Resumen Síntesis Durante los últimos años las redes de sensores inalámbricas han sido objeto, como consecuencia de un creciente interés comercial, de una intensa actividad de investigación que ha determinado relevantes avances tanto en la tecnología base como en los aspectos de ingeniería a todos los niveles. Las redes de sensores inalámbricas se basan en el concepto de nodo sensor autónomo de bajo coste que proporciona recursos limitados en términos de cálculo y capacidad de almacenamiento de información, baja potencia de transmisión y sensorica avanzada. Se caracterizan por el tamaño extremadamente reducido y una ingeniería orientada a la eficiencia energética. A pesar de la disponibilidad de soluciones altamente avanzadas, caracterizadas por la eficiencia y la flexibilidad, la difusión comercial masiva se ha planteado más veces como hipótesis plausible y además parece tardar en concretarse de forma definitiva. Las principales causas están relacionadas, directamente o indirectamente, con dos factores: coste elevado y falta de suficiente fiabilidad/robustez. Una de las consecuencias del desarrollo de arquitecturas “ad-hoc” que caracteriza actualmente las redes de sensores inalámbricas es la de garantizar una gran cantidad de óptimos locales siendo la causa principal de una preocupante ausencia de estándares tanto en términos de protocolos de comunicación como en términos de organización y representación de información. También nuevos modelos de negocio y de explotación dentro de las organizaciones virtuales de última generación son actualmente temas de atención en el seno de la comunidad científica internacional. Objetivos Este trabajo se sitúa en el marco de las últimas líneas de investigación orientadas a conciliar soluciones avanzadas, caracterizadas por una ingeniería innovadora, con su aplicación efectiva en el mundo real siguiendo principios de escalabilidad y manteniendo siempre el principio de bajo coste. Considerando la aplicación de la arquitectura, en términos no solamente tecnológicos si no también comerciales, como elemento primario y determinante, la solución propuesta en la presente tesis se caracteriza por su independencia respecto a un dominio aplicativo predefinido al proporcionar un marco flexible que puede ser particularizado en función del entorno, de la aplicación y relacionarlo con requisitos funcionales y no funcionales. La arquitectura propuesta, al contrario de la mayoría de las soluciones existentes, sería operativa tanto para entornos estáticos (o semi-estáticos) como para entornos caracterizados por la presencia de nodos y actores móviles. Resultados logrados Desde un punto de vista metodológico, se considera de gran importancia proporcionar un modelo teórico de referencia para diferentes aspectos de la arquitectura propuesta: modelo de conectividad-cobertura, clustering dinámico y comportamiento de los actores móviles. El objetivo principal de la modelización es proporcionar una sólida base teórica, independiente de implementaciones concretas, para el desarrollo de ambientes de simulación avanzados orientados a soportar tanto la fase de diseño previo como la fase de evaluación preliminar con especial atención a la escalabilidad. Paralelamente, la implementación de la plataforma y la experimentación de la misma en entornos de trabajo reales proporcionan un feedback vital para el refinado de los modelos y de los ambientes de simulación (caracterizando y validando entornos, plataformas y aplicaciones mediante datos reales). Al mismo tiempo permite comparar las prestaciones reales con las esperadas evaluar el impacto de fenómenos impredecibles (interferencias temporáneas o permanentes, obstáculos, etc.). Elementos de la metodología a destacar Considerando el estado del arte global de las arquitecturas de redes sensores inalámbricos, los cinco ejes del desarrollo de la presente tesis serían: • Método “horizontal” en contraposición al tradicional método de estudio “vertical” que caracteriza la mayoría de los proyectos sobre redes de sensores inalámbricas. • Ingeniería orientada a la reducción de los costes a través de soluciones flexibles multidominio. • Elaboración de aspectos teóricos con sucesiva evaluación experimental de los modelos propuestos en varios entornos de aplicación. • Soporte para entornos estáticos, nomádicos y con nodos sensores/actores móviles. • Diseño de una arquitectura flexible y dinámica apta a soportar diferentes modelos de interacción e interoperabilidad en entornos aplicativos de diferente escala y complejidad. Estructura de la tesis El trabajo propuesto se estructura en tres partes estrechamente relacionadas y que conforman la tesis doctoral desarrollada: • La primera parte describe el diseño de la arquitectura propuesta. Desde un punto de vista estructural, dicha arquitectura consta de tres componentes fundamentales: redes de sensores, infraestructuras middleware y sistema de información. Desde un punto de vista conceptual, se estructura de acuerdo a cuatro conceptos progresivos: recursos físicos, recursos virtuales, Sensor web y, finalmente, Semantic sensor web. • La segunda parte, con enfoque fundamentalmente teórico, se centra en la elaboración de un modelo analítico, tanto para entornos estáticos como nomádicos y móviles, de la arquitectura definida. El conjunto de los modelos propuestos se caracteriza por su independencia respecto a aspectos específicos de dominios de aplicación concretos; este aspecto se considera absolutamente fundamental para proporcionar un enfoque general a los varios análisis y resultados relacionados. Dicho modelo es el fundamento teórico para el entorno de simulación propuesto. También se proporciona una introducción a los posibles modelos de análisis y evaluación de arquitecturas reales complejas. • La tercera parte del trabajo de tesis, con carácter más aplicativo y experimental se centra en el desarrollo del framework de referencia propuesto y en su particularización e integración para soporte de aplicaciones concretas. Los dominios aplicativos objeto de interés en el ámbito del trabajo de tesis se caracterizan por requisitos funcionales complejos que determinan soluciones innovadoras y conceptualmente avanzadas. La arquitectura se ha implementado como se presentará en el capítulo correspondiente mediante la utilización de los nodos MicaZ de Crossbow.