| TAZ-TFG-2025-4920 |
Diseño de una Red Distribuida de Sensores Inteligentes con redundancia Multisensorial y Gestión IoT en Escenarios de Baja Conectividad
Villalba Puertas, Jose Óscar
Guillomía San Bartolomé, Miguel Ángel (dir.) ; Herranz López, Laura (dir.)
Universidad de Zaragoza,
CUD,
2025
Graduado en Ingeniería de Organización Industrial
Abstract: Este Trabajo Fin de Grado aborda el diseño y validación conceptual de una red distribuida de sensores inteligentes con redundancia multisensorial y gestión IoT, orientada a escenarios de baja conectividad y alta interferencia electromagnética, como los generados por guerra electrónica. El problema identificado radica en la ausencia de soluciones prácticas que integren detección fiable, autonomía energética y comunicación segura en entornos donde las infraestructuras convencionales son inoperantes o vulnerables. La propuesta responde a la necesidad de garantizar información crítica para operaciones militares, vigilancia perimetral y misiones tácticas, minimizando la dependencia de redes centralizadas.
El objetivo principal consiste en diseñar y validar mediante simulación un nodo sensor autónomo, capaz de detectar movimiento mediante la fusión de datos de cámara y sensor PIR, y transmitir alertas mediante una red LoRa robusta y de bajo consumo. Entre los objetivos secundarios se incluyen la definición de requisitos funcionales, la selección de hardware, el diseño del protocolo de comunicación con cifrado ligero (XOR) y pseudo salto de frecuencia, así como la evaluación de la fiabilidad, latencia y autonomía del sistema.
La metodología adoptada combina un enfoque descriptivo-aplicativo con técnicas cuantitativas y cualitativas. Se realizó una revisión bibliográfica sobre IoT, LoRa y sistemas embebidos, seguida del diseño de la arquitectura hardware. El algoritmo de integración multisensorial se modeló en Bizagi y se validó mediante simulaciones en NS-3 y entornos como Wokwi y Python. Se implementaron pruebas de comunicación cifrada y pseudo salto de frecuencia, además de simulaciones de escalabilidad con hasta 35 nodos emisores. Finalmente, se evaluaron métricas clave como latencia, tasa de entrega y consumo energético.
Los resultados obtenidos demuestran la viabilidad técnica del sistema en entornos simulados: tasa de entrega del 100%, latencia promedio de 11,5 ms en pruebas iniciales y 104 ms en escenarios ampliados, sin penalización significativa por el cifrado XOR. El algoritmo de fusión redujo falsos positivos y garantizó la generación coherente de alertas. La autonomía estimada, basada en cálculos y pruebas de consumo, alcanza aproximadamente 48 horas con baterías externas de 50.000 mAh. Estos resultados cumplen los objetivos planteados, validando la propuesta a nivel conceptual y funcional.
En conclusión, el trabajo aporta una solución innovadora y escalable para la vigilancia autónoma en entornos hostiles, integrando tecnologías de bajo coste y alta resiliencia. Aunque la validación se limita a simulaciones, el diseño constituye una base sólida para futuros desarrollos orientados al prototipado físico, optimización energética y despliegue en condiciones reales. Su aplicación se extiende al ámbito militar y civil, incluyendo seguridad perimetral, monitoreo ambiental y protección de infraestructuras críticas.
El objetivo principal consiste en diseñar y validar mediante simulación un nodo sensor autónomo, capaz de detectar movimiento mediante la fusión de datos de cámara y sensor PIR, y transmitir alertas mediante una red LoRa robusta y de bajo consumo. Entre los objetivos secundarios se incluyen la definición de requisitos funcionales, la selección de hardware, el diseño del protocolo de comunicación con cifrado ligero (XOR) y pseudo salto de frecuencia, así como la evaluación de la fiabilidad, latencia y autonomía del sistema.
La metodología adoptada combina un enfoque descriptivo-aplicativo con técnicas cuantitativas y cualitativas. Se realizó una revisión bibliográfica sobre IoT, LoRa y sistemas embebidos, seguida del diseño de la arquitectura hardware. El algoritmo de integración multisensorial se modeló en Bizagi y se validó mediante simulaciones en NS-3 y entornos como Wokwi y Python. Se implementaron pruebas de comunicación cifrada y pseudo salto de frecuencia, además de simulaciones de escalabilidad con hasta 35 nodos emisores. Finalmente, se evaluaron métricas clave como latencia, tasa de entrega y consumo energético.
Los resultados obtenidos demuestran la viabilidad técnica del sistema en entornos simulados: tasa de entrega del 100%, latencia promedio de 11,5 ms en pruebas iniciales y 104 ms en escenarios ampliados, sin penalización significativa por el cifrado XOR. El algoritmo de fusión redujo falsos positivos y garantizó la generación coherente de alertas. La autonomía estimada, basada en cálculos y pruebas de consumo, alcanza aproximadamente 48 horas con baterías externas de 50.000 mAh. Estos resultados cumplen los objetivos planteados, validando la propuesta a nivel conceptual y funcional.
En conclusión, el trabajo aporta una solución innovadora y escalable para la vigilancia autónoma en entornos hostiles, integrando tecnologías de bajo coste y alta resiliencia. Aunque la validación se limita a simulaciones, el diseño constituye una base sólida para futuros desarrollos orientados al prototipado físico, optimización energética y despliegue en condiciones reales. Su aplicación se extiende al ámbito militar y civil, incluyendo seguridad perimetral, monitoreo ambiental y protección de infraestructuras críticas.
Tipo de Trabajo Académico: Trabajo Fin de Grado
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