DOCENCIA: Doctorado

 INFORMACIÓN GENERAL

Título:

Contribución a la mejora de las prestaciones en redes de acceso inalámbricas no convencionales.

Autor:

Ramón Agüero Calvo.

Tutor:

Luis Muñoz.

Año Finalización:

2008.

 DESCRIPCIÓN

La presencia de topologías multi-salto en comunicaciones inalámbricas de todo tipo es cada vez más apreciable, esperándose además que esta tendencia se mantenga en un futuro cercano. A pesar de que inicialmente fueran concebidos para solventar la falta de infraestructura subyacente en ciertos escenarios concretos, estos despliegues han acaparado el interés de diferentes actores del ámbito de las comunicaciones (incluyendo los operadores), con lo que es razonable pensar que su relevancia irá creciendo paulatinamente. De hecho, existen diversas iniciativas en algunos foros de estandarización que de alguna manera corroboran este hecho. Hay que tener en cuenta, por otro lado, otros factores adicionales (como la eclosión que se ha producido en el campo de las redes de sensores inalámbricos) que seguramente fomentarán el uso de estas topologías.

A pesar de la creciente actividad en el ámbito de los despliegues multi-salto, sigue siendo necesario establecer, de manera cuantitativa, cuáles son sus posibles beneficios, tanto para los usuarios finales de los sistemas de comunicación, como para los operadores, especialmente teniendo en cuenta el elevado grado de heterogeneidad que también caracterizará las redes inalámbricas.

Por otro lado, en lo que se refiere a los algoritmos y protocolos a ser empleados sobre este tipo de topologías, y a pesar de la intensa labor de investigación que sobre ellos se ha realizado recientemente, queda aún un número relevante de aspectos a analizar. En primer lugar, el mero hecho de que sus requerimientos y retos iniciales hayan variado de manera sustancial puede, y debe, influenciar sus principios básicos. Además, es necesario acometer verificaciones de los mismos sobre plataformas reales y, así mismo, asegurar que las evaluaciones que se realicen con técnicas de simulación utilicen modelos reales que permitan reflejar de manera fidedigna las condiciones que se dan en la realidad.

Esta Tesis afronta, en primer lugar, la evaluación cuantitativa de la mejora que es posible alcanzar al utilizar topologías inalámbricas multi-salto para extender despliegues de red más tradicionales. Un primer aspecto que es razonable considerar es la ampliación de la cobertura que se consigue; en este caso se ha realizado un análisis que sigue un doble enfoque, analítico y mediante técnicas de simulación, para determinar es la ganancia que se logra. Se ha partido de dos modelos de red complementarios entre sí, asumiendo en el primero de ellos una falta total de planificación previa, mientras que en el segundo se utiliza un emplazamiento óptimo de los elementos de conexión a la red. Se ha comprobado que, a pesar de sus características claramente antagónicas, los resultados obtenidos con ambos escenarios son similares entre sí. Además, se concluye que, a pesar de que la ampliación de la cobertura que se alcanza es muy relevante, es posible establecer un límite razonable para el número máximo de saltos a emplear, ya que la mejoría adicional al incrementar la longitud de la ruta deja de ser apreciable a partir del mismo. Este aspecto se podría aprovechar para influir en el diseño de las técnicas de encaminamiento a emplear sobre este tipo de topologías.

Se analizan también otras mejoras adicionales, utilizando un escenario en el que predomina sobremanera la heterogeneidad de los elementos de conexión a la red, e integrando las extensiones multi-salto con un algoritmo de selección de acceso genérico, que permite modular el peso que tienen las diferentes entidades (tanto el terminal de usuario como la propia red), así como diversos parámetros y restricciones a considerar, a la hora de determinar la alternativa de conexión óptima. Se comprueba que, tanto para los usuarios, gracias a la mejora de la calidad del servicio que perciben, como para la red, que incrementa el tráfico que es capaz de cursar, el uso de comunicaciones multi-salto puede resultar altamente atractivo.

En segundo lugar, también se afronta la mejora de las técnicas de encaminamiento que tradicionalmente se emplean sobre las redes multi-salto, basadas en minimizar el número de saltos entre los dos extremos de la comunicación. Para ello, y utilizando el paradigma de Cross-Layer Optimisation, se propone una versión mejorada del protocolo DSR, denominada SADSR, que emplea la información relativa a la calidad de los enlaces subyacentes para modular el algoritmo de selección de ruta. Destacar que se acomete una verificación experimental de dicha propuesta, contestando, de este modo, a una de las reivindicaciones más importantes en este campo. Los resultados obtenidos permiten inferir que las prestaciones de la propuesta realizada en el marco de esta Tesis son superiores a los de la versión original del DSR.

A pesar del evidente valor que las validaciones empíricas aportan, tienen la limitación de que es complicado establecer topologías con un número elevado de nodos, o acometer experimentos con una pauta repetitiva para determinar un comportamiento promedio. Es por ello que también se acomete un análisis mediante técnicas de simulación, en el que se compara SADSR con la versión original del DSR, así como con otras propuestas que han acaparado el interés por parte de la comunidad científica. Los resultados que se derivan a raíz de la evaluación llevada a cabo no hacen sino corroborar lo que ya adelanta la verificación experimental, ya que las prestaciones del SADSR son muy superiores a las del resto de alternativas analizadas.

Para llevar a cabo el análisis anterior es fundamental el uso de un modelo de canal que refleje, con el mayor grado de exactitud posible, un comportamiento realista. Para ello, en la Tesis se afronta el diseño, implementación y posterior integración en la plataforma Network Simulator de BEAR, un modelo de canal basado en filtrado auto-regresivo, que se caracteriza principalmente por emular la aparición de errores a ráfagas que se observa en entornos reales. En ese sentido, se parte de un extenso conjunto de medidas que permite corroborar el correcto funcionamiento de la propuesta.