Estudio de consumo energético para algoritmos de recolección de datos en redes de sensores inalámbricos bajo el protocolo Lorawan

Abstract

El Internet de las Cosas, comúnmente conocido como IoT por sus siglas en inglés, es un paradigma tecnológico que se ha posicionado fuertemente en la última década. Una descripción simple del concepto es la de una red de objetos con sensores que está conectada a Internet. El presente trabajo de memoria se desarrolla en el contexto IoT y se enmarca en el proyecto FONDEF titulado Sistema abierto experto para apoyar la gestión de recursos hídricos mediante monitoreo de bajo costo en tiempo real de aguas superficiales y subterráneas, el cual tiene por objetivo aportar al cuidado y estudio de los recursos hídricos en Chile. Para esto, se propone la implementación de un sistema de monitoreo remoto de masas de agua dulce, con el fin de facilitar su estudio y cuidado. El monitoreo de este sistema es efectuado por dispositivos electrónicos llamados nodos sensores, los cuales están compuestos por un microcontrolador, sensores de distintos tipos, una fuente de poder y un dispositivo de transmisión inalámbrica. Sus principales tareas consisten en recolectar datos del ambiente que los rodea y transmitirlos. Además, estos dispositivos están pensados para ser desplegados en ambientes de difícil acceso, por lo que deben contar con autonomía energética, generalmente basada en una batería, y con capacidad de transmisión de datos a larga distancia, siendo esta última tarea energéticamente costosa. Dado lo anterior, el consumo energético de los nodos sensores se vuelve un factor crítico, considerando el interés que se tiene en maximizar su tiempo de monitoreo autónomo. Es por esto, que en este trabajo de memoria se plantean algoritmos para la reducción del consumo energético en un nodo sensor. Estos algoritmos se enfocan en el proceso de recolección y envío de datos, haciendo uso de codificaciones para reducir su tamaño y así gastar menos tiempo transmitiendo, lo que conlleva a una reducción de su consumo de energía. Para probar estos algoritmos, se desarrolla a nivel de hardware y software un nodo sensor funcional de tres iteraciones. Luego, se realizan pruebas de consumo energético para comparar a los algoritmos, resultando ser todos equivalentes entre sí energéticamente. Por esto, se comparan los algoritmos a nivel computacional, resultando todos ser de orden lineal. Finalmente, se realiza una comparación de mejor y peor caso, resultando la codificación Diferencial como el mejor algoritmo.