miércoles, 7 de diciembre de 2016
Conclusiones
La tecnología WIMAX ofrece
grandes posibilidades de conexión para áreas suburbanas y rurales, lugares en
donde podría solventar la carencia de acceso de banda ancha; debido a los
costos elevados que la conexión tradicional representa.
Además gracias a su gran
capacidad portadora se transforma en excelente plataforma para otras
tecnologías como lo es por ejemplo: “video call”.
En
cuanto a la relación entre WIMAX y WIFI podemos expresar que ambas tecnologías
juegan un papel complementario, pues la primera está diseñada para operar en
áreas metropolitanas, mientras que WIFI está diseñado para operar en rangos de
pocos metros cuadrados; por lo tanto, WIMAX se proyecta como un medio idóneo
para la interconexión de redes inalámbricas de área local (redes de malla)
ofreciendo mecanismos para garantizar niveles de transferencia óptimos (QoS).
Finalmente,
cabe destacar que esta es una tecnología que se ha demorado en despegar, pero
que ofrece grandes posibilidades para los desafíos que se presentan, sobre todo
dada la creciente necesidad de un “ancho de banda” mayor.
Las redes de sensores pueden
utilizar distintas tecnologías de sin cable, incluyendo IEEE 802.11, LANS sin
cable, Bluetooth e identificación de la frecuencia de radio. Actualmente se
trabaja con radios de baja frecuencia con un alcance de hasta 80 metros y velocidades
de hasta 300 Kb/segundo.
Las últimas investigaciones
apuntan hacia una eventual proliferación de redes de sensores inteligentes,
redes que recogerán enormes cantidades de información hasta ahora no registrada
que contribuirá de forma favorable al buen funcionamiento de fábricas, al
cuidado de cultivos, a tareas domésticas, a la organización del trabajo y a la
predicción de desastres naturales como los terremotos. En este sentido, la
computación que penetra en todas las facetas de la vida diaria de los seres
humanos está a punto de convertirse en realidad.
Aunque la tecnología
relacionada con las redes de sensores sin cable está todavía en su primera
fase, equipos de investigación en la Universidad de California Berkeley ya han
fabricado una caja que se puede adaptar a muchos tipos de sensores. Los
científicos utilizan los sensores sin cable para encontrar y controlar
microclimas y plagas en plantaciones de uva, para estudiar los hábitos de aves
y para controlar sistemas de ventilación y calefacción. En la Universidad de
California Los Angeles, investigadores utilizan las redes de sensores sin cable
para recibir información detallada sobre el efecto de los movimientos sísmicos
en los edificios.
Si los avances tecnológicos en
este campo siguen a la misma velocidad que han hecho en los últimos 2 años, las
redes de sensores sin cable revolucionará la capacidad de interacción de los
seres humanos con el mundo.
6.3 Transporte
Las características
particulares que poseen las redes de sensores inalámbricas establecen nuevos
retos de diseño como son el uso eficiente de la energía, la fiabilidad, el
control de congestión y la calidad de servicio. Estos factores deben ser
satisfechos para cumplir con los requerimientos que demandan las aplicaciones
en este tipo de redes.
En este sentido, uno de los
retos que cada vez cobra mayor importancia es la necesidad de implementar
mecanismos que proporcionen fiabilidad en la entrega de los datos extremos a
extremo, reduzcan la congestión y la pérdida de paquetes, además de proveer
justicia en la asignación de ancho de banda. Esto aunado a la tendencia de
interconectar las redes de sensores inalámbricas a otro tipo de redes como
Internet, redes de área local o intranets para la recepción de forma remota de
los datos generados por los sensores, hacen que la elección del protocolo de
transporte adecuado sea un aspecto esencial en el desarrollo de aplicaciones
para este tipo de redes.
Limitaciones de los protocolos de transporte tradicionales
Los protocolos de transporte
tradicionales utilizados en Internet como lo son UDP y TCP presentan varios
inconvenientes para ser implementados en las redes de sensores. En el caso del
protocolo UDP, por ejemplo, este no provee fiabilidad en la entrega de datos,
que en la mayoría de los casos es un requisito de las aplicaciones en este tipo
de redes, ni tampoco proporciona mecanismos de control de flujo ni de
congestión lo que puede conducir a la pérdida de paquetes y el gasto
innecesario.
Por otro lado, si analizamos
el sistema de comunicación fiable extremo a extremo proporcionado
tradicionalmente por TCP encontramos que este tiene serios problemas de
rendimiento en las redes inalámbricas, tanto en términos de tasas de
transferencia como de eficiencia energética.
Los principales problemas que
presenta el protocolo TCP en las WSN se describen a continuación de energía de
los nodos sensores:
Pérdida de paquetes no debida
a la congestión: se refiere a que TCP utiliza como mecanismo de detección de
congestión la pérdida de paquetes lo que conlleva a que TCP reduzca la tasa de
transferencia con la finalidad de no colapsar aún más los enlaces. Sin embargo,
en una WSN las pérdidas de paquetes ocurren generalmente por errores de transmisión
del medio inalámbrico de manera que la reducción de la tasa de transferencia lo
que trae consigo es una reducción innecesaria de la utilización del ancho de
banda del enlace y por ende a una degradación en el throughput y un retardo
mayor en la comunicación. Una posible solución es la utilización de mecanismos
(implícitos o explícitos) de retroalimentación entre los nodos que ayuden a
detectar las diferentes causas por las cuales la pérdida de paquetes ha
ocurrido (calidad del enlace inalámbrico, fallos en el nodo sensor, y/o
congestión) y de acuerdo a esto tomar la decisión más conveniente.
Retransmisiones costosas: TCP
confía en las retransmisiones extremo a extremo para proveer una entrega de
datos fiable, sin embargo teniendo en cuenta las limitaciones de energía de los
sensores y las rutas multi-salto, este mecanismo conllevaría a un mayor consumo
de energía y ancho de banda en las WSN. Además el mecanismo de control de
congestión extremo a extremo utilizado por TCP ocasiona que se responda muy tarde
a una situación de congestión lo que resulta en una gran cantidad de paquetes
perdidos lo que se convierte en un gasto de energía adicional en
retransmisiones y los tiempos de respuestas tan largos ocasionan un bajo
throughput y baja utilización del enlace inalámbrico.
Topología Dinámica de la red:
los cambios de topología que caracterizan a las WSN debido a las condiciones
del entorno (baja calidad del enlace inalámbrico, interferencias de señal
producidas por agentes externos) y a la propia situación del nodo sensor (el
nivel de energía que posea) conllevan a que en un momento dado la ruta entre
dos puntos extremos de la red se vea interrumpida. Tal comportamiento no es
compatible con el funcionamiento de TCP el cual considera una conectividad
permanente extremo a extremo.
Red asimétrica: Se define como
aquella en la que el camino utilizado para transportar datos hacia el destino
es diferente del camino utilizado para retornarlos hacia el origen tanto en
términos topológicos como de latencia, ancho de banda o tasa de pérdida de
paquetes. Las WSN son asimétricas en la mayoría de los casos, aspecto que
afecta directamente a la transmisión de los ACK‟s del protocolo TCP, cuyo rendimiento
puede verse afectado.
Grandes variaciones del RTT:
Debido a la variabilidad de la calidad de los enlaces, la movilidad o la carga
de tráfico, las rutas de encaminamiento se ven modificadas a lo largo del
despliegue de las redes de sensores. Esto puede generar variaciones en el RTT,
degradando el rendimiento de TCP.
Transmisión en tiempo real:
Junto a UDP, en las redes de sensores deben implementarse protocolos semejantes
a RCP (Rate Control Protocol), de forma que éstas puedan soportar la
transmisión extremo a extremo del tráfico en tiempo real.
Protocolos de transporte
existentes en WSN.
Los mecanismos de transporte que existen para
redes de sensores inalámbricas se pueden dividir en aquellos que proporcionan
en alguno o en ambos sentidos (sea ascendente o descendente) y una o la
combinación de las siguientes funciones:
- Fiabilidad en la entrega de mensajes (incluyendo la recuperación de errores)
- Control de congestión
- Conservación de la energía
Además también pueden ser
clasificados en:
- Protocolos no basados en TCP
- Protocolos basados en TCP
6.2 Enrutamiento
PROTOCOLOS DE ENRUTAMIENTO
Principales objetivos de diseño:
- Mantener una tabla de enrutamiento razonablemente pequeña.
- Elegir la mejor ruta para un destino dado (ya sea el más rápido, confiable, de mejor capacidad o la ruta de menos coste)
- Mantener la tabla regularmente para actualizar la caída de nodos, su cambio de posición o su aparición
- Requerir una pequeña cantidad de mensajes y tiempo para converger
Diagrama ilustrativo de los componentes que usa el protocolo de
enrutamiento en las WSN (Alec Woo. Universidad de Berkeley)
Modelos (topología):
One-hop model: tenemos una
base station desde donde cuelgan todos los nodos, sólo un salto de distancia.
Multihop model: todos los
nodos transmiten siguiendo diferentes rutas hasta el nodo base, las diferentes
rutas de grado uno cuelgan del nodo base
Cluster-based Hierachical
Model: se parte la red en clústeres con diferentes niveles. Los nodos se
agrupan alrededor de un nodo cabeza que tiene la responsabilidad de
hacer el routing con otros nodos cabeza o con el nodo base. Los datos pasan de
las capas inferiores a las superiores.
Ejemplo de modelo de topología.
Red basada en clústeres. Se observan tres motas base, y varios
clústeres.
6.1 Ejemplos de redes de sensores
APLICACIONES ACTUALES Y USOS
Donde se requiera recoger
lecturas. Estas pueden ser en un entorno inaccesible u hostil como también en
empresas, fabricas, oficinas u el propio hogar, durante un período de tiempo,
para así detectar cambios, tendencias y datos suficientes para poder generar
algún cambio o intervención.
Como por ejemplo:
- Control de parámetros en la agricultura.
- En casas domo.
- Tecnología militar.
- Tecnología civil (bomberos).
- Detección de incendios, terremotos o inundaciones.
- Sensorización de edificios “inteligentes”.
- Control de tráfico.
- Asistencia militar o civil.
- Control de inventario.
- Control médico.
- Detección acústica.
- Cadenas de montaje, etc.
6 Redes inalámbricas de sensores
¿Que son las redes de sensores inalámbricas?
Una gran cantidad de pequeños
dispositivos, autónomos, distribuidos físicamente, llamados nodos de sensores,
instalados alrededor de un fenómeno para ser monitoreado, con la capacidad de
almacenar y comunicar datos en una red en forma inalámbrica.
SENSORES: De distintos tipos y
tecnologías los cuales toman del medio la infamación y la convierten en señales
eléctricas.
NODOS DE SENSOR: Toman los
datos del sensor a través de sus puertas de datos, y envían la información a la
estación base.
GATEWAY: Elementos para la
interconexión entre la red de sensores y una red TCP/IP.
ESTACIÓN BASE: Recolector de
datos.
RED INALÁMBRICA: Típicamente
basada en el estándar 802.15.4 ZigBee.
CARACTERISTICAS
- Integración con otras tecnologías. Agricultura, biología, medicina, minería, etc.
- Posibilita aplicaciones impensadas. Interacción de los seres humanos con el medio. Redes vehiculares, etc.
- Menor uso de recursos.
VENTAJAS Y DESVENTAJAS
- TIEMPO DE VIDA
- COVERTURA
- COSTOS Y FACILIDAD DE INSTALACIÓN
- TIEMPO DE RESPUESTA
- BAJO CONSUMO DE POPTENCIA
- PRECISIÓN Y FRECUENCIA DE LAS MEDICIONES
- SEGURIDAD
Algunas restricciones las encontramos
en: ENERGÍA, CAPACIDAD DE CÓMPUTO, MEMORIA
Redes desatendidas (sin
intervención humana), con alta probabilidad de fallo, lo cual se desea aminorar
con el MONITOREO de estas.
5.4.5 Estudio de varias propuestas para mejorar el comportamiento de TCP en redes móviles.
Se puede afirmar que una
propuesta de mejora al TCP existente, sobre enlaces wireless, debe reunir el
siguiente conjunto de características deseables.
End-to-end: los
segmentos son reconocidos solamente luego de haber sido recibidos por el
destinatario final.
Local: implementa cambios
solamente sobre los componentes de red wireless, como puede ser en las
estaciones base y en las estaciones móviles.
Two-Way: está diseñada para
tráfico en ambas direcciones, desde la red cableada hacia el host móvil y
viceversa, suponiendo que el mismo tiene intensidades similares.
Intermediate-Link: el
algoritmo no asume una ubicación predeterminada del enlace
wireless. Es decir, el mismo
puede estar en cualquier lugar de la conexión, si está al principio será un
enlace first-hop, si está al final será last-hop y también puede estar en algún
lugar intermedio, como se da por ejemplo en el caso de enlaces satelitales.
Transparent: no necesita leer
información del encabezado TCP en algún nodo intermedio.
Signaling: detecta y reporta
la causa de la pérdida de los segmentos a las capas superiores, para tomar las
acciones de recuperación apropiadas para evitar retransmisiones indeseables. En
el caso que las acciones sean tomadas por la capa de Transporte, se deberán
hacer modificaciones en el código del TCP existente, lo cual puede llegar a ser
un inconveniente.
En contraposición a lo
anterior, cabe señalar que algunas implementaciones contienen otro conjunto de
características que no son deseables para nuestro caso de estudio y que
corresponde hacer una descripción de las mismas para poder entender el motivo
por el cual no son tenidas en cuenta en el presente análisis:
Split (Indirect-TCP) [32]:
cuando el camino completo de la conexión es dividido en una conexión cableada y
una wireless y se corre TCP en forma independiente en cada conexión. Cuando la
transmisión de un segmento se completa en una conexión, se le envía un ACK a la
fuente y se transmite a la otra conexión. Podemos señalar como principales
desventajas de esta implementación lassiguientes: los ACKs recibidos por la
fuente no significan que los segmentos hallan sido recibidos por el supuesto
destinatario, la transmisión de datos no es confiable y por último, al correr
TCP en forma independiente en ambas conexiones y a diferentes ritmos, el buffer
de la BS puede incurrir en overflow.
Global: si implementa cambios
fuera de la red wireless.
One-Way: si está diseñada
preferentemente para el tráfico en una dirección. Last-Hop: si el algoritmo
asume que el enlace Wireless esta ubicado en el extremo final de la conexión
TCP.
Snooping: si se necesita leer
en algún nodo intermedio información del encabezado TCP.
Hiding: si presupone que
existe un servicio de capa de enlace confiable y que sus protocolos de
retransmisión resuelven el problema de la pérdida de tramas, ocultando el
carácter lossy del enlace, hacia las capas superiores. La principal desventaja
de las mejoras que usan esta característica es que, no obstante se oculten las
posibles pérdidas, pueden llegar a existir retransmisiones en ambas capas, capa
de enlace y de transporte tratando de responder a los mismos eventos de
pérdidas, causando interacciones muy indeseables.
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