Las
características particulares que poseen las redes de sensores inalámbricas
establecen nuevos retos de diseño como son el uso eficiente de la energía, la fiabilidad,
el control de congestión y la calidad de servicio. Estos factores deben ser
satisfechos para cumplir con los requerimientos que demandan las aplicaciones
en este tipo de redes.
En este sentido, uno de los retos que cada vez
cobra mayor importancia es la necesidad de implementar mecanismos que
proporcionen fiabilidad en la entrega de los datos extremos a extremo, reduzcan
la congestión y la pérdida de paquetes, además de proveer justicia en la
asignación de ancho de banda. Esto aunado a la tendencia de interconectar las
redes de sensores inalámbricas a otro tipo de redes como Internet, redes de
área local o intranets para la recepción de forma remota de los datos generados
por los sensores, hacen que la elección del protocolo de transporte adecuado
sea un aspecto esencial en el desarrollo de aplicaciones para este tipo de
redes.
Es por esto que en este capítulo haremos un
análisis de los protocolos de transporte tradicionales como TCP y UDP y su
viabilidad en las redes de sensores, además de identificar los requisitos que
deben cumplir los protocolos de transporte para WSN y acabaremos presentando
las distintos tipos de protocolos de transporte existentes para este tipo de
redes.
Limitaciones De Los
Protocolos De Transporte Tradicionales
Los protocolos de transporte tradicionales
utilizados en Internet como lo son UDP y TCP presentan varios inconvenientes
para ser implementados en las redes de sensores.
En el caso del protocolo UDP, por ejemplo, este no
provee fiabilidad en la entrega de datos, que en la mayoría de los casos es un
requisito de las aplicaciones en este tipo de redes, ni tampoco proporciona un
mecanismos de control de flujo ni de congestión lo que puede conducir a la
pérdida de paquetes y el gasto innecesario de energía de los nodos sensores.
Por otro lado, si analizamos el sistema de
comunicación fiable extremo a extremo proporcionado tradicionalmente por TCP
encontramos que este tiene serios problemas de rendimiento en las redes
inalámbricas, tanto en términos de tasas de transferencia como de eficiencia
energética.
Los principales
problemas que presenta el protocolo TCP en las WSN se describen a continuación:
Pérdida de paquetes no debida a la
congestión: Se refiere a
que TCP utiliza como mecanismo de detección de congestión la pérdida de
paquetes lo que conlleva a que TCP reduzca la tasa de transferencia con la
finalidad de no colapsar aún más los enlaces. Sin embargo, en una WSN las
pérdidas de paquetes ocurren generalmente por errores de transmisión del medio
inalámbrico de manera que la reducción de la tasa de transferencia lo que trae
consigo es una reducción innecesaria de la utilización del ancho de banda del
enlace y por ende a una degradación en el throughput y un retardo mayor en la
comunicación. Una posible solución es la utilización de mecanismos (implícitos
o explícitos) de retroalimentación entre los nodos que ayuden a detectar las
diferentes causas por las cuales la pérdida de paquetes ha ocurrido (calidad
del enlace inalámbrico, fallos en el nodo sensor, y/o congestión) y de acuerdo
a esto tomar la decisión más conveniente.
Retransmisiones
costosas: TCP confía en las retransmisiones
extremo a extremo para proveer una entrega de datos fiable, sin embargo
teniendo en cuenta las limitaciones de energía de los sensores y las rutas
multi-salto, este mecanismo conllevaría a un mayor consumo de energía y ancho
de banda en las WSN. Además el mecanismo de control de congestión extremo a
extremo utilizado por TCP ocasiona que se responda muy tarde a una situación de
congestión lo que resulta en una gran cantidad de paquetes perdidos lo que se
convierte en un gasto de energía adicional en retransmisiones y los tiempos de
respuestas tan largos ocasionan un bajo throughput y baja utilización del
enlace inalámbrico.
Topología
Dinámica de la red: los cambios de topología
que caracterizan a las WSN debido a las condiciones del entorno (baja calidad
del enlace inalámbrico, interferencias de señal producidas por agentes
externos) y a la que en un momento dado la ruta entre dos puntos extremos de la
red se vea interrumpida. Tal comportamiento no es compatible con el
funcionamiento de TCP el cual considera una conectividad permanente extremo a
extremo.
Red
asimétrica: Se define como aquella en la que el camino utilizado para
transportar datos hacia el destino es diferente del camino utilizado para
retornarlos hacia el origen tanto en términos topológicos como de latencia,
ancho de banda o tasa de pérdida de paquetes. Las WSN son asimétricas en la
mayoría de los casos, aspecto que afecta directamente a la transmisión de los
ACK‟s del protocolo TCP, cuyo rendimiento puede verse afectado.
Grandes variaciones del RTT: Debido a la variabilidad de la calidad de los enlaces, la
movilidad o la carga de tráfico, las rutas de encaminamiento se ven modificadas
a lo largo del despliegue de las redes de sensores. Esto puede generar
variaciones en el RTT, degradando el rendimiento de TCP.
Transmisión en tiempo real: Junto a UDP, en las redes de sensores deben implementarse
protocolos semejantes a RCP (Rate Control Protocol), de forma que éstas puedan
soportar la transmisión extremo a extremo del tráfico en tiempo real.
PROTOCOLOS DE TRANSPORTE EN WSN
Los mecanismos de
transporte que existen para redes de sensores inalámbricas se pueden dividir en
aquellos que proporcionan en alguno o en ambos (Sea ascendente o descendente) y
una o la combinación de las siguientes funciones.
·
Fiabilidad
en la entrega de mensajes (incluyendo la recuperación de errores)
·
Control
de congestión
·
Conservación
de la energía
Además también pueden
ser clasificados en:
No hay comentarios:
Publicar un comentario