeevitarengranmedidaelenvíodedatosporpartedeterceros. Además,seincluyeenelmismodirectorio,peronoaccesibledesdeningunadeestas páginas,unscriptquepermitealsensorremotoobtenerlafechaylahoralocaldelservidor,porsi llegaseahacerfaltaparalaconfiguracióninicialdelequipo. Trasesto,serealizanunaseriedepruebasparacomprobarelfuncionamientodelservidoren determinadassituacionesquegenerasenerrorenalgúnpunto.Unadeestassituacionesfuerealizar unenvíoaunadireccióninexistente,encuyocasoseobservóquerespondeconelcódigodeerror “404:NotFound”.Otrafueelenvíoerróneodealgunadelascabeceras,aloquerespondeconun “400:BadRequest”,mientrasquesiseintroducemalalgunaetiquetadedatos,daporbuenala peticiónconuncódigodeerror“200:OK”,peroPHPdevolveráunerrorenelcuerpodelarespuesta.
ParteII:Anexos 49 Anexo5: Estudiodetráficogenerado Comosehacomentado,enesteanexosevaarealizarunestudiodeltráficogenerado, profundizandoenloscálculosrealizados.EstoscálculossehanllevadoacaboenunahojadeExcel, quesehapreparadoparaefectuarlassimulacionesdetráficoexpuestas. Paralaestimacióndeltráficodedatosquevaagenerarelequipo,hadetenerseencuenta que,debidoaquelascompañíastelefónicasfacturantantoeltráficodedatosgeneradocomoel recibido,sehaderealizarelcálculodeltotaldedatosteniendoencuentaambostráficos.Asimismo, losdatosquesetomansonlosdeniveldeenlace,presumiblemente,pueslascabecerasdeestenivel variaráneneltranscursodelosdatagramasIPporlasdiferentesredes(redesX.25,Ethernet…) (figura19),porloqueesdesuponerqueelniveldeenlaceseaenelqueserealiceelcálculodel consumo. Figura19:Nivelesimplementadosenlosdistintosdispositivosdered.Eldispositivoremotoirágenerandodatosdetodoslos niveles.Losrouters,porsuspropiascaracterísticas,deberánleerlascabecerasdeniveldered,mientrasquelosbridges tendránqueleerlascabecerasdelniveldeenlace. Comoseobservaenlafigura19,losrouterstrabajananiveldered,esdecir,conlos datagramasIP,porloquecomoelprimerelementoquetienenqueatravesaréstosenlaestación baseesunrouter(elmóduloSGSNdeGPRS,comoseveenlafigura13delanexo1)quegeneralos datagramasqueseintroducenenlared,caminodeldestino,seanesoslosdatosquesecontabilicen, ylosquesetomenparalatarificación. Así,setendránquecontabilizarlosdatosdeniveldeenlace,queincluiránlosdatosdenivel dered(protocoloIP)ysuscabeceras.Losdatosdenivelderedestaránformadosporlosdatosde niveldetransporte(protocoloTCP),correspondientesconlosdatosgeneradosporlapeticiónHTTP deniveldeaplicación,máslascabecerasdeTCP.Detodosestosdatos,losúnicosquesegenerarán directamenteporpartedelmicroprocesadorquecontrolaelequipodemedida,seránlosdatosde
Anexo5:Estudiodetráficogenerado 56
ParteII:Anexos 57 Anexo6: Estudiodeconsumoenergético Paralarealizacióndeesteestudio,sehapreparadounahojadecálculodondese estableceránloscálculosarealizarapartirdelperiododemedidaydelosdatosobtenidosdelas medidasrealizadas.Porotraparte,debidoalasdiferenciasdeconsumosegúnlaacciónqueesté llevandoacaboelmóduloencadamomento,seharáncapturasdelosciloscopioquepermitan analizarencadamomentoquéestáocurriendoyaquéesdebido,paracomprendermejorel comportamientodelosdispositivosGPRS. LaimportanciaderealizarunminuciosoanálisisdelconsumodelmóduloGPRSradica principalmenteenlavariabilidaddedichoconsumoysualtonivelenalgunasocasiones,porloque resultainteresantepoderpreverdiferentessituacionesdeconsumo,debidoaquesevaainstalaren módulosquedebenserautónomos,ycuyasbateríasdebenmantenercargasuficienteparadar servicioatodosloscomponentes.Porlotanto,secaracterizará,tantoelconsumomientrasse mantieneelmódulodormido,comoelconsumocuandoseapagaelmódulo,paraasípoder determinarsiresultamejoropcióndormirlooapagarlo. Paraello,serealizaráunmontajeenelcual,elmóduloGPRSiráconectadoaunArduinoUno rev3deCookingHacks[24],queseráusadocomogateway,paraqueasíselepuedanenviarlos comandosalmódulodirectamentedesdeunpuertoseriecualquiera.ElmóduloGPRSsealimentará conunafuenteexterna(E3649AdeAgilent),paraasípodermedirlacorrientedeentradaenun osciloscopio(MSO3034deTektronix)conunasondadecorriente(TCP0030deTektronix),loque determinaráelconsumoqueseestádandoencadamomento. Enlashojasdecaracterísticasdelmódulosepuedeobservarqueelconsumopuedellegara valoresde2.2Adurantelospicosproducidosporlatransmisión,cuandoladistanciaalaestación baserequieradichapotencia. Comoejemplodealgunascapturasdelosciloscopioanalizadasparaobtenerlosconsumos portramos,sepresentanacontinuaciónlascapturascorrespondientesalaintroduccióndelPIN (figura24)yelapagadodelmódulo(figura25). AnalizandoelconsumodecorrientegeneradoalenviarelPIN(figura24),seobservaqueal principiodelacapturasetieneunconsumoimportante.Esto,presumiblemente,esdebidoaqueal notenersetodavíaconstanciadelaoperadoraalaquesedebeconectar,mantieneunanálisisde todaslasoperadorasalasquepuedeacceder,paraacelerarelprocesodenegociaciónqueseinicie conlaintroduccióndelPIN.Trasesto,seintroduceelPIN,conloqueaparecenpicosgrandesde
Anexo6:Estudiodeconsumoenergético 58 consumo,debidosatransmisiones.Estastransmisionessondebidasalaccesodelmódulo,alared deloperadorcorrespondientealatarjetaSIMqueseacabadeactivar.Finalmente,cuandoyaha completadotodalanegociacióndeparámetrosyconfiguracióndelosmismosenelmódulo,se mantienealaespera,conmenorconsumo,puessólodebeatenderalosslotsporlosquelellegan loscanalesdecontroldelaoperadoraalaquehaaccedido. Figura24:CapturaenlaqueserepresentaelconsumoprevioalaintroduccióndelPIN,elconsumodurantelanegociación deingresoalared,yelconsumoenreposotrasesto. Igualmente,siseanalizalacapturacorrespondientealapagadodelmódulo(figura25),se puedeverqueantesdeapagarse,setieneunperiododereposo,enelqueelmóduloyahaavisadoa lareddequesevaaapagar,hastaquerecibelaconfirmaciónyenvíalarespuesta“OK”porelpuerto serie. Figura25:Capturaenlaqueseobservaelperiododereposoanterioralapagadodelmódulo. Faltaporcomentarqueenelprocesodedormir/despertardelmódulo,seobservaque partiendodelmóduloapagado,eldespertadosehaceendosfases.Enunprincipio,elmódulo consumepocoduranteunossegundos,previsiblementemientrasactivalasdiferentes funcionalidades,hastaqueporfinsedespiertadeltodo,mientrasqueeldormidodelmóduloselleva acabodegolpe.Entodaslasfases,dormido,despiertoydespertándose,siguemanteniendoel contactoconlaestaciónbase,comoenreposo.Además,eldormidolorealizacuandollevaunos segundossinrecibircomandos,mientrasqueparadespertarse,necesitarecibiralgúncomandopor elpuertoserie,quenoserácapazdeinterpretar.
ParteII:Anexos 59 Destacartambiénqueenlarecepcióndelosdatos,seobtienentambiénunospicosde consumocomoentransmisión,perosinllegaralniveldeestosotros,yaqueelmódulosólotiene queamplificarlaseñalrecibidaydecodificarla,ynohacerlallegarhastalaestaciónbase. Porotraparte,elconsumodelmódulodurantelarecepcióndeuncomando,escomoel consumoaparecidojustoantesdelapagadodefinitivodelmismoenlafigura25,ligeramente superioralconsumoenreposo. Deestascapturas,sepuedenobtenerlosconsumosmediosquetienecadapartedela conexión,obteniéndoselosresultadosdetiemposyconsumosdecorrientereflejadosenlatabla4: Consumoapagado 4.7mA Consumodormido 8.4mA Consumodespertándose 20mA Consumoencendido 34.4mA Consumorecibiendouncomando 50mA ConsumoantesdeintroducirelPIN 74.9mA ConsumotrasintroducirelPIN 106.41mA Consumotransmitiendodatos 183.6mA Consumorecibiendodatos 146.88mA Tiempoquetardaendespertarse 1.4segs. Tiempoempleadopor PIN 6segs. Tiempoempleadoentransmitir 15segs. Tiempoempleadoenrecibir 8segs. Tabla4:Resultadosobtenidosenlassimulacionesrealizadasparaelcálculodelconsumo Estosresultadossepuedenreflejarenunasimulacióndeunatransmisión,deformaquese puedaobtenerelconsumomedioyunperfildeconsumodelatransmisión.Dichoperfildeconsumo semuestraenlafigura26,dondesepuedenobservardiferenteszonasdeconsumo: ZonaA:Duranteelprocesodeencendido,mientrasseconfiguraelmóduloyseactivantodas lasfuncionalidades,tieneunconsumomediodeunos50mA. ZonaB:Acontinuación,elsistemaestáencendidoyleyendolainformacióndetodoslos operadoresquelellegandesdelaestaciónbase,consumiendounos74.9mAdemedia. ZonaC:CuandoseintroduceelPIN,comienzaunintercambiodeinformacióndelmódulocon laestaciónbase,deformaqueéstesesuscribealaredmóvildeloperadormarcadoporla tarjetaSIM,yobtienelosdatosdelamisma,consumiendounos106.41mAdemedia. ZonaD:Unavezactivadoelaccesoalared,comienzaelenvíodecomandosparaconfigurarel accesodedatosantesdeiniciarlatransmisión.Porotraparte,lazonaDqueaparecetrasla recepción(zonaF),correspondealenvíodelcomandoqueapagaelmódulo.Enestazona,se consumenunos50mAdemediamientrasinterpretaelcomandoyunos34.4mAentreellos. ZonaE:Trasesto,serealizalatransmisióndelosdatosalservidor,porloquesedaelmayor consumoenergético,consumiendounos183.6mAdemedia. ZonaF:Unavezseharealizadoelenvío,elservidorresponde,yelmóduloprocesalosdatos recibidos,consumiendounos146.88mAdemedia. ZonaG:Traslarecepcióndelaordendeapagado,elmóduloconcluyesuconexiónalared móvildeloperadorcorrespondiente,antesdeapagarse,consumiendounos34.4mAde media.
Anexo6:Estudiodeconsumoenergético 60 Figura26:Perfildeconsumomediodeunatransmisiónterminadaapagandoelmódulo. Conesto,sepuederealizaruncálculoaproximadodelconsumomediodelmódulo,llegando aque,sisuponemosqueserealizaunenvíocada15minutos,setieneunconsumodeunos10.86mA apagandoelmódulo,yunos12.87mAsiseduermeelmóduloenvezdeapagarlo.Asípues,eneste casosepuedeverque,aunqueladiferenciaparecepequeña,puesesde2mA,suponeunahorrode bateríademásdel15%,porloqueparecelógicopensarquelamejoropciónesapagarelmódulo. Porotraparte,comosepuedeverenlafigura27,conformesereduzcaelperiododeenvío, lamejoraquesuponeelapagadodelmódulofrenteadormirloseveráreducido,yllegadocierto punto,espreferibledormirlo,pueslaconfiguraciónsemantiene,haciendoqueelmódulotengaque estarmenostiempoencendido.Estarelaciónsepuedeobservarenlafigura27,dondeseobserva queparaperiodosmenoresde7minutos,espreferibledormirelmódulomanteniendola configuración.Estopermiteobservarquesiseusaelmódulocomoelementofinalenunaredde equiposremotos,comonosesabecuándovaatenerselanecesidaddeestableceruna comunicación,pudiendoserperiodosmuypequeños,resultamásconvenientedormirelmódulo. Figura27:Enelejedeladerecha,comparacióndelconsumomedioapagandoelmódulo(rojo)frentealconsumomedio durmiéndolo(verde);Enelejedelaizquierdayenazul,elporcentajedemejoraquesuponeapagarelmódulo Tambiénsepuederealizaresteanálisismanteniendoelmódulodespierto,obteniendomejor resultadoalapagarelmódulosiempreycuandoelperiodoseamayorque1minuto35segundos, perosiemprevaasermejordormireldispositivo,puesenamboscasosseahorraráreintroducirla
ParteII:Anexos 61 mismaconfiguración.Delperfildeconsumodelatransmisiónsepuedetambiénllegarala conclusióndequenotienesentidoreducirelperiododemediciónpordebajode40segundos,pues enesecasoyacasinosetienetiempoparaqueeldispositivosepuedaapagar. Comoseestimaqueelconsumodelmódulosiguesiendomuyelevado,debidoalconsumo delregulador,seoptaporcortarlaalimentacióncuandoseapagueelmóduloreduciendoasídicho consumo.Deestaforma,seobtieneunconsumomedio,apagandoelmódulo,de6.43mA. Igualmente,comosecomentaenlamemoria,enlaspruebasfinalesrealizadasdelsistema completo,sehanoptimizadolostiemposdeesperaentrecomandos,solapandotambiénla ejecución,porpartedelmódulo,dealgunodeellos,consiguiendoasíreducireltiempoquerequiere estarencendidoelmódulo.Deestaforma,sehareducidoelconsumoenergéticomedio,queerade 6.43mA,hasta2.3mA,queesunconsumomuypequeñocomparadoconelquegeneranelrestode loscomponentes.
Anexo6:Estudiodeconsumoenergético 62
ParteII:Anexos 63 Anexo7: Caracterizacióndelsistemadecargayalimentación Enesteanexosecomentaelmontajerealizadoparalamedidadelosparámetrosdecarga delpanelsolaryelcargadorutilizadosenelequipofinal.Tambiénsemostrarányanalizaránlos resultadosobtenidosdeestemontaje. Comopuntodepartidasehadetenerencuentaqueelconsumomedioestimadodel móduloestaentornoalos2.3mA,comoseexponeenlamemoria,pudiéndosellegarapicosde hasta2.2Aencasodequeelcaminoentreeltransmisorylaestaciónbasepresentasemuchas pérdidas,debidasaladistancia,desvanecimientos,uotrascausas.Aesteconsumo,hayquesumarle tambiénelconsumodelosdistintoscomponentesdelaplaca,queesdeunos40‐45mA,porloque sepuedeestablecerunconsumomedioaproximadodeunos50mAentotal. Pararealizarlaspruebasdecargadelabatería,seempleaelcargadorfinal,conectándoleen laentradaelpanelsolar,yenlasalida,labateríayunregulador,alqueseconectaunacargaque simulaelconjuntodelequipo.Dichacarga,debegenerarunflujode50mAporella,porloque,como elreguladordaensusalida3.3V,seutilizaunaresistenciade0.25W,yaqueelconsumoesde aproximadamente0.165W,conunvalorde66Ω.Alnodisponersedeunaresistenciadedichovalor exacto,seempleaunade64.9Ω,simulandoasíunacorrientecasiidéntica,másconcretamentede unos50.84mA,peroconunconsumoaunasímenorde0.25W. Elpanelsolarutilizadopuedellegaragenerarunatensióndeunos7.5Ventresusterminales, porloque,teniendoencuentaqueelcargadorausartrabajacorrectamentecontensionesmenores a7V,secolocaunreguladordetensiónde5Vasusalida,deformaqueasísepuedaaprovecharal máximolacapacidaddecargaproporcionadaporelpanelyelcargador. Así,haciendousodeundatalogger(34972ALXIDataAcquisition/DataLoggerSwitchUnitde Agilent),semedirán,durantevariosdías,lastensionesdebatería,delreguladordelacarga,del reguladordelcargadorylaproporcionadaporelpanelsolar,ylascorrientesalaentradaylasalida delcargador.Latensióndelabateríaproporcionaunamedidadelacargaqueéstaalmacena, mientrasquelacorrientealasalidadelcargadordalamedidadecuántoseestácargandoenese instantelabatería,quedeberíaseraproximadamentealgomenorquelaintensidadalaentradadel cargador,puesantesdelcargadorsederivapartedelacorrientealacarga.Latensióndelregulador delacargaindicasiempreelmismovalor,anoserqueenalgúnmomentolabateríasedescargue tantoquenoseacapazdeproporcionarlacorrientesuficientealacarga.Latensiónproporcionada porelpanelsolarpermiteobservarlasdiferenciasdecargaenciertosmomentosdeldía.
Anexo7:Caracterizacióndelsistemadecargayalimentación 64 Conesto,semontauncircuitocomoelmostradoenlafigura28,dondelosvoltímetrosy amperímetrossonlasentradasdetensiónycorrientedeldatalogger,montajequesepuedeverenla figura29. Figura28:Esquemadelmontajerealizadoparalatomademedidasdecargadelabateríapormediodelpanelsolar. Figura29:(a)colocacióndelpanelsolarendirecciónalsuryconunainclinaciónde56º.(b)montajeparaefectuarlas medidasconeldatalogger. Conesto,seobtienenlasmedidasmostradasenlasfiguras30,31y32: Figura30:Tensionesdebateríayalasalidadelreguladorobtenidasdelmontajeexpuesto. (b) (a)
ParteII:Anexos 65 Figura31:Corrientesdecargayproporcionadaporelpaneldelmontajeexpuesto. Enlafigura31,seobservacómoenlosprimerosdías,latensióndelabateríaalfinaldecada díaesmayorquelatensiónqueseteníaeldíaanterior,porloqueseestácargandomásdeloquese estágastando.Enlosdosúltimosdías,comoconsecuenciadeunaumentodelanubosidad,la corrientetotaldecargadisminuye,haciendoquelabateríapierdacargadíaadía.Comoestatensión nodecaedemasiadoenningunodelosdías,latensiónsuministradaporelreguladorestáfija entornoalos3.3V,comocabíaesperar.Porotraparte,enlafigura32,seobservaquelacorrientede cargaessiempreunos50mAmenorquelacorrientesuministradaporelpanel,loquese correspondeconlaintensidadqueestáconsumiendolaresistencia.Además,seobservantambién dosnoidealidades.Unadeellasesquelaintensidaddecarganocrecealprincipiodeldía linealmente,nicaelinealmentealfinaldeldía,hastaelpuntomáximo,defectoquesehaidentificado conqueelpanelsolarestáensombraalprincipioyalfinaldeldía.Laotranoidealidadesquela intensidadllegaalpuntomáximo,yvacayendoconformeavanzaeldía,loquesehaidentificadocon elhechodequelabateríaestécasicargada,deformaquerequiereunmenorcargado.Estose observatambiénenlatensióndebatería,yaquevaaumentandomáslentamente.Aestemismo respecto,comentartambiénqueelmáximodeintensidaddecargaobtenidoenlagráficaestáen tornoalos200mA,mientrasqueenunaspruebasprevias,seobteníanvaloresdecorrientedecarga dehasta280mA,porloquesepuedesuponerqueencasodequelacargadelabateríafuesemenor, sepodríallegaragenerarunacorrientedecargasuperior.Además,seapreciatambiénelefectode lasnubes,quehacenquelaintensidaddecargadisminuyacuandoéstastapanelsol.Estosdos últimosefectosseobservanmásclaramenteenlafigura33: Figura33:Tensionesdepanelydecargaobtenidasdelmontajeexpuesto. Enellasepuedeverquetantoalprincipiocomoalfinaldeldíasedancambiosbruscosde tensióndepanel,debidocomosehacomentadoaqueeledificiohacesombraalpanel.Esmuy
ParteIII:Bibliografía 73 BIBLIOGRAFÍA [1]EspecificacionestécnicasdeGSM: http://www.3gpp.org/ftp/Specs/html‐info/45‐series.htm [2]ManualdeGPRS: http://www.radio‐electronics.com/info/cellulartelecomms/gprs/gprs_tutorial.php [3]ManualdeUMTS: http://www.radio‐electronics.com/info/cellulartelecomms/umts/umts_wcdma_tutorial.php [4]InformacióntécnicaacercadeBluetooth: http://www.bluetooth.com/Pages/Tech‐Info.aspx [5]EspecificacionestécnicasdeZigBee: http://www.zigbee.org/Specifications.aspx [6]EstándarTCP: http://www.rfc‐es.org/rfc/rfc0793‐es.txt [7]EstándarUDP: http://www.ietf.org/rfc/rfc0768.txt [8]EstándarFTP: http://tools.ietf.org/html/rfc959 [9]EstándarHTTP: http://www.w3.org/Protocols/rfc2616/rfc2616.html [10]WeboficialdelaplataformaXively: https://xively.com/ [11]WeboficialdelaplataformaExosite: http://exosite.com/ [12]WeboficialdelaplataformaCarriots: https://www.carriots.com/ [13]ManualdeusuariodeHTML: http://www.desarrolloweb.com/manuales/21/
Bibliografía 74 [14]ManualdeusuariodePHP: http://php.net/manual/es/index.php [15]TutorialdeJavascript: http://www.w3schools.com/js/ [16]WeboficialdelproyectodelservidorwebApache: http://httpd.apache.org/ [17]WeboficialdelservidordebasesdedatosMySQL: http://www.mysql.com/ [18]WeboficialdelaherramientadeadministracióndeMySQL,PHPMyAdmin: http://www.phpmyadmin.net/ [19]WeboficialdelmódulodecreacióndegráficasFusionCharts: http://www.fusioncharts.com/ [20]ManualnooficialdeinstalacióndeApache,PHP,MySQL,yPHPMyAdmin: http://www.lawebdelphp.com/manuales/lampp.pdf [21]ManualnooficialdeinstalacióndeApache,PHP,MySQL,yPHPMyAdmin: http://www.maestrosdelweb.com/editorial/phpmysqlap/ [22]GuíabásicaparalasecurizacióndelservidorwebApache(InstitutoNacionaldeTecnologíasdela Comunicación): http://www.inteco.es/guias/guia_apache [23]Gestióndesesionesweb:ataquesymedidasdeseguridad(InstitutoNacionaldeTecnologíasde laComunicación): http://www.inteco.es/guias/guia_sesiones_web [24]WeboficialdeLibelium: http://www.libelium.com/es/