Viabilidad del uso de FPGAs en redes de sensores inalámbricos

Abstract

Dentro del contexto del proyecto de tesis planteado, se aborda el problema del control y las comunicaciones en las luminarias de los sistemas inteligentes de alumbrado público. En los trabajos reportados en la literatura sobre el tema planteado, se encuentra el problema particular de la implementación de protocolos digitales de comunicaciones en las luminarias, y especialmente en la implementación del protocolo Digital Addressable Lighting Interface (DALI) en redes de sensores inalámbricos. Desafortunadamente los microcontroladores que habitualmente se emplean en los nodos de sensores inalámbricos, no integran periféricos para este tipo de protocolos, por lo que suelen implementarse por software. Un punto de oportunidad es implementar este tipo de protocolos en hardware mediante una FPGA y de esta forma demostrar su viabilidad en nodos de sensores inalámbricos. En esta tesis se presenta una solución para implementar por hardware el protocolo DALI para controlar sistemas de iluminación inteligente. La novedad de este trabajo es la descripción portable del protocolo DALI implementado en forma de un bridge de comunicaciones en una FPGA de bajo coste, bajo consumo de energía y poca cantidad de recursos lógicos, para ser embebida en un nodo sensor inalámbrico. El protocolo se ha descrito en lenguaje VHDL siguiendo los estándares 1076-93 y 1076.3-97. Las contribuciones de este trabajo demuestran la viabilidad de la utilización de FPGAs en redes de sensores inalámbricos, que en este caso se utilizan para implementar el bridge DALI y resolver el problema de la interfaz de comunicación.

Within the context of the proposed thesis project, the problem of control and communications for luminaires in intelligent public lighting systems is addressed. In the works reported in the literature on the subject, we can find the particular problem of the implementation of digital communication protocols for luminaires, and specifically the implementation of the Digital Addressable Lighting Interface (DALI) protocol in wireless sensor networks. Unfortunately, the microcontrollers that are commonly used in wireless sensor nodes do not integrate peripherals for this type of protocol, so they are usually implemented by software. A point of opportunity is to implement this type of protocols in hardware through an FPGA and thus demonstrate its viability in wireless sensor nodes. In this thesis, a solution is presented to implement the DALI protocol by hardware to control intelligent lighting systems. The novelty of this work is the portable description of the DALI protocol implemented in the form of a communications bridge in a low-cost FPGA, with low power consumption and few logical resources, which will be embedded in a wireless sensor node. The protocol has been described in VHDL language following the 1076-93 and 1076.3-97 standards. The contributions of this work demonstrate the feasibility of using FPGAs in wireless sensor networks, which in this case are used to implement the DALI bridge and solve the communication interface problem.