Diseño de un protocolo MAC con una multiplexión temporal eficiente para redes inalámbricas locales energéticamente autosustentables equipados con dispositivos captadores de energía

Abstract

En la actualidad existe un crecimiento acelerado en el número de dispositivos que utilizan la red para comunicarse, sumado a que la de manda por velocidades de transmisión más altas ha aumentado. Conjuntamente con este requerimiento, existe una exigencia tácita: dispositivos más autónomos, es decir, dispositivos que tengan baterías lo suficientemente eficiente para no tener que cargarlos frecuentemente. Esto ha creado la necesidad de contar con protocolos que utilicen eficientemente el ancho de banda disponible de Internet, además de que sean considerados con la batería de los equipos. Una de las soluciones que se han planteado es la de utilizar frecuencias más elevadas de comunicación, llegando en la actualidad a transmitir a frecuencias de decenas de Gigahertz. Una banda que tiene especial interés, es la banda de 60 Ghz (58 -61 GHz), pues es una banda no licenciada y provee una alta tasa de transmisión de datos. Esta tesis presenta un protocolo Media Access Control (MAC), orientado a las ondas milimétricas (ondas que trabajan a frecuencias entre 30 y 300 GHz), que mejora el desempeño del protocolo Process-Stacking Multiplexing Access (PSMA) y adaptarlo a una red centralizada. Aquí se propone el protocolo Variable Slot Time-Time Division Multiple Access (VST-TDMA). Este usa de forma más eficiente el ancho de banda pues no desperdicia tiempo, como si ocurre en Multiplexación por División de Tiempo (TDMA, Time Division Multiple Access). Además, es energéticamente eficiente y autosustentable, pues variará su tasa de transmisión dependiendo del estado de carga (SOC, State of Charge) de la batería del dispositivo. Para diseñar este, se mantuvo el funcionamiento general del protocolo PSMA, cuya idea central es la de agendar procesos, reservando el uso de canal a medida que los equipos que integran la red soliciten usarla, asignando a cada uno de ellos el tiempo exacto que requieran de utilización del canal. No obstante, el principal cambio que se añade es que la Estación Base (BS, Base Station) envía cíclicamente un broadcast, para para incorporar y/o sincronizar cualquier dispositivo que requiera acceder la red, o si la BS necesita enviar datos a alguno de los nodos. Seguidamente, se describirá el algoritmo que se usó para la estimación de los parámetros que condicionan el comportamiento de la batería. El principal resultado de VST-TDMA, es lo relacionado con la batería. En términos de desempeño en transferencia de datos, tiene un resultado similar a PSMA. No obstante, en lo relacionado a la energía, se puede notar que la información que se puede obtener de la batería permite que el protocolo decida en qué momento debe bajar su tasa de transferencia, para no degradarla, y de esta forma tenga mayor vida útil. Además, se llegó al hecho que el parámetro que condiciona principalmente a la batería es el parámetro α, logrando errores bajos en el caso de ser estimado con precisión. Como trabajo futuro, para empezar, se propone el implementar completamente el protocolo en Opnet, tanto desde el punto de vista de funcionamiento, como de la estimación de los parámetros que modelan la batería. De esta forma, será posible conocer el comportamiento más completo del protocolo. Finalmente, se podría implementar este protocolo con algún medio físico, y a las frecuencias a la cual fue diseñado. Se podría utilizar field-programmable gate array (FPGA), dónde se programaría el protocolo y se podría observar el comportamiento en un ambiente real.