Sistemas de detección e interceptación selectiva para comunicaciones móviles de segunda y tercera generación

Zusammenfassung

La utilización de redes de sensores inalámbricos dibuja un futuro apasionante, en el que puede cambiar la forma en la que nos relacionamos con nuestro entorno, ya que abren la puerta al desarrollo de aplicaciones conscientes de las condiciones ambientales a su alrededor. Es éste un campo de investigación en ebullición en la actualidad, no sólo por sus prometedoras posibilidades, sino por la cantidad de retos que plantean sus especiales características y requisitos. Estas redes están formadas por un número muy elevado de dispositivos de prestaciones limitadas que cooperan para realizar una tarea común, en condiciones muy adversas en ocasiones. De estas premisas, derivan varios requisitos fundamentales exigibles a los protocolos de comunicaciones que se empleen, como puede ser la necesidad de que utilicen algoritmos sencillo y distribuidos. Pero, sobre todo, un requisito esencial es el uso eficiente de la energía en su funcionamiento. Cuando las redes de sensores se utilizan como fuente de estímulos de dispositivos más sofisticados, capaces de efectuar acciones en respuesta a dichos estímulos, las aplicaciones de estos sistemas se multiplican. Sin embargo, se añade un requisito adicional, que es la capacidad de respuesta en tiempo real, o al menos acotado. Esta tesis doctoral trata de aportar soluciones para satisfacer ambos requisitos. Respecto al problema de la eficiencia energética el objetivo ha sido diseñar y estudiar analíticamente el comportamiento de protocolos de comunicación, con el fin último de elegir soluciones que maximicen la duración de las baterías en los equipos. La provisión de servicios de tiempo real, necesita la resolución del problema de garantizar los plazos de entrega de los paquetes. Las redes de sensores, por su naturaleza, son sistemas con una gran componente aleatoria (en el canal de transmisión, en la posición de los nodos, en el tráfico previsto). Uno de los objetivos prioritarios de este trabajo ha sido proporcionar soluciones con capacidad de tiempo real a los protocolos de comunicación de las redes de sensores, es decir, proveer mecanismos con retardo de entrega acotado aplicables a las redes de sensores. Estos mecanismos, además, deben satisfacer los requisitos fundamentales de la redes de sensores, en concreto deben ser energéticamente eficientes. El estudio se centra en la subcapa MAC, ya que si no se puede garantizar un retardo máximo de acceso al medio, es muy difícil implementar mecanismos de tiempo real en otras capas. Esta capa además juega un papel fundamental en el consumo energético de los sensores, puesto que controla el estado de la etapa de radio, principal componente del consumo total del sensor. Como resultado del trabajo en estos aspectos, en esta tesis se propone un protocolo de control de acceso al medio para redes de sensores mono y multisalto que garantiza el retardo de entrega del paquete. Asimismo, se realiza un análisis sobre la selección de la potencia de transmisión como mecanismo de ahorro adicional para protocolos de control de acceso. La simulación ha sido una herramienta crucial en estos estudios. Como aportación adicional se incluyen las conclusiones extraidas de su uso, detallando aspectos clave que hay que tener en cuenta antes de comenzar estudios de simulación de redes inalámbricas en general.