Sumidero híbrido para redes inalámbricas de sensores

Abstract

Actualmente los dispositivos que dan vida al Internet de las Cosas son aquellos sistemas destinados a conectarse con un servicio externo al que enviar o recibir un conjunto de información u órdenes que varía en función del marco de la aplicación y de sus requisitos. La constante evolución de estos dispositivos viene determinada por varios factores. En primer lugar, el coste por dispositivo se abarata debido a la miniaturización de los componentes electrónicos. El consumo eléctrico de las baterías también es menor gracias al empleo de tecnologías de comunicación más eficientes y algoritmos que reducen el tiempo empleado para comunicarse por radio. Por último, la capacidad de integración actual permite equipar a estos dispositivos con una potencia de cálculo muy superior a la de generaciones anteriores. Estos nuevos sistemas pueden procesar en el propio chip la información obtenida con un alto grado de detalle. De esta manera, solo se envían al exterior los datos procesados que estén listos para utilizar o enviar un conjunto de datos de una sola vez. Todos estos avances permiten el uso masivo de estos dispositivos en nuevos sectores y que las aplicaciones actuales y futuras se enriquezcan en gran medida, beneficiando a usuarios, empresas, industrias, gobiernos o incluso universidades. A medida que aumentan los escenarios posibles en el que estos dispositivos deben de conectarse y comunicarse con otras redes se definen unos nuevos retos de conectividad. En este trabajo desarrollaremos un nuevo tipo de sumidero híbrido que dará soporte a la comunicación de distintos dispositivos que forman parte de la infraestructura del Internet de las Cosas. Los sumideros híbridos permitirán a estos pequeños sistemas enviar la información que recolectan sus sensores hacia un servicio externo. En concreto desarrollaremos un diseño flexible capaz de aceptar diferentes tipos de tecnologías inalámbricas y protocolos. Los sumideros híbridos podrán ser reconfigurados en función de los cambios de la topología. El diseño podrá ser desplegado en todo tipo de entornos, ya que no requiere una posición fija de los sistemas ni los sensores. Esto a su vez posibilitará la utilización de un gran abanico de sensores y actuadores. Discutiremos las plataformas hardware de bajo coste y software de código abierto que se emplearán para implementar el sistema final y además seremos capaces de proporcionar tolerancia a fallos en ciertos puntos de la red para conseguir una infraestructura más robusta. Una vez que el sistema este totalmente montado y sea funcional evaluaremos el diseño planteado elaborando un estudio de prestaciones sobre un entorno de pruebas comparable al mundo real. En las pruebas un dispositivo embebido enviará la información recolectada de sus sensores a una plataforma del Internet de las Cosas en la nube bajo diferentes circunstancias de conexión. Durante la ejecución de las pruebas monitorizaremos varios parámetros del diseño que nos permitirá conocer los beneficios obtenidos en este trabajo y descubrir nuevas líneas de investigación para continuar con el desarrollo de este trabajo.

These days the devices that give life to the Internet of Things are those systems designed to connect with an external service that sends or receives a set of information or orders that varies depending on the framework of the application and its requirements. The evolution of these devices is continuing due to several factors. In the first place, the cost per device is becoming cheaper due to the miniaturization of the electronic components used. The electric consumption of the batteries is also lower thanks to the use of more efficient communication technologies and which are equipped with algorithms that reduce the time expend in the communication over the radio. Finally, the current integration capacity allows equipping these devices with more computing power than the previous generations. These new systems can process inside the chip the information obtained with a high degree of detail in the system itself. In this way, only the data that are sent abroad are ready to use or a set of data can be send at once. All these advances allow the massive use of these devices in new sectors. Furthermore current and future applications are greatly enriched, benefiting users, companies, industries, governments or even universities. As the possible scenarios in which these devices should connect and communicate with other networks are becoming larger, new connectivity challenges are defined. In this work we will develop a network based on a new type of hybrid sink that will support the communication of the devices that are part of the Internet of Things infrastructure. The hybrid sinks will allow these small systems to send the information collected by their sensors to an external service. We will develop a flexible design capable of accepting different types of wireless technologies. The hybrid sinks can be reconfigured based on changes in the topology. This design can be deployed in all types of environments because neither the systems nor sensors need a fixed position in the field. In return this will enable the use of a wide range of sensors and actuators. We will discuss the low-cost hardware platforms and open source software that will be used to implement the final system and we will also be able to provide fault tolerance at certain points in the network to achieve a more robust infrastructure. Once the system is fully assembled and functional, we will evaluate the proposed design, preparing a study of benefits on a testing environment that is comparable to the real world. In the tests an embedded device will send the information collected from its sensors to an-Internet of Things platform in the cloud under different connection circumstances. During the execution of the tests we will monitor several parameters of the design that will allow us to know the benefits obtained in this work and discover new lines of research to continue with the development of this work.