Diseño e implementación de una red inalámbrica de sensores para la detección precoz de incendios forestales

Abstract

[ES] El objetivo de este proyecto es diseñar un sistema de detección de incendios forestales basado en una red inalámbrica de sensores. Para llevarlo a cabo, se realiza un estudio de las redes de sensores, analizando sus características, estructura, topologías de red, algoritmos de enrutamiento y opciones de conectividad inalámbrica de largo alcance más comunes. También se hace un breve repaso a la problemática que existe sobre los incendios forestales y la utilidad que IoT y las Smart Cities pueden ofrecer para la prevención de incendios forestales. Una vez comprendida la naturaleza de las redes de sensores y el papel que pueden jugar en la detección de incendios forestales, se plantea una solución hardware basada en la creación de nodos a medida. También se desarrolla el algoritmo que ejecutan los nodos, el cual implementa una red en malla junto con un enrutamiento por inundación. A continuación, se construye un prototipo en Arduino que implementa el algoritmo desarrollado para, así, comprobar si el objetivo es alcanzable. Para ello, se diseña un plan de pruebas de cuatro partes que comprueban las funcionalidades más importantes, a la vez que evalúan la tolerancia a fallos, la adaptabilidad, la escalabilidad, la correctitud y la fiabilidad e integridad del sistema. Una vez realizadas las pruebas, se obtienen resultados muy prometedores. Lo cual demuestra que, haciendo uso de las redes inalámbricas, la topología en malla y el enrutamiento por inundación, se ha desarrollado un sistema de detección de incendios forestales viable y listo para su implantación.

[CA] L’objectiu d’aquest projecte és dissenyar un sistma de detecció d’incendis forestals basat en una xarca de sensors sense fil. Per a dur-ho a terme, es realitza un estudi de les xarxes de sensors, analitzant les seues característiques, estructura, topologies de xarxa, algoritmes de encaminament y opcions de connectivitat sense fil de llarg abast més comuns, També es fa un breu repàs a la problemàtica que existeix sobre el incendis forestals i la utilitat que IoT i les Smart Cities poden oferir par a la prevenció d’incendis forestals. Una vegada compresa la naturalesa de les xarxes de sensors i el paper que poden jugar en la detecció d’incendis forestals, es planteja una solució hardware basada en la creació de nodes a mesura. També es desenvolupa l’algorisme que executen els nodes, el qual implementa una xarxa en malla juntament amb un encaminament per inundació. A continuació, es construeix un prototip en Arduino que implementa l'algorisme desenvolupat per a, així, comprovar si l'objectiu és assolible. Per a això, es dissenya un pla de proves de quatre parts que comproven les funcionalitats més importants, alhora que avaluen la tolerància a fallades, l'adaptabilitat, l'escalabilitat, la correció i la fiabilitat i integritat del sistema. Una vegada realitzades les proves, s'obtenen resultats molt prometedors. La qual cosa demostra que, fent ús de les xarxes sense fils, la topologia en malla i el encaminament per inundació, s'ha desenvolupat un sistema de detecció d'incendis forestals viable i preparat per a la seua implantació.

[EN] The objective of this project is to design a forest fire detection system based on a wireless sensor network. To carry this out, a study of wireless sensor networks is conducted, which analyses their characteristics and structure and the most common network topologies, routing algorithms and options for long-range wireless connectivity. A brief review of the issue of forest fires and the utility that the IoT and smart cities have to offer towards the prevention of forest fires is also done. Once the nature of sensor networks and the role they play in the detection of forest fires are understood, a hardware solution, based in the creation of tailor-made nodes, is proposed. The algorithm which the nodes use is also developed, which implements a mesh network together with a flooding routing algorithm. As a continuation, a prototype is constructed in Arduino which implements the developed algorithm in order to test if the objective is obtainable. To this end, a test plan of four parts is designed, which checks the most important functionalities and at the same time, demonstrates the tolerance to failures, adaptability, scalability and correctness, reliability and integrity of the system. Once the tests are conducted, very promising results are obtained. This demonstrates that (whilst making use of wireless networks, mesh topology and flooding routing algorithms) a viable system for the detection of forest fires has been developed, which is ready for implementation.