PROYECTO DE TITULACIÓN INGENIERO EN NETWORKING Y...

UNIVERSIDAD DE GUAYAQUIL

FACULTAD DE CIENCIAS MATEMATICAS Y FISICAS

CARRERA DE INGENIERIA EN NETWORKING Y TELECOMUNICACIONES

Estudio, diseño y emulación de una red WSN con integración hacia redes

TCP/IP, para monitorizar a través de una interfaz vía web, la temperatura,

movimiento, iluminación, humedad y sonido del centro de cómputo de la

carrera de ingeniería en sistemas y Networking de la facultad de ciencias

matemáticas y físicas de la universidad de Guayaquil.

PROYECTO DE TITULACIÓN

Previa a la obtención del Título de:

INGENIERO EN NETWORKING Y TELECOMUNICACIONES

AUTOR (ES):

DIEGO ANDRES FUENTES QUICHIMBO.

TUTOR:

FRANCISCO XAVIER ALVAREZ SOLIS

GUAYAQUIL – ECUADOR

2018

REPOSITORIO NACIONAL EN CIENCIA Y TECNOLOGÍA

FICHA DE REGISTRO DE TESIS/TRABAJO DE GRADUACIÓN

TÍTULO Y SUBTÍTULO: Estudio, diseño y emulación de una red WSN con integración hacia redes TCP/IP, para monitorizar a través de una interfaz vía web, la temperatura, movimiento, iluminación, humedad y sonido del centro de cómputo de la carrera de ingeniería en sistemas y Networking de la facultad de ciencias matemáticas y físicas de la universidad de Guayaquil

AUTOR(ES): Fuentes Quichimbo Diego Andres

REVISOR(ES)/TUTOR(ES)

(apellidos/nombres):

Ing. Alfredo Núñez, M.Sc /Ing. Francisco Xavier Alvares Solís MSc

INSTITUCIÓN: Universidad de Guayaquil

UNIDAD/FACULTAD: Matemáticas y Físicas

MAESTRÍA/ESPECIALIDAD: INGENIERO EN NETWORKING Y TELECOMUNICACIONES

GRADO OBTENIDO:

FECHA DE PUBLICACIÓN: Marzo del 2018

No. DE PÁGINAS:

ÁREAS TEMÁTICAS: Diseño

PALABRAS CLAVES

/KEYWORDS:

Wsn, sensores, red, tcp/ip, web

RESUMEN/ABSTRACT (150-250 palabras): Red de sensores inalámbricos con integración hacia redes tcp/ip.

ADJUNTO PDF: SI

CONTACTO CON AUTOR/ES: Teléfono: 0939273203 E-mail: [email protected]

CONTACTO CON LA

INSTITUCIÓN:

Nombre:

Teléfono:

E-mail:

II

CARTA DE APROBACIÓN DEL TUTOR

En mi calidad de tutor del trabajo de titulación, “Estudio, diseño y emulación

de una red WSN con integración hacia redes TCP/IP, para monitorizar a través

de una interfaz vía web, la temperatura, movimiento, iluminación, humedad y

sonido del centro de cómputo de la carrera de ingeniería en sistemas y

Networking de la facultad de ciencias matemáticas y físicas de la universidad

de Guayaquil.“ elaborado por el Sr. Diego Andres Fuentes Quichimbo Alumno

no titulado de la Carrera de Ingeniería en Networking y Telecomunicaciones

de la Facultad de Ciencias Matemáticas y Físicas de la Universidad de

Guayaquil, previo a la obtención del Título de Ingeniero en Networking y

Telecomunicaciones, me permito declarar que luego de haber orientado,

estudiado y revisado, la Apruebo en todas sus partes.

Atentamente

_______________________________

Francisco Xavier Alvares Solís

TUTOR

III

DEDICATORIA

Dedico mi proyecto de tesis a mis padres

quienes han velado y apoyado en cada

uno de los pasos que he dado en mi

caminar estudiantil, para poder llegar

a mi meta.

AGRADECIMIENTO

Agradezco principalmente a Dios por darme la sabiduría para poder llegar a esta etapa de mi vida, asimismo agradecer a mis familiares y novia por la motivación dada.

IV

V

TRIBUNAL PROYECTO DE TITULACIÓN

__________________________ _________________________

Ing. Eduardo Santos Baquerizo, M.Sc. Ing. Harry Luna Aveiga, M.Sc.

DECANO DE LA FACULTAD DIRECTOR

CIENCIAS MATEMÁTICAS Y FÍSICAS CINT

__________________________ _________________________

Ing. Francisco Álvarez Solís, M.Sc. Ing. Alfredo Nuñez, M.Sc.

PROFESOR DIRECTOR DEL PROYECTO PROFESOR TUTOR REVISOR DEL DE

TITULACIÓN PROYECTO DE TITULACIÓN

_________________________

Ab. Juan Chávez A. SECRETARIO

VI

DECLARACION EXPRESA

“La responsabilidad del contenido de este

Proyecto de Titulación, me corresponden

Exclusivamente; y el patrimonio intelectual

de la misma a la UNIVERSIDAD

DE GUAYAQUIL”

DIEGO ANDRES FUENTES QUICHIMBO

VII




ESTUDIO, DISEÑO Y EMULACION DE UNA RED WSN CON

INTEGRACION HACIA REDES TCP/IP, PARA MONITORIZAR A TRAVES

DE UNA INTERFAZ VIA WEB LA TEMPERATURA, MOVIMIENTO,

ILUMINACION, HUMEDAD Y SONIDO DEL CENTRO DE CÓMPUTO DE LA

CARRERA DE INGENIERIA EN SISTEMAS Y NETWORKING DE LA

FACULTAD DE CIENCIAS MATEMATICAS Y FISICAS DE LA

UNIVERSIDAD DE GUAYAQUIL.

Proyecto de Titulación que se presenta como requisito para optar por el título

de Ingeniero en Networking y Telecomunicaciones.

Autor/a: Diego Andres Fuentes Quichimbo

C.I. 0951945963

Tutor:

Ing. Francisco Xavier Alvarez Solis.

Guayaquil, 05 enero del 2018

VIII

CERTIFICADO DE ACEPTACIÓN DEL TUTOR

En mi calidad de Tutor del proyecto de titulación, nombrado por el Consejo

Directivo de la Facultad de Ciencias Matemáticas y Físicas de la Universidad

de Guayaquil.

CERTIFICO:

Que he analizado el Proyecto de Titulación presentado por el/la estudiante

DIEGO ANDRES FUENTES QUICHIMBO, como requisito previo para optar por el

título de Ingeniero en Networking y Telecomunicaciones cuyo tema es:

Estudio, diseño y emulación de una red WSN con integración hacia

redes TCP/IP, para monitorizar a través de una interfaz vía web, la

temperatura, movimiento, iluminación, humedad y sonido del centro de

cómputo de la carrera de ingeniería en sistemas y Networking de la

facultad de ciencias matemáticas y físicas de la universidad de

Guayaquil.

Considero aprobado el trabajo en su totalidad.

Presentado por:

Fuentes Quichimbo Diego Andres Cedula de ciudadanía Nº 0951945963

Tutor: Ing. Francisco Xavier Álvarez Solís.

Guayaquil, 05 enero del 2018

IX


FACULTAD DE CIENCIAS MATEMÁTICAS Y FÍSICAS CARRERA DE INGENIERÍA EN NETWORKING Y TELECOMUNICACIONES

Autorización para Publicación de Proyecto de Titulación en Formato Digital 1. Identificación del Proyecto de Titulación

Nombre Alumno: Diego Andres Fuentes Quichimbo. Dirección: Los Vergeles Mz 151C V29. Teléfono: 0939273203 - 2026836 E-mail: [email protected]

Facultad: Ciencias Matemáticas y Físicas.

Carrera: Ingeniería en Networking y Telecomunicaciones.

Título al que opta: Ingeniero en Networking y Telecomunicaciones.

Profesor guía: Ing. Francisco Álvarez Solís.

2. Autorización de Publicación de Versión Electrónica del Proyecto de Titulación A través de este medio autorizo a la Biblioteca de la Universidad de Guayaquil y a la Facultad de Ciencias Matemáticas y Físicas a publicar la versión electrónica de este Proyecto de titulación. Publicación electrónica: Inmediata Después de 1

año

Firma Alumno: 3. Forma de envío: El texto del proyecto de titulación debe ser enviado en formato Word, como archivo .Doc. O .RTF y .Puf para PC. Las imágenes que la acompañen pueden ser: .gif, .jpg o .TIFF.

DVDROM CDROM

Título del Proyecto de titulación: Estudio, diseño y emulación de una red

WSN con integración hacia redes TCP/IP, para monitorizar a través de una interfaz vía web, la temperatura, movimiento, iluminación, humedad y sonido del centro de cómputo de la carrera de ingeniería en sistemas y Networking de la facultad de ciencias matemáticas y físicas de la universidad de Guayaquil

X

ÍNDICE GENERAL

CARTA DE APROBACIÓN DEL TUTOR II

DEDICATORIA III

AGRADECIMIENTO IV

TRIBUNAL DE PROYECTO DE TITULACIÓN V

DECLARACIÓN EXPRESA VI

AUTORÍA VII

CERTIFICADO DE ACEPTACIÓN DEL TUTOR VIII

AUTORIZACIÓN PARA PUBLICACIÓN IX

ÍNDICE GENERAL X

ABREVIATURAS XI

SIMBOLOGÍA XII

ÍNDICE DE CUADROS Y TABLAS XIII

ÍNDICE DE GRÁFICOS XIV

RESUMEN XV

ABSTRACT XVI

INTRODUCCIÓN 1 - 3

CAPÍTULO I - EL PROBLEMA Planteamiento del problema

4

Ubicación del problema en un contexto

Situación conflicto. Nudos críticos

Causas y consecuencias del problema

Planteamiento

Formulación del problema

Evaluación del problema

Alcances del problema

Objetivo General Objetivos Específicos

Justificación e Importancia

CAPÍTULO II

MARCO TEÓRICO

Antecedentes del Estudio

11

Exposición fundamentada en la consulta bibliográfica

Contexto Social Hipótesis

Variable Dependientes

Variables Independientes

Definiciones Conceptuales

CAPÍTULO III

Metodología de la investigación

Población y muestra

34

45

ABREVIATURAS

UG Universidad de Guayaquil

WSN Wireless Sensor Network

HTML Lenguaje de Marca de salida de Hyper Texto

Http Protocolo de transferencia de Hyper Texto

Ing. Ingeniero

PHP Lenguaje de programación para páginas web.

MSc. Master

URL Localizador de Fuente Uniforme

RRHH Recursos Humano

PRC Proyecto completo

www World Wide Web (red mundial)

XII

XIII

SIMBOLOGÍA

S Desviación estándar

e Error

E Espacio muestral

E(Y) Esperanza matemática de la v.a. y

s Estimador de la desviación estándar

e Exponencial

XIV

ÍNDICES DE CUADROS

Pág.

CUADRO 1

Causas y consecuencias del problema……………………………………… 6

CUADRO 2

Cuadro distribuido de la población…………………...……………………… 35

CUADRO 3

Costo del proyecto Software emulación……………………………………...50

CUADRO 4

Costo del proyecto Software proyecto completo………….………………...50

CUADRO 5

Costos del proyecto – Hardware emulación…………………………………51

CUADRO 6

Costos del proyecto – Hardware PRC……..…………………………………51

CUADRO 7

Costos del proyecto – RRHH emulación……………………………..………51

CUADRO 8

Costos del proyecto – RRHH PRC ………..…………………………………52

CUADRO 9

Costos del proyecto – Administrativo…………………………………………52

CUADRO 10

Costos del proyecto – Administrativo PRC.…………………………………52

CUADRO 11

Costo total de la emulación……………………………………………..……..53

CUADRO 12

Costo Total………………………………………………………………………53

CUADRO 13

Métrica de calidad interna………………………………………………………56

CUADRO 14

Medición métrica prevención mal uso de la red………………………………57

CUADRO 15

Medición métrica cumplimiento del alcance……………………………………..57

XVI

ÍNDICE DE GRÁFICOS

GRÁFICO 1

Tabulación de la pregunta numero 1……………………………………..37

GRÁFICO 2


GRÁFICO 3


GRÁFICO 4


GRÁFICO 5


GRÁFICO 6


GRÁFICO 7





ESTUDIO, DISEÑO Y EMULACION DE UNA RED WSN CON

INTEGRACION HACIA REDES TCP/IP, PARA MONITORIZAR A TRAVES

DE UNA INTERFAZ VIA WEB LA TEMPERATURA, MOVIMIENTO,

ILUMINACION, HUMEDAD Y SONIDO DEL CENTRO DE CÓMPUTO DE LA

CARRERA DE INGENIERIA EN SISTEMAS Y NETWORKING DE LA

FACULTAD DE CIENCIAS MATEMATICAS Y FISICAS DE LA

UNIVERSIDAD DE GUAYAQUIL.


Tutor: Ing. Francisco Xavier Alvarez Solis.

Resumen

Con el fin de optimizar el uso del centro de cómputo de la facultad de ciencias

Matemáticas y Físicas, se plantea el respectivo estudio del diseño de una red

wsn que mantenga una integración hacia redes TCP/IP, con el fin de

monitorizar a través de varios sensores la temperatura, humedad, movimiento,

iluminación y detección de humo del centro de cómputo, los datos recibido

atraves de estos sensores será visualizado mediante una interfaz web.

Para la demostración del proyecto a implementar; se realizara una emulación,

la cual constara de dos de los cinco sensores propuestos, con la realización

de este estudio se espera optimizar el tiempo del administrador del centro de

cómputo con respecto a la seguridad física, para el ingreso en el área.




STUDY, DESIGN AND EMULATION OF A WSN NETWORK WITH

INTEGRATION TO TCP / IP NETWORKS, TO MONITOR THROUGH A WEB

INTERFACE THE TEMPERATURE, MOVEMENT, LIGHTING, MOISTURE

AND SOUND OF THE COMPUTER CENTER OF THE ENGINEERING

RACE IN SYSTEMS AND NETWORKING OF THE FACULTY OF

MATHEMATICAL AND PHYSICAL SCIENCES OF THE UNIVERSITY OF

GUAYAQUIL.


Tutor: Ing. Francisco Xavier Alvarez Solis.

Abstract

In order to optimize the use of the computer center of the Faculty of

Mathematical and Physical Sciences, the respective study of the design of a

wsn network that maintains an integration towards TCP / IP networks, in order

to monitor through several sensors the temperature, humidity, movement,

lighting and smoke detection of the computer center, the data received through

these sensors will be visualized through a web interface.

For the demonstration of the project to be implemented; an emulation will be

carried out, which will consist of two of the five proposed sensors, with the

realization of this study is expected to optimize the time of the administrator of

the computing center with respect to physical security, for the entry into the

area.

1

INTRODUCCION

Con el pasar de los años el avance tecnológico va en un constante

mejoramiento y crecimiento, así mismo la información que almacenamos en

un centro de cómputo es de gran valor, para ello debemos tener tantos

mecanismo físicos de seguridad y de software para la información y equipos

que se encuentren en nuestro centro de cómputo. Para poder conseguir estas

medidas de seguridad es necesario mantener las recomendaciones de la

normativa “TIA-942”, para la creación de un centro de datos.

La creación de nuevas tecnologías las cuales permiten integrarlas al

ámbito de monitoreo sobre un centro de cómputo con respecto a la seguridad

física de el mismo, las cuales realizando las configuraciones necesarias para

un uso determinado permitirá mantener una monitorización optima sobre un

centro de cómputo.

El tema a desarrollar en la presente tesis es sobre el Estudio, diseño y

emulación de una red WSN con integración hacia redes TCP/IP, para

monitorizar a través de una interfaz vía web, la temperatura, movimiento,

iluminación, humedad y sonido del centro de cómputo de la carrera de

ingeniería en sistemas y Networking de la facultad de ciencias matemáticas y

físicas de la universidad de Guayaquil.

Actualmente la carrera de ingeniería en sistemas y Networking de la

facultad de ciencias matemáticas y físicas de la universidad de Guayaquil,

cuenta con un centro de cómputo que se encuentra ubicado en la ciudad de

Guayaquil, en las calles Víctor Manuel Rendón y Baquerizo Moreno en el

segundo piso del edificio céntrico como extensión de la facultad de Ciencias

Matemáticas y Físicas, el cual se puede observar que no posee mecanismos

de seguridad apropiados para un centro de datos, según la normativa TIA-942

que indica que la infraestructura soporte de un centro de cómputo se divide en

cuatro subsistemas más adelante voy a poder explicar a más detalle sobre

cuáles son los subsistemas y en cuales nos vamos a enfocar para el tema a

desarrollar.

Una red de sensores inalámbricos o Wireless Sensor Network, es una

red con una gran cantidad de dispositivos los cuales se distribuyen de manera

coordinada en un sitio, para controlar diferentes condiciones en varios puntos,

entre los cuales tenemos la temperatura, vibraciones, sonido la presión,

movimiento o contaminantes, estos dispositivos son unidades autónomas que

constan de cuatro elementos tales como un microcontrolador, una batería, un

elemento sensor y un radio transceptor. (Aakvaag, 39-42)

2

Las aplicaciones de este tipo de redes son muy variadas las cuales las

vamos a poder detallar más adelante en el capítulo 2, pero para nuestro caso

nos va hacer de gran ayuda en el ámbito de monitoreo del centro de cómputo

de la carrera de ingeniería en sistemas y Networking de la facultad de ciencias

matemáticas y físicas de la universidad de Guayaquil, con respecto a la

seguridad física y el estado ambiental del centro de cómputo.

Para el desarrollo del tema con su respectiva emulación voy a utilizar

un dispositivo el cual va a permitir mantener las características de una red

inalámbrica, al cual se le agregara un sensor para visualizar la respectiva

integración de los datos hacia la interfaz web respectiva a desarrollar.

El objetivo general en si del tema planteado es realizar el respectivo

estudio para emular y diseñar una red WSN con la integración de redes

TCP/IP, la cual va a permitir monitorizar la temperatura, movimiento,

iluminación, humedad y sonido, apoyado en la implementación de equipos

físicos que establezcan realizar la comunicación en la cual permita obtener los

datos en tiempo real de forma inalámbrica con sus respectivas normativas y

estándares

La importancia es la posibilidad de tener un centro de cómputo en la

carrera de sistemas y Networking de la facultad de ciencias matemáticas y

físicas de la universidad de Guayaquil con una red wsn dará la pauta de poder

tener la posibilidad integrar nuevas tecnologías a futuro y de llevar el proyecto

hacia otro contexto de seguridad.

La información más detallada sobre la realización del tema propuesto

se dividirá en cuatro capítulos los cuales se darán un breve resumen a

continuación:

• Capitulo uno: en este capítulo se describirá de donde surgió el

tema, con las causas y las consecuencias del mismo. De igual

manera se definirá el alcance, los objetivos y la justificación e

importancia del tema planteado.

• Capitulo dos: este capítulo se basa en la explicación teórica de

los dispositivos a utilizar para la realización del tema, este

capítulo se subdivide en cuatro aspectos los cuales son los

antecedentes de estudio, fundamentación teórica

fundamentación social y la fundamentación legal, además de que

3

en este capítulo se define la hipótesis y las variables de nuestro

tema a presentar.

• Capitulo tres: en este capítulo se basa en las respectivas

encuestas para poder sustentar nuestras características del

tema a desarrollar, en donde se detalla de donde hemos obtenido

la información y como esta información me ha ayudado a llegar

a las expectativas esperadas del proyecto.

• Capitulo cuatro: en esta parte del proyecto se explica la

propuesta a realizar del tema, este el punto más crítico del

trabajo propuesto, dado que se detalla la factibilidad operacional,

técnica, económica y legal , asimismo se detalla los criterio de

las pruebas realizadas del tema propuesto.

4

CAPITULO I

EL PROBLEMA

PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA

Ubicación del problema.

Actualmente la carrera de ingeniería en sistemas y Networking de la

facultad de ciencias matemáticas y físicas de la universidad de Guayaquil,

cuenta con un centro de cómputo que se encuentra ubicado en la ciudad de

Guayaquil, en las calles Víctor Manuel Rendón y Baquerizo Moreno en el

segundo piso del edificio céntrico como extensión de la facultad de Ciencias

Matemáticas y Físicas, el cual se puede observar que no posee mecanismos

de seguridad apropiados para un centro de datos, según la normativa TIA-

942 que indica que la infraestructura soporte de un centro de cómputo se

divide en cuatro subsistemas los cuales son telecomunicaciones,

arquitectura, sistema eléctrico y sistema mecánico, para nuestro caso nos

vamos a enfrascar en dos de los subsistemas los cuales son arquitectura y

sistema mecánico; en lo que se refiere al subsistema de arquitectura nos

recomienda que todo centro de cómputo mantenga un control de acceso de

personal y una correcta iluminación del área, asimismo al subsistema de

soporte para un centro de cómputo nos indica que el centro de cómputo

debe mantener una temperatura y climatización estable.

El problema se origina a través de varios aspectos tales como la

facilidad de ingreso al centro de cómputo, no se observa mecanismos para

el control y monitoreo del ambiente dentro del centro de cómputo, asimismo

no se evidencio que mantengan un proceso de control de la temperatura

correcta dentro del centro de cómputo. No se constató algún mecanismo

5

mediante el cual se pueda evidenciar si existe algún consumo de energía

innecesario.

Situación conflicto. Nudos críticos.

Con la creación del diseño y la respectiva emulación de una red WSN

con la integración de redes TCP/IP, la cual va a permitir monitorizar en el

centro de cómputo, la temperatura, movimiento, iluminación, humedad y

sonido mediante una aplicación web responsive; la cual pretende brindar

información en tiempo real y actualizada del estado del centro de cómputo

de la carrera de ingeniería en sistemas y Networking.

Luego de la observación se elaboró un listado de los problemas hallados:

1. Actualmente la autorización hacia el ingreso del centro de cómputo

se la realiza de manera verbal, al momento de presentarse en la

puerta el encargado permite o no el ingreso al centro de cómputo.

2. Nos se observó de un mecanismo para la detección de movimiento

dentro del centro del cómputo.

3. No se evidencia un mecanismo para verificar el ambiente del centro

de cómputo en lo que corresponde a humedad y temperatura.

4. No se constató un proceso para verificar el consumo de energía

innecesario al momento de carencia de personal dentro del centro de

cómputo.

Causas y consecuencias del problema.

En la actualidad en el edificio de la carrera de ingeniería en Sistemas

y Networking de la Facultad de Ciencias Matemáticas y Físicas de la

universidad de Guayaquil no existe una red WSN; esta red mencionada la

cual se compone de diferentes sensores tales como el de humedad,

temperatura, movimiento, detección de humo e iluminación, los cuales

transportaran la información actualizada de cada uno de los sensores,

6

asimismo la red WSN se integrara con redes TCP/IP para mostrar la

información procesada a través de una aplicación web responsive.

El problema surge con la falta de mecanismos automatizados del ambiente

dentro del centro de cómputo. Con referencia a la problemática resaltan los

siguientes puntos.

Cuadro No.1

Causas y consecuencias del problema.

Causa Consecuencia

Posibles fallos de hardware,

por falla del sistema de aire

acondicionado

• Interrupción de los

servicios que ofrecen el

centro de cómputo de la

carrera de ingeniería en

sistemas y Networking de

la facultad de ciencias

matemáticas y físicas de

la universidad de

Guayaquil.

• Integridad y

disponibilidad de la

información.

Falta de mecanismo de

detección de intrusos

Personal no autorizado puede

ingresar al centro de cómputo y

sustraer información valiosa y

equipo tecnológicos.

Consumo de energía

innecesaria.

Gastos innecesarios de energía

eléctrica por dejar encendidas

7

las luces en horarios fueras de

oficina.

Temperaturas altas. Provoca daños en equipos por

humedad.

Elaborado por: Diego Andres Fuentes Quichimbo

Delimitación del Problema

• Campo: Red WSN con integración TCP/IP.

• Área: Centro de cómputo de CISC-CINT.

• Aspecto: Estudio, diseño y emulación de la red.

• Tema: Estudio, diseño y emulación de una red WSN con integración

hacia redes TCP/IP, para monitorizar a través de una interfaz vía

web, la temperatura, movimiento, iluminación, humedad y sonido del

centro de cómputo de la carrera de ingeniería en sistemas y

Networking de la facultad de ciencias matemáticas y físicas de la

universidad de Guayaquil.

Formulación del problema.

¿Es necesario el estudio y su respectiva emulación para el diseño de una

red WSN con integración hacia redes TCP/IP, para monitorizar a través de

una interfaz vía web, la temperatura, movimiento, iluminación, humedad y

sonido del centro de cómputo de la carrera de ingeniería en sistemas y

Networking de la facultad de ciencias matemáticas y físicas de la

universidad de Guayaquil?

Evaluación del problema.

Existen diez aspectos que permiten evaluar el problema.

Los aspectos de evaluación son los siguientes:

• Evidente.- No se observa que exista un mecanismo el cual permita

monitorizar al administrador de red sobre el estado de la temperatura,

humedad, movimiento, detección de humo e iluminación del centro

de cómputo.

8

• Factible.-Mediante el respectivo estudio, diseño y emulación de una

red WSN con la integración de redes TCP/IP, para permitir

monitorizar la temperatura, movimiento, humedad, iluminación y

detección de humo del centro de cómputo de la carrera de ingeniería

en sistemas y Networking de la Facultad de Ciencias Matemáticas y

Físicas de la Universidad de Guayaquil a través de una interfaz web.

• Relevante.- No se evidencio un control sistematizado automático

para que mida el estado del centro de cómputo.

• Claro.- La app mostrara la información extraída de los sensores de

humedad, detección de humo, temperatura, movimiento e

iluminación del centro de cómputo será de fácil entendimiento para el

administrador de red.

• Original.- El centro de cómputo de la carrera de ingeniería en

sistemas y Networking, optimizara su estado ambiental dentro del

centro de cómputo mediante el estudio y diseño de una red WSN

con la integración TCP/IP, para permitir monitorizar la temperatura,

movimiento, humedad, iluminación y detección de humo para su

futura implementación.

• Delimitado.- La solución del proyecto se aplicara para el

mejoramiento del ambiente del centro de cómputo.

Alcances del problema

Se realizara el estudio y emulación para el diseño de una red WSN

con la integración de redes TCP/IP, la cual va a permitir monitorizar la

temperatura, movimiento, humedad, iluminación y detección de humo del

centro de cómputo de la carrera de ingeniería en sistemas y Networking de

la Facultad de Ciencias Matemáticas y Físicas de la Universidad de

Guayaquil a través de una interfaz web, el cual va permitir lo siguiente:

9

• Integrar los sensores de humedad, movimiento, detección de humo,

temperatura e iluminación ubicados estratégicamente dentro del

centro de cómputo.

• Emular la red WSN mediante un dispositivo de circuito electrónico de

la familia PI, puede ser Orange PI o Raspberry.

• Emular la recepción del sensor de temperatura.

• Almacenar la información obtenida del sensor de temperatura en una

base de datos para su respetivo procesamiento.

• Almacenar la información en la base de datos.

• Integrar la base de datos con un servidor de aplicaciones para

mostrar los resultados a través de una app para Android.

• Creación de la interfaz web.

OBJETIVOS DE LA INVESTIGACION

Objetivo general.

Realizar el respectivo estudio para emular y diseñar una red WSN

con la integración de redes TCP/IP, la cual va a permitir monitorizar la

temperatura, movimiento, iluminación, humedad y sonido, apoyado en la

implementación de equipos físicos que establezcan realizar la comunicación

en la cual permita obtener los datos en tiempo real de forma inalámbrica con

sus respectivas normativas y estándares.

Objetivos específicos.

1. Elaborar un diseño para distribuir los sensores de movimientos y

detección de humo en el centro de cómputo.

2. Elaborar un diseño para la correcta distribución y utilización del

sensor de luminosidad del centro de cómputo.

3. Elaborar un diseño para la correcta distribución y utilización de

sensores de temperatura y la humedad del centro de cómputo.

10

4. Diseñar el esquema de red WSN.

5. Realizar la respectiva emulación de la red WSN a través de Orange

Pi o raspberry Pi.

6. Emular la integración de la red WSN con la red TCP/IP.

7. Emular la conexión de sensor de temperatura mediante Orange Pi o

Raspberry Pi.

8. Implementar una base de datos para almacenar la información de los

sensores.

9. Realizar un programa que permita mostrar la información obtenida

mediante interfaz web.

JUSTIFICACION E IMPORTANCIA DE LA INVESTIGACION

En la actualidad en nuestra ciudad de Guayaquil se observa que

muchas empresas y universidades le están dando la importancia necesaria

al estado ambiental a través del uso de mecanismos automatizados para el

respectivo monitoreo.

La principal motivación para el estudio y emulación para el diseño de

una red WSN con la integración de redes TCP/IP, es optimizar los

mecanismos manuales sobre el monitoreo del estado ambiental en el centro

de cómputo, y llevarlos a mecanismo automatizados que permita informar

en tiempo real sobre cualquier anomalía al administrador.

La función principal del respectivo estudio y emulación para el diseño

de la red wsn con integración TCP/IP, es de ayudar a la labor profesional de

los administradores del centro de cómputo de la carrera de ingeniería en

sistemas y Networking de la Facultad de Ciencias Matemáticas y Físicas de

la Universidad de Guayaquil a través de una app para Android.

11

CAPITULO II

MARCO TEORICO

Actualmente los procesos para comprobar los aspectos de humedad,

temperatura, movimiento e iluminación dentro del centro de cómputo de la

carrera de ingeniería en sistemas y Networking de la universidad de

Guayaquil, se lo realizan de manera manual.

La percepción o verificación de algún movimiento la realiza el

encargado del centro de cómputo, dentro de la jornada de trabajo dado que

el autoriza o niega el ingreso de alguna persona al sitio de manera visual,

asimismo el administrador monitoriza el acceso al área de servidores del

personal del centro de cómputo. Sobre el aspecto de humedad y

temperatura el administrador o el personal dentro del centro de cómputo

perciben el cambio de manera esporádica de temperatura o humedad. En

relación a los aspectos de iluminación y sonido al momento de fallar o

presentarse una anomalía, referente a uno de los dos aspectos, el personal

del centro de cómputo que se encuentre en el momento del percance

percibirá el acontecimiento caso contrario no existe un proceso

automatizado que lo detecte.

Con la respectiva creación del diseño de una red WSN con

integración TCP/IP, la cual va a permitir monitorizar la humedad,

temperatura, sonido, movimiento e iluminación del centro de cómputo de la

12


matemáticas y físicas de la universidad de Guayaquil, mediante una interfaz

web responsive, se pretende optimizar al centro de cómputo en aspectos de

monitoreo, seguridad y el respectivo estado de los equipos, asimismo

permitirá verificar la información sobre la condición actual del centro de

cómputo.

13

FUNDAMENTACION TEORICA

WSN - RED DE SENSORES INALAMBRICOS.

Una red de sensores inalámbricos está conformado por un conjunto

de nodos autónomos, con capacidades sensitivas de poco consumo de

energía y de bajo costo, distribuidos de manera tal que cada nodo tenga la

capacidad de realizar mediciones alrededor del entorno del sensor, para

distribuir la información recolectada entre los sensores de manera

inalámbrica hasta un nodo central el cual se encarga de almacenar la

información recolectada para reenviarlo hacia un sistema de gestión o base

de datos.(fig.1). (coporacion universitaria minuto de DIOS , 2011) (BRAVO

GRANDA & BELDUMA BELDUMA, 2017)

Figura 1.1 Modelo básico de una arquitectura de red WSN.

(Fuente:http://www.wireless-sensors.com.cn/ENG/product_BaseStation.htm)

Elementos de una red WSN Sensores son los dispositivos los cuales recolectan información del medio o

entorno en donde se encuentre situados y la convierte en señales eléctricas.

14

Nodos sensores son los procesadores de los datos que recogen de los

sensores a través de sus enlaces de datos y envían la información a la

estación base.

Gateway es un dispositivo el cual se encarga de la interconexión entre la

red de sensores y una red TCP/IP.

Estación base un computador o un sistema integrado el cual se encarga de

almacenar la información recolectada de los nodos sensores.

Red inalámbrica basada en el estándar 802.15.4 Zigbee. (coporacion universitaria minuto de DIOS , 2011)

Figura 1.2 Esquema de los elementos de una red WSN.

Características de las WSN.

Una red WSN tiene semejanzas con otros tipos de redes inalámbricas

como por ejemplo las redes ad hoc, la cual que al igual a una red wsn se

realiza la comunicación de manera inalámbrica y a su carencia de una

infraestructura de red; una de las principales diferencias entre estos tipos de

redes es de que las redes ad hoc son desarrolladas con el objetivo de

15

ampliar la comunicación en escenarios de limitación de cobertura desde el

nodo central de la red, a diferencia de las redes wsn que son implementadas

con el fin de obtener un objetivo específico de un aplicativo a través de la

labor cooperativa de los nodos que se encuentran en la red. Además de

tener distintas naturalezas de aplicación en cada uno de los escenario en

donde se puedan implementar las redes wsn, se puede observar una

variedad de características en comunes y entre las más relevantes tenemos

las siguientes. (coporacion universitaria minuto de DIOS , 2011), (Gascon,

2010)

• Gran escala, el número de nodos que se puede componer una red es

indefinida, ya que el número de los sensores de la red puede crecer

de manera exponencial.

• Topología variable, cada nodo es desplegado conforme a la

necesidad de la red sin tener un diseño prestablecido y sin necesidad

y que los todos los nodos conozcan del nuevo elemento.

• Recursos limitados, debido a su bajo costo, se compone de recurso

limitados.

• Cooperación de nodos sensores, efectúan operaciones simples

antes de trasmitir los datos, estos procesos se conocen como

procesamientos local o parcial.

Arquitectura de un nodo sensor.

El nodo sensor se divide en cuatro componentes, los cuales son la

unidad de detección, unidad de procesamiento, unidad de alimentación y un

transceiver. En la unidad de detección está situado un sensor y un

convertidor analógico –digital para convertir las señales recogidas de

manera analógica a señales digitales por medio de un microcontrolador, en

la unidad de procesamiento la cual contiene una unidad de almacenamiento,

la misma que se encarga de manipular las asignaciones para las labores de

detección, la unidad de alimentación es la más importante dentro de la

arquitectura del nodo sensor, la cual se encarga de verificar el tiempo de

16

vida del nodo, una de las características importantes dentro de la

arquitectura de un nodo sensor es que permite incorporar paneles solares

para tener una unidad de alimentación más duradera. El último elemento del

que se compone la arquitectura de un nodo sensor es el transceiver el

mismo que es una mezcla de transmisor y receptor inalámbrico el cual

permite el envío y la recepción de información recogida de los sensores para

enviarlas a través de los nodos de la red. (BRAVO GRANDA & BELDUMA

BELDUMA, 2017)

Figura 1.3 Esquema de la arquitectura de un nodo sensor.

Tipos de topología WSN.

La topología para llevar a cabo en una red wsn se encuentra ligada

al número de nodos que existan, la tasa de información que será

transportada, la longitud de transferencia y la demanda de energía, en la

cual nos permite elegir entre tres tipos de topología a implementar. (BRAVO

GRANDA & BELDUMA BELDUMA, 2017)

(EDMANS, 2009)

Topología estrella.

Es una topología sencilla dado que mantiene un nodo central o

Gateway cuya función es recibir y enviar los datos de los nodos sensores

existentes en la red, los mismos que solo se pueden comunicar con el nodo

central y no entre sí. La ventaja principal de la topología estrella es de que

17

los nodos sensores mantengan un minino de consumo de energía para

permitir una baja latencia al momento de transferencia de datos; la

existencia de un solo nodo central para la recepción de información es una

desventaja para este tipo de topología. (EDMANS, 2009)

Topología malla.

Consta de un nodo central, a diferencia de la topología estrella

permite la intercomunicación entre los nodos sensores que se encuentre

dentro de su área, dado que en este tipo de topología esta principalmente

compuesta por nodos multi-trayecto; en caso de que un nodo sensor quiera

comunicarse con otro nodo que no se encuentre en su perímetro este tipo

de topología usara un nodo intermedio para que permita la comunicación

entre ambos nodos, la ventaja del uso de esta topología está relacionada a

la escalabilidad y a la redundancia, la limitación del consumo de energía

debido al multi-trayecto es una de las desventajas de la topología, asimismo

la comunicación entre nodos depende de los saltos que necesite el mensaje

hasta llegar a el nodo central. (BRAVO GRANDA & BELDUMA BELDUMA,

2017) (EDMANS, 2009) (Davis, 2009)

Topología Hibrida.

Es la combinación de las dos tipos de topologías mencionadas

anteriormente como son la de estrella y la mesh, esta topología se

caracteriza por mantener a la red más robusta y versátil para mantener el

mínimo consumo de energía.

Protocolos de enrutamiento.

Las redes wsn emplean protocolos distintos a los protocolos que

utilizan otros tipos de redes inalámbricas o redes cableadas, los protocolos

utilizados en este tipo de redes debe de tener como uno de los requisitos

fundamentales es el de mantener un ahorro de energía estable, ya que los

nodos con que se compone una red wsn son de recursos limitados en

18

memoria y energía. Entre los protocolos más sobresaliente podemos hablar

de los siguientes.

Protocolos centrados en los datos.

La función principal en este tipo de protocolos orientados a los

centrados de datos permite que la comunicación sea de nodo a nodo, el

protocolo comienza su función al momento que el nodo central envía una

petición la cual viaja por toda la red hasta llegar al nodo del origen, asimismo

permite que los nodos o sensores que actúan de intermedios tengan la

capacidad de almacenar algún tipo de información proveniente para

optimizar el consumo de energía. (Davis, 2009) (BRAVO GRANDA &

BELDUMA BELDUMA, 2017)

SPIN (protocolo del sensor para información a través de la

negociación).

Este protocolo de la familia de los protocolos en centrados de datos

se basa en la negociación de los nodos sensores para evitar el envío de

datos irrelevantes o redundantes dentro de la red. La desventaja que

destaca este tipo de protocolos es el consumo de red dado que al momento

de que un nodo envía información por varias rutas, el mensaje al nodo

central o Gateway recibe esta información por dos rutas distintas.

Basado en gradientes o conteos de saltos.

Este protocolo de la familia de centrados de datos se basa en que

cada nodo tenga el conocimiento de cuál será su máximo u mínimo número

de saltos hasta llegar al nodo central desde su posición. (BRAVO GRANDA

& BELDUMA BELDUMA, 2017)

Protocolos jerárquicos.

En esta topología utiliza un criterio de dividir la red de manera tal que

se pueda obtener una mejor administración, entre las divisiones más

19

comunes que se realizan ya sea por niveles de funcionalidad o de ubicación

donde se encuentre ubicados cada uno de los nodos sensores que se

compone la red.

Figura 1.4 Protocolo jerárquico.

Protocolos basados en la localización.

Este tipo de protocolo necesita que los nodos sensores tengan el

conocimiento de la ubicación de cada nodo que exista en la red, esta

información se la obtiene incorporando receptores GPS, los cuales

mediante un algoritmo establecen la posición de cada nodo que en la red se

encuentre. Entre los principales protocolos que se basan en la localización

lo mencionaremos a continuación. (Davis, 2009)

GAF(Fidelidad adaptiva geográfica).

Utiliza un algoritmo cuya función es de reconocer la respectiva

ubicación de los nodos sensores para el correcto uso y ahorro de energía.

Asimismo la creación de una cuadricula virtual la cual elige a un nodo sensor

que estará enviando información hacia el nodo central en representación

20

de los demás nodos cuyo objetivo es de tener el menor consumo de energía,

para permanecer activo mientras que los demás nodos se encuentran en

reposo.

GERAF (geografía de reenvío aleatorio).

Este protocolo utiliza un nodo que se encuentre más cercano al nodo

central para la retransmisión de datos. Asimismo al usar este tipo de

protocolo el nodo sensor antes de enviar una información se encarga de

verificar que exista un canal libre para evitar la colisión de la red.

Protocolos basados en calidad de servicio.

Estos tipos de protocolos garantizan que la red mantenga la calidad,

fiabilidad y la robustez en el manejo de información.

SAR

Este tipo de protocolo escoge una ruta para el respectivo envío de

información, la ruta elegida por este protocolo debe mantener estos dos

puntos importantes en a lo que se refiere a los recurso energéticos y la

calidad de servicio para permitir la respectiva prioridad del paquete.

MMSPEED

Este protocolo al igual que el SAR para mantener la fiabilidad hace el

uso de múltiples trayectorias.

Tecnologías de comunicación.

Los medios de comunicación que hoy en día son utilizados para las

conexiones inalámbricas tenemos los siguientes

21

Figura 1.5 Tecnologías de comunicación inalámbricas.

IEEE 802.15.4

Es un estándar que apareció en el año 2003, con el fin de cumplir las

exigencias de las redes inalámbricas de bajo costo y consumo bajo de

energía, como son las redes wsn, para la aplicación en las áreas de

domótica e industrial.

Este protocolo en lo que se refiere a la capa física trabaja en dos

frecuencias las cuales ofrecen una tasa de transporte de la información en

rangos que van desde 20/40 kps y 250kps. Otra funcionalidad que mantiene

este estándar es la capa de control de acceso al medio MAC la cual usa

CSMA/CA para controlar el acceso al canal radio. (Davis, 2009)

Zigbee

El estándar Zigbee desarrollado por la organización Zigbee Alliance

el cual se encuentra asociado a los requerimientos para las

comunicaciones de las aplicaciones las cuales mantiene una tasa de

transmisión baja, el estándar zigbee utiliza como referencia el estándar IEEE

802.15.4, al componerse de un protocolo el cual permite la compatibilidad

22

respectiva para mantener a una red wsn, de gual manera el protocolo zigbee

emplea capas del estándar IEEE 802.15.4 y adiciona otras capas de niveles

para conseguir una pila de protocolos complejas, las cuales son las

siguientes.

Capa de red.

La funcionalidad de esta capa es de enviar y recibir datos desde y

hacia la capa de aplicación, del mismo modo efectúa la asociación y la des

asociación de la red, realiza la asignación del direccionamiento de un

aproximado de 65536 dispositivos, este número estimado de dispositivos a

la asignación de direccionamiento es un inconveniente en base a la

escalabilidad de la red wsn para entorno en donde se necesite una cantidad

similar o mayor.

Capa de aplicación.

Está definida por tres secciones las cuales son la subcapa de soporte

de aplicación (APS), la ZDO la cual es Zigbee Device Object y la Aplication

Object definidas por el fabricante.

La subcapa de aplicación de soporte cuya función es de entablar la

comunicación entre dos o más dispositivos según las necesidades y

servicios, esta capa se compone de dos interfaces APSME-SAP, la cual

brinda los servicios de descubrimiento de dispositivos para su respectiva

unión y la APSDE-SAP esta interfaz se encarga de proveer el servicio de

transmisión de datos entre dos o más dispositivos encontrados en la misma

red.

La subcapa ZDO la cual define el rol del dispositivo dentro de la red

ya sea de dispositivo coordinador o de dispositivo final, asimismo iniciando

o respondiendo a las peticiones y entablar conexiones seguras entre los

dispositivos de la red.

23

La última subcapa es la Aplication Object la cual ofrece soporte a las

aplicaciones de los fabricantes que se ejecutan sobre el protocolo Zigbee

por medio de unos elementos llamados objetos de aplicación, así mismo

cada uno de es estos objetos es direccionado por medio de su identificador

los cuales están enumerados del 1 al 240.(«Informe_ZigBee.pdf», s. f.)

Figura 1.6 Pila de protocolo Zibgbee.

Interconexión con redes tcp/ip

Antiguamente las aplicaciones de la red de sensores trabajaban de

manera autónoma, en la actualidad la necesidad de interconectar las wsn

hacia otros dominios ya sean redes LAN o a internet, ante esta necesidad

los fabricantes desarrollaron protocolos especializados y consecuentes a las

respectivas limitaciones que mantiene los dispositivos de una red wsn, esto

a su vez llevo a una incompatibilidad entre los protocolos Zigbee y tcp/ip el

ultimo es utilizado como estándar de facto de internet.

Para solucionar estos inconvenientes se han definidos varios

mecanismo los cuales son pueden ser basados en proxy, en arquitectura

DNT(Delay Tolerant Network) y los basados en recubrimiento (overlay

24

network).(«5_estudio_de_la_integracion_entre_WSN_redes TCP_IP.pdf»,

s. f.)

Mecanismos basados en proxy.

Este mecanismo es el más sencillo y consiste en situar entre la red

de sensores y la red tcp/ip un servidor proxy el cual va a realizar las

respectivas traducciones de un protocolo a otro, con este método de

traducción ninguna de las dos redes va a tener que modificar su

funcionamiento, de esta manera se logra la interconexión entre estas redes

heterogéneas. (BRAVO GRANDA & BELDUMA BELDUMA, 2017)

Figura 1.7 Esquema basado en proxy.

Dada la ubicación del servidor proxy la cual está en medio de las dos

redes, la funcionalidad de este mecanismo y la comunicación entre ambas

redes heterogéneas dependerá de la robustez tanto de software y hardware

del servidor proxy lo cual lo mencionado constituye la única desventaja que

mantiene este método, para solventar este fallo se sugiere mantener un

servidor de respaldo ante cualquier fallo del servidor proxy principal.

Adicionalmente se debe de tener en cuenta que existe un servidor proxy

para cada tarea a realizar y para sus diferentes protocolos en particular,

según el número de aplicaciones a implementar se aumentara el número de

servidores proxy a usar.(«5_estudio_de_la_integracion_entre_WSN_redes

TCP_IP.pdf», s. f.)

25

Mecanismos basados en Arquitectura DTN.

Este mecanismo consiste en un conjunto de zonas las cuales

comparten una capa llamada bundle o capa de mensaje la cual trabaja entre

la capa de aplicación y transporte.

En la figura [1.8] muestra que este mecanismo se divide en dos zonas

DTN para permitir la interconexión de la red de sensores y una red TCP/IP,

en la zona 1 trabaja un protocolo dedicado para las redes de sensores y en

la zona 2 se encuentra la pila de protocolo TCP/IP. Un DTN o Gateway se

lo sitúa en medio de las dos redes el cual se asemeja a un servidor proxy

con la diferencia que el servidor proxy se necesita uno para cada tarea en

específico a diferencia de la arquitectura DTN, dado que cada bundle es

compartida entre los dos tipos de redes. (Davis, 2009)

Figura 1.8 Diagrama de una arquitectura DNT.

Los DTN utiliza un mecanismo de conmutación de mensajes con

almacenamiento y reenvío, estos mensajes son reenviados a cada nodo

hasta llegar al destino una característica de este mecanismo es la fiabilidad

de la entrega de mensajes dado que los DTN almacenara los mensajes en

caso que no exista una conexión disponible. (Davis, 2009)

26

Mecanismo de recubrimiento (Overlay Network)

Este mecanismo permite la comunicación directa entre nodos de

diferentes redes de los cuales se puede interpretar como TCP/IP funcionado

sobre el protocolo de red de sensores o el protocolo de red de sensores

sobre TCP/IP.

Figura 1.8 Arquitectura overlay

En el caso de tcp/ip sobre wsn, facilita la integración de estas redes

con cualquier otra red que use la pila del protocolo tcp/ip por medio de una

conexión directa. Con esta característica permite que por medio una

dirección ip brinde la posibilidad que cualquier nodo de la red de sensores

se encuentre accesible desde el internet. (BRAVO GRANDA & BELDUMA

BELDUMA, 2017)

A diferencias de los mecanismos anteriores no se encuentra una

dependencia entre los dos puntos de la red.

Con las primeras implementaciones de tcp/ip sobre wsn surgieron

dos pilas que son LwIP y Uip cuyo desarrollo se lo atribuyen al grupo de

desarrollo al instituto de ciencias de computación de Suecia.

La pila LwIP mantiene algunas características de la pila de protocolo

tcp/ip y soporta los protocolos ip, tcp, icmp, udp, además de poseer una

27

estructura modular la cual facilita la inclusión de nuevos protocolos, esta pila

es orientada para admitir la conexión de una gran cantidad de dispositivos.

La pila Uip está diseñada para cumplir con los requerimientos

mínimos para mantener las especificaciones TCP/IP limitando de cierta

forma su funcionalidad. (EDMANS, 2009)

Aplicaciones de las redes WSN.

La respectiva aplicación de una red wsn permite mantener un abanico

de posibles áreas en donde se pueda aplicar la red. De manera rápida

hablaremos de varios ambientes en donde sería de gran ayuda la

implementación de una red wsn.

Transporte.

Creación de transporte inteligentes, con el fin de instalar de manera

distribuida, los sensores en el vehículo para brindar una información

completa del estado de las condiciones del entorno que podrán afectar al

vehículo, de esta manera el conductor puede estar informado de algún

posible fallo. (Gascon, 2010)

Aplicaciones militares.

Se puede decir que las wsn tuvieron su origen para solventar las

exigencias militares, con el fin de recaudar todo tipo de información sobre el

adversario, además de detectar cualquier intruso o enemigo potencial,

verificar el perímetro del campo de batalla y realizar la respectiva estimación

sobre daños causados en combate. El costo de los sensores inalámbricos

en este campo de aplicación no lo asumen como tan elevados debido a que

lo consideran desechables en referencia a los sensores alámbricos.

(coporacion universitaria minuto de DIOS , 2011)

Aplicaciones en el área de salud.

28

Las wsn en el campo de la salud, va orientada para medir los signos

vitales de las personas muy enfermas y en adultos mayores que necesitan

que se monitoree constantemente sobre su estado de salud, esta

observación se la realiza a través de bio sensores inalámbricos los mismo

que puede ser instalados en implantes. (Davis, 2009)

Aplicaciones ambientales.

Los expertos en ámbitos de detección de fenómenos y catástrofes

naturales, necesitan conocer información sobre ambientes hostiles y no

hostiles, en estos casos utilizan las wsn con el fin de mantenerse informados

sobre cualquier anomalías del ambiente y así prevenir o estudiar sobre

cualquier fenómeno natural a suceder. (Davis, 2009)

29

FUNDAMENTACIÓN SOCIAL

Con el respectivo estudio y emulación para el diseño de una red WSN

con la integración tcp/ip para monitorizar la temperatura, humedad,

movimiento, iluminación y la detección de humo del centro de cómputo de

la carrera de ingeniería en sistemas y Networking de la facultad de ciencias

Matemáticas y Físicas de la universidad de Guayaquil, se pretende optimizar

la seguridad al ingreso del centro de cómputo.

El impacto social que va a tener el estudio y emulación para el diseño

de una red WSN con la integración tcp/ip para monitorizar la temperatura,

humedad, movimiento, iluminación y la detección de humo del centro de

cómputo de la carrera de ingeniería en sistemas y Networking de la facultad

de ciencias Matemáticas y Físicas de la universidad de Guayaquil va

orientado en reutilizar tecnologías existentes en el centro de cómputo con

nuevas tecnologías que surgen en el mercado, para reforzar los

mecanismos de seguridad implantados en el centro de cómputo para su

respectivo uso y futuras mejoras a partir de este estudio y diseño, Así mismo

va a permitir que el administrador de red se encuentre informado ante

cualquier anomalía que presente el centro de cómputo.

Asimismo se pretende reducir el consumo innecesario de energía

eléctrica a causa de un posible mal uso de las luces dentro del centro de

cómputo, de igual manera se pretende evitar el posible ingreso de personal

no autorizado el cual puede sustraer información valiosa o equipos

tecnológicos, se prevé reducir posibles fallos de hardware y software a cusa

de una falla del sistema de aire acondicionado.

Con el correcto funcionamiento del proyecto a implementar se

pretende que el centro de cómputo de las carreras de ingeniería en sistemas

y Networking se optimice en la utilización de tecnologías.

FUNDAMENTACIÓN LEGAL

30

Art. 83.- Son deberes y responsabilidades de las ecuatorianas y los ecuatorianos, sin perjuicio de otros previstos en la Constitución y la ley

Promover el bien común y anteponer el interés general al interés particular, conforme al buen vivir.

Art. 229.- Revelación ilegal de base de datos

La persona que, en provecho propio o de un tercero, revele información registrada, contenida en ficheros, archivos, bases de datos o medios semejantes, a través o dirigidas a un sistema electrónico, informático, telemático o de telecomunicaciones; materializando voluntaria e intencionalmente la violación del secreto, la intimidad y la privacidad de las personas, será sancionada con pena privativa de libertad de uno a tres años.

Art. 190.- Apropiación fraudulenta por medios electrónicos

A persona que utilice fraudulentamente un sistema informático o redes

electrónicas y de telecomunicaciones para facilitar la apropiación de un bien

ajeno o que procure la transferencia no consentida de bienes, valores o

derechos en perjuicio de esta o de una tercera, en beneficio suyo o de otra

persona alterando, manipulando o modificando el funcionamiento de redes

electrónicas, programas, sistemas informáticos, telemáticos y equipos

terminales de telecomunicaciones, será sancionada con pena privativa de

libertad de uno a tres años.

Art. 192.- Intercambio, comercialización o compra de información de

equipos terminales móviles.

La persona que intercambie, comercialice o compre bases de datos que

contengan información de identificación de equipos terminales móviles, será

sancionada con pena privativa de libertad de uno a tres años.

Artículo 181.- Violación de propiedad privada.

La persona que, con engaños o de manera clandestina, ingrese o se

mantenga en morada, casa, negocio, dependencia o recinto habitado por

otra, en contra de la voluntad expresa o presunta de quien tenga derecho a

excluirla, será sancionada con pena privativa de libertad de seis meses a un

año.

31

Hipótesis.

En la medida que a la falta de una red WSN con integración tcp/ip los cuales

permitan monitorizar la humedad, movimiento, temperatura, iluminación y

detección de humo del centro de cómputo de la carrera de ingeniería en

sistemas y Networking de la facultad de ciencias Matemáticas y Físicas

mediante una app Android, menor será la probabilidad de ingreso de intruso,

consumo de energía innecesario y fallas de hardware dentro del centro de

cómputo.

Variables de la Investigación.

Variable independiente.

Administrador de red: es la persona especializada el cual se encarga

del mantenimiento, despliegue, monitoreo de hardware y software de una

red.

Centro de cómputo: es un área dentro de una edificación, en el cual

se encuentra hardware y software destinada al procesamiento de datos, la

cual debe de estar acondicionada con temperatura y medidas de seguridad.

Variable dependiente

Temperatura: grado o nivel térmico de un cuerpo o u área específica.

Humedad: cantidad de agua, vapor de agua o cualquier otro líquido

que está presente en la superficie o el interior de un cuerpo o en el aire.

Iluminación: cantidad de luz que hay en un lugar.

Movimiento: cambio de lugar o de posición de un cuerpo en el

espacio.

Detección de humo: es una alarma que detecta la presencia de humo

en el aire.

32

DEFINICIONES CONCEPTUALES

Wsn.

Wirelles Sensor Network es una red de sensores inalámbricos.

Sensores.

Es un dispositivo capaz de detectar magnitudes físicas alrededor de su

entorno.

Gateway.

Conocida como puerta de enlace, permite a un equipo informático

conectarse a una red local LAN conectadas al de un acceso hacia el exterior.

Protocolos tcp/ip.

Constituyen a conjunto de normas para formatos de mensajes para

intercambiar información entre las máquinas y los programas de aplicación.

Administrador de red: es la persona especializada el cual se encarga del

mantenimiento, despliegue, monitoreo de hardware y software de una red.

Internet.

Es un conjunto de redes interconectadas las cuales pueden ser accedidas

por cualquier persona alrededor del mundo.

Protocolos.

Es un sistema que permite que dos o más entidades se comuniquen entre

sí.

Centro de cómputo.

Es un área dentro de una edificación, en el cual se encuentra hardware y

software destinada al procesamiento de datos, la cual debe de estar

acondicionada con temperatura y medidas de seguridad.

Hardware.

33

Conjunto de elementos físicos de una computadora.

Software.

Es la parte intangible, conjunto de programas que permiten realizar algunas

funciones específicas.

34

CAPITULO III

METODOLOGIA DE LA INVESTIGACION

DISEÑO DE LA INVESTIGACION

Modalidad de la investigación.

Para el respectivo desarrollo del presente trabajo de titulación el cual

se basa en el estudio y emulación del diseño de red WSN con integración

TCP/IP, la cual va a permitir el monitoreo de temperatura, humedad,

movimiento, iluminación y detección de humo del centro de cómputo de la


Matemáticas y Físicas de la universidad de Guayaquil, mediante una interfaz

web, en donde ese aplicara la metodología para el desarrollo de redes

PPDIOO, la cual nos permite mantener una retroalimentación en cada etapa

del diseño de red a implementar.

El principal acierto en usar esta metodología, es que permite al

encargado del diseño de la red abarcar cada uno de los requerimientos

específicos de la red a diseñar, para futuras integraciones; asimismo este

tipo de metodología permite en la realización de pruebas en cada uno de los

puntos que pertenece la metodología.

Población y Muestra.

Población.

El respectivo estudio y emulación del diseño de red una WSN con

integración TCP/IP, la cual va a permitir el monitoreo de temperatura,

humedad, movimiento, iluminación y detección de humo del centro de


de ciencias Matemáticas y Físicas de la universidad de Guayaquil, mediante

35

una interfaz vía web, va orientada para la comunidad de administradores de

centro de cómputo de entidades universitarias, para esto la población que

se eligió una pequeña muestra a 20 estudiantes de séptimo y octavo

semestre de la facultad de ciencias matemáticas y físicas de la Universidad

de Guayaquil de las carreras de ingeniería en Networking

Telecomunicaciones y de Sistemas, dado que esta población de estudiantes

están próximos a ser profesionales, asimismo se consultó a 30 personas las

cuales 6 eran encargos de un centro de cómputo, 14 eran ayudante y 10

pasantes de centros de cómputo de varias empresas.

Muestra.

Para la respectiva muestra para realizar el trabajo de titulación

orientado al centro de cómputo de la carrera de ingeniería en sistemas y

Networking de la facultad de ciencias Matemáticas y Físicas de la

universidad de Guayaquil, mediante una interfaz vía web.

Como se mencionó en la parte de la población se realizó una

pequeña muestra de 35 individuos entre los cuales se clasifican entre

estudiantes de séptimo y octavo semestre de las carreras de ingeniería en

Networking y de sistemas de la Universidad de Guayaquil y miembro de

centro de cómputo entre ellos encargados y ayudantes de varias empresas.

Se determinó a este tipo de población dado que son personas que están en

constante contacto con temas relacionados a redes wsn o similares.

Cuadro distribuido de la población

Cuadro Nº 2

POBLACIÓN Cantida

d

36

Administrado-

res de red.

6

Ayudantes de

centro de

computo

14

Estudiantes 20

Pasantes de

centros de

computo

10

TOTAL 50

Fuente: Universidad de Guayaquil.

Elaborado por: Diego Andres Fuentes Quichimbo.

Al momento de realizar la muestra hemos definido que vamos a tener un

cinco por ciento de error de estimación.

𝑛 =𝑚

𝑒2(𝑚 − 1) + 1

m=Tamaño de la población. 50

e=Error de estimación. 6%

n=Tamaño de la muestra..

𝑛 =50

(0.05)2(50 − 1) + 1

𝑛 =50

(0.0025)(49) + 1

𝑛 =50

(0.1225) + 1

𝑛 = 40.81

37

INSTRUMENTOS DE RECOLECCIÓN DE DATOS

Técnica

El tipo de técnica que se realizó para la obtención de la información para el

trabajo de titulación que se trata del estudio y emulación del diseño de red una

WSN con integración TCP/IP, la cual va a permitir el monitoreo de temperatura,

humedad, movimiento, iluminación y detección de humo del centro de cómputo

de la carrera de ingeniería en sistemas y Networking de la facultad de ciencias

Matemáticas y Físicas de la universidad de Guayaquil, mediante una app

Android, es la técnica de campo en donde se realizó un entrevista en base a

una encuesta prediseñada a cada uno de los administradores de red de varias

facultades de la universidad de Guayaquil.

3.2 Tabulación de encuestas.

1. ¿Cómo calificaría la seguridad actual a nivel de acceso de personal en

su centro de cómputo?

Muy Bueno 11 26,00%

Bueno 15 31,00%

Regular 14 29,00%

Mala 6 8,00%

Muy Mala 4 6,00%

Total 50 100,00%

38

Análisis:

Se determina que la mayor parte de la población encuestada considera buena

la seguridad actual a nivel del acceso del personal de su centro de cómputo,

lo cual es importante para asegurar que los procedimientos programados sean

consistentes y correctamente aplicado al almacenamiento y procesamiento de

los datos.

2. ¿Conoce usted sobre las redes wsn wirelles Network sensor?

SI 23 46,00%

NO 27 54,00%

TOTAL 50 100,00%

26%

31%

29%

8%

6%

MUY BUENO BUENO REGULAR MALA MUY MALA

39

Análisis:

Se aprecia como resultados de esta encuesta que existe un déficit de

conocimiento sobre redes WSN en la población encuestada, lo cual supone

extender este conocimiento y retroalimentarlo constantemente.

3. ¿Cuál es la probabilidad según su criterio que por motivo de

temperatura cause el daño de algún equipo dentro del centro de

cómputo?

Alta 34 83,00%

Media 9 11,00%

Baja 7 6,00%

Total 50 100,00%

46%

54%

SI NO

40

Análisis:

Mediante esta pregunta se puede determinar según la población encuestada

que la probabilidad de temperatura cause el daño de algún equipo dentro del

centro de cómputo.

4. ¿cree usted que la temperatura de su centro de cómputo es óptima?

SI 23 46,00%

NO 27 54,00%

TOTAL 50 100,00%

83%

11%

6%

ALTA MEDIA BAJA

71%

29%

SI NO

41

Análisis:

Se determina la importancia que tiene el conocimiento de la temperatura

en un centro de cómputo.

5. ¿Qué equipos son los que se encuentran más susceptibles a posibles

daños por causa de temperatura?

Disco Duro 23 51,00%

Fuente de poder 12 15,00%

Procesador 15 34,00%

TOTAL 50 100,00%

Análisis:

Mediante esta pregunta podemos determinar que el más propenso a sufrir

daños es el disco duro.

6. ¿En una escala del 1 al 10 cuál es la información relevante usted

maneja en el centro de cómputo?

51%

29%

20%

DISCO DURO PROCESADOR FUENTE DE PODER

42

Análisis:

Cabe recalcar que el centro de cómputo es un nodo de consulta del nodo

central el cual se encuentra en la ciudadela universitaria. Podemos determinar

por medio de la población de la población encuestada que el 20% maneja un

6 de información relevante en el centro de cómputo, en una escala del 1 al 10,

lo que demuestra que si manejan información importante en el centro de

cómputo de la facultad.

7. ¿Cree usted que el centro de cómputo este realizando un consumo de

energía innecesario?

14%

6%

12%

6%

6%

20%

3%

11%

11%

11%

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

1 8 14%

2 4 6%

3 7 12%

4 4 6%

5 4 6%

6 7 20%

7 4 3%

8 7 11%

9 3 11%

10 3 11%

TOTAL: 50 100%

43

Análisis:

Se determina que el centro de cómputo está realizando consumo de energía

innecesario según un 65% de la población encuestada, lo cual es importante

y deber se comprobado.

En los instrumentos utilizados para llevar al cabo el cuestionario de las

preguntas realizadas a cada una de las personas de la muestra elegida.

Recolección de información.

La recolección de información para obtener los datos necesarios; se la hizo

durante dos días en horarios de 5pm a 8pm en las instalaciones de la carrera

de ingeniería en Networking y de sistemas facultad de ciencias matemáticas

y físicas de la universidad Guayaquil, las respectivas entrevistas se lograron

obtener los resultados esperado con la información recolectada.

65%

35%

SI NO

SI 30 65%

NO 20 35%

TOTAL 50 100%

44

Validación de la Hipótesis.

Al momento de realizar la encuesta para el respectivo estudio del diseño de

una red wsn con integración hacia redes TCP/IP la cual va a permitir

monitorizar a través de una interfaz vía web el movimiento, temperatura,

humedad, iluminación y detección de humo del centro de cómputo de la carrera

de ingeniería en Networking y sistemas de la facultad de ciencias matemáticas

y físicas de la universidad de Guayaquil. Me di cuenta de que la creación del

proyecto mencionado previamente es de vital importancia no solo para nuestro

centro de cómputo de la carrera de Ingeniería en Networking y sistemas sino

de cualquier centro de cómputo, ya sea usado de la parte interna o externa del

ingreso a cualquier centro de cómputo.

45

CAPITULO IV

PROPUESTA TECNOLOGICA

El presente proyecto de titulación propone estudio para el diseño y

emulación de una red wsn con integración hacia redes TCP/IP la cual va a

permitir monitorizar mediante una interfaz vía web la humedad, temperatura,

movimiento, iluminación y detección de humo, en el centro de cómputo de la

carrera de ingeniería en Sistemas y Networking de la facultad de ciencias

Matemáticas y Físicas de la universidad de Guayaquil; con el fin de convertirse

en una herramienta de seguridad de ayuda para el administrador de red, así

como se lo ha mencionado anteriormente.

La propuesta tecnológica plantea realizar los siguientes puntos:

• Realizar el diseño de una red WSN con integración hacia redes TCP/IP.

• Emular la red diseñada a través de un dispositivo PI.

• Desarrollar la interfaz web.

1 Factibilidad operacional.

Para definir la factibilidad operacional del proyecto se plantearon las siguientes

preguntas.

¿Existe apoyo suficiente por parte de la administración para el estudio

y emulación del diseño de una red wsn con integración tcp/ip, la cual permita

monitorizar a través de una app Android la temperatura, humedad,

movimiento, iluminación, temperatura, detección de humo del centro de

cómputo de la carrera de ingeniería en sistemas y Networking de la faculta de

ciencias Matemáticas y Físicas de la universidad Guayaquil?

46

En la actualidad, al administrador de red del centro de cómputo de la

carrera de ingeniería en sistemas y Networking de la faculta de ciencias

Matemáticas y Físicas de la universidad Guayaquil, le pareció novedosa la

idea al momento de realizar la respectiva entrevista, para saber si se cuenta

con el apoyo administrativo se verificara al momento de presentar la emulación

de red como tal para que esta encuentre el apoyo necesario.

¿Es necesario el respectivo estudio y emulación del diseño de una red

wsn con integración tcp/ip, la cual permita monitorizar a través de vía interfaz

web la temperatura, humedad, movimiento, iluminación, temperatura,

detección de humo del centro de cómputo de la carrera de ingeniería en

sistemas y Networking de la faculta de ciencias Matemáticas y Físicas de la

universidad Guayaquil?

El respectivo diseño y emulación es de gran importancia con respecto

a optimizar los mecanismo de seguridad del centro de cómputo de la carrera

de ingeniería en sistemas y Networking de la facultad de ciencias Matemáticas

y Físicas de la universidad Guayaquil, dado que será una herramienta de

ayuda para el administrador de red en su labor de salvaguardar la integridad y

disponibilidad de los elementos de hardware y software que en el centro de

cómputo se encuentren.

Factibilidad técnica.

Actualmente para el respectivo estudio y emulación del diseño de una

red WSN con integración hacia redes TCP/IP, la cual permitirá monitorizar a

raves de una interfaz vía web la temperatura, humedad, movimiento,

iluminación, temperatura, detección de humo del centro de cómputo de la

carrera de ingeniería en sistemas y Networking de la faculta de ciencias.

En esta sección se describirá más a fondo la selección del hardware del

proyecto. Algunas de estas partes pueden ser vistas en la figura 2.3 donde se

especifica en bloques cada uno de los elementos tanto de hardware como de

software del proyecto. Además, se especificará los detalles de cada

componente electrónico junto con sus características más importantes.

La elección de los componentes electrónicos se realizó de acuerdo a los

requerimientos del proyecto para alcanzar los objetivos establecidos. El diseño

de la aplicación fue realizado en software libre, en este caso en el lenguaje de

programación de Java (en el entorno de programación de Netbeans). La

elección de los dispositivos para el hardware también se realizó teniendo en

consideración que sean de uso libre sin ningún tipo de licencias. A

47

continuación, se presentarán las principales características de cada uno de los

componentes seleccionados.

• Placa arduino nano.- se basa en un microcontrolador ATmega 32, el

nano puede ser alimentado con 5v a través de conexión USB-Mini o de

forma externa a través del pin 30. El Nano tiene una serie de opciones

para la comunicación con un ordenador, otro Arduino, u otras placas.

• Microcontroladores similares.- Los ATmega328 proporcionan

comunicación serial UART, I2C (TWI) y SPI.

• Modulo XBee-PRO® 900 DigiMesh.- Este módulo fue diseñado para

soportar las necesidades únicas de las redes de sensores inalámbricos

que son el bajo costo y bajo consumo, los módulos requieren una

potencia mínima y proporcionan una entrega confiable de datos entre

dispositivos remotos. Los módulos funcionan dentro de la banda de

frecuencia ISM 900 MHz. Proporciona también una fácil construcción

de redes de hasta 128 nodos. La comunicación del módulo se la realiza

de forma serial. Una vez que recibe los datos seriales el modulo es

capaz de convertirlos a datos de RF que pueden ser enviados a

cualquier dispositivo XBee que forme parte de la red.

Figura 1.10

. Módulo XBee-PRO® 900 DigiMesh

48

Figura 1.10

49

Modelo DTH 11

Alimentación

Consumo 2.5 mA

Señal de salida Digital

Temperatura Precisión a 25ºC +- 2ºC

Humedad Precisión a 0ºC y 50ºC +- 5%

Factibilidad Legal.

El proyecto propuesto, no interfiere ninguna ley dado que el desarrollo del

mismo es con el fin educativo y orientado a la futura implementación hacia el

centro de cómputo de la carrera de ingeniería en sistemas y Networking de la

facultad de ciencias matemáticas y físicas de la universidad de Guayaquil, así

mismo durante la investigación se evidencio que no se logró encontrar un

proyecto similar al tema propuesto.

De igual manera se constató que el centro de cómputo de la carrera de

ingeniería en sistemas y Networking de la facultad de ciencias matemáticas y

físicas de la universidad de Guayaquil no cuenta con una red como la

propuesta en el proyecto.

4 Factibilidad Económica.

Para medir la factibilidad económica se elaboró un análisis costo beneficio.

Costo del proyecto Software emulación.

Cuadro Nº 3

Descripcion Cantidad Costo Unitario Costo Total

HTML 1 $0,00 $0,00

HERRAMIENTA DESARROLLO 1 $0,00 $0,00

MysQL 1 $0,00 $0,00

$0,00COSTO TOTAL SOFTWARE


Costos del proyecto Software proyecto

completo.

Cuadro No. 4

50


HTML 1 $0,00 $0,00

HERRAMIENTA DESARROLLO 1 $0,00 $0,00

MysQL 1 $0,00 $0,00

$0,00COSTO TOTAL SOFTWARE


Costos del proyecto – Hardware emulación.

Cuadro No 5

Orange pi 1 $80,00 $80,00

Arduino 1 $35,00 $35,00

Sensor de Temperatura 1 $5,00 $5,00

Sensor de Movimiento 1 $5,00 $5,00

OTROS $50,00 $50,00

$175,00COSTO TOTAL HARDWARE Elaborado por: Diego Andres Fuentes Quichimbo.

Costos del proyecto – Hardware Proyecto

completo

Cuadro No 6

51


Orange pi 12 $80,00 $960,00

Arduino 12 $35,00 $420,00

Sensor de Temperatura 2 $5,00 $10,00

Sensor de Movimiento 4 $5,00 $20,00

Sensor de iluminacion 3 $5,00 $15,00

sensor de Humedad 2 $15,00 $30,00

Módulo XBee-PRO® 900 DigiMesh 12 $25,00 $300,00

detector de humo 3 $20,00 $60,00

otros $100,00

$1.570,00COSTO TOTAL HARDWARE PROYECTO COMPLETO Elaborado por: Diego Andres Fuentes Quichimbo.

Costos del proyecto – Recurso Humano

Emulación

Cuadro No 7


IMPLEMENTADORES DE RED 1 $0,00 $0,00

$0,00COSTO TOTAL RECURSO HUMANO


Costos del proyecto – Recurso Humano

Proyecto completo

Cuadro No 8


IMPLEMTADORES DE RED 1 $0,00 $0,00

$0,00COSTO TOTAL RECURSO HUMANO


Costos del proyecto – Administrativo

52

Emulación

Cuadro No 9


Internet 1 $40,00 $40,00

Transporte 1 $60,00 $60,00

suministros y gastos 1 $120,00 $120,00

$220,00COSTO TOTAL ADMINISTRATIVO

Costos del proyecto – Administrativo

Proyecto Completo.

Cuadro No 10


Internet 1 $40,00 $40,00

Transporte 1 $60,00 $60,00

suministros y gastos 1 $3.600,00 $360,00

$460,00COSTO TOTAL ADMINISTRATIVO

COSTOS TOTALES DEL PROYECTO

EMULACION

Cuadro No 11

Software $0,00

Hardware $175,00

Recurso Humano $0,00

Administrativo $220,00

COSTO TOTAL SOFTWARE $395,00

53

COSTOS TOTAL

Cuadro No 12

Software $0,00

Hardware $1.570,00

Recurso Humano $0,00

Administrativo $460,00

COSTO TOTAL SOFTWARE $2.030,00

Como se puede evidenciar en el cuadro Nº 11, el costo de la

implementación del proyecto se basa en la cuarta parte del proyecto completo

a implementar.

5Etapas de la metodología del proyecto.

El proyecto se encuentra elaborado bajo la metodología PPDIO, por lo

tanto está compuesto de las siguientes etapas.

Preparación.

Durante esta primera etapa se llevó a cabo una investigación superficial

sobre los mecanismos de seguridad que mantienen el centro de cómputo, para

así poder incorporándolos dentro de una posible solución innovadora y factible.

Planificación.

Durante esta etapa se llevaron a cabo reuniones con el tutor encargado

del proyecto, para definir la estructura y los posibles requerimientos para el

estudio y emulación del diseño de una red wsn con integración tcp/ip, la cual

permita monitorizar a través de una app Android la temperatura, humedad,

movimiento, iluminación, temperatura, detección de humo del centro de

cómputo de la carrera de ingeniería en sistemas y Networking de la faculta de

ciencias Matemáticas y Físicas de la universidad Guayaquil, y se definió los

posibles puntos críticos a monitorizar. Los cuales son los siguientes:

• Movimiento

• Humedad.

• Temperatura.

• Detección de humo.

• Iluminación.

Diseño.

54

En esta etapa es la más crítica en donde se realiza el diseño de la red

según los requisitos obtenidos en el punto anterior, en esta parte se pone en

práctica las solicitudes identificadas por nosotros y propuesta por el

administrador de red mediante una entrevista que se realizó, así mismo se

plantea mediante el diseño optimizar los mecanismo de seguridad que

mantiene el centro cómputo de la carrera de ingeniería en sistemas y

Networking de la faculta de ciencias Matemáticas y Físicas de la universidad

Guayaquil.

Implementación.

En esta esta se refiera a la implementación de la red wsn con

integración tcp/ip, en donde para nuestro proyecto se refiere a la emulación de

la red como tal en donde se simulara la respectiva red wsn con integración

tcp/ip la cual va a monitorizar el movimiento y temperatura como método de

prueba.

6Entregables del proyecto.

• Emulación de la red wsn a través de un dispositivo Pi.

• Diseño de la red wsn.

7Criterios de validación de la propuesta.

Este proyecto tendrá la respectiva validación por la subdirección de la

carrera de ingeniería en sistemas y Networking de la faculta de ciencias

Matemáticas y Físicas de la universidad Guayaquil.

Para que la respectiva validación se realice el subdirector certificara que

la emulación pueda cumplir con los siguientes requisitos para su futura

implementación.

• Que la emulación cumpla con los requerimientos mencionados

anteriormente.

• Que la emulación permita demostrar que la red sea de fácil

administración.

• Que la posible implementación de la red wsn con integración tcp/ip, la

cual permita monitorizar a través de una app Android la temperatura,

humedad, movimiento, iluminación, temperatura, detección de humo

del centro de cómputo de la carrera de ingeniería en sistemas y

Networking de la faculta de ciencias Matemáticas y Físicas de la

universidad Guayaquil no afecte al rendimiento de la red actual.

55

Criterios de aceptación del producto o servicio.

ALCANCE ENTREGABLE INDICADOR CUMPLIMIENTO

Estudio para el

diseño de la

creacion de una red

WSN con

integracion tcp/ip.

Flujo del desarrollo

del diseño de la red

wsn con integracion

tcp/ip.

revison formal SI

Definir puntos

relevantes para la

monitorizacion

atraves de WSN



wsn con integracion

tcp/ip.

revison formal SI

Emulacion de la red

wsn.



wsn con integracion

tcp/ip.

revison formal SI

configuracion de la

red a emular



wsn con integracion

tcp/ip.

revison formal SI

Mecanismo de control.

Métrica de calidad interna

Cuadro Nº 13

56

Caraceristica Detalle Metrica

seguridad con a la deteccion

de intrusos

Prevencion del uso

indebido de los sensores.

Cumplimiento de la

funcionalidad

Cumplimiento del

alcance

Fiablidad Tolerancia a fallos Enlaces redundantes

Entendimiento de la red

Facil administracion de la

red

Operatividad

Informacion recolectada

integra y fiable

Eficiencia Uso de recursos reutilizacion de equipos.

Portabilidad Adaptabilidad Red escalable

Funcionalidad

Usabilidad

Medición métrica prevención mal uso de la red

Cuadro Nº 14

Metrica Aplicación Medicion Valor Interpretacion

x=10

y= 10

A=x/y

prevencion

del uso

indebido de

los datos

*x =contar las

validaciones para

prevenir el uso

indebido de la red

*y= contar las posibles

instancias donde se

pueda hacer uso

indebido de la red.

1

0<=A<=1(Entre

mas cercano a 1

mejor)

Medición métrica cumplimiento del alcance.

Cuadro Nº 15

57

Metrica Aplicación Medicion Valor Interpretacion

x=4

y= 4

A=x/y

Cumplimie

nto del

alcance

*x =contar los alcances

entrgados

*y= contar los alcances

propuestos

1

0<=A<=1(Entre

mas cercano a 1

mejor)

58

Conclusiones y recomendaciones.

En esta sección expondremos las respectivas y conclusiones que he logrado

encontrado durante la realización del proyecto planteado.

Conclusiones.

La elaboración del diseño, con la respectiva colocación de los sensores

de manera adecuada permitirá en la futura implementación obtener de manera

óptima la monitorización del toda el área dentro del centro de cómputo.

Los respectivos sensores ubicados en manera estratégica en el centro

de cómputo permitirán observar las áreas más críticas en el ámbito de un

consumo de energía innecesario dentro del centro de cómputo, de igual

manera de ubicar los sensores de humedad y temperatura para estar

informado y preparado sobre una anomalía del sistema de acondicionamiento

de aire.

Con la emulación realizada se demuestra que el proyecto si se puede

lograr a cabo en un ambiente real y más grande.

La base de datos en donde estarán los datos almacenado es un modelo

de cómo debería implementarse la futura base de datos al momento de la

implantación real en el centro de cómputo de la red propuesta.

Recomendaciones.

Al momento de la elaboración del diseño de la red es necesario conocer

sobre el estado actual del cableado estructurado que cuenta el centro de


de ciencias matemáticas y la universidad de Guayaquil.

La ubicación de sensores debe de ser de manera estratégica y

consensuada con el administrador de red del centro de cómputo de la c carrera

de ingeniería en sistemas y Networking de la facultad de ciencias matemáticas

y la universidad de Guayaquil.

El presente proyecto propuesto y el prototipo presentado es solo una

emulación, dado que al momento de implementar el personal en realizar dicha

tarea deberán conseguir equipos tantos de software y hardware con

características que cumplan para realizar la respectiva monitorización

59

BIBLIOGRAFIA.

Aakvaag, N. F.-E. (39-42). Redes de sensores inalámbricos. Revista ABB, 2006.

BRAVO GRANDA , B. A., & BELDUMA BELDUMA, L. A. (2017). DISEÑO DE UNA

RED DE SENSORES INALAMBRICOS PARA EL MONITOREO DE

TRANSITO VEHICULAR Y LA CONTAMINACION CO2 DENTRO DE UN

SECTOR URBANO. CUENCA, ECUADOR.

coporacion universitaria minuto de DIOS . (2011). INTEGRACION DE SENSORES

INALAMBRICOS Y DOMOTICA. GIRARDOT.

Davis, E. J. (2009). Implementacion de protocolos de transporte de redes de

sensores.

EDMANS, G. d. (2009). Redes Inalambricas de Sensores.

Gascon, D. (2010). Redes de Sensores Inalambricos, la tecnologia invisible.

.

ANEXO

PROPUESTA DE LA DISTRIBUCION DE LOS RESPECTIVOS SENSORES.

SENSOR DE MOVIMIENTO.

SENSORES LUZ – TEMPERATURA – HUMEDAD – DETECCION DE HUMO.

SERVIDORES.

INGRESO

ESTACIONES DE TRABAJO.

Diagrama de red del proyecto propuesto.

Código fuente del ESP8266

#include <ESP8266WiFi.h>

#include <DTH.h>

const char* ssid = "tesis";

const char* password = "12345678";

const char*host ="192.168.1.2";

//#define DTHTYPE DTH11

//#define DTHPIN 4

DTH dth(DTHPIN, DTHTYPE, 11);

float temperatura;

float humedad;

void setuo()

{

Serial.begin(115200);

Serial.println();

dth.begin();

Serial.printf("conectandose a %s", ssid);

WiFi.begin(ssid,password);

while (WiFi.status() != wl_conect)

{

delay(500);

Serial.print("*");

}

Serial.println(" conexion exitosa");

}

void loop()

{

WiFiClient("\n conectandose a %s ....",host);

if(client.connect(host, 8080)

{

Serial.println("conexion exitosa");

temperatura = dth.readTemperature();

humedad = dth.readHumidity();

Serial.println("(enviando respuesta)");

client.print(string("GET /prueba/prueba1/?Temp") + temperatura + "&Hum0" +

humedad + "HTTP/1.1\r\n" + "host:" + host + "\r\n"

+ "conexion cerrada\r\n" + "\r\n"

);

Serial.println("`[response: ]";

} while (client.connected())

{

if(client.available(){

String line = client.readStringUntil("\n");

Serial.println(line));

}

}

client.stop();

Serial.println("\n[desconectado]");

}}

else

{

Serial.println("desconexcion fallida!");

client.stop();

}

Código fuente de la página web HTML – php.

<?php

//Crea un archivo de texto para guardar los datos que envía el ESP8266

if (!file_exists("lecturasensores.txt")){

// si no existe el archivo, lo creamos

file_put_contents("lecturasensores.txt", "0.0\r\n0.0");

}

// Si se recibe Datos con el Método GET, los procesamos

if (isset($_GET['Temp']) && isset($_GET['Hum'])){

$var3 = $_GET['Temp'];

$var4 = $_GET['Hum'];

$fileContent = $var3 . "\r\n" . $var4;

$fileSave = file_put_contents("lecturasensores.txt", $fileContent);

}

// Leemos los datos del archivo para guardarlos en variables

$fileStr = file_get_contents("lecturasensores.txt");

$pos1 = strpos($fileStr, "\r\n");

$var1 = substr($fileStr, 0, $pos1);

$var2 = substr($fileStr, $pos1 + 1);

// $var3 = substr($fileStr, 0, $pos1);

// $var4 =substr($fileStr, $pos1 + 1);

<!DOCTYPE html>

<html lang="es">

<head>

<meta charset="utf-8">

<meta name="viewport" content="width=device-width, initial-scale=1.0">

<link rel="stylesheet" href="jquery.mobile-1.23.2.min2.css" />

<meta http-equiv="refresh" content="15">

<title>TESIS DE GRADO DAFQ</title>

</style>

</head>

<body BACKGROUND="fondou.jpg">

<div id="top">

</div>

<div id="todo_contenido">

<div id="principal">

<div id="barra_gris">

<p>RED DE SENSORES INALAMBRICOS DEL CENTRO DE COMPUTO

DE LA CISC </p>

</div>

<h3><img src="fa.png" align ="left" width=25% height=100% />

<img src="logonet.jpg" align ="right" width=12.5%

height=100%/></h3>

<h3> </h3>

<div id="formu">

<div id="barraformu">

<h4>informacion de sensores</h4>

</div>

<h3>Temperatura: <?php echo $var1; ?> Cº</h3>

<h3>Humedad: <?php echo $var2; ?> % </h3>

<h3>MOVIMIENTO: no hay movimiento </h3>

<h3>DETECCION DE HUMO: Sin novedades </h3>

<h3>ILUMINACION: Sin novedades </h3>

</div>

</div>

</div>

</body>

</html>

Captura de pantalla de la respectiva conexión del esp8266 con el servidor

y con la red wifi.

En la siguiente imagen nos muestra como el esp8266 realiza la respectiva

conexión hacia la red wifi, y al servidor para enviar los datos y que los demás

usuarios puedan observar.

Una vez conectado al servidor el servidor responderá el código plano la página

web creada.

La configuración en esp8266 a través del arduino IDE está diseñada con el fin

de que cada quince segundos se actualice la información, con esto el esp8266

estará realizando peticiones al servidor para conectarse y asi transmitir

información de los sensores conectados a el.

Captura de envio y recepción del sensor hacia la página web.

En la imagen se muestra la página principal de la página web en donde se

visualizará el estado de cada uno de los sensores.

Asimismo como observamos en imágenes pasada la información que muestra el

monitor serie proporcionado por el arduino Ide, en la imagen inferior se

demuestra que el mismo valor q se muestra en la página recibe y envía el

esp8266 al servidor local.

En la siguiente imagen observado la interface del router en donde se observan

los equipos que se encuentran conectados al de manera inalámbrica con su

respectiva IP y dirección física.

Como última prueba y la más común de todas se realizó un ping hacia el esp8266

para comprobar que todo se encuentra funcionando de manera óptima.

PROYECTO DE TITULACIÓN INGENIERO EN NETWORKING Y...

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