Challenged networking and decision making in dynamic environments

Resumen

Los dispositivos con capacidades de cómputo y sensorización se están convirtiendo en una parte integral de la vida moderna. Teléfonos inteligentes, dispositivos vestibles o incluso electrodomésticos están sufriendo una evolución hacia elementos conectados con la capacidad de percibir y modicar su entorno. En un futuro cercano estos mismos elementos serán capaces de tomar decisiones personalizadas que se anticipen a las necesidades de los usuarios y se conviertan en una parte activa del entorno. Este nuevo paradigma es parte de lo que se ha llamado Internet of Things (IoT) , y se sustenta en el potencial de la tecnología para ser, a un tiempo, invisible, distribuída, conectada, potente y presente en casi cada objeto de la vida diaria de las personas. El IoT es un concepto que actualmente se centra en la visibilidad y accesibilidad de la información, pero aún existen retos en numerosos escenarios que han de ser superados para que los dispositivos con capacidades y recursos limitados puedan comunicarse de forma fiable. Es por ello que la primera parte de esta tesis resalta la importancia de mejorar las comunicaciones en entornos complejos con la ayuda de arquitecturas de challenged networking . El concepto de challenged networking abarca aquellas situaciones en las que las arquitecturas de Internet tradicionales no son capaces de gestionar de manera efectiva las comunicaciones. Este tipo de redes se pueden caracterizar por presentar conectividad intermitente, movilidad de los nodos o cambios frecuentes en la topología de la red. Algunos ejemplos en los que se producen estas situaciones son los sistemas de comunicaciones interplanetarios; entornos en los que los nodos presentan limitaciones energéticas, de memoria o de capacidad de cómputo, tales como las redes de sensores o de monitorización de animales en libertad; las redes de comunicaciones submarinas; las redes vehiculares; o los entornos en los que no es posible apoyarse sobre una infraestructura de comunicaciones estable, como las áreas rurales remotas o los entornos militares en campo. Esta tesis describe tanto casos de uso como soluciones en el marco de las situaciones previamente mencionadas, que están soportados por comunicaciones en entornos adversos. Las propuestas que se detallan en capítulos posteriores permiten superar las limitaciones de comunicación encontradas en redes vehiculares, en las que se realiza un intercambio de información con dispositivos en movilidad; en un entorno dinámico con barreras metálicas móviles; o en aprovechamiento local de las comunicaciones ópticas con el objetivo de mejorar la eficiencia de la red. En el caso de los dispositivos en movilidad se busca mejorar la capacidad de transferencia de información en un escenario en movilidad, para lo cual se evalúan analíticamente dos propuestas diferentes y se demuestra que permiten alcanzar este objetivo. En el escenario con barreras metálicas, se verica en un entorno práctico que una red inalámbrica multisalto es capaz de habilitar un canal de comunicación fiable en una situación con gran cantidad de barreras metálicas. Final mente, el último caso de uso busca evitar hacer uso de la red troncal para acceder a información que se encuentra disponible localmente en el contexto de una Smart City, lo que se consigue mediante el uso de Visible Light Communications (VLC) . Otro aspecto crítico del IoT incluye también a sistemas que sean capaces de relevar a los usuarios de tareas monótonas, ofreciendo herra- mientas de toma de decisiones autónomas que complementen aquellas tomadas habitualmente por los expertos humanos. En este sentido, la segunda parte de esta tesis se centra en los algoritmos de toma de decisiones, y propone casos de uso que validan su aplicación en esce- narios reales. En concreto, dentro de esta tesis se presenta un sistema que permite a los entrenadores deportivos seguir el desempeño de los atletas con mayor precisión y detalle, y que además les ayuda a to- mar decisiones óptimas en lo referente a la planicación de las sesiones de entrenamiento. Este sistema ha sido validado con la ayuda de un equipo profesional de volleyball que ha actuado como fuente de da- tos y como caso de prueba, y ha generado resultados prometedores tanto en ejercicios de capacidad aeróbica como en entrenamiento de movimientos especícos. El trabajo aquí descrito tiene como objetivo evaluar las posibilida- des de los sistemas de toma de decisiones automatizados y las challen- ged networks en entornos dinámicos. Los entornos incluidos en esta tesis se consideran dinámicos en la medida en que las condiciones que afectan a las comunicaciones o los algoritmos usados para alcanzar los objetivos del sistema evolucionan en el tiempo. Desde anticipar las necesidades de los usuarios, hasta manejar el desplazamiento rápido entre nodos en comunicaciones inalámbricas, operar en un entorno ra- dio cambiante u ofrecer realimentación automática y en tiempo rea