Proyecto CMS | Sistema de Monitorización Costera para el Mar Menor

Red de Sensores

El objetivo principal de este proyecto ha consistido en diseñar un sistema de bajo coste y fácil despliegue basado en WSN, formado por diferentes dispositivos que cooperen entre sí para llevar a cabo un objetivo común, como es la monitorización del medio marino. La zona de monitorización se centra en la laguna costera del Mar Menor situada al sureste de la Península Ibérica, en la Región de Murcia, frente a las aguas próximas adyacentes del Mar Mediterráneo.

Algunas de las ventajas de estos sistemas son la gran resolución espacial y temporal de los parámetros monitorizados, y además, el despliegue de una red de este tipo requiere una inversión menor tanto en coste como en tiempo, frente a soluciones clásicas como las utilizadas en los observatorios oceanográficos en los que se utilizan recursos con mayores prestaciones (boyas de aguas profundas, AUV's, gliders, boyas lagrangianas, etc.).

Una WSN puede estar formada por diferentes tipos de nodos o motes que se comunican de forma inalámbrica. En la siguiente imagen se presenta un esquema de la arquitectura propuesta para una WSN aérea en observación oceanográfica.

Esquema de la arquitectura propuesta para una WSN aérea en observación oceanográfica

En los puntos que se desee llevar a cabo la monitorización de parámetros oceanográficos, se dispondrán diferentes nodos o boyas pudiendo a su vez formar diferentes topologías. Para la comunicación inalámbrica entre las boyas de cada WSN se ha empleado la tecnología ZigBee. Mientras que para la comunicación con los nodos aislados que no tengan cobertura RF, se ha utilizado una comunicación GPRS.

En general, la solución a la que se llega es ad-hoc puesto que depende de diversos factores que condicionan su diseño. Para la implementación del sistema completo se han desarrollado los siguientes ítems:

  • Diseño y fabricación del hardware de los diferentes tipos de nodos (nodos ZigBee y nodos GPRS). Para los nodos ZigBee el nodo diseñado se denomina MEWiN (MultiEnviromental Wireless Node). Dicho diseño está basado en una estructura modular compuesta por diferentes placas electrónicas. Una placa principal multipropósito denominada MEWiN Main-Board (mostrada en la siguiente imagen), que incluye los componentes comunes, de forma que se puede utilizar en diferentes proyectos de investigación de redes de sensores llevados a cabo en diversos ámbitos, como por ejemplo agricultura, medioambiente y oceanografía. Y conectado a ésta, diferentes placas de interfaz diseñadas ad-hoc a las características del trabajo en cuestión.
Placa principal multipropósito denominada MEWiN Main-Board
  • Los nodos GPRS desarrollados operan de forma autónoma e independiente de la WSN, y tienen como objetivo monitorizar zonas aisladas en las que no hay cobertura RF con el servidor de datos. El diseño de este nodo está basado en el módulo GE863-GPS de Telit Communications.
  • Por otro lado, en la puesta en marcha de una WSN para aplicaciones oceanográficas se presentan nuevos retos y dificultades y es por ello necesario una dedicación especial al diseño de la estructura mecánica de la boya. La estructura mecánica diseñada cumple con una serie de requisitos. La visibilidad de la boya al tráfico marítimo, una estructura formada por materiales no contaminantes, capaz de reducir los efectos de la condensación, la estabilidad de la boya ante condiciones atmosféricas adversas y la estanqueidad de la caja que contiene la electrónica son requisitos que debe cumplir la boya oceanográfica por el hecho de estar en el mar. Para hacer posibles despliegues lo más rápido y eficientemente posible, necesario por ejemplo en el caso de catástrofes, se diseñó una estructura ligera y de fácil montaje. Además, para poder obtener una gran resolución espacial con una pequeña inversión, la boya diseñada debía ser de bajo coste.
Diseño de la estructura mecánica de la boya
  • Por último, se ha desarrollado un sistema de monitorización que albergará toda la información relativa a la WSN. Éste consiste en una aplicación gráfica de usuario implementada en LabVIEW, cuyo panel frontal se muestra en la siguiente imagen. Permite visualizar la posición geográfica de cada nodo del despliegue haciendo uso del API de GoogleMaps, muestra la información del último mensaje recibido por los nodos, e incluye también una opción para la representación gráfica de los datos.
Aplicación gráfica de usuario implementada en LabVIEW