Técnicas de enrutamiento inteligente para redes de sensores inalámbricas
- Autores: Antonio Manuel Ortiz Torres
- Directores de la Tesis: Teresa Olivares Montes (dir. tes.), Luis Orozco Barbosa (dir. tes.)
- Lectura: En la Universidad de Castilla-La Mancha ( España ) en 2011
- Idioma: español
- Tribunal Calificador de la Tesis: Antonio Garrido del Solo (presid.), María Blanca Caminero Herráez (secret.), Angel Cuevas Rumín (voc.), Antonio Francisco Díaz García (voc.), María Virginia Peinado Bolos (voc.)
- Materias:
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- Resumen
Las redes de sensores inalámbricas son cada vez más populares, gracias al amplio rango de aplicaciones en el que pueden ser utilizadas. Pero este tipo de redes presenta ciertos problemas, derivados de las limitaciones de los nodos en términos de capacidad de procesamiento, almacenamiento, energía o ancho de banda, entre otras. De esta forma, los protocolos y algoritmos diseñados para trabajar en este tipo de redes deben cumplir ciertos requerimientos de eficiencia, como pueden ser el tiempo de respuesta, la calidad de servicio o el consumo energético.
Los experimentos previos llevados a cabo en nuestro laboratorio con redes de sensores y aplicaciones de monitorización, revelaron problemas en el funcionamiento de los protocolos de comunicación utilizados, principalmente relacionados con el consumo de energía y con el rendimiento de las comunicaciones. Después de un exhaustivo estudio de los resultados obtenidos en estas pruebas, se concluyó que el mecanismo de enrutamiento utilizado carecía de la eficiencia necesaria para hacer llegar al destino los datos enviados por los nodos.
En la literatura existen diversas propuestas para llevar a cabo el encaminamiento en redes de sensores, pero bien los procedimientos utilizados, o bien los parámetros considerados, no satisfacían los requerimientos de nuestras aplicaciones de monitorización. De esta forma, se optó por el desarrollo de un esquema de enrutamiento propio: NORA (\textit{Network rOle-based Routing Algorithm}), que está orientado a aplicaciones de monitorización y es capaz de enrutar los datos desde todos los nodos de la red hasta la estación base, considerando el consumo de energía como principal parámetro a optimizar, con el fin de extender el tiempo de vida de la red, a la vez que las comunicaciones son llevadas a cabo de forma eficiente y fiable.
Con el fin de mejorar el rendimiento de esta primera propuesta, se ha diseñado un mecanismo de lógica difusa para llevar a cabo la evaluación de los parámetros que son considerados por NORA, en la toma de decisiones de enrutamiento: el número de saltos hasta la estación base y el nivel de batería restante.
La lógica difusa es un mecanismo de decisión inspirado en la lógica de control humana. Tiene bajos requerimientos de procesamiento y es una técnica eficiente para llevara cabo la definición, combinación y evaluación de parámetros. De esta forma nace NORIA (\textit{Network rOle-based Routing Intelligent Algorithm}), cuyo mecanismo de acción es igual al de NORA, salvo que utiliza la salida del sistema de evaluación de parámetros basado en lógica difusa, para llevar a cabo las decisiones de enrutamiento.
Los buenos resultados obtenidos con NORIA en términos de tiempo de comunicación extremo a extremo, consumo de energía y precisión de las rutas creadas, motivaron la incorporación de este mecanismo a los protocolos de enrutamiento utilizados en el estándar ZigBee, \textit{Tree Routing} para redes en árbol y AODV para redes en malla. Con el fin de mejorar la precisión de la evaluación llevada a cabo por el módulo de lógica difusa, se añadió la fuerza de la señal al conjunto de parámetros de entrada, obteniendo así una métrica más precisa. Los resultados de los experimentos muestran una importante reducción en el número de paquetes enviados, reduciendo así la sobrecarga, y una mejora en la longitud de las rutas establecidas, favoreciendo así una reducción importante en el consumo de energía.
