PDF de programación - Implementación de un sistema iBeacon-BLE basado en Raspberry Pi

Centro Universitario de la Defensa

en la Escuela Naval Militar





TRABAJO FIN DE GRADO





Sistema de control de personal a bordo: Implementación de un

sistema iBeacon-BLE basado en Raspberry Pi





Grado en Ingeniería Mecánica





ALUMNO:

Ione Camacho Lorenzo

DIRECTORES:

Belén Barragáns Martínez



Norberto Fernández García



CURSO ACADÉMICO:

2014-2015















Centro Universitario de la Defensa

en la Escuela Naval Militar







TRABAJO FIN DE GRADO







Sistema de control de personal a bordo: Implementación de un

sistema iBeacon-BLE basado en Raspberry Pi







Grado en Ingeniería Mecánica

Intensificación en Tecnología Naval

Cuerpo General











































RESUMEN

Este proyecto se plantea como la búsqueda de una solución al control de personal a bordo de

los buques de la Armada Española.


Se realiza un análisis de las tecnologías utilizadas en la actualidad con el fin de determinar la
problemática encontrada hasta el momento en lo que respecta a la localización en interiores. Tras este
análisis, se utiliza la tecnología Bluetooth Low Energy como tecnología en el desarrollo de un sistema
iBeacon que, basado en placas de ordenador reducido Raspberry Pi, permite realizar las funciones de
control de personal a bordo mediante la localización, el intercambio de información y alertas en
diferentes situaciones incluida la situación de hombre al agua.


Desarrollado el sistema iBeacon de control de personal a bordo se realizan pruebas de
verificación con el fin de validar la implementación del sistema en buques, considerando a estos,
entornos inteligentes capaces de interactuar con el personal embarcado.






















PALABRAS CLAVE












Bluetooth Low Energy, iBeacon, Control de personal, Entorno Inteligente, Hombre al agua.

i









ii












































AGRADECIMIENTOS

Agradezco a mi familia, amigos
y compañeros de promoción el
apoyo recibido en la realización de
este proyecto. Al Sr. Comandante
del patrullero “Tabarca”, el TN
Valentín Calvar Cerecedo, y su
tripulación por la disponibilidad y el
trato ofrecidos. Agradezco al TN
Javier Molina Martínez toda la
ayuda e información prestada. Por
último, al Centro Universitario de la
Defensa por todo el material
ofrecido que ha hecho posible el
desarrollo del presente proyecto.

Ione Camacho Lorenzo

iii



























































iv



SISTEMA DE CONTROL DE PERSONAL A BORDO: IMPLEMENTACIÓN DE UN
SISTEMA IBEACON-BLE BASADO EN RASPBERRY PI


CONTENIDO

Contenido ........................................................................................................................................... 1

Índice de Figuras ................................................................................................................................ 4

Índice de Tablas .................................................................................................................................. 7

1 Introducción ..................................................................................................................................... 8

1.1

Motivación ................................................................................................................................ 8

1.2

Objetivos ................................................................................................................................... 8

1.3

Estructura del trabajo ................................................................................................................ 9

1.4

Recursos utilizados ................................................................................................................... 9

1.4.1

Hardware. ............................................................................................................................ 9

1.4.2

Software ............................................................................................................................ 10

1.5

Organización de la memoria ................................................................................................... 10

2 Revisión del estado del arte ........................................................................................................... 12

2.1

Tecnologías de radiofrecuencia para localización y posicionamiento .................................... 12

2.1.1

GPS, GLONASS, BEIDU y GALILEO ........................................................................... 12

2.1.2

Protocolo 802.11 ............................................................................................................... 13

2.1.3

Radio de banda ultra ancha (UWB) .................................................................................. 14

2.1.4

Telefonía móvil (GSM) .................................................................................................... 15

2.1.5

ZigBee ............................................................................................................................... 16

2.1.6

RFID ................................................................................................................................. 16

2.1.7

Bluetooth ........................................................................................................................... 17

2.2

Comparativa de tecnologías .................................................................................................... 17

2.3

Métodos de cálculo para el posicionamiento .......................................................................... 19

2.3.1

Método de división del espacio ........................................................................................ 19

2.3.2

Método de triangulación de magnitudes ........................................................................... 19

2.4

Proyectos en la actualidad ....................................................................................................... 20

2.4.1

Sistema de localización por redes neuronales. Universidad de Trento ............................ 20

2.4.2

Cricket ............................................................................................................................... 21

2.4.3

AeroScout ......................................................................................................................... 22

2.4.4

Localización en entornos WiFi. Telefónica I+D .............................................................. 22

2.4.5

Proyecto SHERLOC (Sistema Híbrido de Estrés Remoto y Localización) ..................... 23

2.4.6

Cosero ............................................................................................................................... 24

2.4.7

iBeacons Apple ................................................................................................................. 24

2.4.8

Naval Automated Personnel Tracking (NAPT) ................................................................ 25

1

IONE CAMACHO LORENZO



2.4.9

Sistema de Localización de Personal. Sistemas FABA .................................................... 26

2.5

Conclusión .............................................................................................................................. 27

3 Estudio de la tecnología Bluetooth ................................................................................................ 28

3.1

Introducción ............................................................................................................................ 28

3.1.1

Historia ............................................................................................................................. 28

3.1.2

Special Interest Group (SIG) ............................................................................................ 29

3.2

Bluetooth clásico ..................................................................................................................... 31

3.2.1

Pila de protocolos de Bluetooth clásico ............................................................................ 33

3.2.2

Controlador Bluetooth ...................................................................................................... 34

3.2.3

Host Bluetooth .................................................................................................................. 38

3.3

Bluetooth 4.0: Bluetooth Low Energy ..................................................................................... 40

3.3.1

Pila de protocolos BLE ..................................................................................................... 42

3.3.2

Controlador BLE .............................................................................................................. 43

3.3.3

Host BLE .......................................................................................................................... 47

3.3.4

Usos de BLE ..................................................................................................................... 50

4 Desarrollo del sistema iBeacon ..................................................................................................... 52

4.1

Concepto iBeacon ................................................................................................................... 52

4.1.1

Arquitectura ...................................................................................................................... 52

4.1.2

Posicionamiento con iBeacon. RSSI .....