Wireless sensor networks for ambient intelligencecontributions in the sensing and computing layers

Resumo

La presente tesis se enmarca en el campo de la asistencia a la vida en el hogar (del inglés Ambient Assisted Living, AAL), una rama de la inteligencia ambiental que trata de mejorar la vida en el hogar mediante técnicas de inteligencia artificial. El objetivo global de la tesis es lograr avances significativos en eficiencia y prestaciones en las tecnologías aplicadas para la sensorización en este campo. Estos avances tecnológicos afectan a varios aspectos y niveles dentro de la capa de captación sensorial de estos sistemas, resultando en una serie de objetivos específicos: (1) Reducción del número de transmisiones mediante pre-procesamiento de la señal sensorial y fusión de datos. (2) Detección de ocupación en cama o sillón: mejora de las prestaciones y la fiabilidad. (3) Refuerzo de la información contextual mediante el uso de sensores portables. (4) Detección de actividad: reconocimiento de patrones y clasificación de señal. (5) Mejora de las prestaciones mediante integración microelectrónica. El trabajo llevado a cabo durante el periodo de investigación ha resultado en diversas contribuciones sobre los objetivos de la tesis. Con respecto al objetivo (1), se ha diseñado un nuevo middleware que incorpora una maquina de estados que introduce un nuevo nivel de abstracción, generando información más elaborada. De esta forma, se ha eliminado un gran número de transmisiones asociadas a eventos irrelevantes, generados durante transitorios en el contexto ambiental. Se ha propuesto, a su vez, un mecanismo de asentimiento específico para AAL. Para alcanzar el objetivo (2), se han mejorado las prestaciones del sistema AAL mediante un nuevo sensor de ocupación. Este nuevo diseño ha sido posible gracias a la caracterización de un nuevo modelo para el transductor basado en EMFi (ElectroMechanical Film). Por otro lado, se ha propuesto un método de umbralización adaptativo para los sensores de ocupación basados en transductores de peso. Se ha propuesto un método que emplea un conjunto mixto de sensores (fijos y portables), en cumplimiento del objetivo (3), incorporando un sensor opcional basado en acelerómetros. Además, se ha implementado y testado un prototipo del nodo sensor portable. El cumplimiento del objetivo (4) ha sido aproximado mediante el diseño de un método de clasificación de señales de sensores PIR (Passive InfraRed), atendiendo a la velocidad y distancia entre el sujeto y un sensor múltiple. Este método permite obtener dispositivos compactos que llevan a cabo computación local y son capaces de transmitir información contextual de nivel de abstracción 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 simulación obtenidos a nivel de esquemático han presentado muy bajo consumo y un nivel de ruido integrado aceptable para la aplicación señalada.