Durante los últimos años las redes de sensores inalámbricas han sido objeto, como consecuencia de un creciente interés comercial, de una intensa actividad de investigación que ha determinado relevantes avances tanto en la tecnología base como en los aspectos de ingeniería a todos los niveles. Las redes de sensores inalámbricas se basan en el concepto de nodo sensor autónomo de bajo coste que proporciona recursos limitados en términos de cálculo y capacidad de almacenamiento de información, baja potencia de transmisión y sensorica avanzada. Se caracterizan por el tamaño extremadamente reducido y una ingeniería orientada a la eficiencia energética. A pesar de la disponibilidad de soluciones altamente avanzadas, caracterizadas por la eficiencia y la flexibilidad, la difusión comercial masiva se ha planteado más veces como hipótesis plausible y además parece tardar en concretarse de forma definitiva. Las principales causas están relacionadas, directamente o indirectamente, con dos factores: coste elevado y falta de suficiente fiabilidad/robustez. Una de las consecuencias del desarrollo de arquitecturas "ad-hoc" que caracteriza actualmente las redes de sensores inalámbricas es la de garantizar una gran cantidad de óptimos locales siendo la causa principal de una preocupante ausencia de estándares tanto en términos de protocolos de comunicación como en términos de organización y representación de información. También nuevos modelos de negocio y de explotación dentro de las organizaciones virtuales de última generación son actualmente temas de atención en el seno de la comunidad científica internacional. Este trabajo se sitúa en el marco de las últimas líneas de investigación orientadas a conciliar soluciones avanzadas, caracterizadas por una ingeniería innovadora, con su aplicación efectiva en el mundo real / Pileggi ., SF. (2011). Diseño, Especificación, Validación y Aplicación de una Arquitectura modular de gestión de Redes Inalámbricas de Sensores [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/10740

Las Redes Inalámbricas de Sensores (WSN por sus siglas en inglés) han demostrado ser fundamentales en la implementación de paradigmas como el denominado Internet de las Cosas. Sin embargo, por su forma de funcionamiento y entornos donde operan, este tipo de redes son susceptibles a errores o problemas durante su operación. La monitorización de las WSN, durante su desarrollo, despliegue o a lo largo de su vida útil, es la mejor forma de observar cómo trabajan, ya sea con fines de depuración, verificación o control de su operación. Las plataformas de monitorización suelen clasificarse según su enfoque, bien activo o bien pasivo. Los monitores activos requieren algún nivel de modificación en el sistema monitorizado y permiten adquirir información más precisa de la operación de la WSN, pero pueden interferir con su funcionamiento. Por otro lado, los monitores pasivos no requieren modificación del sistema observado por lo que prácticamente no causan intrusión en la misma, pero la información obtenida puede no ser suficiente. Existen también los bancos de pruebas, que pueden funcionar tanto de forma pasiva como de forma activa, pero su uso está limitado a entornos de laboratorio. Un monitor puede clasificarse como hardware o software en función de su naturaleza. También se ha definido un enfoque híbrido, donde se combinan elementos de hardware y software en la monitorización. Además, se denomina como híbrida a cualquier propuesta que combine al menos dos enfoques de funcionamiento (activo/pasivo, hardware/software). En este sentido, existen contadas propuestas híbridas de monitorización para WSN, pero están enfocadas a un tipo específico de nodos, su funcionamiento es limitado, y en ocasiones solo se han presentado de forma teórica. En esta tesis se presenta la propuesta de una Plataforma de Monitorización Híbrida, denominada HMP (Hybrid Monitoring Platform), orientada a la evaluación del comportamiento de cualquier WSN. Esta plataforma busca combinar los enfoques de monitorización activo y pasivo para aprovechar las ventajas de ambos al tiempo que se compensan sus inconvenientes. La arquitectura de la plataforma sigue un Modelo de Referencia genérico para plataformas de monitorización distribuida. Este modelo busca que los sistemas propuestos puedan ser aplicables a cualquier WSN, y que la independencia de niveles permita que los avances en un nivel del modelo no impliquen cambios en los otros, además de simplificar la interoperabilidad entre plataformas. La plataforma consta de tres tipos de componentes principales: Los Nodos Monitores, que se conectan de forma activa a los nodos de la WSN; los Nodos Espías, que capturan en el medio compartido los mensajes enviados por la aplicación WSN a monitorizar; y finalmente un Servidor de Monitorización. Los dos primeros componentes registran los eventos observados de la aplicación WSN a monitorizar, registrando el instante de tiempo en que éstos ocurren, y los hacen llegar al tercero, encargado de coordinar la recolección de los datos obtenidos por los otros componentes. El Servidor de Monitorización procesa los datos obtenidos, combinándolos en una única traza que refleja el comportamiento global de la aplicación. Esta traza puede ser analizada para evaluar las prestaciones, optimizar el funcionamiento o detectar problemas durante el diseño, despliegue u operación de la WSN. HMP utiliza un novedoso mecanismo de sincronización de las marcas de tiempo de los datos obtenidos. Este mecanismo, denominado GTSO (Global Trace Synchronization and Ordering Mechanism), realiza una sincronización fuera de línea. Su funcionamiento es simple pero efectivo, como se demuestra en las pruebas realizadas. Además, evita que existan cambios en el orden correcto de los eventos registrados. La plataforma completa ha demostrado su utilidad mediante la monitorización de una WSN real, obteniendo resultados satisfactorios. Además, HMP puede ser aplicada / Wireless Sensor Networks (WSN) have proven to be fundamental in the implementation of paradigms such as the Internet of Things. However, due to their mode of operation and the environments where they work, this type of networks is susceptible to errors or problems in their functioning. The monitoring of the WSN, during its development as in the deployment or throughout its useful life, is the best way to observe how they work, either for debugging purposes, verification or operation control. Monitoring platforms are usually categorized according to their working approach, either active or passive. Active monitors require some type of modification in the monitored system but they allow to obtain more precise information about the operation of the WSN. However, they may interfere with their operation. On the other hand, passive monitors do not require modification of the observed system so they practically do not cause interference or intrusion in it, but the information obtained may not be sufficient. There are also testbeds, which can function both in a passive way and in an active way, but their use is restricted to laboratory environments. A monitor can be also categorized as hardware or software depending on its composition. A hybrid approach has also been defined, where hardware elements and software elements are combined in the monitoring process. Besides, proposals that combine at least two operational approaches (active/passive, hardware/software) have been called "hybrid". In this sense, there are few hybrid monitoring proposals for WSN, but they are focused on a specific type of nodes, their operation is limited, or they have only been presented as a theoretical proposal. This thesis presents the proposal of a Hybrid Monitoring Platform, called HMP. Its main objective is to evaluate the behavior of any WSN. This platform combine active and passive monitoring approaches to exploit their advantages while compensating their drawbacks. The architecture of the platform follows a generic reference model for WSN monitoring platforms. This model enables that proposed systems can be applicable to any WSN. Moreover, the independence of levels allows that improvements at a model level do not imply changes in the others levels and simplifies interoperability between platforms. The platform consists of three main components: The Monitors Nodes, which are actively connected to the WSN nodes; Sniffer Nodes, which capture from the shared media the messages sent by the WSN application to be monitored; and finally, a Monitoring Server. The first two components register the observed events of the WSN application to be monitored together with the time they were captured. Finally, they send that information to the third component, that is in charge of coordinating the data collection obtained by the other components. The Monitoring Server processes the data obtained and combines them into a single trace that reflects the global behavior of the application. This trace can be analyzed to evaluate the performance, optimize the operation or detect problems during the design, deployment, synchronization or operation of the WSN. HMP uses a novel synchronization mechanism for the time stamps of the data obtained. This mechanism, called GTSO (Global Trace Synchronization and Ordering Mechanism), performs an off-line synchronization. Its operation is simple but effective, as demonstrated in the tests carried out. In addition, it prevents changes in the correct order of recorded events. The complete platform has proven its usefulness by monitoring a real WSN, obtaining satisfactory results. In addition, HMP can be applied in a modular and simple way to different types of WSN. / Les xarxes sense fils de sensors (WSN per les seves sigles en anglès) han demostrat ser fonamentals en la implementació de paradigmes com el anomenat Internet de los Coses. Malgrat això, per la seva forma de funcionament i els entorns on treballen, aquestes xarxes són susceptibles a errors durant la seva operació. El monitoratge de les WSN, tant durant el seu desenvolupament, com en el seu desplegament o al llarg de la seva vida, és la millor forma de observar el seu funcionament, ja sigui amb finalitats de depuració, verificació o control de la seva operació. Les plataformes de monitoratge solen classificar-se segons el seu enfoc: actiu o passiu. Els monitors actius requereixen algun nivell de modificació en el sistema analitzat i permeten adquirir informació més precisa de l'operació de la WSN, però poden interferir amb el seu funcionament. D'altra banda, els monitors passius no requereixen modificar el sistema observat pel que pràcticament no causen interferència, però la informació obtinguda pot no ser suficient. Existeixen també els bancs de proves (testbeds en anglès), que poden funcionar tant de forma passiva com activa, però el seu ús està limitat a entorns de laboratori. Un monitor pot classificar-se com a maquinari o programari en funció de la seva naturalesa. També existeix un enfoc híbrid, on es combinen elements maquinari i programari en el procés de monitoratge. S'ha denominat com a híbrid a qualsevol proposta que combini almenys dos enfocaments de funcionament (actiu/passiu, maquinari/programari). En aquest sentit, existeixen poques propostes híbrides de monitoratge per WSN, però estan enfocades a un tipus específic de nodes, el seu funcionament és limitat, i en ocasions solament s'han presentat com a proposta teòrica. En aquesta tesi es presenta la proposta d'una Plataforma de Monitoratge Híbrid, denominada HMP (Hybrid Monitoring Platform), orientada a l'avaluació del comportament de qualsevol WSN. Aquesta plataforma busca combinar els enfocs de monitoratge actiu i passiu per aprofitar els avantatges d'aquests al mateix temps que es compensen els seus inconvenients. L'arquitectura de la plataforma segueix un model de referència genèric per a plataformes de monitoratge de WSN. Aquest model busca que els sistemes proposats puguin ser aplicables a qualsevol WSN, i que la independència de nivells permeti que els avanços en un nivell del model no impliquin canvis en els altres, a més de simplificar la interoperabilitat entre plataformes. A la plataforma proposada poden trobar-se tres tipus de components principals: Els Nodes Monitors, que es connecten de forma activa als nodes de la WSN; els Nodes Espies, que capturen en el mitjà compartit els missatges enviats per l'aplicació WSN a analitzar; i finalment un Servidor de Monitoratge. Els dos primers components registren els esdeveniments observats de l'aplicació WSN a analitzar, alhora que registren l'instant de temps en que tenen lloc, i els fan arribar al tercer, encarregat de coordinar la recol·lecció de les dades obtingudes pels altres components. Llavors, el Servidor de Monitoratge processa les dades obtingudes, combinant-los en una única traça que reflecteix el comportament global de l'aplicació. Aquesta traça pot ser analitzada per avaluar les prestacions, optimitzar el funcionament o detectar problemes durant el disseny, desplegament o operació de l'WSN. HMP usa un nou mecanisme de sincronització de les marques de temps de les dades obtingudes. Aquest mecanisme, denominat GTSO (Global Trace Synchronization and Ordering Mechanism), realitza una sincronització fora de línia. El seu funcionament és simple però efectiu, com es demostra en les proves realitzades, i evita que existeixin canvis en l'ordre correcte dels esdeveniments registrats. La plataforma completa ha demostrat la seva utilitat mitjançant el monitoratge d'una WSN real, obtenint resultats satisfactoris. A més, HMP pot ser aplicada de forma / Navia Mendoza, MR. (2018). Plataforma de Monitorización Híbrida para la evaluación de Redes Inalámbricas de Sensores [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/106343

Las Redes Inalámbricas de Sensores (RIS) gozan de un gran auge hoy en día, habiendo sido identificadas como una de las tecnologías más prometedoras por diversos analistas tecnológicos y revistas especializadas, debido a que dan respuesta a las exigencias actuales referentes al establecimiento de redes que cubran necesidades de comunicación de forma flexible -en tiempo y espacio- y autónoma -autoconfiguración e independencia de una estructura fija-. La posibilidad de implementar dispositivos de bajo coste y elevada duración capaces de obtener información del entorno y reenviarla de forma inalámbrica a un centro de coordinación ofrece posibilidades inimaginables en multitud de aplicaciones. En la mayoría de las aplicaciones se pretende que los nodos no requieran mantenimiento, explotando el concepto de nodos de "usar y tirar", puesto que una vez desplegados no son recuperables. En este entorno, los mayores desafíos se encuentran en minimizar dos factores fundamentales: coste y consumo, maximizando el tiempo de servicio. En los últimos años se han propuesto numerosos protocolos para RIS. Sin embargo, la mayoría de estas propuestas, o bien realizan asunciones poco realistas, o bien resultan poco escalables, lo cual se traduce en aproximaciones poco prácticas. Por otro lado, hasta la fecha se han obviado características deseables como tolerancia a fallos, seguridad y acotación de tiempos en las comunicaciones, generalmente no consideradas en la inmensa mayoría de los protocolos existentes, y cuando lo son, se obtienen sacrificando la eficiencia energética. En la presente tesis se ha propuesto una novedosa solución integral orientada principalmente a reducir el consumo de energía. La nueva arquitectura denominada EDETA (Energy-efficient aDaptative hiErarchical and robusT Architecture) es además escalable, apropiada tanto para RIS homogéneas como heterogéneas -cada vez con mayor auge-, auto-configurable, soporta de forma transparente múltiples sumideros, y proporciona características como tolerancia a fallos y tiempos acotados, sin degradar las prestaciones de la red. La arquitectura propuesta está basada en una jerarquía de dos niveles, el nivel inferior basado en clústeres, gobernado por un protocolo interno del clúster denominado Intra- Cluster-Communication y el nivel superior formado por un árbol dinámico de nodos líderes de clúster que ejecutan un protocolo entre clústeres denominado Inter-Cluster-Routing. / Capella Hernández, JV. (2010). Redes inalámbricas de sensores: Una nueva arquitectura eficiente y robusta basada en jerarquía dinámica de grupos [Tesis doctoral]. Editorial Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/8417

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]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/11552