A novel methodology for planning reliable wireless sensor networks

Wireless sensor networks (WSNs) have shown their potentials in various applications, which bring a lot of benefits to users from both research and industrial areas. For many setups, it is envisioned thatWSNs will consist of tens to hundreds of nodes that operate on small batteries. However due to the diversity of the deployed environments and resource constraints on radio communication, sensing ability and energy supply, it is a very challenging issue to plan optimized WSN topology and predict its performance before real deployment. During the network planning phase, the connectivity, coverage, cost, network longevity and service quality should all be considered. Therefore it requires designers coping with comprehensive and interdisciplinary knowledge, including networking, radio engineering, embedded system and so on, in order to efficiently construct a reliable WSN for any specific types of environment. Nowadays there is still a lack of the analysis and experiences to guide WSN designers to efficiently construct WSN topology successfully without many trials. Therefore, simulation is a feasible approach to the quantitative analysis of the performance of wireless sensor networks. However the existing planning algorithms and tools, to some extent, have serious limitations to practically design reliable WSN topology: Only a few of them tackle the 3D deployment issue, and an overwhelming number of works are proposed to place devices in 2D scheme. Without considering the full dimension, the impacts of environment to the performance of WSN are not completely studied, thus the values of evaluated metrics such as connectivity and sensing coverage are not sufficiently accurate to make proper decision. Even fewer planning methods model the sensing coverage and radio propagation by considering the realistic scenario where obstacles exist. Radio signals propagate with multi-path phenomenon in the real world, in which direct paths, reflected paths and diffracted paths contribute to the received signal strength. Besides, obstacles between the path of sensor and objects might block the sensing signals, thus create coverage hole in the application. None of the existing planning algorithms model the network longevity and packet delivery capability properly and practically. They often employ unilateral and unrealistic formulations. The optimization targets are often one-sided in the current works. Without comprehensive evaluation on the important metrics, the performance of planned WSNs can not be reliable and entirely optimized. Modeling of environment is usually time consuming and the cost is very high, while none of the current works figure out any method to model the 3D deployment environment efficiently and accurately. Therefore many researchers are trapped by this issue, and their algorithms can only be evaluated in the same scenario, without the possibility to test the robustness and feasibility for implementations in different environments. In this thesis, we propose a novel planning methodology and an intelligent WSN planning tool to assist WSN designers efficiently planning reliable WSNs. First of all, a new method is proposed to efficiently and automatically model the 3D indoor and outdoor environments. To the best of our knowledge, this is the first time that the advantages of image understanding algorithm are applied to automatically reconstruct 3D outdoor and indoor scenarios for signal propagation and network planning purpose. The experimental results indicate that the proposed methodology is able to accurately recognize different objects from the satellite images of the outdoor target regions and from the scanned floor plan of indoor area. Its mechanism offers users a flexibility to reconstruct different types of environment without any human interaction. Thereby it significantly reduces human efforts, cost and time spent on reconstructing a 3D geographic database and allows WSN designers concentrating on the planning issues. Secondly, an efficient ray-tracing engine is developed to accurately and practically model the radio propagation and sensing signal on the constructed 3D map. The engine contributes on efficiency and accuracy to the estimated results. By using image processing concepts, including the kd-tree space division algorithm and modified polar sweep algorithm, the rays are traced efficiently without detecting all the primitives in the scene. The radio propagation model iv is proposed, which emphasizes not only the materials of obstacles but also their locations along the signal path. The sensing signal of sensor nodes, which is sensitive to the obstacles, is benefit from the ray-tracing algorithm via obstacle detection. The performance of this modelling method is robust and accurate compared with conventional methods, and experimental results imply that this methodology is suitable for both outdoor urban scenes and indoor environments. Moreover, it can be applied to either GSM communication or ZigBee protocol by varying frequency parameter of the radio propagation model. Thirdly, WSN planning method is proposed to tackle the above mentioned challenges and efficiently deploy reliable WSNs. More metrics (connectivity, coverage, cost, lifetime, packet latency and packet drop rate) are modeled more practically compared with other works. Especially 3D ray tracing method is used to model the radio link and sensing signal which are sensitive to the obstruction of obstacles; network routing is constructed by using AODV protocol; the network longevity, packet delay and packet drop rate are obtained via simulating practical events in WSNet simulator, which to the best of our knowledge, is the first time that network simulator is involved in a planning algorithm. Moreover, a multi-objective optimization algorithm is developed to cater for the characteristics of WSNs. The capability of providing multiple optimized solutions simultaneously allows users making their own decisions accordingly, and the results are more comprehensively optimized compared with other state-of-the-art algorithms. iMOST is developed by integrating the introduced algorithms, to assist WSN designers efficiently planning reliable WSNs for different configurations. The abbreviated name iMOST stands for an Intelligent Multi-objective Optimization Sensor network planning Tool. iMOST contributes on: (1) Convenient operation with a user-friendly vision system; (2) Efficient and automatic 3D database reconstruction and fast 3D objects design for both indoor and outdoor environments; (3) It provides multiple multi-objective optimized 3D deployment solutions and allows users to configure the network properties, hence it can adapt to various WSN applications; (4) Deployment solutions in the 3D space and the corresponding evaluated performance are visually presented to users; and (5) The Node Placement Module of iMOST is available online as well as the source code of the other two rebuilt heuristics. Therefore WSN designers will be benefit from v this tool on efficiently constructing environment database, practically and efficiently planning reliable WSNs for both outdoor and indoor applications. With the open source codes, they are also able to compare their developed algorithms with ours to contribute to this academic field. Finally, solid real results are obtained for both indoor and outdoor WSN planning. Deployments have been realized for both indoor and outdoor environments based on the provided planning solutions. The measured results coincide well with the estimated results. The proposed planning algorithm is adaptable according to the WSN designer’s desirability and configuration, and it offers flexibility to plan small and large scale, indoor and outdoor 3D deployments. The thesis is organized in 7 chapters. In Chapter 1, WSN applications and motivations of this work are introduced, the state-of-the-art planning algorithms and tools are reviewed, challenges are stated out and the proposed methodology is briefly introduced. In Chapter 2, the proposed 3D environment reconstruction methodology is introduced and its performance is evaluated for both outdoor and indoor environment. The developed ray-tracing engine and proposed radio propagation modelling method are described in details in Chapter 3, their performances are evaluated in terms of computation efficiency and accuracy. Chapter 4 presents the modelling of important metrics of WSNs and the proposed multi-objective optimization planning algorithm, the performance is compared with the other state-of-the-art planning algorithms. The intelligent WSN planning tool iMOST is described in Chapter 5. RealWSN deployments are prosecuted based on the planned solutions for both indoor and outdoor scenarios, important data are measured and results are analysed in Chapter 6. Chapter 7 concludes the thesis and discusses about future works. vi Resumen en Castellano Las redes de sensores inalámbricas (en inglés Wireless Sensor Networks, WSNs) han demostrado su potencial en diversas aplicaciones que aportan una gran cantidad de beneficios para el campo de la investigación y de la industria. Para muchas configuraciones se prevé que las WSNs consistirán en decenas o cientos de nodos que funcionarán con baterías pequeñas. Sin embargo, debido a la diversidad de los ambientes para desplegar las redes y a las limitaciones de recursos en materia de comunicación de radio, capacidad de detección y suministro de energía, la planificación de la topología de la red y la predicción de su rendimiento es un tema muy difícil de tratar antes de la implementación real. Durante la fase de planificación del despliegue de la red se deben considerar aspectos como la conectividad, la cobertura, el coste, la longevidad de la red y la calidad del servicio. Por lo tanto, requiere de diseñadores con un amplio e interdisciplinario nivel de conocimiento que incluye la creación de redes, la ingeniería de radio y los sistemas embebidos entre otros, con el fin de construir de manera eficiente una WSN confiable para cualquier tipo de entorno. Hoy en día todavía hay una falta de análisis y experiencias que orienten a los diseñadores de WSN para construir las topologías WSN de manera eficiente sin realizar muchas pruebas. Por lo tanto, la simulación es un enfoque viable para el análisis cuantitativo del rendimiento de las redes de sensores inalámbricos. Sin embargo, los algoritmos y herramientas de planificación existentes tienen, en cierta medida, serias limitaciones para diseñar en la práctica una topología fiable de WSN: Sólo unos pocos abordan la cuestión del despliegue 3D mientras que existe una gran cantidad de trabajos que colocan los dispositivos en 2D. Si no se analiza la dimensión completa (3D), los efectos del entorno en el desempeño de WSN no se estudian por completo, por lo que los valores de los parámetros evaluados, como la conectividad y la cobertura de detección, no son lo suficientemente precisos para tomar la decisión correcta. Aún en menor medida los métodos de planificación modelan la cobertura de los sensores y la propagación de la señal de radio teniendo en cuenta un escenario realista donde existan obstáculos. Las señales de radio en el mundo real siguen una propagación multicamino, en la que los caminos directos, los caminos reflejados y los caminos difractados contribuyen a la intensidad de la señal recibida. Además, los obstáculos entre el recorrido del sensor y los objetos pueden bloquear las señales de detección y por lo tanto crear áreas sin cobertura en la aplicación. Ninguno de los algoritmos de planificación existentes modelan el tiempo de vida de la red y la capacidad de entrega de paquetes correctamente y prácticamente. A menudo se emplean formulaciones unilaterales y poco realistas. Los objetivos de optimización son a menudo tratados unilateralmente en los trabajos actuales. Sin una evaluación exhaustiva de los parámetros importantes, el rendimiento previsto de las redes inalámbricas de sensores no puede ser fiable y totalmente optimizado. Por lo general, el modelado del entorno conlleva mucho tiempo y tiene un coste muy alto, pero ninguno de los trabajos actuales propone algún método para modelar el entorno de despliegue 3D con eficiencia y precisión. Por lo tanto, muchos investigadores están limitados por este problema y sus algoritmos sólo se pueden evaluar en el mismo escenario, sin la posibilidad de probar la solidez y viabilidad para las implementaciones en diferentes entornos. En esta tesis, se propone una nueva metodología de planificación así como una herramienta inteligente de planificación de redes de sensores inalámbricas para ayudar a los diseñadores a planificar WSNs fiables de una manera eficiente. En primer lugar, se propone un nuevo método para modelar demanera eficiente y automática los ambientes interiores y exteriores en 3D. Según nuestros conocimientos hasta la fecha, esta es la primera vez que las ventajas del algoritmo de _image understanding_se aplican para reconstruir automáticamente los escenarios exteriores e interiores en 3D para analizar la propagación de la señal y viii la planificación de la red. Los resultados experimentales indican que la metodología propuesta es capaz de reconocer con precisión los diferentes objetos presentes en las imágenes satelitales de las regiones objetivo en el exterior y de la planta escaneada en el interior. Su mecanismo ofrece a los usuarios la flexibilidad para reconstruir los diferentes tipos de entornos sin ninguna interacción humana. De este modo se reduce considerablemente el esfuerzo humano, el coste y el tiempo invertido en la reconstrucción de una base de datos geográfica con información 3D, permitiendo así que los diseñadores se concentren en los temas de planificación. En segundo lugar, se ha desarrollado un motor de trazado de rayos (en inglés ray tracing) eficiente para modelar con precisión la propagación de la señal de radio y la señal de los sensores en el mapa 3D construido. El motor contribuye a la eficiencia y la precisión de los resultados estimados. Mediante el uso de los conceptos de procesamiento de imágenes, incluyendo el algoritmo del árbol kd para la división del espacio y el algoritmo _polar sweep_modificado, los rayos se trazan de manera eficiente sin la detección de todas las primitivas en la escena. El modelo de propagación de radio que se propone no sólo considera los materiales de los obstáculos, sino también su ubicación a lo largo de la ruta de señal. La señal de los sensores de los nodos, que es sensible a los obstáculos, se ve beneficiada por la detección de objetos llevada a cabo por el algoritmo de trazado de rayos. El rendimiento de este método de modelado es robusto y preciso en comparación con los métodos convencionales, y los resultados experimentales indican que esta metodología es adecuada tanto para escenas urbanas al aire libre como para ambientes interiores. Por otra parte, se puede aplicar a cualquier comunicación GSM o protocolo ZigBee mediante la variación de la frecuencia del modelo de propagación de radio. En tercer lugar, se propone un método de planificación de WSNs para hacer frente a los desafíos mencionados anteriormente y desplegar redes de sensores fiables de manera eficiente. Se modelan más parámetros (conectividad, cobertura, coste, tiempo de vida, la latencia de paquetes y tasa de caída de paquetes) en comparación con otros trabajos. Especialmente el método de trazado de rayos 3D se utiliza para modelar el enlace de radio y señal de los sensores que son sensibles a la obstrucción de obstáculos; el enrutamiento de la red se construye utilizando el protocolo AODV; la longevidad de la red, retardo de paquetes ix y tasa de abandono de paquetes se obtienen a través de la simulación de eventos prácticos en el simulador WSNet, y según nuestros conocimientos hasta la fecha, es la primera vez que simulador de red está implicado en un algoritmo de planificación. Por otra parte, se ha desarrollado un algoritmo de optimización multi-objetivo para satisfacer las características de las redes inalámbricas de sensores. La capacidad de proporcionar múltiples soluciones optimizadas de forma simultánea permite a los usuarios tomar sus propias decisiones en consecuencia, obteniendo mejores resultados en comparación con otros algoritmos del estado del arte. iMOST se desarrolla mediante la integración de los algoritmos presentados, para ayudar de forma eficiente a los diseñadores en la planificación de WSNs fiables para diferentes configuraciones. El nombre abreviado iMOST (Intelligent Multi-objective Optimization Sensor network planning Tool) representa una herramienta inteligente de planificación de redes de sensores con optimización multi-objetivo. iMOST contribuye en: (1) Operación conveniente con una interfaz de fácil uso, (2) Reconstrucción eficiente y automática de una base de datos con información 3D y diseño rápido de objetos 3D para ambientes interiores y exteriores, (3) Proporciona varias soluciones de despliegue optimizadas para los multi-objetivo en 3D y permite a los usuarios configurar las propiedades de red, por lo que puede adaptarse a diversas aplicaciones de WSN, (4) las soluciones de implementación en el espacio 3D y el correspondiente rendimiento evaluado se presentan visualmente a los usuarios, y (5) El _Node Placement Module_de iMOST está disponible en línea, así como el código fuente de las otras dos heurísticas de planificación. Por lo tanto los diseñadores WSN se beneficiarán de esta herramienta para la construcción eficiente de la base de datos con información del entorno, la planificación práctica y eficiente de WSNs fiables tanto para aplicaciones interiores y exteriores. Con los códigos fuente abiertos, son capaces de comparar sus algoritmos desarrollados con los nuestros para contribuir a este campo académico. Por último, se obtienen resultados reales sólidos tanto para la planificación de WSN en interiores y exteriores. Los despliegues se han realizado tanto para ambientes de interior y como para ambientes de exterior utilizando las soluciones de planificación propuestas. Los resultados medidos coinciden en gran medida con los resultados estimados. El algoritmo de planificación x propuesto se adapta convenientemente al deiseño de redes de sensores inalámbricas, y ofrece flexibilidad para planificar los despliegues 3D a pequeña y gran escala tanto en interiores como en exteriores. La tesis se estructura en 7 capítulos. En el Capítulo 1, se presentan las aplicaciones de WSN y motivaciones de este trabajo, se revisan los algoritmos y herramientas de planificación del estado del arte, se presentan los retos y se describe brevemente la metodología propuesta. En el Capítulo 2, se presenta la metodología de reconstrucción de entornos 3D propuesta y su rendimiento es evaluado tanto para espacios exteriores como para espacios interiores. El motor de trazado de rayos desarrollado y el método de modelado de propagación de radio propuesto se describen en detalle en el Capítulo 3, evaluándose en términos de eficiencia computacional y precisión. En el Capítulo 4 se presenta el modelado de los parámetros importantes de las WSNs y el algoritmo de planificación de optimización multi-objetivo propuesto, el rendimiento se compara con los otros algoritmos de planificación descritos en el estado del arte. La herramienta inteligente de planificación de redes de sensores inalámbricas, iMOST, se describe en el Capítulo 5. En el Capítulo 6 se llevan a cabo despliegues reales de acuerdo a las soluciones previstas para los escenarios interiores y exteriores, se miden los datos importantes y se analizan los resultados. En el Capítulo 7 se concluye la tesis y se discute acerca de los trabajos futuros.

Mejora y optimización de un código de simulación hidrodinámico con transporte de radiación para el estudio de sistemas en condiciones de alta densidad de energía

Se presentan las mejoras introducidas en un código de transporte de radiación acoplada a la hidrodinámica llamado ARWEN para el estudio de sistemas en el rango de física de alta densidad de energía (High Energy Density Physics). Los desarrollos introducidos se basan en las siguientes áreas: ít>,~ Ecuaciones de estado: se desarrolla una nueva metodología mediante la cual es posible ajustar los resultados de un modelo simple de ecuaciones de estado como QEOS a datos experimentales y resultados de AIMD. Esta metodología tiene carácter general para poder ser aplicada en gran cantidad de materuales de interés y amplia la flexibilidad de ajuste de los métodos de los que ha partido como base este trabajo. En segundo lugar, se ha desarrollado una librería para la gestión de tablas de datos de ecuaciones de estado que también incluye la gestión de tablas con datos de opacidades y de ionización. Esta nueva librería extiende las capacidades de la anterior al tener llamadas más específicas que aceleran los cálculos, y posibilidad de uso de varias tablas a la vez. Solver de difusión: se ha desarrollado un nuevo paquete para resolver la ecuación de difusión que se aplicará a la conducción de calor dentro del plasma. El método anterior no podía ser ejecutado en paralelo y producía resultados dependientes de la resolución de la malla, mientras que este método es paralelizable y además obtiene una solución con mejor convergencia, lo que supone una solución que no depende del refinamiento del mallado. Revisión del paquete de radiación: en primer lugar se ha realizado una revisión de la implementación del modelo de radiación descubriendo varios errores que han sido depurados. También se ha incluido la nueva librería de gestión de tablas de opacidades que permiten la obtención de las propiedades ópticas del plasma en multigrupos de energía. Por otra parte se ha extendido el cálculo de los coeficientes de transporte al esquema multimaterial que ha introducido David Portillo García en el paquete hidrodinámico del código de simulación. Por último se ha revisado el esquema de resolución del transporte y se ha modificado para hacerlo paralelizable. • Se ha implementado un paquete de trazado de rayos para deposición láser que extiende la utilidad del anterior al ser en 3D y poder utilizar entonces diferentes configuraciones. • Una vez realizadas todas estas tareas se ha aplicado el código ARWEN al estudio de la astrofísica de laboratorio simulando los experimentos llevados a cabo en la instalación PALS por Chantal Stehlé acerca de ondas de choque radiativas. Se han comparado los resultados experimentales frente a las predicciones del código ARWEN obteniéndose una gran concordancia en la velocidad de la onda de choque generada y en las dimensiones del precursor. El código de simulación sobre el que se ha trabajado, junto con los desarrollos aportados por otros investigadores durante la realización de esta tesis, ha permitido participar en colaboraciones con laboratorios de Francia o Japón y se han producido resultados científicos publicados basados en el trabajo descrito en esta tesis. ABSTRACT Improvements in radiation hydrodynamic code ARWEN for the study of systems in the range of physics high energy density (High Energy Density Physics) are presented. The developments introduced are based on the following áreas: • Equations of state: a new methodology was developed to adjust the results of a simple Equation of State model like QEOS to experimental data and results of AIMD. This methodology can be applied to a large amount of materials and it increases the flexibility and range of the previous methods used as basis for this work. Also a new computer library has been developed to manage data tables of thermodynamic properties as well as includes the management of opacity and ionization data tables. This new library extends the capabilities of the previous one with more specific routines, and the possibility of using múltiple tables for several materials. • Diffusion solver: a new package has been developed to solve the diffusion equation applied to the heat conduction of the plasma. The previous method is not parallelizable and it produced mesh dependent results, while this new package can be executed in parallel and achieves a more converged solution that does not depend on the refinement of the mesh. • Radiation package: the check of the radiation model rose several bugs in the implementation that had been removed. The new computer library for EOS managing includes capabilities to store opacity tables for multigroups of energy. Moreover the transport coefficients calculations have been extended for the new multimaterial hydrodynamic package developed by David Portillo García. Also the solving methodology for the transport equation has been modified to make the code run in parallel. • A new ray tracing package has been introduced to extend the previous one to 3D. Once all these tasks has been implemented, the ARWEN code has been applied to study laboratory astrophysics systems. Simulations have been done in order to reproduce the results of the experiments carried out in PALS facility by Chantal Stehlé in radiative shock production. Experimental results are in cióse agreement to the ARWEN estimations of the speed of the shock wave and the length of the precursor. The simulation code used in this thesis, including the work done in ARWEN by other colleagues at the time of this research, allowed the collaboration with other research institution in France and Japan and some of the results presented in this thesis have been published in scientific journals.

Diseño de un programa de trabajo sobre actividad física en agua para mayores

El siguiente trabajo consiste en un desarrollo teórico y práctico del tipo de ejercicios que pueden realizar personas de 65 años con la enfermedad de Alzheimer en su primera fase. Este trabajo combina el ejercicio físico beneficioso para este colectivo con la estimulación cognitiva, ambos objetivos están encaminados a retrasar en la medida de lo posible los efectos propios de la enfermedad de Alzheimer. La primera parte del trabajo establece las bases para entender la enfermedad, el beneficio del trabajo en el agua para este colectivo y la evolución que la sociedad sufrirá en los próximos años. La segunda parte del trabajo contiene una programación de ejercicio físico con estimulación cognitiva realizado en el medio acuático para personas de 65 años con principio de esta enfermedad donde se explicarán los ejercicios y los objetivos específicos a conseguir.

Aplicación de la realidad aumentada en dispositivos móviles para la recreación de restos arqueológicos.

El desarrollo de la tecnología móvil ha cambiado la forma de interactuar con el entorno, ofreciendo cada día nuevas soluciones con un alto componente visual y de geoposicionamiento. En este sentido los yacimientos arqueológicos y otros lugares históricos o de interés pueden verse altamente beneficiados de la llamada realidad aumentada. En el presente trabajo se ofrece una nueva aplicación de la topografía y fotogrametría lejos de las concepciones clásicas relacionadas con el trabajo en obra, catastral o cartográfico. Se establece un estudio de los distintos avances en visión por ordenador y realidad aumentada para ofrecer una nueva forma de visitar el yacimiento arqueológico de Complutum. El proyecto se resume en los siguientes puntos: - Levantamiento y recreación de los restos del parque arqueológico de Complutum. - Estudio de las distintos avances en la visión por ordenador, así como de las soluciones en Tracking tanto 2D como 3D. - Desarrollo de una aplicación para dispositivos Android que implemente estas funciones para recrear el yacimiento mediante realidad aumentada.

Diseño de un cuadricóptero de bajo coste basado en herramientas de software libre

El presente proyecto tiene como objetivo la realización de un cuadricóptero de bajo coste desarrollado con herramientas de software libre, con el fin de permitir el acceso y modificación del mismo a cualquiera que posea los conocimientos necesarios. Los cuadricópteros se definen como un vehículo aéreo no tripulado con cuatro rotores en los extremos. Los ejemplos existentes de estos tipos de vehículos son casi siempre de grandes cuadricópteros, los cuales utilizan diferentes tecnologías en los motores y control de los mismos. Los cuadricópteros de similar tamaño al que se pretende realizar son por lo general de compañías con hardware y software cerrado. En el caso de este proyecto se ha realizado un cuadricóptero de tamaño menor a 5 x 5 cm. La innovación que se propone con este proyecto es una forma de detectar obstáculos para cuadricópteros de tamaño similar, en los que la limitación del peso del dron supone una disminución de las opciones disponibles. Se desea que el cuadricóptero sea capaz de realizar un vuelo estable detectando y esquivando obstáculos sin necesidad de ayuda externa como operadores con mando de radio frecuencia. Para la creación del cuadricóptero, se ha realizado tanto el diseño de los esquemáticos como el diseño de las huellas para la utilización en el desarrollo de la PCB. Para ello se ha hecho uso de herramientas de software libre como es Kicad, software para el desarrollo de esquemáticos y placas de circuito impreso con las funcionalidades principales de cualquier software privativo relacionado. Se pretende de esta forma aportar a la literatura, un aspecto práctico de la realización de cuadricópteros, tanto desde los aspectos teóricos del diseño como los aspectos prácticos de la fabricación y soldadura de los componentes del cuadricóptero. En la realización del presente proyecto se ha tenido en cuenta los diferentes algoritmos que existen para la fusión de datos de la unidad de medida inercial, tanto la facilidad de implementación de los mismos como la facilidad de los cálculos resultantes de esta implementación. Se ha hecho una implementación de un filtro complementario, dando resultados satisfactorios debido a las características intrínsecas de la unidad de medida inercial. Además del filtro complementario, se ha realizado una implementación del filtro diseñado por Sebastian Madgwick [1]. Este filtro está especialmente diseñado para la fusión de los datos provenientes de la unidad de medida inercial, proporcionando la orientación del sistema haciendo uso de la representación en cuaternios de los datos del acelerómetro y giróscopo, permitiendo el uso del método del gradiente para el cálculo del error del giróscopo. Para la selección de los componentes, se ha hecho un análisis pormenorizado de las diferentes opciones disponibles, tomando como punto de partida los cuadricópteros que existen en la actualidad. Se han elegido estos componentes en función de las características de los mismos, prestando especial atención al tamaño, relacionado directamente con el peso de los mismos así como del precio, para lograr un cuadricóptero fácilmente reproducible de bajo coste. En este análisis se ha tenido en cuenta las dificultades existentes en la selección de determinados componentes como son los motores y las hélices. Al ser estos dos componentes caracterizados mediante tablas creadas por los fabricantes y usuarios de los mismos, la selección de los mismos se ha visto dificultada a la hora de elegir componentes de coste reducido al poseer poca información sobre los mismos. En especial, las formulas desarrolladas para el cálculo del empuje de los motores están directamente relacionados con los parámetros de las hélices. Estos parámetros están caracterizados para la mayoría de las hélices comerciales utilizadas en cuadricópteros. Para caracterizar las hélices se utiliza un banco de trabajo en donde es posible medir el empuje realizado por el conjunto del motor y hélice. En el caso del presente proyecto, no se disponía de la herramienta necesaria por lo que se ha realizado una estimación de los parámetros en función de las tablas disponibles para hélices similares de mayor tamaño. Para la elección de los sensores para la detección de los obstáculos se ha realizado un estudio de los diferentes sensores disponibles, analizando las ventajas y desventajas de los mismos para la elección del más adecuado para el proyecto. Se ha decidido el uso de sensores de distancia basados en tecnología infrarroja por ser los únicos que se adaptan a los requisitos de peso impuesto por el modelo. Además en este proyecto se ha realizado el montaje y soldadura de los componentes de la PCB. Estos componentes al ser de tamaño reducido, se ha comprobado que para la soldadura de los mismos es necesario el uso de herramientas especializadas, como puede ser estaciones de soldadura y pistola de aire caliente lo que dificulta su soldadura de manera no profesional. Al término de este proyecto se ha comprobado la dificultad de la realización de una correcta soldadura de los componentes, lo que introduce errores de conectividad entre los componentes, en concreto se ha detectado errores entre el microprocesador y unidad de medida inercial. Además de estos errores, se ha comprobado la dificultad de regular el sistema, no logrando un vuelo estable en el tiempo de escritura del presente proyecto. Por último se presenta el prototipo creado a lo largo del proyecto, al cual se le pueden hacer diferentes modificaciones como posibles líneas futuras, entre las que se encuentran una mejor regulación que permita el vuelo de un conjunto de drones.

El reto de la extensión agraria en el Perú: de la transferencia de tecnologías a un trabajo integrado sobre el territorio. Aplicación en la provincia de Aymaraes

La extensión agraria entendida como transferencia de tecnología que tuvo su auge en la llamada Revolución Verde, con el paso del tiempo empezó a mostrar serias deficiencias en su objetivo de lograr que los agricultores asumieran las nuevas tecnologías, esto motivo un continuo trabajo de investigación en el área que ha generado una serie de modelos y enfoques. Sin embargo, a pesar que mucho ha cambiado, aún no se logra responder adecuadamente a la necesidad de cambio e innovación que tienen los pequeños productores de los países en desarrollo. El presente trabajo tiene como objetivo proponer un modelo para el desarrollo de la producción agrícola en el marco de un trabajo integrado sobre el territorio. Para esto se ha analizado los cambios referentes a los procesos de desarrollo rural y como éstos han impactado directamente en la forma en la que se concibe la extensión. En este recorrido podemos ver con claridad cómo los procesos de desarrollo que partían de un modelo exógeno, van cediendo a procesos endógenos y neo-endógenos, en donde el territorio tiene un valor fundamental. Se plantea que tanto la globalización como el Cambio Climático constituyen nuevos desafíos para el desarrollo rural. Posteriormente, en el análisis de la extensión agropecuaria en el mundo, se ha podido observar como la extensión ha ido cambiando hacia procesos más participativos y horizontales, introduciéndose en ella también los conceptos de innovación y de sistemas, como la posibilidad de comprender su complejidad. Al hacer el recorrido de la Extensión Agraria en el Perú se puede visualizar como, al igual que en el mundo, tuo un periodo de apogeo pero seguido de un periodo de crisis que terminó por eliminarla del espacio público. Actualmente los servicios de extensión en el Perú se manejan por entidades privadas, gobiernos locales y proyectos especiales, pero ninguno de ellos llega realmente al pequeño productor, que constituye la población más importante en países como el Perú. Este trabajo plantea un modelo para responder a este contexto, el cual se basa en tres enfoques de diferentes ámbitos: el Desarrollo Económico Local, El metamodelo WWP (Working with people) y los sistemas de innovación agrícolas. El modelo plantea un trabajo en cuatro componentes a señalar: (1) Planificación basada en herramientas técnicas y entendida como aprendizaje social, (2) Fortalecimiento del Capital Social ya existente, (3) Servicios de extensión con nuevas tecnologías y (4) Acompañamiento a los productores en el mercado. En este modelo, una consideración muy especial la tiene la entidad articuladora o bróker del presente sistema, el cual es una entidad que se encarga de activar y mantener el sistema, tomando en consideración la importancia del fortalecimiento de las redes sobre el territorio. La aplicación de este modelo se realizó en cuatro distritos de la provincia de Aymaraes (Región Apurimac) que se encuentran formando parte de la cuenca del Río Pachachaca. Para verificar la idoneidad del modelo en el fortalecimiento de las actividades agropecuarias, se realizó un análisis de una línea de base y de una línea de salida, estableciendo una serie de indicadores. Se realizó también un análisis ex – post para determinar las posibilidades de sostenibilidad del modelo. Se concluyó luego de la aplicación que el modelo tiene una serie de condiciones importantes para la eficacia y la sostenibilidad de los procesos de desarrollo de las actividades agropecuarias, aunque es necesario establecer algunos requisitos básicos para el funcionamiento de la propuesta, tales como la presencia de un actor que pueda actuar como articulador y la necesidad de trabajar a un nivel provincial en lugar de local. ABSTRACT Throughout time, agricultural extension, understood as technology transfer, that had its peak during the Green Revolution, began to show serious deficiencies in its goal of making farmers assume the new technologies. This created continuous research in the area that has generated a number of models and approaches. However, although much has changed, yet it fails to respond adequately to the need for change and innovation that small producers of developing countries have. This study aims to propose a model for the development of agricultural production in the framework of an integrated work on the territory. For this purpose, this research analyzed the changes related to rural development processes and how they have directly impacted on how the extension is conceived. On this tour it can be clearly seen how the development processes that started from an exogenous model, are giving way to neo-endogenous and endogenous processes, where the territory has a fundamental value. It is proposed that both globalization and climate change pose new challenges for rural development. Later in the analysis of agricultural extension in the world, it has been observed how the extension has been changing towards more participatory and horizontal processes, also introducing in it the innovative and systems concepts, as well as the ability to understand its complexity. When making the path of the agricultural extension in Peru, it can be seen how, same as it happened in the world, it had peak period that was followed by a crisis that eventually eliminated it from the public space. Currently, the extension services in Peru are managed by private entities, local governments and special projects, but none of them actually reach the small producer, who represents the most important population in countries like Peru. This paper proposes a model to respond to this context, which is based on three approaches of different areas: Local Economic Development, WWP metamodel (Working with people) and the agricultural innovation systems. The model presents a work in four parts to note: (1) Planning based in technical tools and understood as social learning, (2) Strengthening of the existing social capital, (3) Extension services with new technologies and (4) Support of producers in the market. In this model, special consideration is given to the coordinating entity or broker of this system, which is an entity that is responsible for activating and maintaining the system, taking into account the importance of strengthening networks in the territory. The application of this model was conducted in four districts of the Aymaraes province (Apurimac Region) which are part of the Rio Pachachaca watershed. To verify the suitability of the model in strengthening agricultural activities, an analysis of a baseline and a starting line was made, establishing a series of indicators. An analysis ex-post was also performed to determine the possibilities of sustainability of the model. After the application it was concluded that the model has a number of important conditions for the effectiveness and sustainability of development processes of agricultural activities, although it is necessary to establish some basic requirements for the operation of the proposal, such as the presence of an actor who can act as an articulator and the need to work at a provincial level rather than locally.

Interacción combinada táctil 3D para manejo de colecciones de documentos

Actualmente existen varios dispositivos que aceptan gestos sobre superficies táctiles, sean celulares, tabletas, computadores, etc. a los cuales las personas se acostumbran rápidamente a su uso y los aceptan como herramientas necesarias en su vida. Del mismo modo existen algunas aplicaciones que manejan entornos en 3D, y permiten captar gestos realizados con las manos, cuerpo, cabeza. Estas técnicas se han desarrollado mucho por separado pero se ha podido evidenciar en base a los artículos revisados que no existen muchos estudios que combinen las aplicaciones táctiles con las 3D manejadas por gestos en el aire. El presente trabajo muestra un prototipo que permite la comunicación y coordinación entre dos aplicaciones, una que muestra documentos representados por esferas en una aplicación con interacción táctil desarrollada en Unity que funciona sobre Android, y una segunda aplicación desarrollada también en Unity que maneja un entorno 3D con el que se interactúa mediante gestos realizados en el aire. Luego de algunos intentos la interacción entre ambas aplicaciones fue lograda implementando comunicación por sockets entre la aplicación en el dispositivo Android y la aplicación 3D que se encuentra alojada en un computador con Windows 7. La captura de gestos en el aire se realiza mediante el sistema Tracking Tools desarrollado por la compañía Optitrack que captura los movimientos con cámaras infrarrojas y marcadores en los dedos. Este sistema envía los datos de los gestos a nuestra aplicación 3D. Estos equipos son de propiedad del laboratorio Decoroso Crespo de la Universidad Politécnica de Madrid. Una vez lograda la implementación e interacción entre las aplicaciones se han realizado pruebas de usabilidad con nueve estudiantes del Máster Universitario en Software y Sistemas de la Universidad Politécnica de Madrid. Cada uno ha respondido una serie de encuestas para poder obtener resultados sobre cuán usable es el prototipo, la experiencia del usuario y qué mejoras se podrían realizar sobre éste. En la parte final de este documento se presentan los resultados de las encuestas y se muestran las conclusiones y trabajo futuro.---ABSTRACT---Currently there are several devices that accept gestures on touch surfaces like phones, tablets, computers, etc. to which people quickly become accustomed to their use and accept them as necessary tools in their life. Similarly there are some applications that handle 3D environments and like televisions, holograms and allow capture gestures made with hands, body, and head. These techniques have been developed on a separated way but based on some research we may say that the are not many studies that combine touch with 3D applications handled by gestures in the air. This paper presents a prototype of the interaction of two issues of a 2D showing documents represented by spheres on a touch application developed in Unity that works on Android and allows communicating with the second application also developed in Unity that handles a 3D environment interaction of gestures made in air. After some attempts interaction was achieved by implementing communication sockets between the application on the Android device and 3D application that is hosted on a computer with windows 7, and gestures capturing in the air is done by the system Tracking Tools developed by the Optitrack company it captures movements with infrared cameras and markers on the fingers, which sends data to this application gestures, these equipment are owned by the Decoroso Crespo laboratory of the Polytechnic University of Madrid. Once achieved the interaction of applications has been conducted performance tests with ten students of the university master of the Universidad Politécnica de Madrid, each has answered a series of surveys to get results on how usable is the prototype, the user experience and that improvements could be made on this.

Aproximación epidemiológica al estudio de las condiciones de empleo, trabajo y salud en la población inmigrante colombiana en España

El objetivo es analizar las condiciones de trabajo en inmigrantes colombianos y sus problemas de salud asociados. Para tal fin, se realizó un estudio epidemiológico descriptivo, en población inmigrante colombiana trabajadora activa o en paro, mediante encuesta personal, recogiendo información sobre características personales y laborales e indicadores de salud. Los resultados indican que existe un porcentaje importante de inmigrantes con contrataciones temporales o sin contrato y jornadas de trabajo semanales por encima de las 40 horas. Una quinta parte no se encuentra de alta en la seguridad social. La gran mayoría de las mujeres (92%) tienen salarios menores o iguales a los 1.200 euros. La población percibe discriminación en espacios sociales y laborales. Se reportan problemas de salud con diferencias por sexo. Casi una tercera parte no ha recibido información sobre prevención de accidentes y daños a la salud. Se evidencian así, situaciones de precariedad que exigen estrategias para garantizar mecanismos de protección social para esta población.

Química Verde: trabajo de laboratorio en la Microescala

Actualmente, los estudiantes de cualquier ámbito, y en especial en la Educación Superior, deben tender a formarse en las diferentes disciplinas dentro del marco de un aprendizaje integral que contemple amplios criterios de responsabilidad ética, cívica y medioambiental. Desde esta perspectiva, el profesorado debe comprometerse a ofrecer los recursos necesarios y la información adecuada para una plena concienciación del estudiante en temas de materia medioambiental para un desarrollo sostenible. Ambas facetas se contemplan en los estudios conducentes a la obtención del Grado en Química de la Universidad de Alicante mediante la impartición de diferentes asignaturas tanto obligatorias como optativas. El objetivo del presente trabajo es aumentar las posibilidades de concienciación de los estudiantes en estas materias por medio de la realización de prácticas instrumentales en el Grado en Química bajo los criterios de “Química Verde” y “Trabajo en la Microescala”. Como ejemplo se muestra la adaptación de una práctica convencional, elegida entre las que cumplen los requisitos de la Química Verde, para su realización a microescala. Esta adaptación, además de cumplir con los fines formativos ya mencionados, disminuye los costes económicos asociados tanto al consumo de reactivos como a la generación de residuos.

Modelo geológico 3D del NO de la Cuenca del Bajo Segura (Alicante, SE de España)

Se ha realizado un modelo geológico en 3D de la porción NO de la Cuenca del Bajo Segura, por ser esta la que mostraba una menor complicación geológica. La cuenca se ha dividido en 7 sintemas (nombrados Ab,M1, M2, P1, P2, Pc y Q) y se ha utilizado como base de la cuenca el techo de la Formación Calizas de Las Ventanas (Ve). La construcción del modelo 3D permite un mejor conocimiento geológico de la cuenca. El modelo apunta a una mayor complicación tectónica de lo supuesto en un principio.

El trabajo autónomo del alumnado en conocimientos de Historia Contemporánea, Historia del Arte y Filología: un caso aplicable a la asignatura 12039

A partir de una asignatura concreta de postgrado (12039), diseñada para estudiantes egresados de Geografía e Historia, un grupo de profesores de disciplinas diferentes de la Facultad de Filosofía y Letras (Historia contemporánea, Historia del Arte, Filología Española, Antropología y Filología Catalana), elaboran temas de trabajo diferentes que dialogan entre ellos enriqueciendo el punto de partida: los conocimientos de la historia y cultura contemporáneas. Con este punto de partida, nuestra comunicación insiste en los puntos siguientes: a) Metodologías docentes para fomentar la participación activa y el trabajo en equipo del alumnado; b) Se trabaja sobre un caso práctico sobre el cual investigan la mayor parte de los docentes: Història i poètiques de la memòria: La violència política en la representació del franquisme. c) Repercusiones del franquismo en el arte y la arquitectura. d) Repercusiones del franquismo en la historia y en las poéticas de la memoria (novela, teatro, cine y documentales). Se intentan mostrar los puntos de contacto y los puentes que se pueden establecer entre disciplinas y temas de estudio próximas y, al mismo tiempo, se apunta una metodología innovadora de enseñanza, de carácter realmente transversal, y enriquecedora para la formación del alumnado.

Evaluación del trabajo colaborativo en Iniciación a la Investigación en Biología

Tras el trabajo previo de diseño de la asignatura Iniciación a la Investigación en Biología, el equipo multidisciplinar de profesores y profesoras de la Red Docente INVES ha desarrollado una metodología propia de trabajo en equipo, no sólo entre el diferente profesorado que la compone, sino también con el profesorado de la asignatura Estadística, con la que se comparten objetivos de aprendizaje comunes. Se ha optimizado el sistema de evaluación del trabajo colaborativo del alumnado, mediante el uso de rubricas y auto-evaluación. Dicho trabajo consiste en el diseño y desarrollo de un proyecto de investigación bibliométrico de temática biológica realizado por los estudiantes, propiciando la adquisición de competencias transversales mediante una dinámica de trabajo en grupo que culmina en la edición de unas Jornadas Científicas. Por otra parte, se han consensuado criterios comunes de evaluación continua, mejorando en la eficiencia de la evaluación, y determinado un incremento de la capacidad de aprendizaje del alumnado a lo largo de los cursos 2010-11 al 2013-14. La oferta formativa se completa mediante la formación de un grupo de Alto Rendimiento Académico con docencia en lengua inglesa. Esto permite al alumnado implementar el objetivo general de compresión de lengua extranjera inglés en lo relativo al ámbito científico.

Trabajo cooperativo, competencias emocionales, aprendizaje basado en proyectos e innovación docente

Este artículo recoge las principales aportaciones de la mesa de comunicaciones 7 de las XII Jornadas de Redes de Investigación en Docencia Universitaria, testigo de diversas comunicaciones que compartían un elemento común: la preocupación por un aprendizaje más efectivo y eficaz de cara a la incorporación del alumnado al mundo laboral, donde habrá de desarrollar competencias emocionales, trabajo en equipo, resolución de problemas y habilidades sociales. Para ello, desde la perspectiva de las Humanidades, las nuevas tecnologías, las ciencias sociales y naturales se proponen distintas innovaciones de mejora docente centradas en el papel del estudiante y su proceso de aprendizaje.

Avances en el trabajo colaborativo en Iniciación a la Investigación en Biología

Un equipo multidisciplinar de profesores y profesoras que componen la Red Docente INVES e imparten docencia en la asignatura Iniciación a la Investigación en Biología, ha desarrollado una metodología propia de trabajo en equipo, en coordinación con el profesorado de la asignatura Estadística, con la que se comparten objetivos de aprendizaje comunes. El sistema de evaluación del trabajo colaborativo del alumnado se ha optimizado mediante el uso de rúbricas y auto-evaluación. Se ha propiciado la adquisición de competencias transversales mediante una dinámica de trabajo en grupo. El diseño y desarrollo de un proyecto de investigación bibliométrico, de temática biológica, es realizado por los y las estudiantes, y culmina con la edición de unas Jornadas Científicas. Con el fin de mejorar la eficiencia de la evaluación, se han consensuado criterios comunes de evaluación continua entre el profesorado. Ello ha determinado un incremento de la capacidad de aprendizaje del alumnado a lo largo de los cursos 2010-11 al 2013-14. La lectura y compresión de textos científicos en inglés junto a la formación de un grupo de Alto Rendimiento Académico con docencia en lengua inglesa completa la oferta formativa, permitiendo al alumnado implementar el objetivo general de compresión de lengua extranjera inglés en lo relativo al ámbito científico.

Problemáticas de la interacción discursiva en la enseñanza y el aprendizaje de las Ciencias Naturales. Aportes didácticos.

Las didácticas específicas de las ciencias naturales revelan diferentes problemáticas en su enseñanza y aprendizaje en los diferentes niveles del sistema educativo. En particular, en las clases de ciencias la interacción discursiva docente alumnos adquiere relevancia, ya que el proceso de comunicación del conocimiento es uno de los pilares didácticos, junto a la trasposición del mismo. Especificamente, en este proyecto nos abocamos a aquellas intervenciones de docentes y alumnos que se relacionan con la construcción del conocimiento biológico y químico. El proyecto se enmarca en una actual linea de trabajo que indaga sobre las dificultades en los abordajes del conocimiento científico en las aulas, las características del discurso entre docentes y alumnos, las habilidades y dificultades en la comprensión de los enunciados de problemas y las características de los textos que se utilizan en las clases. Se focaliza este estudio en casos que intentan dar respuesta a tres temáticas, agrupadas en un conjunto de situaciones de investigación relacionadas con la interacción discursiva docente-alumno, retomando el rol del docente al hablar, guiar o diseñar las situaciones de referencia para el aprendizaje de los alumnos. Los casos son: 1- En cuanto a las concepciones sobre diversidad biológica en estudiantes de escuela secundaria y en textos académicos, atendemos a cómo la escuela presenta los contenidos ecológicos como un conjunto de dogmas y conceptos estáticos. Además suelen simplificarse conceptualmente y presentarse poco actualizados. Es por ello que se planea estudiar las concepciones y actitudes de los alumnos de secundaria sobre la biodiversidad, cómo estas dificultan su comprensión y los textos usados en relación a la promoción de la transposición didáctica. 2- En relación a cómo se elabora el patrón temático del tema célula en clases de Biología, se analizarán las diferentes estrategias de significados y de desarrollo temático, que se emplean en la comunicación aulica. Se intentará establecer si hay cambios en el desarrollo temático a medida que se avanza en la escolaridad. Esto es porque se puede apreciar que muchos de los problemas de aprendizaje del alumnado se deben a un desconocimiento tanto del patrón temático como del patrón estructural de la ciencia, siendo preciso evocar los patrones temáticos que se quieren utilizar, para construir un conocimiento compartido. 3-Finalmente, en los enunciados de problemas de Química, se analizarán las dificultades de comprensión lectora de alumnos de Ingeniería. Los docentes frecuentemente atribuyen los problemas a deficiencias en la instrucción recibida, sin considerarse los conocimientos previos del alumno, los obstáculos conceptuales originados en el tema, las deficiencias en la habilidad lectora, el tipo textual predominante en la consigna, el formato en el que se escribió la consigna y los factores personales, etc., siendo que la comprensión del enunciado de una consigna de trabajo condiciona fuertemente la posibilidad de su resolución. Los tres casos utilizarán metodologías cualitaritas que incluyan análisis de contenido en discursos orales y escritos. Los datos se registrarán desde observación no participante, registro etnográfico y con grabaciones de audio. Se espera contribuir al conocimiento, realizando aportes a la formación docente en tanto las estrategias discursivas que se emplean en el aula, en forma oral y en la escrita, conocer concepciones que dificultan o favoren la construcción del conocimiento científico, entre otras. Los productos de estos estudios estarán integrados por nuevos desarrollos para la formación docente, publicaciones científicas de impacto nacional e internacional, presentaciones a congresos, materiales didácticos y divulgativos, dictado de seminarios y/o cursos, redacción de informes a las escuelas intervinientes..