Análisis de Desempeño de un Protocolo para Redes Inalámbricas de Sensores Basado en TDMA con Capacidades de Radio Cognoscitivo

Abstract

ResumenEl Radio Cognoscitivo (CR) tiene como objetivo principal la optimización del uso del espectro en sistemas de portadoras múltiples y ha sido estudiado para lograr mejoras en el desempeño en redes inalámbricas de sensores (WSNs, por sus siglas en inglés), específicamente, en parámetros de calidad de servicio (QoS) como el consumo de energía, retardo promedio de reporte y probabilidad de colisión. Sin embargo es un campo poco estudiado, ya que los nodos suelen presentar limitaciones en cuanto a tamaño y capacidad que no permiten que determinadas técnicas convencionales de CR sean implementadas directamente en redes inalámbricas de sensores. Su uso permite a los usuarios de una red secundaria (SU, aquellos usuarios que no poseen la concesión de la banda a utilizar) el monitoreo del canal de comunicaciones perteneciente a los usuarios de la red primaria (PU, aquellos que han adquirido los derechos de uso de la banda en cuestión) para posteriormente realizar transmisiones sobre el mismo sin afectar significativamente a la QoS de los PUs. En el presente trabajo se estudia WISPER, un protocolo capaz de realizar tareas de monitoreo continuo (CntM) y detección de eventos (EDD) por medio de técnicas de CR sobre unaúnica banda de frecuencia con el objetivo de identificar las características de funcionamiento que mejoran tanto el consumo de energía como la transmisión de datos en ambientes altamente congestionados. Los resultados muestran que al seleccionar cuidadosamente la longitud de las tramas y las tasas de cambio de estado en los nodos de CntM, se logra una mejora importante en el promedio de paquetes perdidos y consumo de energía por unidad de tiempo.Palabras Clave: Radio Cognoscitivo, QoS, WSN, Monitoreo Continuo, Detección de Eventos. IntroducciónEl desempeño de una WSN está normalmente determinado por su consumo promedio de energía, lo que a su vez determina el tiempo de vida de la red (periodo de tiempo para el cual la red se mantiene funcional), debido a las restricciones de energía presentes en los nodos, los cuales suelen ser dispositivos de tamaño reducido y alimentados por baterías que son capaces del intercambio de información por medios inalámbricos. Sin embargo, al presentarse avances en la electrónica, otros paráme-tros de QoS han adquirido relevancia como lo son el retardo * Autor en correspondencia.Correos electrónicos: isleyma@doctor.upv.es (Israel Leyva-Mayorga), mriveroa@ipn.mx (Mario E. Rivero-Angeles), ccarretoa@ipn.mx (Chadwick Carreto-Arellano), vpla@.upv.es (Vicent Pla) promedio de reporte y la probabilidad de pérdida de paquete, los cuales determinan el desempeño general de la red mientras se encuentre activa. Con base en ello, las WSN pueden clasificarse como enfocadas en el desempeño o enfocadas en el costo (Frolik, 2004). Mientras las redes enfocadas en el desempeño buscan mejorar la QoS en determinados paquetes, sin dar especial importancia a que presenten un ligero incremento en el consumo energético (ello debido a que suelen contener nodos de mayor capacidad tanto de cómputo como de...