MONITORIZACIÓN DE REBAÑOS DE BOVINOS A … · posible utilizar redes de sensores inalámbricas...

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Arch. Zootec. 58 (222): 253-263. 2009. Recibido: 15-8-07. Aceptado: 14-5-08. MONITORIZACIÓN DE REBAÑOS DE BOVINOS A TRAVÉS DE REDES DE SENSORES INALÁMBRICOS WIRELESS SENSOR NETWORKS FOR BOVINE HERD MONITORING Arce, A.I.C. 1A , A.R.B. Tech 1B , A.C.S. Silva 1C e E.J.X. Costa 1D 1 Faculdade de Zootecnia e Engenharia de Alimentos. Universidade de São Paulo (FZEA-USP). Cam- pus de Pirassununga. CEP 13635-900. São Paulo. Brasil. 1A [email protected]; 1B [email protected]; 1C [email protected]. Correspondência: 1D [email protected] PALABRAS CLAVE ADICIONALES Telemetría. ADDITIONAL KEYWORDS Telemetry. RESUMEN Se presenta el prototipo de un sistema proyec- tado utilizando técnicas de instrumentación elec- trónica y tecnología de comunicación inalámbrica pudiendo ser utilizado para recolectar datos fisio- lógicos y monitorizar rebaños de bovinos. La necesidad de desarrollar técnicas de ad- quisición de datos, que causen menos perturba- ciones al comportamiento natural de los animales, de interés en la zootecnia de precisión, fue la principal motivación de este trabajo. Para probar la aplicabilidad de la tecnología de las redes de sensores inalámbricos en este campo, se cons- truyó una infraestructura utilizando técnicas de instrumentación electrónica y comunicación por radio-frecuencia. La red fue proyectada con el protocolo floating base sensor network (FBSN) que implementa una topología adhoc con selec- ción aleatoria de nodos. Los prototipos construi- dos fueron utilizados para efectuar colectas de datos de la actividad eléctrica cerebral y tempera- tura corporal de seis novillas de raza Holandesa. A fin de optimizar la infraestructura, fue desa- rrollado un software que a partir de la simulación del desplazamiento de un rebaño bovino ayuda a determinar la mejor distribución de esa infraes- tructura en el área monitorizada. Los resultados alcanzados mostraron que es posible utilizar redes de sensores inalámbricas como técnicas eficientes para obtener datos fisio- lógicos de bovinos. SUMMARY This paper presents a prototype system for monitoring bovine herds developed using electronic instrumentation and wireless techniques. It is able to acquire physiological data for ethological studies. The main stimulus of this work was the precision animal production researcher's interest in developing and testing new techniques that could allow data acquisition with less interference in animal behavior. In order to test the feasibility of the wireless sensor network technology in this area, an infrastructure was developed using electronic instrumentation and radio frequency wireless communication techniques. The network was projected to support the floating base sensor network protocol that is a special kind of adhoc topology with randomic selection of path nodes. The developed prototypes were used to acquire brain electrical activity and body temperature from bovines. In order to optimize the spatial distribution of the wireless networks infrastructure, a software to simulate herd displacement was developed for assist the achievement of minimum-cost for antennas distribution. The results obtained prove that the wireless sensor networks can be considered as an efficient technique to be used to acquire bovine's physiological data. INTRODUCCIÓN Las normalizaciones internacionales con respecto a los productos de origen animal, enfocan cada vez más la calidad al control de los animales antes de su sacrificio (Aguiar

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Arch. Zootec. 58 (222): 253-263. 2009.Recibido: 15-8-07. Aceptado: 14-5-08.

MONITORIZACIÓN DE REBAÑOS DE BOVINOS A TRAVÉS DEREDES DE SENSORES INALÁMBRICOS

WIRELESS SENSOR NETWORKS FOR BOVINE HERD MONITORING

Arce, A.I.C.1A, A.R.B. Tech1B, A.C.S. Silva1C e E.J.X. Costa1D

1Faculdade de Zootecnia e Engenharia de Alimentos. Universidade de São Paulo (FZEA-USP). Cam-pus de Pirassununga. CEP 13635-900. São Paulo. Brasil. [email protected]; [email protected];[email protected]. Correspondência: [email protected]

PALABRAS CLAVE ADICIONALES

Telemetría.

ADDITIONAL KEYWORDS

Telemetry.

RESUMENSe presenta el prototipo de un sistema proyec-

tado utilizando técnicas de instrumentación elec-trónica y tecnología de comunicación inalámbricapudiendo ser utilizado para recolectar datos fisio-lógicos y monitorizar rebaños de bovinos.

La necesidad de desarrollar técnicas de ad-quisición de datos, que causen menos perturba-ciones al comportamiento natural de los animales,de interés en la zootecnia de precisión, fue laprincipal motivación de este trabajo. Para probarla aplicabilidad de la tecnología de las redes desensores inalámbricos en este campo, se cons-truyó una infraestructura utilizando técnicas deinstrumentación electrónica y comunicación porradio-frecuencia. La red fue proyectada con elprotocolo floating base sensor network (FBSN)que implementa una topología adhoc con selec-ción aleatoria de nodos. Los prototipos construi-dos fueron utilizados para efectuar colectas dedatos de la actividad eléctrica cerebral y tempera-tura corporal de seis novillas de raza Holandesa.

A fin de optimizar la infraestructura, fue desa-rrollado un software que a partir de la simulacióndel desplazamiento de un rebaño bovino ayuda adeterminar la mejor distribución de esa infraes-tructura en el área monitorizada.

Los resultados alcanzados mostraron que esposible utilizar redes de sensores inalámbricascomo técnicas eficientes para obtener datos fisio-lógicos de bovinos.

SUMMARYThis paper presents a prototype system for

monitoring bovine herds developed using electronicinstrumentation and wireless techniques. It is ableto acquire physiological data for ethological studies.

The main stimulus of this work was the precisionanimal production researcher's interest indeveloping and testing new techniques that couldallow data acquisition with less interference inanimal behavior. In order to test the feasibility of thewireless sensor network technology in this area,an infrastructure was developed using electronicinstrumentation and radio frequency wirelesscommunication techniques. The network wasprojected to support the floating base sensornetwork protocol that is a special kind of adhoctopology with randomic selection of path nodes.The developed prototypes were used to acquirebrain electrical activity and body temperature frombovines.

In order to optimize the spatial distribution ofthe wireless networks infrastructure, a softwareto simulate herd displacement was developed forassist the achievement of minimum-cost forantennas distribution.

The results obtained prove that the wirelesssensor networks can be considered as an efficienttechnique to be used to acquire bovine'sphysiological data.

INTRODUCCIÓNLas normalizaciones internacionales con

respecto a los productos de origen animal,enfocan cada vez más la calidad al control delos animales antes de su sacrificio (Aguiar

Archivos de zootecnia vol. 58, núm. 222, p. 254.

ARCE, TECH, SILVA E COSTA

y Silva, 2002). Dentro de ese proceso decontrol antes del sacrificio de los animales,se encuentra la monitorización de variosdatos fisiológicos así como el acompaña-miento minucioso del bovino, desde sunacimiento hasta su sacrificio (Barcellos yFerreira, 2003).

Entre los varios factores que interfierenen la productividad animal, tales como lagenética y la nutrición, los factoresbioclimatológicos y ambientales requierenespecial atención de los científicos, debidoa que las características climatológicas decada región pueden causar estrés e incomo-do térmico a los animales durante períodosde elevadas temperaturas, resultando enpérdidas productivas debido a la reducciónde la ingestión de alimentos, reducción delincremento de peso y, en casos extremos, lamuerte de los animales (Mader et al., 2002;Brown-Brandl et al., 2003; Hahn, 1999).

En estas circunstancias, los criadoresde ganado y los científicos que estudian elcomportamiento de esos animales, necesi-tan adquirir datos a partir de experimentosetológicos que les permitan entender comolos animales responden a los cambios am-bientales a fin de tomar decisiones estra-tégicas.

La adquisición de datos de temperaturastimpánica, rectal y corporal (Mader et al.,2002; Hahn, 1999) así como la medición delas frecuencias cardiaca y respiratoria(Brown-Brandl et al., 2003) y la actividadeléctrica cerebral (Suzuki et al., 1990), sonprácticas utilizadas en los estudios etoló-gicos y deben ser hechas de preferencia, sininterferir en el comportamiento natural delos animales estudiados. Sin embargo, laadquisición de estos datos presenta ciertasdificultades técnicas con relación al am-biente en que se desarrolla el experimento.Normalmente, el animal estudiado tiene queser retirado de su área de cría y confinado enun local donde se realiza la obtención de losdatos. Según Brockway e Hassler (1993), eluso de métodos de confinamiento durantela experimentación, a pesar de permitir que

se adquieran datos de los animales cons-cientes, puede introducir artefactos relati-vos al estrés ocasionado por la manipula-ción. Estos autores afirman también queminimizar o eliminar las fuentes causantesde estrés externo es crucial para entender elproceso que está siendo evaluado. Por estemotivo, es necesario el uso de un sistematelemétrico ya que la radio-telemetría permi-te la medida de variables biológicas de losanimales conscientes y que pueden mover-se libremente (Brockway y Hassler, 1993). Elmayor aporte del empleo de esta metodolo-gía es que el animal no sufre de estrés quepodría ser causado por el confinamiento opor la presencia humana durante la obten-ción de datos (Gacsalyi et al., 2000).

La monitorización animal por telemetríademanda el desarrollo de equipos para laadquisición de datos específicos para estetipo de trabajo. El avance de las investiga-ciones en el área de redes de sensoresinalámbricos, que son básicamente siste-mas telemétricos, posibilitó la aplicación deesta tecnología en la toma de datos de ani-males y su empleo es viable según Kettlewellet al. (1997) y Silva et al. (2005).

Las redes de sensores inalámbricos sonactualmente utilizadas para monitorizar ycontrolar varios tipos de ambientes, inclu-sive de sistemas biológicos, y aumentan laprecisión de los datos adquiridos (Asada etal., 2000).

Existen varios obstáculos en el desa-rrollo de sistemas con redes inalámbricaspara este tipo de actividad, por ejemplo: lalimitación de energía, la capacidad compu-tacional, reducción del tamaño de lossensores y la minimización del costo de lainfraestructura final.

Este trabajo muestra una aplicación detécnicas de instrumentación electrónica ycomunicación inalámbrica en el desarrollode una infraestructura de red de sensores,específica para monitorizar variables fisio-lógicas de bovinos. El empleo de la metodo-logía aquí expuesta podrá contribuir al per-feccionamiento de técnicas de obtención de

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MONITORIZACIÓN DE REBAÑOS CON REDES DE SENSORES INALÁMBRICOS

datos de animales que introduzcan menoserrores sistemáticos durante la experimen-tación.

METODOLOGÍA

ESTRUCTURA DE LAS REDES INALÁMBRICASUna red de sensores inalámbricos (WSN

- Wireless Sensor Network) es una red depequeños nodos computacionales consensores y dispositivos de transmisióntelemétricos debidamente acoplados (Minet al., 2002).

El protocolo Floating Base SensorNetwork (FBSN) propuesto por Silva et al.(2005), es un protocolo de comunicación deredes inalámbricas, cuya principal caracte-rística es poseer nodos móviles con capaci-dad de convertirse en una estación radiobase temporaria (ERBT). En ese protocolo,el algoritmo de control rige dinámicamentecómo los nodos irán a comunicarse en la red,eligiendo de forma aleatoria estaciones ra-dio base móviles, que puedan ser conecta-das a través de una de las estaciones radiobase fijas (ERBF). La figura 1 muestra elesquema de una red FBSN cuyo algoritmopuede ser visto en la figura 2.

La ERBF puede establecer comunica-

ción directa solamente con aquellos nodosmóviles que estén dentro del área de cober-tura. El área de cobertura es el área delcírculo, con centro en la ERBF, dentro delcual es posible establecer una comunica-ción bilateral entre la ERBF y el nodo móvil;su dimensión depende, por tanto, del radiode cobertura de ambos dispositivos.

ARQUITECTURA BÁSICA DEL HARDWAREEl sistema descrito aquí, consta de dos

módulos principales; el primero es respon-sable del acondicionamiento y transmisiónde la señal recolectada (nodos sensores) yel segundo recibe los datos y los transfierea un sistema informatizado (estaciones ra-dio base fijas ERBF).

Nodos sensoresEstos módulos, llevados por los anima-

les, están constituidos por cuatro partes:1- Acondicionamiento de señales.2- Conversión analógico-digital.3- Transmisión de datos digitales.4- Bus I2C.Los nodos sensores fueron equipados

con un amplificador de señales cerebralesque fue proyectado específicamente paraeste tipo de aplicación.

Figura 1. Esquema de una red FBSN (Silva et al., 2005). (FBSN Network Scheme (Silva etal.,2005)).

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Acondicionamiento de señalesLas señales obtenidas a partir de

transductores eléctricos son amplificadasutilizando amplificadores operacionales yfiltros activos y pasivos.

Fueron utilizados electrodos para reco-lección de señales cerebrales.Conversión analógico-digital

Las señales analógicas acondicionadasson convertidas en datos digitales utilizan-

do el conversor A/D de 12 bits de unmicrocontrolador PIC-16C774 Microchip®que también es responsable de conmutarentre dos o más señales en caso de existirmás de un sensor acoplado al módulo ycontrolar el protocolo FBSN.Transmisión de datos digitales

El transceptor BIM2-433-160 Radio-metrix® fue escogido para esta tarea por subajo consumo y tamaño reducido. Este dis-

Figura 2. Algoritmo de control de la FBSN. (FBSN control algorithm).

Contador >= 10 SI

NO

Contador = 0

INICIO de la secuencia de requisición al nodo N

Envía requisición parael nodo N

Incrementa Contador

nodo respondió?

( )

N

ACK

SI

NO

Procesa los datosenviados por el

nodo N

Final de la secuencia derequisición al nodo N

ERBT = N odo R and omicoDonde esun Nº aleat ório ent re 1 y e l número de nodos de la red

Nodo randomico

NO

SI

Envía requisición TWR para ERBT

El comando configuraun nodo como una ERB fluctuante

TWR

SI

NO

SI

NO

ERBT = N

Envía requisiciónSTOP TWR ERBT para

El comando finalizael servicio de ERB fluctuante del nodo

STOP TWR

Requ

isic

ión

envia

da a

trav

és d

e un

a Es

taci

ón R

adio

Bas

e Tem

pora

ria

(ER

BT)

ERBTrespondió?

( ) ACK

Envía requisición parael nodo N

nodo respondió?

( )

N

ACK

Procesa los datosenviados por el

nodo N

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positivo tiene la capacidad de transmitir yrecibir datos a través de radio-frecuencia yfue acoplado directamente al microcontro-lador PIC-16C774 y opera en FM a 433 Mhz.Bus I2C

I2C es un protocolo sincrónico idealiza-do por Philips® que soporta direccio-namiento de dispositivos y utiliza un busbidireccional simple de dos líneas (Línea declock o SCL y línea de datos o SDK). Varioscircuitos conectados al mismo bus puedencomunicarse usando este protocolo.

El microcontrolador PIC-16C774 fue pro-gramado para controlar el flujo de datos enel bus I2C y recibir informaciones de lossensores digitales acoplados.

Fueron utilizados en el prototipo,

sensores de temperatura digitales TMP100Texas Instruments®.

Estaciones radio base fijas (ERBF)Este módulo es responsable de la recep-

ción de los datos enviados por los nodossensores y retransmite esa información hastaalcanzar a la estación central, a través deuna infraestructura de ERBF's distribuidasen el área monitorizada como se muestra enla figura 3.

La figura 4 muestra el diagrama esque-mático de una ERBF. En la construcción delprototipo, fue usado el transceptor BIM2-433-160 acoplado a un microcontroladorPIC-16F877.

Una de las ERBF's fue conectada a unmicrocomputador cuyo papel es el de coor-

Figura 3. Infraestructura de monitorización. (Illustration of monitoring infrastructure).

Área de alcance de la estaciónbaseradio

Es tac iones radio base

Área de alcance de los sensoresembarcados en los bovinosBovino monitorizado

A B C

D E F

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dinar el flujo de datos de la red a través delprotocolo FBSN.

EXPERIMENTACIÓN CON ANIMALESFueron realizados dos experimentos con

duración de una semana, en la Facultad deZootecnia e Ingeniería de Alimentos de laUniversidad de São Paulo (21°59'S, 47°27'W).Se utilizaron seis novillas de raza Holande-sa, con 528 ± 28 kg, y con aproximadamente2,5 años, en condiciones normales de salud.Ambos experimentos se realizaron de acuer-do con la bioética de la Universidad de SãoPaulo y el procedimiento fue acompañadopor el médico veterinario de la Facultad.

Para el 1er experimento, los nodos sen-sores se instalaron usando bolsas imper-meables adheridas al dorso de los animales.

Los electrodos para adquisición de se-ñales cerebrales fueron implantados segúnlos procedimientos descritos por Silva et al.(2005). La figura 5a muestra una de lasnovillas llevando el equipo durante el pri-mer experimento.

Para el 2º experimento, fue fabricado uncabestro con una bolsa impermeable dondese acondicionaron los nodos sensores.

Los nodos transceptores fueron progra-mados para realizar captura de EEG a unafrecuencia de 120 Hz y la red colectó datosde los animales a través del envío de coman-dos de requisición a los nodos sensores. Lafigura 5b muestra la imagen de un animalequipado con un nodo sensor durante elsegundo experimento.

En ambos experimentos, inmediatamen-

Figura 4. Diagrama esquemático de las ERBF. (ERBF Schematics).

Figura 5. Animal equipado con un nodo sensor. (Animal carrying a sensor node).

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te después de la implantación de los equi-pos, los animales fueron soltados en un áreaexperimental provista de la infraestructurade monitorización.

Para validar los datos de EEG adquiridoscon los equipamientos fabricados, fue veri-ficado si las frecuencias presentes en tre-chos libres de artefactos de los datos ob-tenidos pertenecen a los intervalos de 2 a 7Hz y de 15 a 30 Hz conforme los datosobtenidos por Suzuki et al. (1990).

SOFTWARE SIMULADOR DE DES-PLAZAMIENTO DEL REBAÑO BOVINO

PARA LA OPTIMIZACIÓN DE UNAINFRAESTRUCTURA WSN

La necesidad de optimización y reduc-ción de costos de implementación de unainfraestructura inalámbrica, fue motivo parael empleo de una herramienta que facilite laetapa de planeamiento de la infraestructurade nodos fijos.

Se trata de un simulador que al mismotiempo representa el desplazamiento delrebaño de bovinos y simula una FBSN enactividad. De esta forma, es posible definirla infraestructura óptima para monitorear unrebaño de bovinos en función de su despla-zamiento que normalmente es influenciadopor obstáculos naturales o artificiales pre-sentes en el área monitoreada tales comorestos de vegetación y construcciones quepueden ser representados en la tela delsimulador. Durante la simulación la direc-ción adoptada por el bovino líder del rebañovirtual resulta del estímulo generado pordos modelos de desplazamiento implemen-tados y la organización del rebaño duranteel desplazamiento simula los patrones natu-rales de desplazamiento de rebaños bovi-nos.

PATRONES DE DESPLAZAMIENTO DEL REBAÑOBOVINO

El rebaño bovino se comporta como ungrupo individualizado y jerarquizado. Den-tro del rebaño se destacan dos tipos de

líderes: el líder social directamente ligado ala estructura jerárquica del grupo y el líderespacial, que es el animal que tiene la inicia-tiva de efectuar algún movimiento en res-puesta a un estímulo o en función de poseermayor conocimiento sobre el área de cría ysus recursos (Sato, 1982; Tyler, 1972;Greenwood y Rittenhouse, 1997). El rebañosigue naturalmente a éste último.

Durante el desplazamiento del rebañoactúan dos fuerzas opuestas que afectanindividualmente a sus miembros (Paranhos,2000). La fuerza cohesiva que tiende a jun-tarlos está relacionada con los diferentesniveles de asociación (parejas, gemelos,grupos filiales, etc.) determinando la dis-tancia social (ds)1. La fuerza repulsiva tien-de a separarlos evitando que se aproximendemasiado y determina la distancia indivi-dual (di)2.

Con estas informaciones podemos mo-delar el comportamiento espacial de cadaindividuo dentro del rebaño como:

( ) ( )( )22znznzn yyxxd −+−=− [1];

nznz diddi ≥≤ − lídereszdsd nzn ⇔≤−

Donde:znd − = Distancia euclidiana del animal n al animal z;

ndi , zdi = Distancias individuales;nds = Distancia social del animal n;

nx , ny = Coordenadas cartesianas del animal n;

zx , zy = Coordenadas cartesianas del animal z.

DESARROLLO DEL SIMULADOREl problema fue modelado utilizando

análisis orientado a objetos el cual ofreceuna estructura conceptual muy apropiada ala modelación de sistemas biológicos(Conquillard y Hill, 1997) y propone paravarios dominios de conocimiento un puntode vista unificado del sistema, permitiendo

1Podemos definir (ds) como la mayor distancia ala que un individuo en condiciones normales sesepara del grupo.2(di) Es la distancia mínima entre los animales delgrupo.

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resolver problemas de comunicación.La figura 6 muestra el modelo de domi-

nio idealizado para representar el problema.El paquete rebaño describe el conjunto

de animales monitoreados por el sistema.Este paquete es compuesto a su vez por dossub-paquetes:

1. El paquete Buey describe a los miem-bros del rebaño cuyas distancias espacia-les son regidas por modelos basados en losparámetros de distancia individual y social.Cada uno de esos miembros representa almismo tiempo un nodo móvil WSN.

2. El paquete líder describe a los anima-les del rebaño que tienen iniciativa propia

de efectuar un desplazamiento.El paquete WSN representa la infraes-

tructura de nodos fijos o estaciones radiobase necesaria para efectuar el monitoreodel rebaño.

El diseño del simulador de desplaza-miento bovino tiene su enfoque en las inte-racciones espaciales de los animales entresí y de los líderes ejecutando un desplaza-miento.

El líder es la entidad decisiva del sistemay determina el desplazamiento del resto delrebaño basado en los modelos random walk3

y pseudobrowniano4, en cuanto su interac-ción espacial con el resto del rebaño esmantenida.

ARQUITECTURA DEL SOFTWAREComo se observa en la figura 7, el simu-

lador fue estructurado en 6 paquetes:1. Paquete rebaño: derivado del análisis

de dominio, incluye un paquete de eventosgenerados durante la simulación:

- OnBoiMove- GeneraAnimales

Figura 6. Diagrama UML del dominio.(Domain's UML diagram).

Figura 7. Arquitectura UML del simulador. (UML simulator's architecture).

Archivos de zootecnia vol. 58, núm. 222, p. 261.

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- Reorganiza- Onrequested2. Paquete modelos: contiene los mode-

los matemáticos de movimiento (randomwalk3 y pseudobrowniano4) y los modelosde interacción espacial de los animales.

3. Paquete interfaz: conforma la interfazgráfica para la configuración de los paráme-tros del sistema: número de animales delrebaño, distancia social máxima, distanciaindividual mínima, tamaño del paso (randomwalk) diseño de obstáculos en el área dedesplazamiento y radio de cobertura de unnodo fijo.

4. Paquete de técnicas: contiene las cla-ses gerenciales del kernel del simulador.

5. Paquete de salida: contiene los recur-sos para la salida de información del simu-lador así como la representación gráfica dela evolución de los procesos de simulación.

6. Paquete WSN es derivado del análisisde dominio y contiene el algoritmo de con-trol de la FBSN.

Los parámetros iniciales requeridos porel simulador son:

- Número de animales del rebaño.- Distancia social máxima.- Distancia individual mínima.- Tamaño del paso (solamente para

random walk).- Radio de cobertura de los nodos fijos.- Tipo de movimiento (random walk o

pseudobrowniano).- Obstáculos en el área de desplaza-

miento5.

SIMULADOR DE LA RED DE SENSORES FBSNPartiendo de los gráficos de propaga-

ción de las antenas de las estaciones radiobase fijas (radio de cobertura) y de losnodos sensores, el simulador genera en elespacio de cría virtual, una distribución denodos fijos para un rebaño unitario, o sea,un único animal en cualquier posición delárea de cría estaría siempre dentro del áreade cobertura de la infraestructura de nodosfijos.

Con el rebaño virtual en movimiento, esposible reducir progresivamente la canti-dad de estaciones fijas (ERBF) y visualizarsu efecto en el desempeño general de la red.La situación óptima es aquella en que todoslos animales pueden ser alcanzados a travésde la red pero pocos individuos deben estardentro del área de cobertura de las ERBF.

RESULTADOS

El área mostrada en la figura 8 fue repre-sentada en la tela simulador.

Fueron configurados los parámetrospara simulación del rebaño bovino comomuestra la tabla I.

Una simulación de los obstáculos artifi-ciales (cercas) y naturales (restos de flores-ta) presentes en el área real fue representa-da en la interfaz del programa. El softwarecalculó la distribución de máximo rendi-miento de las ERBF's para el área real y creó

3Describe el desplazamiento del bovino líder utili-zando un proceso estocástico simple de selecciónde nodos aleatorios dentro de una red simétrica.4Modelo browniano propuesto por Albert Einstein(1905) donde en lugar del choque de moléculassobre un corpúsculo macroscópico, el estímulo esdel ambiente externo a un animal en forma de otrosanimales o características del área de cría talescomo detalles del relieve, obstáculos, áreas yapastadas, etc.5Es posible diseñar en la ventana de simulaciónobstáculos que representen obstáculos reales queinterfieren en el desplazamiento del rebaño.

Figura 8. Área escogida para probar elsimulador. (An example of area for simulatortest).

Archivos de zootecnia vol. 58, núm. 222, p. 262.

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un rebaño virtual a partir de los parámetrosconfigurados.

Finalmente, el programa simuló el des-plazamiento del rebaño virtual dentro delárea real (figura 9) y así fue posible aumen-tar la distancia entre las ERBF's hasta alcan-zar la configuración óptima.

Con base en los resultados obtenidos dela simulación, fueron distribuidas antenasen el área real donde fueron soltadas lasnovillas equipadas con los nodos sensores.Con la infraestructura implementada, fueposible realizar el registro de la actividadeléctrica cerebral (EEG) de los bovinos to-talmente sueltos en el área de pastoreo.

Como los animales estaban totalmentelibres, la señal de EEG presentó gran canti-dad de artefactos oriundos de movimientosbruscos de los animales. A pesar de eso, fueposible obtener varios trechos libres de

artefactos con 5 s de duración a partir de losdatos recolectados. La literatura, relativa aEEG de bovinos reporta el uso de trechos dedatos con duración entre 5 s (Merrick y Scharp,1971) y 8,5 s (Jones and Pettitt, 1992), por estemotivo, los trechos obtenidos fueron con-siderados adecuados para procesamiento.Las frecuencias encontradas (2-10 Hz; 13-27 Hz) están de acuerdo con las obtenidaspor Suzuki et al. (1990) en becerros.

Fue verificado, durante los experimen-tos con animales, que estos toleraron lapresencia de los equipamientos, principal-mente cuando se utilizó el cabestro paraacondicionamiento de los nodos sensores,y se pudo observar que no modificaron sushábitos normales de alimentación y rumiadurante los experimentos.

CONCLUSIONES

La red de sensores inalámbricos proyec-tada, posibilitó la implementación de unainfraestructura que permitió monitorear re-baños de bovinos y adquirir de los animalesdatos biológicos.

Considerando que los trechos de EEGobtenidos a través de la red de sensoresinalámbricos al ser analizados presentaronresultados coincidentes con los datos en-contrados en la literatura, podemos con-cluir que este sistema fue eficiente para laobtención de datos de EEG y puede serusado para adquirir otros datos biológicosde bovinos en experimentos etológicos.

El comportamiento natural de los anima-les durante los experimentos respecto a sushábitos de pastaje y ruminación nos permi-tió inferir la ausencia de estrés en estosdurante la toma de datos. Esta reducción delos factores causadores de estrés se dioprincipalmente gracias a que la metodologíaempleada permitió la monitorización de losanimales libres en un área experimental sininterferencia humana directa.

El empleo del simulador fue de singularimportancia ya que permitió definir unabuena distribución de la infraestructura de

Figura 9. Rebaño virtual en movimiento.(Screenshot of the virtual herd movement).

Tabla I. Parámetros utilizados en el simula-dor. (Input parameters for setting the simulator).

Parámetro Valor

Número de animales del rebaño 100Distancia social máxima 10 mDistancia individual mínima 7 mModelo de desplazamiento BrownianoRadio de cobertura ERBF 150 mCobertura de los nodos sensores 50 m

Archivos de zootecnia vol. 58, núm. 222, p. 263.

MONITORIZACIÓN DE REBAÑOS CON REDES DE SENSORES INALÁMBRICOS

monitorización y podrá en el futuro viabilizartécnicas de monitorización de rebaños nu-merosos en grandes áreas de cría extensiva.

El resultado de los experimentos, por lotanto, mostró que las redes de sensoresinalámbricas son soluciones eficientes, apli-cables a la zootecnia de precisión y puedenser utilizadas para la monitorización de va-riables fisiológicas de bovinos.

Esta técnica está siendo utilizada actual-mente para adquirir datos de la actividad

eléctrica cerebral de bovinos que permitanidentificar situaciones de estrés térmico enbovinos adultos de la raza Holandesa y queposibiliten estudiar la adaptación de estosanimales a las variadas condiciones am-bientales de producción mucho antes de laaparición de respuestas fisiológicas típi-cas. Esos estudios podrán resultar en laidentificación de parámetros de confort másprecisos para la cría de las razas que estánsiendo estudiadas.

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