Algoritmo de planificación para redes de sensores inalámbricas con soporte para tiempo real

Abstract

Las redes de sensores inalámbricas (WSN: Wireless Sensor Network en inglés), son una tendencia tecnológica que ha tenido un gran protagonismo en los últimos años, sobre todo con el surgimiento de nuevas tecnologías como Internet de las cosas (Internet of Things - IoT), los sistemas ciberfísicos (Cyber Physical System - CPS), las aplicaciones máquina a máquina (Machine to Machine - M2M), entre otras. Una WSN es una alternativa que proporciona la infraestructura de internetworking sobre la cual se soportan muchas de estas tecnologías. Algunos ejemplos de aplicaciones de WSN se pueden encontrar en los campos de la telemedicina, la industria, en el monitoreo de eventos sísmicos, en el sector de la construcción, en aplicaciones agrícolas, entre muchas otras. Considerando la importancia de este tipo de redes, esta tesis se ha enfocado en el problema de la transmisión de datos en tiempo real sobre WSN. La revisión del estado del arte del tema ha permitido evidenciar, que aún faltan soluciones apropiadas en el área elegida. De manera particular en la solución de la siguiente pregunta de investigación ¿Cómo implementar mecanismos para garantizar la transmisión de datos en tiempo real, cuando los nodos en una WSN tienen requerimientos periódicos? Aunque problemas similares han sido extensivamente estudiados en la literatura científica, aún no hay un modelo que sea satisfactorio para aplicaciones con requerimientos de periodicidad de las transmisiones. En la presente tesis se ha desarrollado una solución al problema planteado en varias etapas. En primer lugar, se realizó una formulación formal del problema de planificación de un sistema de transmisión inalámbrico, que utiliza espacios de tiempo para garantizar la transmisión de datos, como un problema de satisfacción de restricciones. En segundo lugar, se diseñó un algoritmo de planificación, el cual arroja una planificación factible si es posible o indica que no es factible la instancia del problema presentada. Por último, se desarrolló una simulación y una implementación real del algoritmo, utilizando para ello el estándar IEEE 802.15.4, explotando principalmente el mecanismo de intervalos de tiempo garantizados (GTS), definido en el estándar. En el desarrollo de esta tesis, se ha denominado PEMM a la técnica de programación diseñada para la solución del problema abordado en la investigación. Los resultados obtenidos en el desempeño del algoritmo propuesto en las diferentes pruebas realizadas, fueron satisfactorios y permitieron validar la solución formulada.