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

Resumen

El 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 una única 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.

Abstract

The main objective of Cognitive Radio (CR) is optimizing spectrum utilization in multi-carrier systems and has been studied to increase performance in wireless sensor networks (WSN). Special attention has been given to quality of service (QoS) parameters such as energy consumption, average report delay and collision probability. However, some issues have not received enough attention due to the fact that nodes tend to be lowerend devices with limited capabilities, therefore, traditional CR techniques may not be implemented efficiently. CR allows secondary users (SUs, nodes that have no license over the operation band) to use the channel in an opportunistic manner as long as they do not cause significant interference on the primary users (PUs, nodes with a specific license over the allocated band). This is achieved by sensing the channel and identifying vacant bands to make use of them dynamically. In this paper, the WISPER protocol is studied, which is a WSN protocol capable of performing both, continuous monitoring (CntM) and event driven detection (EDD) duties by implementing a singleband CR scheme in order to identify the operational parameters that enhance both, energy consumption and data transmission in highly saturated environments. Results show that, by carefully selecting frame length and state-switching rates, average discarded packets and power consumption are optimized.

Referencias no citadas

Akan et al., 2009, Arampatzis et al., 2005, Bae et al., 2010, Bouabdallah et al., 2009, Bravo y RR, 2014, Chaos y Moreno-Salinas, 2013, Frolik, 2004, Guzman-Medina et al., 2014, Heinzelman et al., 2002, Leyva-Mayorga y Rivero Angeles, 2012, Tafur y García, 2014, Leyva-Mayorga et al., 2015, Lirio Castellanos-Lopez et al., 2014, Manjeshwar y Agrawal, 2000, Manjeshwar y Agrawal, 2002, Cañasa y Hernández, 2014, Yau et al., 2009 and Younis y Fahmy, 2004.