diseÑo y simulaciÓn de red de comunicaciÓn en la mina de …

DISEÑO Y SIMULACIÓN DE RED DE COMUNICACIÓN EN LA MINA DE

CARBÓN SANTA MARÍA EN EL MUNICIPIO DE SOGAMOSO BOYACÁ

Autores:

AURA VANESSA SANCHEZ BARÓN

CAROLINA ZULIM GONZALÉZ GODOY

Estudiantes de ingeniería de telecomunicaciones

UNIVERSIDAD SANTO TOMÁS

FACULTAD DE INGENIERÍA DE TELECOMUNICACIONES

BOGOTÁ

2017

DISEÑO Y SIMULACIÓN DE RED DE COMUNICACIÓN EN LA MINA DE

CARBÓN SANTA MARÍA EN EL MUNICIPIO DE SOGAMOSO BOYACÁ

Autores:

AURA VANESSA SANCHEZ BARÓN

CAROLINA ZULIM GONZALÉZ GODOY

Estudiantes de ingeniería de telecomunicaciones

Proyecto de grado para aspirar al título de Ingeniero de Telecomunicaciones

Director: VICTOR MANUEL CASTRO RAMIREZ

Ingeniero Electrónico Magister en Ingeniería Electrónica y de Computadores

UNIVERSIDAD SANTO TOMÁS

FACULTAD DE INGENIERÍA DE TELECOMUNICACIONES

BOGOTÁ

2017

DEDICATORIA

A nuestros padres

Por habernos apoyado en todo momento, por sus consejos, sus valores, por la

motivación constante que nos han inculcado y nos han convertido en las personas

del hoy. Por lo ejemplos de perseverancia y constancia que nos caracterizan y por

su infinito amor.

Carolina y Vanessa

INDICE DE FIGURAS

Figura 1. Variación del PIB II trimestre 2017, con relación al I, II, II y IV trimestre

2016.Fuente: DANE (Departamento Administrativo Nacional de Estadística),

cálculos Dirección de Minería Empresarial, Mininas. Tomado del documento

Análisis del comportamiento del PIB minero segundo trimestre de 2017. ............... 9

Figura 2. Participación de PIB minero en el PIB nacional. Fuente: DANE

(Departamento Administrativo Nacional de Estadística), P Cifras Provisionales, Pr

Cifras Preliminares. Cálculos Dirección de Minería Empresarial MME, Tomado del

documento Análisis del comportamiento del PIB minero segundo trimestre de 2017.

................................................................................................................................. 9

Figura 3. Ubicación Mina Santa María Sogamoso – Boyacá. Fuente: tomado de

Google Maps web, Sogamoso – Boyacá. .............................................................. 11

Figura 4. Bocamina 1 , entrada a la mina.Fuente: Foto tomada por estudiantes,

Sogamoso – Boyacá .............................................................................................. 11

Figura 5. Bocamina 2, Salida mina.Fuente: Foto tomada por estudiantes, Sogamoso

– Boyacá ................................................................................................................ 12

Figura 6. Fatalidades en emergencias ocurridas entre los años 2005-2017.Fuente:

captura de fatalidades en emergencia mineras ocurridas durante los años 2005-

2017, tomado de la Agencia Nacional de Minería. ................................................. 12

Figura 7. Causas de emergencias mineras de los años 2005 - 2017. Fuente: captura

de emergencias mineras ocurridas durante los años 2005-2017, tomado de la

Agencia Nacional de Minería. ................................................................................ 13

Figura 8. Túneles de la mina de carbón Santa María. Fuente: Imagen realizada por

las estudiantes del proyecto. ................................................................................. 24

Figura 9. Configuración del Xbee como coordinador en el programa XCTU. Fuente:

Captura del programa XCTU, tomada el 12 de Diciembre de 2017. ...................... 25

Figura 10. Características del coordinador.Fuente: Captura del programa XCTU,

tomada el 12 de Diciembre de 2017. ..................................................................... 25

Figura 11. Características del router. Fuente: Captura del programa XCTU, tomada

el 12 de Diciembre de 2017. .................................................................................. 26

Figura 12. Configuración del Xbee como router en el programa XCTU. Fuente:

Captura del programa XCTU, tomada el 12 de Diciembre de 2017. ...................... 26

Figura 13. Configuración de puertos ADC. Fuente: Captura del programa XCTU,

tomada el 12 de Diciembre de 2017. ..................................................................... 27

Figura 14. Conexión entre los XBEE.Fuente: Captura del programa XCTU, tomada

el 12 de Diciembre de 2017. .................................................................................. 27

Figura 15. Paquetes enviados del router al coordinador. Fuente: Captura del

programa XCTU, tomada el 12 de diciembre de 2017. .......................................... 28

Figura 16. Detalles del estado de trasmisión. Fuente: Captura del programa XCTU,

tomada el 12 de diciembre de 2017. ...................................................................... 28

Figura 17. Circuito para acoplar señal 4-20mA. Fuente: Imagen realizada por las

estudiantes del proyecto. ....................................................................................... 29

Figura 18. Línea 4-20 mA. .................................................................................... 30

Figura 19. Sensor industrial de Dióxido de carbón.Fuente: Foto tomada al sensor

industrial por las estudiantes del Proyecto. ............................................................ 30

Figura 20. Sensor industrial de metano. Fuente: Foto tomada al sensor industrial por

las estudiantes del Proyecto. ................................................................................. 30

Figura 21. Archivo de java. Fuente: Captura del programa de java, tomada el 12 de

Diciembre de 2017. ................................................................................................ 31

Figura 22. Medición que muestra los sensores cada 3 segundos. Fuente: Captura

del programa de java, tomada el 12 de Diciembre de 2017. .................................. 31

Figura 23. Estructura del paquete API (appication programming interface). Fuente:

Imagen tomada del artículo, Parámetros de configuración en los módulos xbee para

medición ambiental, tomado de internet:

“http://www.scielo.org.co/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S0123-

921X2015000300012” ........................................................................................... 33

Figura 24. Configuración del generador API (application programming interface).

Fuente: Captura del programa XCTU, tomada el 14 de Diciembre de 2017. ......... 33

Figura 25. Trama que se genera para paquete de response. Fuente: Captura del

programa XCTU, tomada el 14 de Diciembre de 2017. ......................................... 34

Figura 26. Paquetes recibidos de la trama enviada. Fuente: Captura del programa

XCTU, tomada el 14 de Diciembre de 2017. ......................................................... 34

Figura 27. Diseño de red para red inalámbrica de sensores. Fuente: Imagen

realizada por las estudiantes del proyecto. ............................................................ 35

Figura 28. Protocolos de enrutamiento para redes ADHOC. Fuente: Imagen


Figura 29. Diseño de red para red fija de sensores. Fuente: Imagen realizada por

las estudiantes del proyecto. ................................................................................. 38

Figura 30. Diseño de red fija y envío de paquetes. Fuente: Captura tomada del

programa NetAnim el 14 de Diciembre de 2017. ................................................... 39

Figura 31. Paquetes enviados entre sensor 0 y 6. Fuente: Captura tomada del

programa Wireshark el 14 de Diciembre de 2017. ................................................. 40

Figura 32. Paquetes enviados entre sensor 1 y 6. Fuente: Captura tomada del

programa Wireshark el 14 de Diciembre de 2017. ................................................. 40

Figura 33. Diseño de red para red inalámbrica de sensores. Fuente: Imagen


Figura 34. Diseño de red inalámbrica y conexión entre ellas. Fuente: Captura

tomada del programa NetAnim el 14 de Diciembre de 2017. ................................ 41

Figura 35. Envió de paquetes broadcast a los demás Xbee. Fuente: Captura tomada

del programa Wireshark el 14 de Diciembre de 2017. ........................................... 42

INDICE DE TABLAS

Tabla 1. Tabla de sensor de gas CH4 ................................................................... 16

Tabla 2. Tabla de sensor de gas CO2 ................................................................... 17

Tabla 3. Tabla de sensores de gas portátiles. ....................................................... 18

TABLA DE CONTENIDO

1. INTRODUCCIÓN .............................................................................................. 9

2. MINA SANTA MARÍA ...................................................................................... 11

2.1 PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA .......................................................... 12 2.2 MINA DE CARBON SANTA MARÍA ............................................................. 14 2.3 OBJETIVOS ................................................................................................. 15 2.3.1 OBJETIVO GENERAL ......................................................................... 15

2.3.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS ................................................................ 15

3. MARCO CONCEPTUAL .................................................................................. 16

3.1 SENSORES ................................................................................................. 16

3.1.1 SENSORES FIJOS .............................................................................. 16 3.1.2 SENSORES PORTATILES .................................................................. 17

3.2 SIMULADORES ........................................................................................... 18

3.2.1NCTUns ................................................................................................ 19 3.2.2 NS3 ...................................................................................................... 20 3.2.3 OMNET ++ ........................................................................................... 21

4. DESARROLLO DEL PROYECTO ................................................................... 23

4.1 MEDICIONES MINA SANTA MARÍA ............................................................ 23 4.1.1MEDIDAS .............................................................................................. 23

4.1.2TUNELES ............................................................................................. 24

4.2 PRUEBAS .................................................................................................... 24

4.2.1 MEDIDAS Y DISTANCIAS CON XBEE ................................................ 24 4.2.2 CONEXIÓN CABLEADA CON ARDUINO ............................................ 28 4.2.3 CONEXIÓN INALAMBRICA CON XBEE ............................................. 32

4.2.4 DISEÑO DE RED ................................................................................. 35 4.2.5 PROTOCOLOS DE ENRUTAMIENTO PARA REDES AD-HOC .......... 36

4.2.6 SIMULACIONES NS3 .......................................................................... 38 5. CONCLUSIONES ............................................................................................ 43

6. TRABAJO A FUTURO..................................................................................... 44

7. RECOMENDACIONES ................................................................................... 46

8. BIBLIOGRAFIA ............................................................................................... 47

9. GLOSARIO ...................................................................................................... 49

9

1. INTRODUCCIÓN La minería en Colombia ha desempeñado un papel muy importante en aspectos económicos y sociales, los cuales presentan un incremento en los minerales que se ubican en las diferentes minas. Colombia se caracteriza por la producción minera de carbón, esmeraldas, oro, níquel y materiales de construcción. Sin embargo, para el segundo trimestre del año 2017 la minería tuvo un incremento del 0.47% del producto interno bruto del sector minero.

Figura 1. Variación del PIB II trimestre 2017, con relación al I, II, II y IV trimestre 2016.Fuente: DANE

(Departamento Administrativo Nacional de Estadística), cálculos Dirección de Minería Empresarial, Mininas. Tomado del documento Análisis del comportamiento del PIB minero segundo trimestre de 2017.

La participación minera en el segundo trimestre del 2017 se incrementó con un 0.47%. La participación del carbón en el PIB minero del segundo trimestre de 2017, asciende a 65,00%, mientras que es del 1,24% con respecto al PIB total.

Figura 2. Participación de PIB minero en el PIB nacional. Fuente: DANE (Departamento Administrativo

Nacional de Estadística), P Cifras Provisionales, Pr Cifras Preliminares. Cálculos Dirección de Minería Empresarial MME, Tomado del documento Análisis del comportamiento del PIB minero

segundo trimestre de 2017.

Existen cuatro clases de explotación minera como: minería subterránea, minería de

10

superficie, minería de pozos de perforación y minería de dragado. Cada una de esas minerías tiene una característica diferente. En el caso de la mina Santa María de carbón practica una minería subterránea, la cual desarrolla una actividad bajo tierra, que se extiende en túneles verticales y horizontales, la mina tiene un coche que entra y sale, con el fin de extraer el mineral, cada mina subterránea cuenta con una entrada y una salida, con el propósito de generar un sistema de ventilación que logre alimentar toda la mina, uno de los retos más significativos en la mina Santa María, es la presencia de gases. El metano (CH4) es un gas emitido por el transporte o manipulación del carbón entre otros, este gas no es tóxico en pequeñas porciones. En el caso de los mineros esa toxicidad cambia debido a que ellos pueden pasar horas dentro de la mina, además es altamente explosivo por ser un gas combustible. Para la mina no solo son muertes humanas, sino, también costos de infraestructura o cierre de la mina, el dióxido de carbono (CO2) es un gas tóxico que forma una deficiencia para respirar no es inflamable, pero es una sustancia asfixiante, lo que se realizó en este proyecto fue una simulación de nodos, que permitió determinar si una red de comunicación se puede mejorar la gestión de los gases que se producen dentro de la mina.

11

2. MINA SANTA MARÍA

Figura 3. Ubicación Mina Santa María Sogamoso – Boyacá. Fuente: tomado de Google Maps web, Sogamoso

– Boyacá.

En la Figura 1 se puede observar el circulo rojo donde se localiza la mina de carbón Santa María en Sogamoso. La mina Santa María tiene dos bocaminas, una de entrada y otra de salida, mediante las cuales la vagoneta transporta el carbón. La razón de que se encuentren ubicadas de esa forma, se debe al sistema de ventilacion artificial que se encuentra al interior. Ya que al penetrar la mina, el oxigeno se reduce y produce axficia, para solucionar ese problema la bocamina 2 (salida) es la encargada de expulsar el aire contaminado.

Figura 4. Bocamina 1 , entrada a la mina.Fuente: Foto tomada por estudiantes, Sogamoso – Boyacá

En la Figura 4 se encuentra la entrada a la mina Santa María, es por este lugar donde el ambiente está libre de gases.

12

Figura 5. Bocamina 2, Salida mina.Fuente: Foto tomada por estudiantes, Sogamoso – Boyacá

En la Figura 5 se ubica la salida de la mina Santa María, por donde el ambiente puede estar contaminado.

2.1 PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA

La explotación de minas en Colombia ha generado un crecimiento socioeconómico el cual tiene unos ingresos grandes de materia prima. La entidad encargada de dirigir, coordinar y ejecutar políticas es El Ministerio de Minas y Energías, sin embargo, la minería en Colombia tiene varios aspectos que hacen que este tipo de trabajo sea peligroso. Según El Ministerio, en el documento: Política Minera de Colombia de abril del 2016, donde se identifican las dificultades y retos que se presentan en la actividad minera. Dentro de los cuales se encuentran: “falta de coordinación institucional, conflictividad regional, demora en los trámites, infraestructura deficiente, informalidad en la actividad, ausencia de mejores estándares en tecnología, dificultades de financiamiento y factores externos como la caída en los precios internacionales” [1].

Figura 6. Fatalidades en emergencias ocurridas entre los años 2005-2017.Fuente: captura de fatalidades en emergencia mineras ocurridas durante los años 2005-2017, tomado de la Agencia Nacional de Minería.

13

Figura 7. Causas de emergencias mineras de los años 2005 - 2017. Fuente: captura de emergencias mineras

ocurridas durante los años 2005-2017, tomado de la Agencia Nacional de Minería.

El carbón es un recurso natural, fuente de producción de energía, combustible para producción de acero y varios usos más a nivel industrial, este mineral está compuesto de carbono, hidrógeno y oxígeno. Existen estadísticas de fatalidad minera que se realizan por medio de censos los cuales explican varias causas de muerte en el sector minero. La mina Santa María a pesar de que cumple los estándares y protocolos exigidos por el Ministerio podría optar por servicios de tecnología dentro de los cuales pueda hacer una gestión más eficaz y eficiente.

En Colombia existen cuatro tipos de minas de las cuales solo la minería subterránea es en la que se centra este proyecto. La mina Santa María se encuentra ubicada en el municipio de Sogamoso, Boyacá donde se manejan unos protocolos de seguridad para sus trabajadores según el Ministerio de Minas y Energía de Colombia, dentro de estas minas se pueden encontrar dos tipos de gases (Metano y Dióxido de carbono), ambos gases son nocivos para la salud y si se inhalan en grandes cantidades puede llegar a ocasionar la muerte.

Los mineros no pueden llegar a prever dónde hay una alta actividad de gases que les pueda afectar su salud. El Ministerio de Minas y Energía obliga a que se forjen mediciones continuas de gases, buscando un entorno más seguro para el trabajador.

Se realizó una visita de campo en la que se observó que la mina tiene una actividad de gases; donde existe el riesgo de que alguien pueda intoxicarse, asfixiarse, o donde la presencia del gas puede provocar una explosión. Aunque la mina Santa María cuenta con equipos de detección de gases, se cree que es insuficiente, porque, por ejemplo, antes de que un trabajador ingrese a la mina, el supervisor realiza una medición de los gases, asegurándose que los niveles sean adecuados.

14

Sin embargo, esto no es suficiente, para determinar que los niveles no varíen a medida que pasa el tiempo. Es por esta razón que se necesita un sistema que detecte continuamente el nivel de gases, así la calidad de trabajo para el minero sería más saludable y segura.

El sistema de comunicación que se simulará tendrá como prioridad la detección de

gases mediante la red de nodos aprobando una calidad en la gestión de los gases

que se producen dentro de la mina evitando accidentes. A demás de alertar a los

mineros protegiendo la integridad y vida del trabajador.

2.2 MINA DE CARBON SANTA MARÍA

La mina Santa María se encuentra ubicada en el municipio de Sogamoso-Boyacá, en está se explota carbón: este mineral es una roca rica en carbono con cantidades variables de elementos como hidrógeno, azufre, oxígeno y nitrógeno.

La mina Santa María realiza minería subterránea, por ser de este tipo de minería la

presencia de gases explosivos como el metano se debe al transporte,

almacenamiento o procesamiento del carbón. Este gas puede contener otros gases

como el dióxido de carbono o el monóxido de carbono y suele se inodoro por lo cual

solo se puede detectar con instrumentación especifica. Hay que tener en cuenta

que su concentración en la atmósfera debe ser inferior al 1% - 1.2%. este gas se

forma a la vez que el carbón por la degradación biológica de la materia vegetal,

donde queda retenido en la superficie del carbón.

Uno de los riegos o causas de muerte, de la presencia del metano es porque puede causar asfixia en concentraciones entre 5% y el 15% puede explotar sin necesitad que haya una llama o chispa, este gas absorbe el oxígeno entre 80-90% que hay a su alrededor. Es por esta razón que es muy importante tener un sistema de ventilación. Estos sistemas mejoran el ambiente proporcionando oxigeno puro respirable, mientras que el oxígeno contaminado debe salir por otro segmento de la mina.

La mina Santa María cuenta con este sistema de ventilación, sin embargo, cabe resaltar que a pesar de que la mina cuenta con ese sistema, no es tecnificado como debería ser, es por esto qué las mediciones constantes se deben realizar de manera permanente o repetitiva. Una de las formas que la mina forja la revisión es mediante un dispositivo portátil especial para la detección de gases, pero esa medida no es confiable, porque, se realiza una vez al día.

15

2.3 OBJETIVOS

2.3.1 OBJETIVO GENERAL

Diseñar y simular una red de sensores que permita transmitir datos para la detección de gases CO2 (dióxido de carbono) y CH4 (metano) en la mina de carbón Santa María.

2.3.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS

• Identificar las características de varios simuladores para redes inalámbricas.

• Realizar el estudio de la infraestructura, accidentes, y riegos en la seguridad del trabajo minero.

• Diseñar una red de nodos que implemente técnicas y modelos existentes para la transmisión de datos del interior de la mina hasta el exterior.

• Simular la red diseñada mediante un software especializado que utilice tecnologías inalámbricas y permitiera su uso.

16

3. MARCO CONCEPTUAL

3.1 SENSORES

3.1.1 SENSORES FIJOS

Teniendo en cuenta los efectos que producen los gases de la Mina en un ser humano, la Universidad Santo Tomas realizo una compra de sensores industriales especiales para los gases CH4 y CO2 (Metano y Dióxido de carbono). Con el propósito de hacer las pruebas pertinentes para la toma de datos de las áreas que se ven más afectadas cuando se realiza la explotación minera. Anteriormente en otro proyecto de grado se perpetró un análisis de los tipos de sensores que pueden servir para minas subterráneas, el cual permitió que la Universidad comprara los equipos para el desarrollo de ambos proyectos.

Estos sensores estaban conectados por cable, desde la estación donde se administraba la red, hasta lo más profundo de la mina. Sin embargo, en repetidas ocasiones la vagoneta dañaba el cable que se deslizaba al interior de la mina, debido al movimiento que se realizaba para el ingreso o salida de la vagoneta. Contando que los mineros a medida que se movían dentro de la mina, los sensores se iban moviendo con ellos, esto, para que ellos tuvieran un entorno más seguro de gases.

Tabla 1. Tabla de sensor de gas CH4

TABLA DE SENSOR DE GAS (CH4)

NOMBRE: Detector de gas BS03 para 1 sensor % LEL (CH4) Metano

DESCRIPCIÓN

Debido al constante desarrollo y mejora de esta tecnología en los últimos años, estos se han caracterizado por ser muy precisos al momento de realizar las mediciones de las concentraciones de los diferentes gases, en labores donde se requiere unos rangos de error mínimo, como en el caso de la minería subterránea. [2]

17

Tabla 2. Tabla de sensor de gas CO2

TABLA DE SENSOR DE GAS (CO2)

NOMBRE: Detector de gas BS03 para 1 sensor % o ppm (CO2) Dióxido de carbono

DESCRIPCIÓN

Estos dos filamentos están formados por una bobina de alambre de platino, donde el detector evita la oxidación catalítica y el compensador evita los cambios en la humedad, la temperatura ambiente y la presión; ambos elementos están recubiertos por una base de cerámica como alúmina y posteriormente por una dispersión catalítica. [3]

3.1.2 SENSORES PORTATILES

Como uno de los principales problemas era la comunicación cableada, se pensó en la posibilidad de utilizar sensores que tuvieran la manera de enviar los datos inalámbricamente. En ese orden, se realizó una consulta de sensores inalámbricos para la detección de los gases.

Los sensores que se consultaron fueron sensores académicos, significa que a comparación de los sensores fijos tienen una gran desventaja, porque estos sensores inalámbricos tienen una variedad de gases que pueden ser medidos. Su sistema de funcionamiento permite medir los niveles de los gases contaminantes y está compuesto por dos módulos fijos llamados módulo 1 y módulo 2. Cada módulo fijo se basa en la utilización de sensores de dióxido de carbono y metano; las señales generadas están acondicionadas para que el microcontrolador las adquiera con precisión, en espacios confinados, significa que su funcionamiento exacto depende del ambiente contaminado (por ejemplo, una habitación con la presencia de un gas especifico, si hay más gases en el entorno los datos variarían).

Los datos que adquiere el microcontrolador son transmitidos mediante dispositivos

ZigBee (quiere decir que utilizan este protocolo de comunicación inalámbrica) a una

central de monitoreo, además como respaldo de esta información se almacena en

el computador. El módulo central se encarga de recibir los datos transmitidos por

18

los módulos 1 y 2, para almacenar. Para este módulo se utilizó la tarjeta Xbee S1 y

el cable mini USB para comunicar el computador con el dispositivo Xbee. [4]

Tabla 3. Tabla de sensores de gas portátiles.

TABLA DE SENSORES DE GAS (CH4 Y CO2)

MQ-135

DESCRIPCIÓN

Estos sensores son usados para el control de calidad del aire para edificios y oficinas y son convenientes para detectar NH3, NOx, el alcohol, el benceno, el humo, CO2. Y este sensor cuenta con una tarjeta integrada con dos interfaces análoga y digital esto facilita la conexión a las tarjetas Xbee.

MQ-2

DESCRIPCIÓN

Estos sensores son usados para la detección de gases en ambientes confinados para industrias o hogares familiares, también son convenientes para descubrir GLP, i-butano, propano, metano, alcohol, Hidrógeno y humo. A diferencia del anterior sensor este no cuenta con una tarjeta que permita hacer la conexión a la tarjeta Xbee más fácil, con este dispositivo toca realizar la conversión diferente.

3.2 SIMULADORES

Se realizaron consultas para el manejo del simulador con el que se podía trabajar en el diseño de la red de comunicación. Existe una gran cantidad de simuladores de uso libre y gratuito al menos para fines académicos, sin embargo, para este proyecto se encontraron simuladores interesantes, que permiten representar un sistema como una secuencia cronológica de eventos, donde cada uno sucede en un momento determinado.

19

Cada evento que se presenta se genera como un envió de paquete. Durante la

simulación se generan un conjunto de ficheros que una vez procesados permiten

extraer parámetros para estimar las prestaciones de la red; tales como el throughput

tasa de transmisión entre estaciones, retardo, perdida de paquetes, etc. [5]

Mediante un listado, se verificaron los requisitos primarios que tienen cada uno de

los simuladores consultados, con el propósito de caracterizarlos y compararlos,

estas listas se podrán observar mediante las siguientes particularidades:

• Licencia.

• Sistema operativo.

• Lenguaje de programación

• Protocolos Inalámbricos.

• Encaminamiento.

• Nivel físico configurable.

• Simulaciones distribuidas.

• Usos de protocolos o simulaciones reales.

• Modo de comandos GUI.

• Comunidad.

• Valoración.

3.2.1 NCTUns

Este simulador y emulador de redes cableadas e inalámbricas desarrollado por la universidad National Chiao Tung University de Taiwan, comercializado y apoyado por la empresa virtual SimReal Inc.

• Licencia: Se puede usar, copiar, modificar y distribuir para usos no comerciales o lucrativos, es un software libre.

• Sistema operativo: Linux Fedora, puede ser fácil o difícil la instalación en otras distribuciones de Linux.

• Lenguaje de programación: C ++

• Protocolos Inalámbricos: 802.11a infraestructura AP/cliente, 802.11a ad-hoc, 802.11b infraestructura AP/cliente, 802.11b ad-hoc, 802.11e, 802.11p, 802.11d (Mesh y PMP (punto multipunto)), 802.16e, GPRS (General Packet Radio Service) y DVB-RCST (Digital Video Broadcast - Return Channel Satellite Terminal). Soporta todos los protocolos en los que estamos interesados excepto 802.11g. [6]

20

• Encaminamiento: se pueden crear topologías muy limitadas, por ejemplo, cuando existe una interfaz en modo cliente y otro en modo servidor no se pueden simular, ya que no tiene una forma de intercomunicar ambas interfaces. Esto se debe a que el nodo cliente se considera móvil, por tanto, no puede conectarse a ningún otra interfaz, excepto a su punto de acceso por vía inalámbrica.

• Nivel físico configurable: Las interfaces inalámbricas dentro de sus características del canal se pueden configurar.

• Simulaciones distribuidas: El simulador está dividido en tres partes, el GUI, el dispatcher y el coordinator. Cada una de las partes se pueden correr en ordenadores distintos.

• Usos de protocolos o simulaciones reales: Utiliza una pila de protocolos TCP/IP del propio sistema operativo asegurando una mejor proximidad al comportamiento final de la red y el uso de aplicaciones que estén sincronizadas.

• Modo de comandos GUI: No tiene soporte por línea de comandos o scripting.

• Comunidad: No se encuentran módulos para NCTUns hechos por los desarrolladores internos ni externos.

• Valoración: es un simulador muy interesante en varios aspectos. En primer lugar, por implementar los protocolos de la familia Wi-Fi más usados (excepto 802.11g). Por otra parte, el uso de la pila de protocolos del kernel del Linux y la posibilidad de utilizar aplicaciones reales a través de redes simuladas (incluso en modo emulación) es también una característica muy atractiva.

3.2.2 NS3

Este simulador es uno de los más recientes que se han creado para redes de eventos discretos, iniciado en el 2006, financiado por la fundación nacional de ciencia, computación e información de ciencias e ingeniería (NSF-CISE). [5]

Este simulador se crea debido a las fallas que presentaba su anterior versión NS-2 dentro de esos fallos se destacaban la falta de versatilidad por la dependencia de otros nodos, quiere decir el acoplamiento entre los nodos. El deficiente uso de la programación orientada a objetos, y el rígido acoplamiento entre C ++ y OTcl.

• Licencia: Usa la GNU GPL v2.

• Sistema operativo: POSIX como GNU Linux, BSD, OS X y Microsoft Windows (con Cyqwin o MinGW).

• Lenguaje de programación: Núcleo en C ++. Las simulaciones se pueden hacer en Python o con C ++.

21

• Protocolos Inalámbricos: utiliza una gama de protocolos como 802.11a, 802.11b, 802.11e, 802.11g.

• Encaminamiento: Cuando una simulación no está orientada a pruebas específicas de encaminamiento, se emplea una tabla de rutas centralizadas y única. A demás existen implementaciones para el encaminamiento estático de redes unicast y multicast y OLSR (Optimized Link State Routing).

• Nivel físico configurable: Las interfaces inalámbricas son configurables, entre esas el canal.

• Simulaciones distribuidas: Soportadas.

• Usos de protocolos o simulaciones reales: Soportadas.

• Comunidad: Por ser un desarrollador abierto se favorece de eso para crecer y marcar una clara orientación en los objetivos del proyecto.

• Modo de comandos GUI: Todas las acciones que se realicen en NS3 se deben realizar por línea de comandos. PyViz es una herramienta que permite visualizar la gráfica del escenario de simulación, así como las operaciones que realizan los nodos en dicha simulación.

• Valoración: Recoge las fallas de su anterior versión mejorando la nueva y abierta al público colaboración amplia de la comunidad académica) a la vez que trata de superar las carencias y fallos de diseño (ampliamente compartidos por su comunidad de usuarios) de una herramienta con veinte años de historia. La cantidad de documentación en forma de tutoriales, detalles de la API (application programming interface), artículos, etc, con la que cuenta es un elemento a destacar. [5]

3.2.3 OMNET ++

Es una plataforma de simulación con una arquitectura modular y extensible, es muy flexible al hacer diseños y modelos de redes, protocolos, multiprocesadores o arquitecturas hardware, esté simulador es utilizado para sistemas en que se deban modular grandes redes.

Este simulador de redes tiene un diseño orientado a objetos, simple y modular, lo que le permite escalar bien en la simulación de grandes redes. [7]

OMNeT++ proporciona entornos especializados -frameworks- desarrollados independientemente al núcleo con sus propios ciclos de publicación. Uno de los ámbitos que más interesan son INET, Mobility e INETMANET, los cuales tienen un código repetido o implementado.

22

• Licencia: tiene una licencia propia a la que denomina Academic Public License, libre sólo para usos académicos no es, por tanto, software libre. El framework INETMANET, por otro lado, sí es software libre, ya que sus componentes están licenciados bajo la GPL ó LGPL. Para usos no académicos existe Omnest [5], la versión comercial de OMNeT.

• Sistema operativo: GNU Linux y Microsoft Windows.

• Lenguaje de programación: C ++ y Network Description, lenguaje propio para definir la topología de los módulos.

• Protocolos Inalámbricos: Implementados por los entornos especializados. INETMANET soporta los protocolos 802.11ª/b/g en modos AD-HOC, sin embargo, no tiene soporte para la fragmentación, control de potencia ni PFC (Función punto de coordinación) Para el estándar IEEE 802.11e existe una implementación muy limitada y que aparentemente no ha sido validada por la comunidad de OMNeT.

• Encaminamiento: El framework INETMANET implementa los protocolos de encaminamiento dinámico, AODV (Ad Hoc On-Demand Distance Vector), DSV (Destination-sequenced Distance Vector Routing), DSR (Dynamic Source Routing), DYMO (Dynamic MANET On-demand) y OLSR (Optimized Link State Routing). [5]

• Nivel físico configurable: El núcleo de la arquitectura de INETMANET es el módulo de control de canal, dependiendo de la distancia y las características del nivel físico de ambos nodos. En este nivel él decide si están en el rango de comunicación o no.

• Simulaciones distribuidas: Soportadas

• Usos de protocolos o simulaciones reales: No esta soportado. En cuanto al uso de protocolos reales, OppBSD adapta el protocolo TCP/IP del kernel de reeBSD a OMNeT. Con este proyecto, además, se pueden emular redes que interactúan con nodos en el mundo real.

• Modo de comandos GUI: tiene un soporte completo a través de una línea de comandos basado en Eclipse GUI con los que se pueden editar módulos mediante C ++, así mismo se pueden arrojar simulaciones a través de los comandos o las interfaces graficas.

• Comunidad: Este simulador es uno de los más comunes que se utiliza en el mundo académico debido a su versatilidad y dispone de una cantidad de tutoriales disponibles en internet.

• Valoración: esta herramienta es potente ya que permite a los usuarios un control completo desde su entorno de programación, también una gama de tutoriales que facilitan al usuario su manejo.

Los anteriores simuladores de redes cumplen con todos los criterios y características que se necesitan para simular y diseñar la red, sin embargo, la opción mas viable fue utilizar el NS3, por las siguientes razones:

23

• Librerías fáciles de programar

• Los scripts están diseñados para que solo se cambien los atributos que el usuario desee.

• NS3 ofrece una guía de usuario con ejemplos para modificar los atributos de la red, en el caso de que sea necesario adjuntar más particularidades. No obstante, se requiere un nivel avanzado en programación.

• No se necesita se un experto en programación para modificar los scripts de los atributos gracias a los tutoriales que se encuentran en internet.

4. DESARROLLO DEL PROYECTO

4.1 MEDICIONES MINA SANTA MARÍA

En las diferentes visitas de campo realizadas en la mina Santa María se realizaron una serie de mediciones, buscando lugares estratégicos para colocar los nodos inalámbricos sin tener perdida de conexión ni perdida de paquetes, ya que en este proyecto se buscó una solución en la cual se pudiera realizar el cambio de envió de información de los sensores fijos hacia el centro de datos, por lo cual se busca cambiar la red de sensores fijos cableada a red de sensores fijos, con envió de información vía inalámbrica.

4.1.1 MEDIDAS

Las medidas que se realizaron en la mina Santa María fueron en la bocamina 1, ya que en ese momento no se encontraban extrayendo carbón en está, y tenía línea de vista con el centro de información, así evitando colocar más sensores en el camino para llegar a la bocamina. Estas medidas fueron tomadas con dos Xbee verificando la conexión en la parte de la entrada de la bocamina, pero en la parte interna de la mina no se pudo realizar la toma de las medidas, ya que se debía contar con unas cajas antideflagrantes que estuvieran avaladas por El Ministerio de Minas y Energías, esto tomaba más de un año, por lo cual en la parte interna de la mina se tiene en cuenta la cantidad de gases acumulados que fueron tomados con un sensor que proporcionaron los mineros y por otra parte asumiendo la absorción del carbón.

24

4.1.2 TUNELES

En la mina Santa María se encuentran diferentes túneles en los cuales están las dos bocaminas. Una se utiliza para sacar el carbón y la otra para sacar el material que sobra de la excavación. En la siguiente imagen se mostrarán los diferentes túneles que forman está mina, los cuales algunos ya se encuentran cerrados.

Figura 8. Túneles de la mina de carbón Santa María. Fuente: Imagen realizada por las estudiantes del proyecto.

4.2 PRUEBAS

4.2.1 MEDIDAS Y DISTANCIAS CON XBEE

La primera prueba que se realizo fue, revisar cada cuanto metro de distancia se debe colocar un repetidor (redistribuye la señal) para no tener perdida de paquetes, ya que en algunos puntos de las bocaminas de la mina Santa María se encuentran varios tumultos de tierra los cuales ocasionan que no se tenga línea de vista entre los equipos.

Para realizar la prueba, primero se colocó el coordinador en la entrada de la bocatoma principal en donde se recibía los paquetes de enlace de comunicación que enviaba el router hacia el coordinador. Estos paquetes eran recibidos por el coordinador que se encontraba conectado al computador por medio de una comunicación serial la cual permitía observar los cambios de la red por medio del programa XCTU.

La configuración que se debió realizar en el programa XCTU a los 2 Xbee que se utilizaron en esta prueba fue la siguiente:

25

• Xbee coordinador: Configuración API (application programming interface), puerto ADC, Pan ID (A1B2C3), destino (FFFF).

• Xbee router: Configuración API (application programming interface), puerto

ADC, Pan ID (A1B2C3).

El modo API (application programming interface) configurado en las tarjetas Xbee permite enviar y recibir datos a través del envío de paquetes. Una de las funciones más destacables para esta prueba, es el reporte del estado de conexión y transmisión de paquetes de un nodo a otro.

La configuración realizada al coordinador es la siguiente:

Figura 9. Configuración del Xbee como coordinador en el programa XCTU. Fuente: Captura del programa XCTU, tomada el 12 de Diciembre de 2017.

Figura 10. Características del coordinador.Fuente: Captura del programa XCTU, tomada el 12 de Diciembre de 2017.

La configuración realizada para el router es la siguiente:

26

Figura 11. Características del router. Fuente: Captura del programa XCTU, tomada el 12 de Diciembre de 2017.

Figura 12. Configuración del Xbee como router en el programa XCTU. Fuente: Captura del programa XCTU,

tomada el 12 de Diciembre de 2017.

En los dos Xbee se configuro uno de sus puertos como ADC ya que este se

encargará de convertir las señales analógicas a digitales enviadas por los dos Xbee

(Figura 10).

27

Figura 13. Configuración de puertos ADC. Fuente: Captura del programa XCTU, tomada el 12 de Diciembre de 2017.

Después de realizar las respectivas configuraciones a los 2 Xbee, se debe verificar que exista conexión entre los dispositivos, por lo cual en el programa XCTU en la pestaña network, se puede observar gráficamente que se están enviando una cadena de 8 bits entre coordinador y router, la cual indica que se está realizando envío y recepción de los paquetes.

Figura 14. Conexión entre los XBEE.Fuente: Captura del programa XCTU, tomada el 12 de Diciembre de 2017.

Después de revisar que se esté generando la conexión entre los dos dispositivos, nos dirigimos a la pestaña de consola, en la cual se puede observar el envío de paquetes. Los paquetes enviados del router hacia el coordinador son:

• Estado de transmisión.

28

• Indicador de recepción.

• Direcciones de envío.

Figura 15. Paquetes enviados del router al coordinador. Fuente: Captura del programa XCTU, tomada el 12 de

diciembre de 2017.

Figura 16. Detalles del estado de trasmisión. Fuente: Captura del programa XCTU, tomada el 12 de diciembre de 2017.

Al ir revisando cada 5 metros la conexión entre estos dispositivos, se llegó a la solución de que en la entrada de la bocatoma se deben colocar cada 20 metros hasta que se llega a la parte interna de la mina en el cual se deben colocar cada 10 metros porque se encuentran muchas pérdidas de paquetes por la absorción del carbón y el ambiente que es más denso por la concentración de calor y de los gases metano (CH4) y dióxido de carbono (CO2).

4.2.2 CONEXIÓN CABLEADA CON ARDUINO

En trabajos anteriores en la mina en los cuales se observaron en donde se

29

colocarían los sensores y como se enviaría la información hasta el centro de información, la solución que se dio en ese momento fue la de enviar la información por medio de un cable con recubrimiento de caucho la cual protegería de que no se generara chispa por los gases que se encuentran dentro de la mina. Los sensores fijos que se utilizaron enviaban información por medio de pulsos eléctricos, los cuales llegaban al centro de información, en el cual, por medio de un circuito se acoplaba la señal (Figura 14) y se hacia el cambio de señales eléctricas a digitales por medio de una tarjeta Arduino.

Figura 17. Circuito para acoplar señal 4-20mA. Fuente: Imagen realizada por las estudiantes del proyecto.

Los sensores industriales utilizados para la detección de gases dentro de la mina de carbón Santa María son especializados para un gas especifico, los sensores utilizados detectaban dióxido de carbono y metano que son los gases que más se encuentran en una mina de carbón. Estos sensores tienen una pantalla en la cual se puede ver la cantidad de gases que está midiendo en ese momento, la escala en la que estos sensores miden la cantidad de gases en el ambiente es en partes por millón (ppm). Por otra parte, estos sensores tienen un puerto el cual permite conectar cables para trasmitir la información, su salida es de (4- 20mA). Para recibir la información enviada por el sensor se debe realizar un circuito acoplador de impedancia utilizando un voltaje de referencia de 2,2 voltios, el cual nos permite a que el voltaje que llegue no genere picos, el cual pueda dañar la Arduino en la cual se realiza la conversión de eléctrico a digital.

30

Figura 18. Línea 4-20 mA.

Fuente: Foto tomada al sensor industrial por las estudiantes del Proyecto.

Figura 19. Sensor industrial de Dióxido de carbón.Fuente: Foto tomada al sensor industrial por las estudiantes del Proyecto.

Figura 20. Sensor industrial de metano. Fuente: Foto tomada al sensor industrial por las estudiantes del Proyecto.

31

Al salir la señal eléctrica del sensor por medio del cable de 300 metros hacia el centro de información, llega al circuito descrito anteriormente, el cual acopla la señal para que este pase por la Arduino y se realice la conversión de análogo a digital, para después utilizar esta información en un programa de java, el cual muestra cada 3 segundos la cantidad de gas metano y dióxido de carbono que se encuentra en el recinto.

Figura 21. Archivo de java. Fuente: Captura del programa de java, tomada el 12 de Diciembre de 2017.

Figura 22. Medición que muestra los sensores cada 3 segundos. Fuente: Captura del programa de java, tomada el 12 de Diciembre de 2017.

Las pruebas realizadas para verificar que si se estaba recibiendo la misma información que se ve en la pantalla del sensor fueron en las instalaciones de la universidad intentando crear un ambiente parecido al que se formaria en la mina.

32

4.2.3 CONEXIÓN INALAMBRICA CON XBEE

Al realizar varias visitas a la mina, se pudo observar que en la parte donde se colocó el cable, a veces los trabajadores no tenían cuidado y se caía, por lo que quedaba en el piso en la parte que pasaba la vagoneta, y llego un momento en el que se dañó el cable impidiendo él envió de información, por lo cual se busca una solución para que siempre se pueda enviar la información ya que no se puede estar cada rato haciendo el cambio del cable o arreglándolo. Por lo cual la solución que se plantea es realizar la comunicación por medio de red inalámbrica, ya que los dispositivos que se quieren utilizar son pequeños, por lo que no incomodarían al trabajador y se quitaría el cable que se debe mover cada vez que se realice un nuevo túnel o se avance en el mismo. Los sensores industriales que se utilizan en esta mina son utilizados en la parte que se está excavando para alertar a los trabajadores si hay gran cantidad de gases que puedan atentar la vida de ellos.

La conexión inalámbrica se realizó con módulos Xbee, planteando la siguiente solución:

Para recibir la información de los sensores industriales el coordinador enviara una petición de información en modo API (application programming interface)), en la cual ira la MAC del XBEE que se encuentra al lado de los sensores, y los demás XBEE que estarán en la mina actuaran como routers. La configuración que se debe hacer es remote AT command que es la que pide remotamente del puerto ADC la información que está emitiendo el sensor y el comando que se envía es 4953 en hexadecimal.

La estructura del paquete API (application programming interface)) es la siguiente: [8]

• Byte 1: Indica el comienzo de la transmisión

• Byte 2 y 3: Indica el tamaño del paquete y checksum.

• Byte 4: Indica el identificador API (application programming interface), el cual identifica el comando enviado de los otros Xbee

• Byte 5: Numero secuencial del paquete ACK.

• Byte 6 y 7: Dirección del Xbee de destino.

• Byte 8: Indica la forma de envió, si se utiliza 0x01 espera un ACK, para enviar el siguiente paquete

• Byte 9: Espacio para enviar datos.

33

Figura 23. Estructura del paquete API (appication programming interface). Fuente: Imagen tomada del artículo, Parámetros de configuración en los módulos xbee para medición ambiental, tomado de

internet: “http://www.scielo.org.co/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S0123-921X2015000300012”

Para realizar el envío a un Xbee en específico se utilizó la función de remote AT command (0x17), en la cual se configura la dirección destino y se envía el comando 4953 el cual pide que se envié la información que está recibiendo por el puerto ADC (Figura 21).

Figura 24. Configuración del generador API (application programming interface). Fuente: Captura del

programa XCTU, tomada el 14 de Diciembre de 2017.

34

Al enviar el frame este genera response y un request. Estos paquetes llevan el estado del canal, la máscara del canal, 2 bytes por cada mascara, 2 bytes por cada ADC que este recibiendo y por último checksum.

Figura 25. Trama que se genera para paquete de response. Fuente: Captura del programa XCTU, tomada el 14 de Diciembre de 2017.

Figura 26. Paquetes recibidos de la trama enviada. Fuente: Captura del programa XCTU, tomada el 14 de Diciembre de 2017.

El request es el que se toma para utilizarlos en el programa de java en el cual se debe tomar los dos bytes de ADC que se encuentran en la cadena del comando enviado hacia el sensor. Para poderlos reconocer fácilmente se sabe que empieza con el valor 02 que es colocado al enviar el response. Los valores de ADC van de 0 a 3FF, los cuales se le realiza el cambio a un valor binario de 8 bits y después a valores de partes por millón.

35

4.2.4 DISEÑO DE RED

El diseño de red que se propone está basado en las mediciones realizadas en la mina Santa María teniendo en cuenta cada cuantos metros se deben colocar los repetidores de Xbee sin tener perdida de conexión, ni perdida de paquetes. Este diseño se planteó en la bocamina2 en la cual se tiene línea de vista con el centro de datos.

Figura 27. Diseño de red para red inalámbrica de sensores. Fuente: Imagen realizada por las estudiantes del

proyecto.

Los criterios que se tuvieron en cuenta para el diseño de la red fueron:

• La infraestructura de las bocaminas y parte interna de la mina.

• Puntos estratégicos dentro de la mina para la ubicación de los dispositivos.

• Distancias entre los dispositivos para evitar la pérdida de comunicación.

• Línea de vista con el centro de información.

• Los dispositivos en la parte interna de la mina se deben colocar a una

distancia de 10 metros, debido a la absorción del carbón y acumulación de

los gases.

36

4.2.5 PROTOCOLOS DE ENRUTAMIENTO PARA REDES AD-HOC

Una red móvil ADHOC, en un conjunto de nodos inalámbricos móviles los cuales se comunican de manera sencilla en la cual se crea una red temporal sin la ayuda de ninguna infraestructura preestablecida, ni tener que centralizar la información. Los nodos en este tipo de redes se organizan según el tipo de necesidad para la conexión. [11]

Cada nodo perteneciente a la red ADHOC tiene la capacidad de ser un router por lo cual es necesario solo que se tenga visibilidad entre un par de nodos, así no sea el camino que se espera en el que se envié, por lo cual se encaminan los paquetes hacia otro nodo con el que se tenga visibilidad en radiofrecuencia y este se encargue de retransmitir los paquetes hacia el destino. Las características más importantes de las redes ADHOC son:

• Nodos móviles: Estos dispositivos pueden cambiar de posición libremente comunicándose entre sí por enlaces inalámbricos.

• Topología variable: Los nodos se pueden desplazar y formar nuevos enlaces con otros nodos que se encuentren en su área de cobertura.

• Cambios de ruta: Los nodos pueden variar su ruta si se cae un enlace ya que los nodos son móviles.

• Duración de batería limitada: Los dispositivos están limitados en la duración de la batería ya que se encuentran en constante movimiento.

• Ancho de banda reducido: Esto sucede porque los nodos son móviles y son propensos a mayor cantidad de errores que los fijos.

• Infraestructura: Las redes ADHOC no tienen un nodo en el cual se centralice la información, por lo cual sus dispositivos pueden ser utilizados tanto como host o router.

El modelo de comunicación en las redes ADHOC son:

• Capa física: Los nodos se comunican entre sí utilizando canales de radiofrecuencia.

• Capa de enlace de datos: Los nodos al compartir el medio se debe utilizar un mecanismo el cual ayude a evitar colisiones, el más utilizado es el CSMA (Carrier Sense Multiple Access).

• Capa de red: Cada nodo debe comportarse como un router manteniendo individualmente las rutas hacia los otros nodos. Los protocolos de esta capa se deben adaptar rápidamente a los cambios en la red.

• Capa de transporte: Utiliza protocolo TPA (Transport Protocol for ADHOC networks), el cual incluye mecanismos para detección de pérdida de enlace y recuperación de ruta.

37

• Capa de aplicación: Muestra de datos recolectados por la red ADHOC, pero es implementada para internet solo para datos de poco ancho de banda.

Figura 28. Protocolos de enrutamiento para redes ADHOC. Fuente: Imagen realizada por las estudiantes del

proyecto.

Protocolos de enrutamiento para redes ADHOC

En este tipo de redes los modelos de enrutamiento que se deben utilizar son dinámicos. Existen 3 tipos de categorías para estas redes: proactivo, reactivo e hibrido.

• Protocolos de tipo proactivo: La red se mantiene en constante actualización por lo cual se tiene una exigencia de respuesta rápida. Este tipo de protocolo utiliza algoritmos de vector distancia. La desventaja que tienen es que se puede sobrecargar el canal por el constante envió de mensajes de señalización. [11]

• Protocolos de tipo reactivo: Este tipo de protocolo es conocido como de baja demanda ya que no depende del intercambio constante de información de rutas, solo envía información cuando es necesario así optimizando recursos y evitando sobrecarga de la red. Cuando se va a realizar el envió de información lo que se realiza es difundir la ruta por la red y esperar respuesta de conectividad antes de enviar el paquete hacia al receptor. [11] [12]

• Protocolos de tipo hibrido: Une las desventajas de los protocolos de tipo reactivo y proactivo buscando que no se sobrecargue la red, así calculando rutas solo cuando es necesario así evitando el intercambio periódico de las tablas de enrutamiento así requiriendo QoS.

Protocolos de enrutamiento

ADHOC

Proactivo

DSDV

OLSR

WRP

Reactivo

AODV

DSR

TORA

Hibrido

CEDAR

STARA

ZRP

38

Protocolo AODV (ad hoc on demand distance vector) Este protocolo de enrutamiento IP reactivo permite a los nodos encontrar y mantener rutas hacia otros nodos de la red solo cuando es necesario. Cuando un nodo necesita establecer una conexión envía un requerimiento de ruta a sus vecinos, cuando los nodos vecinos reciben por primera vez este requerimiento lo guarda en su tabla de enrutamiento con un numero de secuencia que es utilizado para determinar si la ruta es actual, es decir entre más grande sea el número de secuencia la ruta es la que se está utilizando actualmente así ayudando a que no se generen bucles en la red. Cada tabla de enrutamiento tiene la dirección del siguiente salto, contador de saltos y el número de destino. Después de que en el nodo se realiza todo esto lo retransmite hasta encontrar el nodo de destino. El enrutamiento se realiza por medio de vectores distancia

4.2.6 SIMULACIONES NS3 Primera simulación:

Figura 29. Diseño de red para red fija de sensores. Fuente: Imagen realizada por las estudiantes del proyecto.

La primera simulación planteada es el envío de paquetes de la parte interna de la mina hasta la parte exterior, utilizando nodos fijos con protocolo punto a punto. Los planos tomados para este diseño fueron los suministrados por la mina Santa María, para colocar las distancias entre los nodos las medidas fueron tomadas moviéndose cada 5 metros dentro de la bocamina y verificando la conexión entre ellos.

39

Figura 30. Diseño de red fija y envío de paquetes. Fuente: Captura tomada del programa NetAnim el 14 de

Diciembre de 2017.

En esta simulación se utilizaron nodos fijos, en los cuales en el programa se le asignaron diferentes atributos al canal que se está generando punto a punto entre los nodos, para poder ver que está sucediendo en cada canal en el programa NS-3 se puede guardar los archivos con extensión (.pcap), que después se podrán observar por medio del programa Wireshark.

En el canal del nodo 0 al 6 se observa lo siguiente en el programa Wireshark, teniendo en cuenta que los atributos asignados a este canal que es el ingreso a la mina en el cual hay bastante línea de vista son los siguientes:

• Tasa de bit: 200Kbps.

• Delay: 1 ms.

• Numero de paquetes: 10.

• Datos: 6 bytes.

En la siguiente imagen se observa el número total de bytes enviados en el canal del nodo 0 al nodo 6, el protocolo utilizado en el canal que es punto a punto y el protocolo de transporte que es UDP, ya que cuando se utiliza protocolo punto a punto solo se puede utilizar protocolo de transporte no orientado a objetos, pero este no genera problema ya que se están enviando datos cada 30 segundos y la cantidad de estos gases no cambian tan repentinamente, además se tiene en cuenta que los datos se están tomando con sensores fijos y la única manera que cambie abruptamente el ambiente es que se rompa una roca la cual tenga en ella guardada una gran cantidad de estos gases, lo cual no se puede prever por medio de estos sensores.

40

Figura 31. Paquetes enviados entre sensor 0 y 6. Fuente: Captura tomada del programa Wireshark el 14 de

Diciembre de 2017.

Para comprobar que si hay conexión entre el nodo 0 hacia el ultimo nodo que se encuentra al lado de los sensores industriales, se utiliza el programa Wireshark en el cual se puede comprobar que soy hay Delay de 2ms y no hay perdida de ningún paquete envidado.

Figura 32. Paquetes enviados entre sensor 1 y 6. Fuente: Captura tomada del programa Wireshark el 14 de

Diciembre de 2017.

El código fuente de esta simulación realizada se puede encontrar en el Anexo1. Segunda simulación: Para realizar la simulación para red inalámbrica, en el programa NS3 no se utiliza en si un nodo que ya muestre el sensor de Zigbee, si no que en este programa se utiliza una librería llamada WifiPhy en la cual se le pueden colocar diferentes parámetros para ajustarlos a los mismos que utiliza Zigbee, por lo cual la que tiene los parámetros que más coinciden respecto a frecuencia(2,4GHz) y velocidad (6Mb/s) es el IEEE 802.11b. Por otra parte, con esta librería se pueden colocar todos los atributos necesarios para el canal de comunicación entre los dispositivos ya sea:

• Frecuencia

• Ancho de banda del canal

41

• Ganancia de transmisión y recepción

• Delay

• Numero de antenas por nodo

• Cantidad de paquetes por recibir

• Paquetes por enviar

Figura 33. Diseño de red para red inalámbrica de sensores. Fuente: Imagen realizada por las estudiantes del

proyecto.

La topología implementada en NS3 vista en NetAnim es la siguiente:

Figura 34. Diseño de red inalámbrica y conexión entre ellas. Fuente: Captura tomada del programa NetAnim el

14 de Diciembre de 2017.

42

Como se utiliza el protocolo 802.11 la radiación es omnidireccional y está enviando paquetes y recibiendo paquetes cada segundo. En este caso se enviaron 20 paquetes en los cuales se le cambiaron en ciertos puntos (punto 3, 4 y 5) la ganancia de recepción ya que en estos puntos de la mina se encuentran más cantidad de gases y el ambiente es más cerrado por lo que se generan más perdidas. En este caso para observar que si se están enviando los paquetes con su respectivo protocolo se utilizó Wireshark, en este caso se analizó en el nodo 0.

Figura 35. Envió de paquetes broadcast a los demás Xbee. Fuente: Captura tomada del programa Wireshark

el 14 de Diciembre de 2017.

En la imagen anterior se puede observar que se está enviando un broadcast para encontrar el nodo final y conocer todos los nodos que componen su red, por si hay caída de red se pueda buscar uno solución con protocolos de enrutamiento si hay línea de vista entre los nodos que quedan. En este caso se están enviando 1112 bytes y se puede ver que no se está perdiendo información. El código fuente de esta simulación realizada se encuentra en el Anexo2.

43

5. CONCLUSIONES Las visitas que se realizaron a la mina Santa María permitieron establecer criterios

para el diseño de la red inalámbrica, como las distancias que se deben tener entre

nodos ó el reconocimiento al interior de la mina, para lograr determinar cuáles eran

los lugares pertinentes en los que se debían instalar los dispositivos.

El diseño de una red inalámbrica genera un impacto diferente dentro de la mina ya

que anteriormente la conexión que existía en el 2015 era cableada, al transformarla

en una comunicación inalámbrica el sistema permite que no se entorpezcan las

labores de los trabajadores al interior de la mina.

El simulador NS3 es un simulador libre que permite descargar librerías y ejemplos

de los atributos que existen para las diferentes redes como: Delay, datarate,

ganancias de recepción, el ancho de banda del canal y el Throughtput.

Zigbee es un protocolo de comunicación especializado para redes de sensores,

pero este no se encontraba en las librerías del simulador NS3, sin embargo, este

protocolo se reemplazó por el estándar IEEE 802.11b, ya que algunos de sus

atributos son los mismos (ancho de banda, delay y frecuencia). Al hacer uso de este

estándar se logró realizar una comunicación inalámbrica entre los nodos,

semejándola a una red Zigbee.

NS3 no puede crear simulaciones con ambientes como el de la mina, para

reemplazar esa falencia se realizaron cambios en la recepción, delays y perdidas

de los nodos.

El protocolo de enrutamiento AODV para redes ADHOC, se utilizó porque no ocupa

el canal enviando y recibiendo paquetes de requerimientos de ruta, optimizando el

ancho de banda limitado que se obtiene para esa red.

Para poder implementar una red en una mina, es importante tener dispositivos que

cumplan la regulación que demanda el Ministerio de Minas y Energía, ya que, para

el ingreso de dispositivos electrónicos a las minas subterráneas de Carbón, se debe

contar con un material antideflagrante: que es un material aislante que no permite

que se genere chispa por la presencia de los gases inflamables

44

6. TRABAJO A FUTURO Dentro de la investigación que se realizó se pretendió implementar la localización de cada minero mediante la tecnología beacons. Una de las características principales que tienen los beacons es que permite hacer determinaciones exactas de localización, incluso en condiciones ideales compite contra sistemas de posicionamiento globales (GPS), y a diferencia de este estos dispositivos se pueden utilizar para ambientes Indoor (entornos cerrados), otra diferencia importante es que la determinación de los beacon es dentro de centímetros. La precisión es tan alta que fácilmente está disponible a varios usos, que permiten a empresas desarrolladoras crear nuevos tipos de experiencias, a bajos costos. Las tecnologías usadas para la localización de objetos o personas mediante redes WiFi, no son útiles para la radiogoniometría del interior. Es decir que ellos proporcionan servicios de posicionamiento, pero no de proximidad. Los usos posibles de proximidad Indoor son:

• Radiogoniometría de interior: Lo que pretende esta acción es permitir que en una aplicación podría incorporar instrucciones de lugares específicos para que un usuario pueda observar indicaciones más claras (por ejemplo, en ciudades con un alto índice de tráfico incluyera direcciones de salida para un camino optimo a un destino).

• Ayuda de transito: Para una persona que no conozca un sistema vial de una ciudad como podría ser dentro de una estación de un tren como por ejemplo Tokio o New York, que son ciudades con estaciones desafiantes hasta para un pasajero experimentado. Se aplicaría esté uso que se ayudaría de la información de la venta de pasajes y utilizar eso automáticamente para asistir al usuario, indicando el inicio y el final del recorrido.

• Reemplazo de mapa: Este es un desafío grande para los desarrolladores porque hay que imaginar que se quiere saber a dónde ir en un edificio grande, por ejemplo, en ese edificio en cada piso tiene oficinas de diferentes compañías, entonces la persona que este navegando, quiera ir a un lugar específico dentro del edificio, pueda hacerlo sabiendo donde queda cada una de las oficinas. Una serie de beacons pueden ayudar a un dispositivo con exactitud a colocarse sobre un mapa y aumentar la realidad proporcionando direcciones claras a un destino. Los mapas electrónicos tienen la ventaja adicional de ser capaces de poner al día electrónicamente, y al instante la respuesta a cambios de la posición física de las oficinas.

45

• Guías de museo: En vez de guías turísticas impresas de papel, se pueden construir aplicaciones para esto mediante de patrones. Además de la radiogoniometría, objetos expuestos principales pueden haber ampliado la información disponible, permitiendo a los visitantes llegar al punto donde se esté presentando una exposición de la que el visitante no se haya enterado y se esté realizando.

Los beacons pueden ser la solución a varios servicios de aplicaciones, en este proyecto se destacan como un trabajo a futuro, porque se podría añadir a la conexión de la red de nodos, atribuyéndole a la mina una interfaz donde puedan observar la cantidad de mineros y la persona que se encuentre adentro de la mina. Estos pequeños dispositivos trabajan con baterías que tienen una duración de 2 a 4 años, significa que no se incrementan anualmente los gatos por baterías para este producto, además de que trabajan mediante estados, quiere decir que mientras se encuentren sin actividad están en un estado de reposo sin consumir mucha energía, también es muy importante resaltar que los beacons trabajan bajo la tecnología Bluetooth en la banda mundial sin licencia ISM (industrial Scientific and Medical) de 2.4GHz, perteneciente a la banda de las UHF (Ultra High Frequency) la cual abarca de los 300MHz a los 3GHz del espectro de radioeléctrico. En una oportunidad se realizó la prueba con dos beacons, sin embargo, fue muy difícil trabajar con este dispositivo por la falta de conocimiento de la aplicación API (application programming interface) con la que trabajan. Ya que ellos envían paquetes cuando se activan, es decir que cuando el dispositivo electrónico que los busca los encuentra, su manera de responder es mediante una trama de comandos API (application programming interface) que contienen una información diferente para cada uno. El proceso más largo es saber cómo enviar la trama de comandos ya que la interfaz que se debe utilizar la debe crear una persona desarrolladora de software, un código que permita hacer eso automáticamente cada vez que se quiera buscar un beacon. Esta tecnología es muy nueva, entonces va a ser normal que la información que haya sobre tutoriales o exploración de este tema no sea el más fácil de encontrar. La mina Santa María o cualquier otra mina, incluso para otra aplicación los beacon son una alternativa para la localización de objetos, personas y cosas, solo con tener cualquier dispositivo electrónico que tenga la facilidad de conectarse a la red Bluetooth.

46

7. RECOMENDACIONES

La mina Santa María es una de las minas más tecnificadas que hay en el municipio de Sogamoso – Boyacá, sin embargo, se deben analizar varios aspectos que mejorarían la red de comunicación, es por esto, que se indicarán unas recomendaciones que pueden mejorar el tiempo de vida y la calidad de la red de comunicación.

• Se debería buscar un tipo de material diferente a la madera que soporte el peso de la tierra, así se evitaría el desplazamiento de la tierra, y el movimiento del sensor, ya que esto haría que la conexión inalámbrica se pueda ver afectada.

• Es importante que los sensores sean visibles para los mineros, ya que esto permitirá que no se fragmente la red en el caso de que se golpeen con un casco.

• Los circuitos que estén expuestos dentro de la mina deberán cubrirse para no provocar una explosión por la aparición de gases inflamables como el metano.

• El uso de dispositivos portátiles para la detección de gases es indispensable, porque en el caso de que se realice una exploración diferente a donde se encuentre la red, está no alcanzara a hacer la medición de gases en esos lugares. Sin embargo, con los sensores fijos pueden lograr hacer la detección moviendo los sensores al ritmo en el que los mineros hacen la exploración.

• Como existe una conexión cableada para alimentar los sensores y los dispositivos electrónicos se recomienda que el cableado se realice en la superficie de las columnas que sostienen la tierra, con eso la vagoneta puede pasar libremente sin tocar las líneas eléctricas de alimentación.

• Para mantener una red estable sin la supervisión de un ingeniero diario se deben adoptar estas medidas que evitaran costos a la mina Santa María.

47

8. BIBLIOGRAFIA

[1] Política minera de Colombia, tomado de internet: https://www.minminas.gov.co/documents/10180/698204/Pol%C3%ADtica+Minera+de+Colombia+final.pdf/c7b3fcad-76da-41ca-8b11-2b82c0671320, consultado en 14/02/17 [2] LV, Xiao-Qing. Et Al. Op Cit. p. 1. [3] KOROTCENKOV, Ghenadii. Op. Cit. p. 19. [4] Instrumenta de medición inalámbrico de metano y monóxido de carbono, tomado de internet: http://www.monografias.com/docs114/instrumento-medicion-inalambrico-metano-y-monoxido-carbono/instrumento-medicion-inalambrico-metano-y-monoxido-carbono.shtml#ixzz53u6hsVp9. [5] Antonio Conejero Diaz, Redes de sensores inalámbricos, su simulación en el Network Simulator Version. 3. [6] OMNEST. http://www.omnest.com [7] Network Simulator 3. NS-3. http://www.nsnam.org/ [8] Arduino y Xbee Serie 1, modo API, tomado de internet: “http://fuenteabierta.teubi.co/2014/03/arduino-y-el-Xbee-series-1-modo-API.html” [9] Manual NS-3, Release ns-3-dev, 2 de octubre del 2017 [10] Simulación de protocolos de enrutamiento para redes móviles AD-HOC mediante herramienta de simulación NS-3, primeros pasos con NS-3, universidad de malaga, recuperado de “http://repositorio.cedia.org.ec/bitstream/123456789/960/8/T8_ejemplos_sencillos_vf.pdf.” [11] Esteban de la fuente rubio, Redes inalámbricas, Laboratorio Modos, Sasco. [12]Política minera de Colombia, recuperado de “https://www.minminas.gov.co/documents/10180/698204/Pol%C3%ADtica+Minera+de+Colombia+final.pdf/c7b3fcad-76da-41ca-8b11-2b82c0671320” [13] Colombia minera, ministerio de minas y energía, ingeominas, recuperado de http://www.simco.gov.co/Portals/0/archivos/Cartilla_Mineria.pdf [14] C. Qiang et ál., “ZigBee based intelligent helmet for coal miners,” in World Congr. on Computer Science and Information Engineering (CSIE), 2009, Los Angeles, CA, pp. 433-435. [15] Acero, Á. R., Cano, A. M., & Builes, J. A. J. (2013). Red de sensores inalámbricos para el monitoreo de alertas tempranas en minas subterráneas: una solución a la problemática de atmósferas explosivas en la minería de carbón en Colombia. Inginieria-Revista científica Ingeniería y Desarrollo, 1(31), 227-250. [16] Yang, D., Chen, Y., & Wang, K. (2011, September). A Coal Mine Environmental Monitor System with Localization Function Based on ZigBee-Compliant Platform. In Wireless Communications, Networking and Mobile Computing (WiCOM), 2011 7th International Conference on (pp. 1-4). IEEE. [17] Xbee, ¿Que es XBEE?, tomado de http://Xbee.cl/que-es-Xbee/, consultado en 20/02/17

http://www.simco.gov.co/Portals/0/archivos/Cartilla_Mineria.pdf

http://xbee.cl/que-es-xbee/

48

[18] J. Cheng and S. Yang, “Improved Coward explosive triangle for determining explosibility of mixture gas,” Process Safety and Environmental Protection, vol. 89, no. 2, pp. 89-94, Mar., 2011 [19] Xinyue Zhong, Wancheng Xie. “Wireless sensor network in the coal mine environment monitoring“. Coal technology, 2009, Vol. 28, No. 9, pp.102-103. [20] Palacio, J. “El modelo Scrum”. 2006. [21] Datasheet TGS 2611, figaro, información del producto. [22] Dr H. Torres, Sensor de Gas analogico MQ2, 6 de agosto de 2014, recuperado

de “https://hetpro-store.com/TUTORIALES/sensor-de-gas-mq2/”

49

9. GLOSARIO

ADC (Conversor de señal analógica a digital): Dispositivo que se encarga de

convertir una señal analógica a digital mediante un cuantificador.

ANTIDEFLAGRANTE: Material que reduce peligro de explosión.

AODV (Enrutamiento de vector distancia): Protocolo de enrutamiento utilizado

para redes móviles ADHOC. Este protocolo de enrutamiento es utilizado para

Zigbee.

BEACON: Dispositivo de bajo consumo que emite una señal broadcast, la cual

utiliza conexión bluetooth.

BOCAMINA: Entrada a la mina.

BYTE: Unidad de información utilizada en telecomunicaciones, la cual está formada

por 8 bits.

CHECKSUM: Función hash que se encarga de detectar cambios imprevistos en la

red para proteger la integridad de los datos.

CH4 (Gas Metano): Es un gas altamente tóxico e inflamable y es originado durante

la combustión incompleta del carbón.

CO2 (Dióxido de carbono): Es el gas resultante entre la combinación del óxido y

el carbono. Está compuesto por dos átomos de oxígeno y uno de carbono. Puede

existir como líquido o sólido dependiendo de la temperatura y la presión; además

se produce por la combustión, descomposición de madera, y alteración de rocas.

Formula química CO2.

DELAY: Tiempo de demora que se produce entre la emisión y recepción de los

paquetes.

NetAnim: Animador basado en herramientas Qt.

NODO: Elemento de telecomunicación o punto de intersección de la red.

NS-3: Simulador de red utilizado para redes AD-HOC, su software es libre.

PAQUETE: Conjunto de información fundamental para el transporte de información.

Este este compuesto de una cabecera, área de datos y cola, su cabecera contiene

la dirección del receptor, el payload contiene los datos que se deben transmitir y su

cola contiene el código de detección de errores.

PCAP: Interfaz de una aplicación de programación para la captura de paquetes.

50

RADIOGONIOMETRIA: Sistema de detección electrónica de largo alcance.

RED ADHOC: Red inalámbrica descentralizada, la cual no depende de una

infraestructura organizada.

THROUGHPUT (Tasa de transferencia efectiva): Cantidad de información que

circula a través de la red.

TRAMA: Unidad de envío de datos para una serie continua de bits.

UDP (User Datagram Protocol): Protocolo de nivel de transporte encargado del

intercambio de datagramas. Este protocolo es no orientado a conexión, es decir no

pide retransmisión de sus datagramas si no llegan completos.

WIRESHARK: Sniffer de red que se encarga de analizar los protocolos que se

encuentren en la red.

WifiPhy: Atributo para red inalámbrica que se puede asignar en el simulador NS-3

XBEE: Dispositivo inalámbrico que utiliza el protocolo de red 802.15.4 para redes

punto a punto o punto a multipunto.

XCTU: Software que permite configurar dispositivos XBEE.

ZIGBEE (IEEE 802.15.4): Estándar que define el nivel físico y enlace de datos para

redes inalámbricas.

51

ANEXOS

52

ANEXO 1

PROGRAMA PRIMERA SIMULACIÓN SENSORES FIJOS #include "ns3/netanim-module.h"

#include "ns3/dsr-module.h"

#include "ns3/core-module.h"

#include "ns3/network-module.h"

#include "ns3/internet-module.h"

#include "ns3/mobility-module.h"

#include "ns3/wifi-module.h"

#include "ns3/applications-module.h"

#include "ns3/netanim-module.h"

#include "ns3/flow-monitor-module.h"

#include "ns3/point-to-point-module.h"

#include <iostream>

#include <fstream>

#include <vector>

#include <string>

#include <cmath>

using namespace ns3;

NS_LOG_COMPONENT_DEFINE ("MinaSensores");

int packetsSent = 0;

int packetsReceived = 0;

void ReceivePacket (Ptr<Socket> socket)

{

Ptr<Packet> packet;

while ((packet = socket->Recv ()))

{

packetsReceived++;

std::cout<<"Paquetes recividos - "<<packetsReceived<<", su tamaño es de

"<<packet->GetSize ()<<" Bytes."<<std::endl;

}

}

static void GenerateTraffic (Ptr<Socket> socket, uint32_t pktSize,

uint32_t pktCount, Time pktInterval )

{

if (pktCount > 0)

{

53

socket->Send (Create<Packet> (pktSize));

packetsSent++;

std::cout<<"Paquetes enviados - "<<packetsSent<<std::endl;

Simulator::Schedule (pktInterval, &GenerateTraffic,

socket, pktSize,pktCount-1, pktInterval);

}

else

{

socket->Close ();

}

}

int

main (int argc, char *argv[])

{

//uint32_t size=2;

double step=10;

double totalTime=10;

int packetSize = 1024;

int totalPackets = totalTime-1;

double interval = 1.0;

Time interPacketInterval = Seconds (interval);

CommandLine cmd;

cmd.Parse (argc, argv);

Time::SetResolution (Time::NS);

LogComponentEnable ("UdpEchoClientApplication", LOG_LEVEL_INFO);

LogComponentEnable ("UdpEchoServerApplication", LOG_LEVEL_INFO);

NodeContainer nodes;

nodes.Create (7);

InternetStackHelper stack;

stack.Install (nodes);

PointToPointHelper pointToPoint;

54

pointToPoint.SetDeviceAttribute ("DataRate", StringValue ("5Mbps"));

pointToPoint.SetChannelAttribute ("Delay", StringValue ("2ms"));

PointToPointHelper p2p3;

p2p3.SetDeviceAttribute ("DataRate", StringValue ("5Mbps"));

p2p3.SetChannelAttribute ("Delay", StringValue ("4ms"));













//NetDeviceContainer devices;

//devices = pointToPoint.Install (nodes);

Ipv4AddressHelper address;

address.SetBase ("190.1.1.0","255.255.255.0");

NetDeviceContainer devices;

devices= pointToPoint.Install (nodes.Get (0), nodes.Get (1));

Ipv4InterfaceContainer interfaces = address.Assign (devices);

devices= p2p3.Install (nodes.Get (1), nodes.Get (2));

address.SetBase ("190.1.2.0","255.255.255.0");

interfaces = address.Assign (devices);


address.SetBase ("190.1.3.0","255.255.255.0");


55


address.SetBase ("190.1.4.0","255.255.255.0");



address.SetBase ("190.1.5.0","255.255.255.0");



address.SetBase ("190.1.6.0","255.255.255.0");


Ipv4GlobalRoutingHelper::PopulateRoutingTables ();

UdpEchoServerHelper echoServer (9);

ApplicationContainer serverApps = echoServer.Install (nodes.Get (6)); //el que se

cambia

serverApps.Start (Seconds (1.0));

serverApps.Stop (Seconds (30.0));

UdpEchoClientHelper echoClient (interfaces.GetAddress (1), 9);

echoClient.SetAttribute ("MaxPackets", UintegerValue (10));

echoClient.SetAttribute ("Interval", TimeValue (Seconds (1.0)));

echoClient.SetAttribute ("PacketSize", UintegerValue (1024));

ApplicationContainer clientApps = echoClient.Install (nodes.Get (0));

clientApps.Start (Seconds (2.0));

clientApps.Stop (Seconds (30.0));

AnimationInterface anim ("SensorMina.xml");

//Vector de posicion

MobilityHelper mobility;

Ptr<ListPositionAllocator> positionAlloc = CreateObject<ListPositionAllocator>();

positionAlloc->Add (Vector (0.0, 0.0, 0.0));






56


mobility.SetPositionAllocator (positionAlloc);

mobility.SetMobilityModel ("ns3::ConstantPositionMobilityModel");

mobility.Install (nodes);

pointToPoint.EnablePcapAll ("SensorMina");

Simulator::Run ();

Simulator::Destroy ();

return 0;

}

57

ANEXO 2

PROGRAMA RED INALAMBRICA. #include "ns3/netanim-module.h" #include "ns3/core-module.h" #include "ns3/mobility-module.h" #include "ns3/wifi-module.h" #include "ns3/internet-module.h" using namespace ns3; NS_LOG_COMPONENT_DEFINE ("WifiSimpleAdhoc"); void ReceivePacket (Ptr<Socket> socket) { while (socket->Recv ()) { NS_LOG_UNCOND ("Paquete recivido"); } } static void GenerateTraffic (Ptr<Socket> socket, uint32_t pktSize, uint32_t pktCount, Time pktInterval ) { if (pktCount > 0) { socket->Send (Create<Packet> (pktSize)); Simulator::Schedule (pktInterval, &GenerateTraffic, socket, pktSize,pktCount - 1, pktInterval); } else { socket->Close (); } } int main (int argc, char *argv[]) { std::string phyMode ("DsssRate1Mbps"); double rss = -90; // -dBm uint32_t packetSize = 1024; // bytes uint32_t numPackets = 20; double interval = 1; // secg bool verbose = false;

58

CommandLine cmd; cmd.AddValue ("phyMode", "Wifi Phy mode", phyMode); cmd.AddValue ("rss", "received signal strength", rss); cmd.AddValue ("packetSize", "size of application packet sent", packetSize); cmd.AddValue ("numPackets", "number of packets generated", numPackets); cmd.AddValue ("interval", "interval (seconds) between packets", interval); cmd.AddValue ("verbose", "turn on all WifiNetDevice log components", verbose); cmd.Parse (argc, argv); // Convert to time object Time interPacketInterval = Seconds (interval); // fragmentacion de paquetes Config::SetDefault ("ns3::WifiRemoteStationManager::FragmentationThreshold",StringValue ("2200")); Config::SetDefault ("ns3::WifiRemoteStationManager::RtsCtsThreshold", StringValue ("2200")); Config::SetDefault ("ns3::WifiRemoteStationManager::NonUnicastMode", StringValue (phyMode)); NodeContainer c; c.Create (6); WifiHelper wifi; if (verbose) { wifi.EnableLogComponents (); } wifi.SetStandard (WIFI_PHY_STANDARD_80211b); YansWifiPhyHelper wifiPhy = YansWifiPhyHelper::Default (); wifiPhy.Set ("RxGain", DoubleValue (20) ); //ganancia // 802.11b wifiPhy.SetPcapDataLinkType (YansWifiPhyHelper::DLT_IEEE802_11_RADIO); YansWifiChannelHelper wifiChannel; wifiChannel.SetPropagationDelay ("ns3::ConstantSpeedPropagationDelayModel");

59

wifiChannel.AddPropagationLoss ("ns3::FixedRssLossModel","Rss",DoubleValue (rss)); wifiPhy.SetChannel (wifiChannel.Create ()); // control WifiMacHelper wifiMac; wifi.SetRemoteStationManager ("ns3::ConstantRateWifiManager", "DataMode",StringValue (phyMode), "ControlMode",StringValue (phyMode)); // modo adhoc wifiMac.SetType ("ns3::AdhocWifiMac"); NetDeviceContainer devices = wifi.Install (wifiPhy, wifiMac, c); //pocisiones MobilityHelper mobility; Ptr<ListPositionAllocator> positionAlloc = CreateObject<ListPositionAllocator> (); positionAlloc->Add (Vector (0.0, 0.0, 0.0)); positionAlloc->Add (Vector (45.0, 35.0, 0.0)); positionAlloc->Add (Vector (90.0, 90.0, 0.0)); positionAlloc->Add (Vector (120.0, 90.0, 0.0)); positionAlloc->Add (Vector (150.0, 90.0, 0.0)); positionAlloc->Add (Vector (180.0, 90.0, 0.0)); mobility.SetPositionAllocator (positionAlloc); mobility.SetMobilityModel ("ns3::ConstantPositionMobilityModel"); mobility.Install (c); InternetStackHelper internet; internet.Install (c); Ipv4AddressHelper ipv4; NS_LOG_INFO ("Assign IP Addresses."); ipv4.SetBase ("10.1.1.0", "255.255.255.0"); Ipv4InterfaceContainer i = ipv4.Assign (devices); TypeId tid = TypeId::LookupByName ("ns3::UdpSocketFactory"); Ptr<Socket> recvSink = Socket::CreateSocket (c.Get (0), tid); InetSocketAddress local = InetSocketAddress (Ipv4Address::GetAny (), 80); recvSink->Bind (local); recvSink->SetRecvCallback (MakeCallback (&ReceivePacket)); Ptr<Socket> source = Socket::CreateSocket (c.Get (1), tid);//tid InetSocketAddress remote = InetSocketAddress (Ipv4Address ("255.255.255.255"), 90); source->SetAllowBroadcast (true);

60

source->Connect (remote); // Tracing wifiPhy.EnablePcap ("antenaswifi", devices); NS_LOG_UNCOND ("Enviando " << numPackets << " ,paquetes enviados, con potencia de " << rss ); Simulator::ScheduleWithContext (source->GetNode ()->GetId (), Seconds (1.0), &GenerateTraffic, source, packetSize, numPackets, interPacketInterval); AnimationInterface anim ("sensoresinalambricos.xml"); Simulator::Run (); Simulator::Destroy (); return 0; }

diseÑo y simulaciÓn de red de comunicaciÓn en la mina de …

Documents