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
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