DESCRIPTION OF PROPOSED RESEARCH AND ITS CONTEXT

2.1. Background:

Flooding is a global issue and Mexico is facing increasing frequency and severity of floods. It is one of the deadliest natural hazards. In many developing countries, there is poor water monitoring infrastructure but "state of the art" mobile phone systems. This research combines UK's water engineering and radio communication expertise with Mexico's water engineering and network expertise to develop cost-effective flood detection systems using hydrology sensing and prediction methods and existing mobile phone systems.

Currently, flood management in developing countries is based on the Hydro Meteorological Warning System which predicts water behavior through rainfall estimates, runoff estimates, and water level measurements. Mexico uses two central registers and rain measuring stations to collect data, which is compared to pre-determined risk thresholds to issue warnings. However, the system only detects imminent flooding and there is no attempt to make water data transparent. In 2011, there were only 6 gauging stations in the country.

The UK's environmental agency operates over 1400 gauging stations for flood forecasting and warning. It plans to increase the number in the short term to address climate change. However, upgrading the water system to modern ISO standards is costly. This research would allow countries to design an affordable real-time flood prediction system using existing mobile networks.

In Mexico, the research would create hydrological and hydraulic models and a model to predict water levels in rural and urban areas of the Colima-Villa de Álvarez area. Recent floods in Mexico and the UK highlight the need for systems that can predict large-scale water flows. The most significant rainfall in Mexico occurs from May to October, with two peaks in June and September. Along the main waterways the change in state is dynamic between dry and rainy both in terms of the volumes of water in the channels and the vegetation on the banks. Vegetation in Mexico is normally sparse but grows quickly and in abundance during the rainy season. During flood events new rivers form along beds that are normally empty. These conditions are typical for flooding in many countries.

To improve flood prediction methods several areas of research need to be addressed. Concisely, the data for real-time flood prediction needs to be sensed in the right place and at the right time, transmitted in harsh conditions, fused in the cloud and used to make reliable flood prediction models. Our international research would address each of these areas using UK expertise in Water Engineering and Radio Communications to complement Mexican knowledge of Water Engineering, Data Networks, and Enterprise. Although the teams are from the UK and Mexico, we intend to provide generic solutions for real-time flood prediction.

2.2 Research Hypothesis, Scope, Aims, and Objectives:

The hypothesis of our research is that real-time flood prediction can be achieved if reliable real-time data obtained from optimally cited water sensors relayed over cellular technologies is available. Our vision is sparse expensive fixed infrastructure supported by numerous inexpensive highly mobile temporary infrastructure. The scope of our work will include inland freshwater flooding, although flooding from the sea and flash flooding could be studied using similar techniques. Real-time flood prediction techniques will be researched and validated in the UK and applied in both countries. We believe that enabling countries to effectively address their own flooding problems would be one of the best ways to demonstrate the UK's commitment to overseas development using cutting-edge research.

To realize real-time flood prediction, our aims are to:

1. Aggregate and specify the optimal set of sensors needed for fixed and portable wireless gauging stations.
2. Determine optimal sites for flood prediction.
3. Understand the radio channels between and from close water sites and base station towers.
4. Predict the performance of ad-hoc cloud-enabled networks over 3G/4G with regard to robustness and scalability.
5. Reliably collect and use water data before, during, and after floods.

OBJECTIVES:
To achieve the aims of real time flood monitoring, the objectives are:
1) To quickly predict and warn affected countries and their people of impending floods.
2) To research the deployment of an Emergency Water Information Network.
3) To study the reliability of mobile phone networks during floods for water data collection.
4) To model a medium-sized Emergency Water Information Network using real-time data for scaling to other countries.
5) To study floods in real-time to identify the tributaries causing the problem.
6) To create and validate reliable flood prediction models.
7) To research new types of non-submerged flood sensors and develop the electronics and platforms for flood prediction networks.

PARTICIPANTS AND ACTIVITIES FOR EACH RESEARCH TEAM
Five themes of research have been identified as being of immediate importance to flooded countries and of interest to Mexico and the UK. These are:
(T1) Real Time Water Monitoring,
(T2) Cloud Enabled Multi-Bearer Ad-hoc Networks for Wireless Sensors,
(T3) Radio Propagation near water,
(T4) Advanced Flood Sensor, and
(T5) Embedded electronics for cloud enabled sensor networks.
Each theme will be worked upon by a combined Mexican and UK team to link our work packages in a robust way to ensure deliverables are met. Overlapping research themes, a technique used in many defense projects, result in multiple sources of data and a reduction in bottlenecks.

Institution/Company	Researcher	Country	T1	T2	T3	T4	T5
University of Colima - Civil Eng.	Dr Oliver Cano (OC)	Mexico	X			X
University of Colima - Civil Eng.	Dr Jesús López-de la Cruz (JL)	Mexico	X			X
Dynamic Flow Technologies Limited	Mr Martin Croft (MC)	UK	X			X	X
Loughborough University, 5GRC	Dr Rob Edwards (RE)	UK	X	X	X	X
Loughborough University, Electrical Eng.	Dr Paul Lepper (PL)	UK	X
Loughborough University, Civil Eng.	Dr Ian Pattison (IP)	UK	X			X
National Autonomous University of Mexico	Dr Victor Rangel (VR)	Mexico		X	X		X
Sistemas y Telecomunicaciones Digitales	Dr Raul Aquino Santos (RA)	Mexico		X	X		X

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Results

Promocional Video of the project EWIN (Emergency Water Information Networks)

El objetivo es elaborar una plataforma de encadenamiento productivo que propicie el desarrollo sustentable, a través de la prevención de la generación, la valorización y la gestión integral de los residuos peligrosos, de los residuos sólidos urbanos y de manejo especial, adoptando tecnologías innovadoras que faciliten la reutilización de los residuos sólidos.

Los participantes de este proyecto son:

Dr. Víctor Rangel Licea (Responsable)
Dr. Raul Santos Aquino, Universidad de Colima (Participante)
Dr. Walter Alexander Mata López, Universidad de Colima (Participante)
Dr. Guillermo Molero-Castillo, Universidad de Guadalajara (Participante)
Corporativo STR, Asesoría en Desarrollo Tecnológico e Innovación, S. A. de C. V.(Participante)

El objetivo general de esta propuesta es conjuntar las capacidades del grupo proponente en redes inalámbricas y de fibra óptica para desarrollar e implementar una red celular 4G/5G basada en SDN y SDR, así como un enlace de fibra óptica que permita interconectar de manera escalable una serie de radio-bases de telefonía celular con la unidad centralizada de banda base utilizando para ello tecnología de multiplexación por longitud de onda (WDM).

Los participantes de este proyecto son:

Dr. Ramón Gutiérrez Castrejón (Responsable)
Dr. Víctor Rangel Licea (Participante)
Dr. Daniel Enrique Ceballos Herrera (Participante)
Dr.Dr Pablo Torres Ferrera (Participante)

El objetivo principal de este proyecto es realizar investigación de punta a nivel mundial que permita incrementar y extender el conocimiento actual de las redes BWA tipo LTE y WiMAX. Así mismo, un aspecto fundamental en este proyecto es la formación de recursos humanos que incursionen en esta área del conocimiento en México.

Los participantes de este proyecto son:

Dr. Víctor Rangel Licea (Responsable)
Dr. Javier Gómez Castellanos (Participante)
Dr. Raul Santos Aquino, Universidad de Colima (Participante)
Ing. Yasmine Macedo Reza(Estudiante de Doctorado)
Ing. Tania Berenice Aguirre Enciso(Estudiante de Maestría)
Ing. Luis Manuel Ortiz Buenrostro(Estudiante de Doctorado)
Ing. Sabino Isao Gainza Sanchez(Estudiante de Maestría)

To achieve these aims our objectives for realising real time flood monitoring are to
Allow affected countries to predict and warn their people quickly of impeding floods.
Research where and how to deploy an Emergency Water Information Network
Research how mobile phone networks can be used reliably during floods for water data.
Model a medium emergency water information network using real time data for scaling to countries.
Study floods in real time to learn which tributaries cause the problem.
Create and validate reliable flood prediction models.
Research new types of non-submerged flood sensors and develop the embedded electronics and platforms for flood prediction networks

Los participantes de este proyecto son:

Dr. Víctor Rangel Licea
Dr. Raúl Aquino Santos
Dr. Guillermo Gilberto Molero Castillo
Dr. Walter Alexander Mata López
M.C. Mónica Cobián Alvarado
Daniel Alberto Zarco Manzanares
M.C. Esli Castellanos Berján
Est. Dafne Aquino Rodríguez
Gerónimo Rubio Rivera

El objetivo general consiste en la implementación del algoritmo LORA-CBF en el simulador especializado de protocolos de red Riverbed MOD ELER versión 18.5
Los objetivos específicos son los siguintes:
Simular el algoritmo LORA en su etapa de formación de clúster
Simular el algoritmo LORA en su etapa de localización de nodos.
Simular el algoritmo LORA en su etapa de transmisión de datos.
Simular el algoritmo LORA en su etapa de actualización de tablas.

Los participantes de este proyecto son:

Dr. Víctor Rangel Licea (Responsable Técnico)
Dr. Francisco García Jiménez
M. Ing. Andrés Burbano Abril

El objetivo primordial de este proyecto de investigación se basa en la evaluación, diseño e implementación de técnicas de candelarización, y mejoramiento de capacidad de protocolos de comunicación inalámbricos (LTE, LTE-A, WAVE-IEEE 802.11P) considerados en los Sistemas de Transporte Inteligente (ITS), en entornos de alta movilidad
Todos las mejoras o técnicas de reservación que se deriven de este proyecto, deberán considerar las diferentes propiedades y características de un medio inalámbrico, tales como: modelos de propagación adecuados a entornos de alta movilidad, tipo de terreno, desvanecimiento de la señal (shadow fading), múltiples trayectorias (mutipath fading), altura de antenas sectoriales, atenuación, ruido, interferencias, y los efectos doppler.
Otro de los objetivos que se persigue en este proyecto es la formación de recursos humanos en temas de alta especialidad en los sistemas ITS, y la publicación de resultados en revistas con factor de impacto, así como, en conferencias nacionales e internacionales.

Participante de este proyecto:

Dr. Víctor Rangel Licea

Los participantes de este proyecto son:

Dr. Víctor Rangel Licea (Responsable)
Dr. Javier Gómez Castellanos (Participante)
Dr. Raul Santos Aquino, Universidad de Colima (Participante)
Dr. Miguel Lopez Guerrero, UAM-Iztapalapa (Participante)
Ing. Rosa Patricia Ramirez Juarez (Estudiante de Maestría)
Ing. Apolo González Valdez (Estudiante de Maestría)
Ing. Jesus Alejandro Flores Ramirez (Estudiante de Maestría)
Ing. Lisandra Jarquin Ramos (Estudiante de Maestría)
Ing. Juan Carlos Beltrán Ramirez (Estudiante de Maestría)
Ing. Jaime Romo Gutierrez (Estudiante de Maestría)

Los participantes de este proyecto son:

Dr. Javier Gómez Castellanos (Responsable)
Dr. Víctor Rangel Licea (Co-Responsable)
Mtro. Luis Manuel Ortiz Buen Rostro (Estudiante de Doctorado)
Mtra. Yasmine Macedo Reza (Estudiante de Doctorado)

Los objetivos de este proyecto son 1) Diseñar nuevos algoritmos de control de acceso al medio (Meda Access Control - MAC) que mejoren el rendimiento de estas redes, cundo se consideren estaciones fijas y móviles. Para demostrar su veracidad de estas técnicas se tiene está implementando un laboratorio de pruebas (testbed) con equipo BWA -Wimax/ IEEE 802.16. 2) Formar recursos humanos que incursionen en esta área de las telecomunicaciones en México, y 3) presentación y publicación de nuestros resultados en conferencias y revistas de renombre tanto nacional como internacional.

Los participantes de este proyecto son:

Dr. Víctor Rangel Licea (Responsable)
Dr. Javier Gómez Castellanos (Participante)
Mtro. Jesús reyes García (Participante)
Dr. Raúl Santos Aquino-UIVERSIDAD DE COLIMA (Alumno de Posdoctorado)
Ing. Gabriela Henriquez (Tesista de Maestría)
Ing. Yasmín Macedo (Tesista de Maestría)
Ing. Cuauhtemoc Carlón Carlón (Tesista de Maestría)
Ing. Javier Chapa López (Tesista de Maestría)
Ing. Miguel Pérez Velázquez (Tesista de Maestría )
Francisco Romero Sánchez (Tesista de Licenciatura)
Miguel Alejandro Torres Rodríguez (Tesista de Licenciatura)
David Cruz del Corral(Tesista de Licenciatura)
Fernando Navarro Estrada (Tesista de Licenciatura)
Yolotzin Amador González (Tesista de Licenciatura)
Lilia Guzmán Barrera (Tesista de Licenciatura)
Carolina Moreno Cruz (Tesista de Licenciatura)
Huesca Guevara Ma. del Carmen (Tesista de Licenciatura)

El objetivo de este proyecto es la incorporación de nuevas tecnologías de interconectividad, redes inalámbricas locales y redes inalámbricas de banda ancha de cuarta generación en un laboratorio multidisciplinario de redes del módulo de salida de "Redes de Telecomunicaciones" de la carrera de Ingeniería en Telecomunicaciones y del Programa de Maestría y Doctorado en Ingeniería Eléctrica (área Telecomunicaciones). Así como también se elaborará material didáctico de apoyo (prácticas y proyectos finales) y/o las notas del curso, para las diferentes asignaturas del modulo de "Redes de Telecomunicaciones" de la Carrera de Ingeniería en Telecomunicaciones, FI-UNAM.

Además en este proyecto ya se está incorporando un "Programa Académico de Interconectividad-NETACAD" con validez internacional, (como CCNA y CCENT), dentro de las diferentes asignaturas de este módulo, como Redes de Datos I, Redes de Datos II, Análisis y Diseño de Redes, Redes Inalámbricas y Móviles, y Temas Selectos de Telecomunicaciones.

Los participantes de este proyecto son:

Dr. Víctor Rangel Licea (Responsable)
Dr. Javier Gómez Castellanos (Participante)
Mtro. Jesús reyes García (Participante)
Ing. Marcos Antonio López Hernández (Participante)
Ing. Jorge Valeriano Assem (Participante)
Mtra. Ma. Jaquelina López Barrientos (Participante)
David Monroy y Sergio Cervantes (Tesistas de Lic.)
Ing. Maria Eugenia Macias (Participante)

Los participantes de este proyecto son:

Dr. Víctor Rangel Licea (Responsable)
Dr. Javier Gómez Castellanos(Participante)
Mtro. Jesús reyes García (Participante)
Javier Ortiz Castro (Tesista de Maestría)
Mercedes López Bejarano (Tesista de Maestría)
Eduardo Cota Guajardo(Tesista de Maestría)
Beatriz Ordóñez Nava (Tesista de Licenciatura)
Abraham Mora Cuevas (Tesista de Licenciatura)
Anabel Sánchez Acosta (Tesista de Licenciatura)
Jorge Vicente Campos Rojas (Tesista de Licenciatura)
Ximena López Quiroz (Tesista de Licenciatura)
Christian Mora Martínez(Tesista de Licenciatura)
Roberto Marco Siten Salgado (Tesista de Licenciatura)
Antonio Godínez González (Tesista de Licenciatura)

Los participantes de este proyecto son:

Dr. Javier Gómez Castellanos (Responsable)
Dr. Víctor Rangel Licea (Co-responsable)
Luis Alonso Méndez Barredo (Tesista de Maestría)
Eric Miguel Hernandez (Tesista de Maestría)
Juan Manuel Cervantes Ramírez (Tesista de Maestría)
Sigrid Yahaira Meneses Nielsen (Tesista de Licenciatura)
Luis Daniel González Cervantes (Tesista de Licenciatura)

Los participantes de este proyecto son:

Dr. Javier Gómez Castellanos (Responsable)
Dr. Víctor Rangel Licea(Co-Responsable)
Medardo Emilio Vélez Simiano (Tesista de Maestría)
Michael Pascoe Shalke (Tesista de Doctorado)
Miguel Ángel Munive (Tesista de Maestría)

En este proyecto se esta estudiando varias aplicaciones practicas para redes ad hoc inalámbricas así como un sistema de guiado para este tipo de redes.

Los participantes de este proyecto son:

Dr. Javier Gómez Castellanos (Responsable)
Dr. Víctor Rangel Licea (Participante)
Martha Montes de Oca (Tesista de Maestría)
Francisco García (Tesista de Maestría)
Marco Gonzáles (Tesista de Maestría)
Antonio García (Tesista de Maestría)
Michael Pascoe Shalke (Tesista de Doctorado)
Miguel Ángel Munive (Tesista de Maestría)

Este proyecto consistió en el desarrollo de aplicaciones para la industria de telecomunicaciones inalámbricas, principalmente proveedores telefónicos, desde la aplicación en el teléfono celular, hasta la puesta en marcha con el proveedor de telefonía celular y los corporativos proveedores de información.