Wireless sensor networks for ambient intelligence
Francisco Jesús Fernández Luque · 2013
La presente tesis se enmarca en el campo de la asistencia a la vida en el hogar (del ingles Ambient Assisted Living, AAL), una rama de la inteligencia ambiental que trata de mejorar la vida en el hogar mediante tecnicas de inteligencia artificial. El objetivo global de la tesis es lograr avances significativos en eficiencia y prestaciones en las tecnologias aplicadas para la sensorizacion en este campo. Estos avances tecnologicos afectan a varios aspectos y niveles dentro de la capa de captacion sensorial de estos sistemas, resultando en una serie de objetivos especificos: (1) Reduccion del numero de transmisiones mediante pre-procesamiento de la senal sensorial y fusion de datos. (2) Deteccion de ocupacion en cama o sillon: mejora de las prestaciones y la fiabilidad. (3) Refuerzo de la informacion contextual mediante el uso de sensores portables. (4) Deteccion de actividad: reconocimiento de patrones y clasificacion de senal. (5) Mejora de las prestaciones mediante integracion microelectronica. El trabajo llevado a cabo durante el periodo de investigacion ha resultado en diversas contribuciones sobre los objetivos de la tesis. Con respecto al objetivo (1), se ha disenado un nuevo middleware que incorpora una maquina de estados que introduce un nuevo nivel de abstraccion, generando informacion mas elaborada. De esta forma, se ha eliminado un gran numero de transmisiones asociadas a eventos irrelevantes, generados durante transitorios en el contexto ambiental. Se ha propuesto, a su vez, un mecanismo de asentimiento especifico para AAL. Para alcanzar el objetivo (2), se han mejorado las prestaciones del sistema AAL mediante un nuevo sensor de ocupacion. Este nuevo diseno ha sido posible gracias a la caracterizacion de un nuevo modelo para el transductor basado en EMFi (ElectroMechanical Film). Por otro lado, se ha propuesto un metodo de umbralizacion adaptativo para los sensores de ocupacion basados en transductores de peso. Se ha propuesto un metodo que emplea un conjunto mixto de sensores (fijos y portables), en cumplimiento del objetivo (3), incorporando un sensor opcional basado en acelerometros. Ademas, se ha implementado y testado un prototipo del nodo sensor portable. El cumplimiento del objetivo (4) ha sido aproximado mediante el diseno de un metodo de clasificacion de senales de sensores PIR (Passive InfraRed), atendiendo a la velocidad y distancia entre el sujeto y un sensor multiple. Este metodo permite obtener dispositivos compactos que llevan a cabo computacion local y son capaces de transmitir informacion contextual de nivel de abstraccion medio de una forma eficiente. Finalmente, atendiendo al objetivo (5), se ha desarrollado un filtro CMOS (Complementary Metal-Oxide-Semiconductor ) pasa-banda de 4o orden con bajo consumo para sensores PIR. Los resultados de simulacion obtenidos a nivel de esquematico han presentado muy bajo consumo y un nivel de ruido integrado aceptable para la aplicacion senalada.