Tesis doctoral de Paula Tarrío Alonso
La localización de los nodos de una red ad hoc o una red de sensores inalámbrica es de gran valor y utilidad en el contexto de la inteligencia ambiental, ya que posibilita un gran número de aplicaciones en las que se necesita conocer la posición de los nodos que realizan las medidas para interpretar la información correctamente y actuar en consecuencia. Algunas de estas aplicaciones pueden ser la gestión de emergencias, la monitorización del tráfico, la agricultura de precisión, el control domótico, la monitorización de pacientes y equipamiento en hospitales, etc. Pero además, independientemente de la aplicación concreta para la que se despliega la red, el conocimiento de la posición de los nodos posibilita el desarrollo de algoritmos que aprovechan esta información para optimizar algunos aspectos de funcionamiento de la red (como el encaminamiento o la compresión de datos), reduciendo el consumo de energía durante las comunicaciones. es bien sabido que en los dispositivos inalámbricos la energía es un recurso escaso, ya que la alimentación se realiza mediante pilas o baterías de duración limitada. Por esta razón, es muy importante gestionar eficientemente la energía consumida, ya que de ello dependerá la autonomía de los nodos y, por tanto, de la red. La gran cantidad de estudios que abordan el tema de la eficiencia energética desde distintos puntos de vista (a nivel hardware, optimizando el encaminamiento de los datos, etc.) Es un indicativo de la importancia que tiene este asunto en las redes ad hoc y en las redes de sensores. Sin embargo, pocos han sido los trabajos dedicados a estudiar el consumo de energía durante el proceso de localización de los nodos de la red. la localización de los nodos en una red inalámbrica consta normalmente de dos fases diferenciadas. En la primera, los nodos intercambian una serie de mensajes y realizan medidas de algún parámetro de la señal radio que reciben de sus nodos vecinos, como pueden ser el tiempo de llegada o la potencia de señal recibida. Posteriormente, estas medidas se procesan para determinar la posición de los nodos. Evidentemente, durante el proceso de localización de los nodos se consume energía, ya que los nodos deben comunicarse entre sí y, además, realizar algunas operaciones de procesado. Es fundamental, pues, que la localización se realice de manera eficiente, es decir, consumiendo poca energía, de modo que la vida útil de la red se prolongue durante el mayor periodo de tiempo posible. en la presente tesis se contribuye a esta idea de localización con eficiencia energética, mediante la concepción, el diseño, el desarrollo y la evaluación de nuevos métodos y técnicas de localización para redes ad hoc o redes de sensores eficientes en cuanto al consumo de energía y capaces de obtener una determinada precisión en la estimación de las posiciones. La tesis se centra en la localización basada en medidas de potencia de señal recibida, aunque la mayor parte de las técnicas propuestas son igualmente aplicables en otros tipos de localización. En particular, se ha abordado el problema desde los dos niveles que intervienen en el proceso de localización y que contribuyen al consumo energético: a nivel de comunicaciones radio y a nivel de procesado de información. a nivel radio se ha estudiado cómo realizar las comunicaciones entre los nodos de la red de forma eficiente cuando el objetivo es localizar. Es fácil comprender que este pro-ble-ma es diferente al de la transmisión eficiente de información a través de la red, ya que en el caso de la localización el objetivo es conseguir una determinada precisión en las medidas de los parámetros de la señal (la potencia de señal recibida, por ejemplo) que se utilizarán para calcular la posición de los nodos, mientras que en la transmisión de información lo que interesa es recibir correctamente los datos enviados por los distintos nodos. Así pues, se ha diseñado una estrategia de transmisión de mensajes que garantiza una determinada precisión en la medida de los parámetros de la señal radio y que, al mismo tiempo, minimiza la energía consumida durante estas comunicaciones. desde el punto de vista del procesado de la información, se han estudiado diferentes algoritmos para calcular la posición de los nodos a partir de las medidas realizadas de potencia recibida u otro parámetro radio. Se ha prestado una particular atención a la robustez de los algoritmos frente a posibles errores en modelado del canal de propagación, proponiéndose un conjunto de técnicas destinadas a mejorar la precisión de los resultados en situaciones prácticas en las que el canal de propagación no está perfectamente caracterizado. En general, para una precisión dada de las medidas radio realizadas, los algoritmos de posicionamiento que consiguen una mayor precisión en el resultado de localización son computacionalmente más complejos y, por tanto, implican un mayor consumo energético. Así pues, se ha analizado el compromiso entre eficiencia energética y precisión de distintos algoritmos y se han establecido algunas pautas para la selección del algoritmo en función de los requisitos de la aplicación. finalmente, para completar esta tesis, las ideas presentadas con anterioridad se han aplicado al caso de sistemas de localización híbrida basados en la medida de la potencia de señal recibida y en la navegación inercial. En particular, se han estudiado diversas estrategias para combinar ambos tipos de localización de forma óptima, es decir, minimizando el consumo de energía y garantizando una determinada precisión objetivo en el resultado conjunto de localización.
Datos académicos de la tesis doctoral «Métodos de localización eficiente para redes de sensores basados en la medida de la potencia de señal recibida / efficient localization methods for wireless sensor networks based on received signal strength measurements«
- Título de la tesis: Métodos de localización eficiente para redes de sensores basados en la medida de la potencia de señal recibida / efficient localization methods for wireless sensor networks based on received signal strength measurements
- Autor: Paula Tarrío Alonso
- Universidad: Politécnica de Madrid
- Fecha de lectura de la tesis: 20/05/2011
Dirección y tribunal
- Director de la tesis
- José Ramón Casar Corredera
- Tribunal
- Presidente del tribunal: javier Portillo García
- Miguel angel Lagunas hernández (vocal)
- Alberto González salvador (vocal)
- matteo Cesana (vocal)