El desarrollo de las redes de sensores inalámbricas o Wireless Sensor Networks (WSN) en los últimos años ha posicionado su investigación como prioridad, a fin de ver las posibilidades que tienen estas como redes inteligentes para el futuro. Las WSN presentan varias desventajas como el consumo de la energía, la escalabilidad en la red, su adaptación a terrenos desfavorables para las comunicaciones no cableadas, las cuales dificultan su implementación. En años recientes, muchas técnicas han sido desarrolladas en esta dirección, al proponer varias alternativas acerca de qué tipo de algoritmo es más conveniente para poder minimizar el consumo energético y, a su vez, maximizar la vida de los dispositivos que son parte de la red. El objetivo principal en la presente tesis es comparar el funcionamiento de los algoritmos de gossiping o cotilleo RGA (Randomized Gossip Algorithm) y DRG (Distributed Random Grouping) aplicados en redes inalámbricas simuladas por software, por medio de la creación de librerías, posterior al cual se realizará una implementación en menor escala de los algoritmos en una red inalámbrica de sensores. En el presente trabajo se documentará los resultados logrados en las simulaciones para los dos algoritmos mencionados, así como de sus derivados, en función a parámetros de desempeño aplicables para este tipo de algoritmos de enrutamiento. De igual forma se comparará su desempeño en una red implementada y se presentará las conclusiones de los beneficios y desventajas de uno u otro para ciertas aplicaciones.

La versatilidad de las comunicaciones inalámbricas nos brinda la posibilidad de desplazarnos por diferentes lugares, manteniendo la conectividad a una red con las mismas características como si estuviéramos conectados a una red cableada, siempre y cuando estemos dentro del rango de cobertura de la red inalámbrica. Así mismo, hace posible la comunicación en áreas de muy difícil acceso o en donde el cableado alcanza precios prohibitivos. Esta tecnología no sólo aminora los costos respecto a una instalación cableada, sino que también es de fácil implementación y permite importantes ahorros en la mantención de la red. El presente trabajo tiene como objetivo diseñar e implementar una red inalámbrica para propósitos de control de procesos industriales realimentados con fines didácticos. Se utiliza modelos de procesos industriales y la instrumentación necesaria para medir y controlar variables industriales en lazo cerrado en un entorno de laboratorio de control de procesos, utilizando MODBUS como protocolo de comunicación de datos. En la primera etapa de la investigación se definió un proceso de control representativo, que cuente con las características típicas de las aplicaciones industriales. En este caso se eligió realizar el control de velocidad de un motor de corriente continua por la posibilidad de los recursos y porque representa un caso típico en aplicaciones en la industria textil, por mencionar un ejemplo. Definido el proceso, se procedió a la selección de los equipos de comunicación inalámbrica a utilizar en el presente trabajo. Luego de ello, se pasó a la configuración de los mismos de acuerdo a las exigencias y requerimientos del proyecto, así como el diseño del entorno de supervisión para el control de velocidad del motor. En la segunda etapa se implementó la red inalámbrica en el laboratorio de Control Avanzado del Pabellón de Ingeniería Electrónica de la Pontificia Universidad Católica del Perú. En esta etapa se hicieron pruebas para corroborar las prestaciones de la red. Y por último, se realizaron las experiencias correspondientes para poner en funcionamiento el entorno de supervisión

Las aplicaciones de redes inalámbricas de sensores por lo general son desplegadas en entornos donde ya existe comunicación inalámbrica que hacen uso de las bandas ISM y licenciadas. Los dispositivos inalámbricos que utilizan la banda ISM como redes WiFi, Bluetooth, o dispositivos de control remoto, proliferan en las calles causando interferencia entre ellos; por lo que en este ambiente contaminado de radiación electromagnética un dispositivo inalámbrico que trabaja en la banda ISM estará expuesto a las interferencias, razón por lo que la comunicación tendrá muchas probabilidades de fallar en cualquier momento disminuyendo la transferencia de datos o anulándolo por completo, por lo tanto es necesario hacer un estudio previo que permita conocer la zona de despliegue. La red de sensores inalámbricas implementado en el Proyecto 153-FINCYT está pensado para ser desplegado en una zona de interés que pueden ser una avenida, una zona residencial o cualquier ambiente exterior para realizar la medición de los contaminantes de aire. La red de sensores utiliza el estándar IEEE802.15.4 en la banda ISM 2.4 GHz y de 900MHz, por lo que su despliegue en estas zonas exteriores hará que se degrade la comunicación entre el nodo sensor y la puerta de salida (Gateway) por causa de las interferencias electromagnéticas. La tesis tiene como objetivo implementar una metodología que permita ayudar y dar recomendaciones al diseño, a la implementación, pruebas y despliegue de redes de sensores inalámbricas IEEE 802.15.4 en 2.4GHz en ambientes externos. Para esto se ha analizado estudios anteriores sobre el tema y se ha realizado pruebas de laboratorio y de campo para demostrar los efectos de interferencia en enlaces IEEE802.15.4 en 2.4GHz en ambientes urbanos externos. En la metodología se describe como identificar el tipo, grado y distribución de la interferencia en la zona donde se desplegaría la red inalámbrica de sensores. / Tesis

El rápido avance del internet de las cosas ha supuesto plantear nuevas maneras de implementar las redes de sensores. Es así como la tecnología RFID se ha ido tornando cada vez más atractiva como una alternativa que no requiere el uso de baterías. La plataforma WISP (Wireless Identification Sensing Platform) es uno de los dispositivos que más ha permitido impulsar el desarrollo de sensores RFID. WISP es la primera etiqueta RFID computacional, es decir, que permite programar un algoritmo básico en su memoria. Sin embargo, al igual que con las redes de sensores actuales, estos dispositivos suelen ser blancos fáciles de atacantes cibernéticos ya que son un punto débil en la red debido a sus limitaciones en recursos de hardware y energía que dificultan desarrollar criptografías en software eficientes. En este trabajo se presenta un estudio sobre el diseño de una arquitectura para un procesador criptográfico de Curvas elípticas (ECC) de bajo consumo energético implementado que cumple con las limitaciones energéticas para ser utilizado con la etiqueta WISP. Este trabajo está basado en las arquitecturas propuestas por Ahmad Salman [1] y Siddika Berna [2].

La idea central de ésta tesis titulada “Análisis y Simulación de la Capa Física del Estándar de Redes Inalámbricas 802.11b y su Mecanismo de Encriptación” es desarrollar un completo software de simulación que permita analizar el desempeño de este sistema, sobre un canal AWGN propenso a la interceptación y manipulación de información, donde los resultados obtenidos puedan servir como referencia para futuras simulaciones de sistemas de comunicación en ambientes inalámbricos mucho más hostiles e inseguros como el canal de fading multipath. La metodología presentada aquí, ayudará a comprender el por qué de la necesidad de este tipo de estudios, la base teórica sobre la cual este se soporta, las especificaciones técnicas adoptadas para este, los criterios a tener en cuenta en el diseño é implementación de la simulación, así también como los resultados obtenidos en el desempeño de la simulación del sistema. El modelo más eficiente y flexible del sistema ha sido implementado y refinado, cumpliendo todas las especificaciones del estándar. La mayoría de simulaciones que han sido realizadas reflejan la realidad con mucha precisión. Usando la valiosa información obtenida de estas, se demostró con diferentes técnicas y pruebas, el buen desempeño del sistema, y la validez del modelo implementado y el fundamento teórico analizado. La asunción hecha acerca de un canal AWGN como medio inalámbrico de propagación, es perfectamente válida y no causa una significativa pérdida de generalidad, ya que constituye el límite superior de desempeño y de referencia para el desempeño de otros canales inalámbricos. De esta manera, se ha logrado importantes aportes que en menor ó mayor grado ayudarán a un mejor entendimiento del estándar y los principios fundamentales sobre los que este se basa, dando paso a futuros trabajos mucho más especializados sobre las muy prometedoras redes de área local inalámbricas. / Tesis

El presente proyecto busca apoyar en la solución de uno de los problemas más grandes que existe en nuestro país que es el relacionado al acceso a la información en zonas rurales. Por tal motivo, la solución planteada también debe significar una herramienta muy importante para mejorar la educación y salud en dichos sectores, contribuyendo a su desarrollo, que en su conjunto, significará el desarrollo de nuestro país. / Tesis

El presente trabajo es el desarrollo de un requerimiento de conectividad entre establecimientos que pertenecen a la red de salud de la región de Madre de Dios. A través de enlaces digitales de alta velocidad, se permitirá la transmisión de información (voz, datos y video), entre la "Dirección Regional de Salud" y los "Centros de Salud" incluido el Hospital San Martín, ubicados en el tramo Puerto Maldonado Iñapari. Se busca el mejoramiento de los servicios asistenciales y administrativos en la atención de la salud, a través de la utilización de enlaces inalámbricos punto a punto de hasta 11 Mbps bajo la norma IEEE 802.11b, y la utilización de equipos de bajo consumo de energía, alimentados por sistemas de generación alternativa, como es la energía fotovoltaica. / Tesis

Autorizado por el autor, pero con restricción para ser publicada a texto completo hasta el año 2015 / En el marco de la masificación de las comunicaciones inalámbricas y de la convergencia de los servicios al formato IP, las redes inalámbricas 802.11 han tenido un crecimiento explosivo en los últimos años, estando presentes en todo tipo de organizaciones. Estas redes son hoy sistemas complejos capaces de tener varias decenas o cientos de APs, los cuales son controlados desde dispositivos centralizados que permiten a los administradores configurar el hardware y los recursos de radio, pudiendo realizar tareas avanzadas de optimización y monitoreo de la red. La movilidad que permiten estas redes, por su naturaleza inalámbrica y la migración de aplicaciones al formato IP hace que sean capaces de incorporar nuevos servicios, como por ejemplo la telefonía IP para ser usada dentro de la empresa. En otro contexto de servicios que agregan valor a la red inalámbrica se encuentra la posibilidad de utilizar ésta para identificar y localizar activos de la empresa, para lo cual la solución más popular es utilizar tags RFID del tipo activo, cuya característica principal es ser compatibles con el protocolo 802.11, lo que les permite comunicarse vía Wi-Fi. Estos sistemas usan la medida de intensidad de señal propia de este protocolo para, haciendo uso de modelos de propagación de ondas, calcular la posición del tag por trilateración o diferencia de tiempos de llegada. Para efectos de este trabajo de título se realizó la recopilación de antecedentes sobre la tecnología RFID que hace de soporte a este sistema, así como de los sistemas de localización en general, y en particular de las soluciones ofrecidas por los fabricantes Cisco y AeroScout, para así entregar una arquitectura de red básica que permite entregar un servicio de identificación y localización de activos. También forman parte del trabajo la implementación técnica de dicha arquitectura en un laboratorio, y finalmente un análisis de los servicios que puede proveer la red, así como los costos y beneficios económicos involucrados y un análisis de rentabilidad del proyecto en una posible aplicación a clientes. Los procedimientos y configuraciones de diseño se encuentran descritos en detalle tanto en el informe final de trabajo de título como en documentación para la empresa donde se realizó el proyecto. La interfaz de usuario del proyecto es una aplicación web generada que permite una vez comunicada con el resto de la arquitectura entregar un servicio de inventario de activos, haciendo las veces de demostración del funcionamiento del sistema. Además para este desarrollo se creó una librería en PHP a modo de interfaz con uno de los equipos de la arquitectura, lo cual permite utilizar información de localización en aplicaciones web desarrolladas a pedido del potencial cliente. Los resultados del trabajo son un diseño de red capaz de identificar y localizar tags RFID activos y clientes Wi-Fi comunes, una herramienta de pre-venta que permite calcular la rentabilidad de una instalación de este tipo para distintos clientes, y la documentación técnica asociada a la implementación. El proyecto resultó ser rentable para los servicios de localización e inventario a pesar de estar caracterizado por una inversión fuerte, siendo uno de los principales beneficios de éste el ahorro en recursos humanos producto de la facilidad de localización.

La naturaleza y complejidad de las nuevas aplicaciones de monitorización y control, junto con los nuevos avances en miniaturización, la comunicación ubicua y la convergencia digital, han impulsado el desarrollo de las redes inalámbricas de sensores y actuadores, lo que ha permitido concebir nuevas aplicaciones que anteriormente eran poco viables debido a limitantes tecnológicos. Los nodos de la red se distribuyen sobre el área de cobertura de la aplicación y cooperan para la solución de problemas específicos. Estas arquitecturas de sistemas aumentan la flexibilidad de los mismos, contribuyen a disminuir el impacto producido por los fallos en un componente y los costes de implementación, facilitan las actividades de diagnóstico, mantenimiento y trazabilidad en los procesos, y propician nuevos niveles de seguridad, confort y productividad en todas las áreas, cubriendo desde los entornos industriales hasta los individuos, como por ejemplo aplicaciones de domótica y del cuidado de la salud. En general, estas aplicaciones demandan un elevado nivel de garantía de buen funcionamiento y seguridad, y su naturaleza concurrente y no determinista hace que su análisis y diseño sean complejos. Esto ha generado que en algunos casos no se obtenga una buena correspondencia entre los resultados experimentales y los objetivos de funcionamiento propuestos, lo cual es consecuencia del uso de modelos imprecisos para analizar y diseñar estos sistemas, métodos de validación poco elaborados y plataformas que no soportan los modelos empleados. Por lo que es deseable que el proceso de construcción de estos sistemas sea claro y comprenda los elementos necesarios para su realización. Esta nueva área integra disciplinas que han tenido desarrollos aislados, tales como instrumentación, redes de comunicaciones, teoría de control, procesamiento de señales, computación e informática. / Martínez Castro, D. (2011). Metodología de diseño para minimizar el consumo de potencia y los retrasos en redes inalámbricas de sensores y actuadores con retrasos acotados [Tesis doctoral no publicada]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/11552 / Palancia

[ES] La llegada de la próxima generación del estándar de comunicaciones móviles, la llamada quinta generación (5G), es prácticamente una realidad. Las primeras redes comerciales han comenzado a ser desplegadas, centrándose en ofrecer altas velocidades de transferencia de datos. Sin embargo, el estándar 5G va mucho más allá y prevé dar soporte a nuevos servicios que pretenden revolucionar la sociedad. Estos nuevos servicios imponen un nivel alto de requisitos en no solo en cuanto a velocidad del tráfico de datos, sino en cuanto a latencia o número de dispositivos conectados simultáneamente. La amplia variedad de requisitos no puede ser soportada por las redes de cuarta generación (4G), por lo que se hizo necesario plantear un nuevo paradigma para las redes inalámbricas. Con la promesa de grandes cantidades de ancho de banda sin utilizar, el estándar 5G contempla utilizar frecuencias en la comúnmente conocida como banda de milimétricas (mmWave). Esta banda presenta grandes pérdidas de propagación, que se acentúan si existen bloqueos de señal. Actividades regulatorias del uso de las bandas de milimétricas atrajo el interés tanto de la industria como de la academia en plantear soluciones para dar servicio en estas bandas. En los últimos años se han presentado infinidad de trabajos basados en sistemas con múltiples antenas o MIMO, para conformar las señales transmitidas o recibidas en haces apuntando en determinadas direcciones. La ganancia que aportan los sistemas MIMO pueden compensar las altas pérdidas de propagación, asegurando la viabilidad de las comunicaciones mmWave. Se ha detectado una evidente falta de estudios sobre la viabilidad de sistemas MIMO en entornos móviles y dinámicos con bloqueos que hagan necesario que el sistema se reconfigure. Esta Tesis pretende cubrir este espacio desde un enfoque práctico y propone mecanismos de gestión de los haces para hacerles un seguimiento utilizando los recursos y mecanismos del nuevo estándar 5G. Las soluciones aportadas se basan en el uso eficiente de los reportes de medidas de las señales de referencia estandarizadas en enlace descendente. En primer lugar, esta Tesis recoge un análisis minucioso del estado del arte, donde se corrobora la necesidad de aportar soluciones de seguimiento de haces en sistemas de comunicaciones en la banda de milimétricas. Además, se estudian los diferentes mecanismos definidos en el estándar 5G y que posibilitan el seguimiento. Cabe destacar que el estándar no define un mecanismo único a seguir, permitiendo presentar propuestas. Una vez conocidas las tecnologías, se centra el estudio en el impacto del seguimiento sobre las prestaciones a nivel de red y de enlace. Dicho estudio se realiza sobre un sistema punto a punto, donde el terminal móvil se desplaza por un entorno urbano. En base a simulaciones de red, se cuantifica el índice de seguimiento de haz y de cómo dicho seguimiento afecta a la relación señal a ruido más interferencia (SINR) y la tasa de transmisión del usuario. Las soluciones de seguimiento propuestas en esta Tesis se pueden clasificar en dos categorías. En una primera categoría, se realiza el seguimiento en base a reportes de medidas de las señales de referencia. Independientemente de la velocidad, se alcanza un seguimiento del 91% con poca penalización en la tasa de transmisión si se monitorizan los haces de interés con una periodicidad menor de 20 ms. En la segunda categoría caben mecanismos de seguimiento que hacen uso de fuentes externas de información. Dentro de esta categoría, se propone un fingerprinting que relacione haces con la localización reportada y un modelo de machine learning (ML) que prediga los haces a utilizar. El fingerprinting proporciona los mismos niveles de rendimiento. Sin embargo, esta solución es muy sensible a errores y requiere considerar todos los casos posibles, lo que la hace tecnológicamente inviable. En cambio, el modelo de ML, que hace p / [CAT] L'arribada de la següent generació de l'estàndard de comunicacions mòbils, l'anomenada cinquena generació (5G), es pràcticament una realitat. Les primeres xarxes comercials han començat a desplegar-se i s'han centrat en oferir altes velocitats de transferència de dades. No obstant, l'estàndard 5G va molt mes allà y preveu donar suport a nous serveis que pretenen revolucionar la societat. Estos nous serveis imposen un alt nivell de requisits no sols en quant a velocitat de tràfic de dades, si no també en quant a latència o número de connexions simultànies. L'ampla varietat de requisits no es suportada per les xarxes de quarta generació (4G) actuals, per el qual es va fer necessari un nou paradigma de xarxes sense fil. Amb la promesa de amplies quantitats d'ample de banda, l'estàndard 5G contempla utilitzar freqüències a la banda de mil·limètriques. Esta banda presenta l'inconvenient d'experimentar grans pèrdues de propagació, que s'accentuen en cas de bloqueigs. L'apertura de les bandes de mil·limètriques va atraure l'interès tant de l'industria com de l'acadèmia en plantejar solucions per a donar servei en estes bandes. En els últims anys s'han presentat infinitat de treballs basats en sistemes amb múltiples antenes o MIMO, per a conformar els senyals transmesos o rebuts en feixos apuntant en determinades direccions d'interès. El guany de feix es pot utilitzar per a compensar les pèrdues de propagació, assegurant la viabilitat de les comunicacions en la banda de mil·limètriques. No obstant això, s'ha detectat una preocupant manca d'estudis sobre la viabilitat d'estos sistemes en entorns mòbils i dinàmics, amb obstacles que bloquejen els feixos i facen necessari que el sistema es reconfigure. El present treball de Tesi pretén cobrir este espai buit i des d'un punt de vista pràctic, es proposen mecanismes de gestió dels feixos per a ser el seguiment utilitzant els recursos i mecanismes dels que disposa l'estàndard 5G. D'esta manera, les solucions aportades es basen en la utilització eficient dels reports de mesures dels senyals de referència del enllaç descendent. En primer lloc, esta Tesi recull una anàlisi minuciosa de l'estat de l'art on es corrobora la necessitat de aportar solucions de seguiment de feixos per a comunicacions en la banda de freqüències mil·limètriques. A més a més, s'estudien els diferents mecanismes definits a l'estàndard 5G i que possibiliten el seguiment. Cap destacar que l'estàndard no defineix un mecanisme únic, si no que deixa la porta oberta a presentar propostes. Una vegada conegudes les tecnologies, l'estudi es centra en l'impacte del seguiment sobre les prestacions a nivell de xarxa i d'enllaç. Este estudi es realitza sobre un sistema MIMO punt a punt, en una única estació base i un terminal mòbil desplaçant-se en un entorn urbà. En base a simulacions d'extrem a extrem, es quantifica l'índex de seguiment de feix i com l'anomenat seguiment afecta a la relació senyal a soroll més interferència (SINR) i a la taxa instantània de transmissió de l'usuari. Les solucions de seguiment de feixos propostes a la Tesi es poden classificar en dos categories. A la primera categoria, el seguiment de feixos es realitza en base als reports de mesures dels senyals de referència. Independentment de la velocitat, s'arriba a una taxa de seguiment del 91% amb poca penalització de taxa de transmissió si els feixos d'interès es mesuren amb una periodicitat menor a 20 ms. A la segona categoria pertanyen els algoritmes que utilitzen fonts d'informació externes. Dins d'aquesta categoria es proposa un fingerprinting que relaciona un parell de feixos amb la ubicació de l'usuari, i a banda un model d'intel·ligència artificial (IA) que preveu el feix a utilitzar. El fingerprinting ofereix el mateix rendiment. Però, esta solució es molt sensible a errors i requereix considerar tots els casos possibles, fent-la tecnològicament inviable. En canvi, el / [EN] The arrival of the next generation of mobile communication standards, the so-called Fifth Generation (5G), is already a reality. The first commercial networks have begun to be deployed, and they focus on providing higher data rates. However, the 5G standard goes much further from that and aims at providing support to new services which will revolutionise the society. These new services impose a high level of requirements not only in terms of the data traffic speed, but also in terms of very low latency or incredibly large number of simultaneous connections. This wide variety of requirements cannot be technologically supported by the current Fourth Generation (4G) networks, so it became necessary to move forward with a new paradigm for wireless networks. With the promise of large amounts of bandwidth, in the order of GHz, the 5G standard contemplates the use of frequencies in the commonly known Millimetre Wave (mmWave) band. The mmWave band experiences large propagation losses, which are accentuated in blockage events. Regulatory activities worldwide in the mmWave bands attracted the interest of both the industry and the academia. In the last few years, a tremendous number of contributions on mmWave propagation studies and networks have appeared, most of them based on Multiple-Input Multiple-Output (MIMO) solutions. MIMO architectures allow to beamform, which focuses the radiated energy on certain directions of interest called beams. The additional beam gain compensates the high propagation losses, ensuring the viability of the communications in the mmWave band. There is an evident lack of viability studies of mmWave MIMO systems in mobile and highly-dynamic environments, where obstacles may block beams and forcing frequent re-configurations. This Thesis work aims to fill this gap from a practical approach. This Thesis proposes beam management mechanisms utilising the mechanisms and resources offered by the Third Generation Partnership Project (3GPP) 5G radio access standard: 5G New Radio (NR). The practical solutions are based on the efficient use of measurement reports of standardised downlink Reference Signals (RS). In first place, this Thesis provides a thorough state-of-the-art analysis and corroborates the need of adopting beam tracking solutions for mmWave networks. Then, a complete overview of the 5G standard mechanisms that enable beam tracking is given. The NR standard does not define a standardised mechanism for beam tracking, leaving the door open to proposals to carry out such monitoring. Once the technologies have been identified, the Thesis continues with assessing the impact of the beam tracking strategies on the network and link-level performance. The study is focused on individual point-to-point mmWave links in a realistic urban environment. Based on end-to-end network simulations, the Thesis is interested in assessing the beam tracking success ratio and how beam misalignment affects the perceived Signal to Noise plus Interference Ratio (SINR) and user throughput at pedestrian and vehicular speeds. The beam tracking solutions proposed in this Thesis fall into two categories. The first category monitors beams based on measuring and reporting beamformed RS. Regardless of the speed, this beam tracking category provides up to 91 % tracking performance, with little throughput reduction if the beams of interest are measured with a periodicity below 20 ms. Beam tracking in the second category relies on external information sources. Within this category, this Thesis proposes a fingerprinting database relating beams to the user position and a machine learning (ML) model. Fingerprinting beam tracking is technologically viable and provides similar performance levels. However, this solution is very sensitive to errors and requires considering all possible situations. The ML beam tracking, which makes predictions with a 16 % of estimation error for the reference data set. / I want to thank the Spanish Ministry of Education and Professional Formation for funding this Thesis work with an official pre-doctoral contract grant. / Herranz Claveras, C. (2019). Beam Tracking Strategies for 5G New Radio Networks Operating in the Millimetre Wave Bands [Tesis doctoral no publicada]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/130845 / TESIS