Diseño cross-layer para transmisión de datos escalares y/o contenidos multimedia en tiempo real en redes inalámbricas de sensores

Cross-layer design for real-time scalar and multimedia contents transmission in wireless sensor networks

En aplicaciones de redes inalámbricas de sensores los eventos ocurren con baja frecuencia, debido a esto el diseño de los protocolos se ha enfocado principalmente en ahorrar energía. En consecuencia, aunque estos protocolos son energéticamente eficientes, limitan el uso de las redes inalámbricas de sensores a aplicaciones donde el tiempo de respuesta y el ancho de banda no son importantes. En este artículo se propone el protocolo LEMR-multichannel (Latency, Energy, MAC and Routing, por sus siglas en inglés). LEMR-multichannel es un protocolo de comunicación basado en un diseño multicapa (cross-layer design), el cual involucra las capas física, de acceso al medio y de red, y que no solamente preserva la eficiencia energética de los protocolos actuales sino que también coordina la transferencia de paquetes desde la fuente hasta el destino de forma tal, que el desempeño de la red en términos de ancho de banda, retardo y variabilidad del retardo es mejorado considerablemente. La superioridad de LEMR en términos de estas variables es demostrada al ser comparado con otros protocolos bien conocidos (TMAC y YMAC), a través de varios experimentos de simulación.

INTRODUCCIÓN

Nuevas aplicaciones para redes inalámbricas de sensores-RIS, las cuales incluyen contenidos multimedia, tales como video vigilancia y control de procesos industriales, entre otras han sido visualizadas recientemente [1-2]. En estas aplicaciones, sensores escalares tales como sensores de luz o movimiento podrían ser usados para detectar e identificar la posición de los eventos y al mismo tiempo activar otros sensores para proveer contenido multimedia adicional [3-4]. Las RIS que incluyen sensores multimedia son denominadas redes inalámbricas de sensores multimedia - RISM [1]. Estas nuevas aplicaciones imponen nuevos retos en el diseño de los algoritmos y protocolos de comunicación.

En el soporte de aplicaciones multimedia, la capacidad de transmisión de los actuales nodos sensores se ha convertido en la principal limitación. El radio transmisor Cc2420 con una capacidad de transmisión de 250 kbps es el más usado actualmente [5]. Sin embargo, su capacidad se ve severamente afectada por el tamaño de la red, los patrones de tráfico, la interacción local entre los nodos y el tamaño de los paquetes. Como resultado, la capacidad percibida por las aplicaciones es reducida a una pequeña fracción de la capacidad total de los radios transmisores. Adicionalmente, los protocolos diseñados para RIS, apagan los radios transmisores durante mucho tiempo para así ahorrar energía, reduciendo la utilización del canal e incrementando el retardo [6-10]. Por lo tanto, es necesario investigar nuevas estrategias para lograr mejor desempeño en la red en términos de caudal, pero adicionalmente manteniendo bajo retardo y bajo consumo de energía.