REDES DE AREA PERSONAL

Tendencias en las tecnologías de comunicaciones inalámbricas
REDES DE AREA PERSONAL
8.1 INTRODUCCION
Zimerman (1), introdujo el término redes de área personal para denotar una
comunicación entre dispositivos electrónicos próximos, usando el cuerpo como
un conductor de información. Esta red corporal ha sido concebida como un
soporte para un ambiente inteligente que las personas portan. La motivación para
el advenimiento de tales redes viene del echo, que hay la necesidad de
intercambiar datos no solo a la larga distancia (como comúnmente se hace
referencia en las comunicaciones), sino también entre dispositivos que lleva una
persona o situaciones donde las personas tienen una conversación locuaz
distante. Este concepto de comunicaciones personal viene siendo desarrollada e
implementada mediante diferentes tecnologías. Las redes de área personal (PAN),
es un nuevo miembro de la familia de las telecomunicaciones. Estas podría cubrir
espacios personales donde las personas estén dentro de la distancia que pueden
ser cubiertos por la voz. Pueden tener una capacidad en el rango de los 10 bps a
lo 10Mbps. Un interés particular es dado a la Wireles PAN (WPAN) donde las
comunicaciones ocurren completamente en un medio inalámbrico, por ejemplo el
campo eléctrico del cuerpo humano es un conductor. Futuras WPANs ofrecerán
conjuntamente conexiones de auto configuración para medios disponibles
WPANs, las redes ad-hoc son un ejemplo, las cuales proveen la capacidad de
establecimiento mutuo o demanda de enlaces inalámbricos con cualquier otro
pequeño o no pre-configuración.
Aunque los conceptos sobre el trabajo en redes ad-hoc son mucho mas extensos
que en el escenario WPAM, en el ámbito de comunicaciones personales
podríamos usar principalmente productos que aplican estos conceptos. Sin
embargo en el diseño de redes ad-hoc que se consideran atributos específicos de
WPANs. La principales desafíos técnicos son presentados en este capitulo. El
capitulo esta organizado como sigue: El concepto de PANs es introducido en la
sección 8.2 donde se dan las posibles aplicaciones, y los dispositivos son
presentados; la existencia y aparecimiento de tecnologías para soportar la
comunicación en estos cortos-rangos de cobertura son expuestos en la sección
8.3. Cambios técnicos en el diseño de WPANs son aclarados en la seccion 8.4. Y
las conclusiones son expuestas en la sección 8.5.
8.2 CONCEPTO DE REDES DE REA PERSONAL (PAN)
PAN es una solución de red que aumenta nuestro ambiente personal de trabajo,
seguridad. Se tiene una gran variedad de dispositivos disponibles (PDAs,
organizadores personales Webpads, computadores de mano, cámaras, etc). Que
envuelven a una persona dentro de la distancia que puede ser cubierta por la voz
y proveen comunicaciones captables dentro del espacio personal y con el mundo
exterior (2-4). Para los próximos dispositivos que trabajan en estas redes, PAN
puede usar el medio inalámbrico, el campo eléctrico del cuerpo humano como un
conductor, así como el campo magnético. En particular cuando se usa el medio
Tendencias en las tecnologías de comunicaciones inalámbricas
inalámbrico, Se refiere a las PANs inalámbricas. En el resto del capitulo nosotros
principalmente nos referimos a la tecnología WPAN. La WPAN forma una burbuja
alrededor de la persona, que se le denomina ESPACIO DE OPERACIÓN
PERSONAL (POS). Un concepto fundamental anterior a los sistemas WPAN,
afirma que en algún momento dos dispositivos equipados con WPAN tienen
cobertura dentro de aproximadamente 10 metros uno del otro (sus POSs se
cruzan, intersecan). Se forma entonces una posible conexión. Un dispositivo
WPAN puede conectarse a un repetidor para acceder al internet ó puede ser
dinámicamente extendido para incluir el acceso a sensores y actuadores.
La tecnología inalámbrica WPAN es de corto-alance, en relación a la tecnología
WLAN. Sin embargo WLAN y WPAN tienen situaciones complementarias (5):
WPAN enfatiza el bajo costo y el bajo consumo de potencia, usualmente permite
una rápida transmisión y un máximo flujo de datos. WLAN enfatiza sobre una gran
cantidad de datos y un amplio rango de cobertura que representa un gasto en los
costos y el consumo de potencia. Este concepto es mostrado en la figura 8.1
Figura 8.1 Posición complementarias de WLANS Y WPANs
Tendencias en las tecnologías de comunicaciones inalámbricas
8.2.1 ARQUITECTURA PAN
En general el modelo de arquitectura PAN es presentado en la figura 8.2. La PAN
es una red para una persona, entre personas, y entre la persona y el mundo
exterior. Por eso la arquitectura de la red PAN, es una arquitectura de capas
transparente para el usuario. Donde diferentes capas cubren los diferentes tipos
de especificaciones de conectividad.
Figura 8.2 Modelo de una red de área personal
La conectividad es habilitada por la incorporación de diferentes funcionalidades
de la red dentro de diferentes dispositivos. Sin embargo para un solo stand PAN la
persona debería ser capaz de direccionar los dispositivos dentro del POS
independientemente del entorno de la red. Para la comunicación directa de dos
personas (entre PANs) la funcionalidad de puenteo debería ser incorporado dentro
de cada PAN.
Para la comunicación a trabes de una red externa, la PAN debería implementar
funcionalidades de enrutamiento y/o gateway. La estandarización de topologías y
arquitecturas son todavía publicaciones abiertas (siguen desarrollandose) dentro
de PAN. Una capa orientada a una arquitectura escalable debería soportar
funcionalidades y protocolos de las tres primeras capas y debería proveer la
capacidad para comunicarse con el mundo exterior, a través de la conectividad de
Tendencias en las tecnologías de comunicaciones inalámbricas
la capa más alta. La mitad de la estructura debería ser capaz de manejar el
sistema según el acceso a la red, recursos descubiertos, soporte para
escalabilidad, reconfiguración y suministrar QoS. También debería soportar
aplicaciones de descarga. Desde el punto de vista del usuario PAN debería
ofrecer una conectividad plug and play (ponga y toque).
8.2.2 ESCENARIOS DE APLICACIONES Y REQUERIMIENTOS DE SERVICIO
Muchos escenarios de operaciones diferentes,
principalmente concentrados alrededor de:



pueden
ser
previstos
Servicios personales
Servicios de negocios
Servicios de entretenimiento
Los servicios personales incluyen telemonitoreo medico, control de aplicaciones,
y servicios en hogares pequeños. Los ejemplos incluyen:



Médicos profesionales pueden constantemente monitorear, al paciente
donde el o ella se este moviendo (se encuentre).
Una persona puede utilizar un pequeño dispositivo portátil para enviar
comandos para aplicaciones domésticas, tales como actuadores que
controlan la temperatura, cortinas, ventanas cuando se esta lejos del hogar.
Una persona entra en su auto y puede escuchar su e-mail incorporando
texto leído por una computadora, dictarle y enviarle réplicas. Esto podría ser
realizado por ejemplo, haciendo enlaces temporales con los dispositivos de
tercera generación tales como PDAs (que incorporan reconocimiento de
voz), mediante micrófonos.
Algunos escenarios de negocios incluyen:



La posibilidad de que una persona que esta en su oficina pueda acceder a
una impresora para imprimir información guardada en su pequeño
dispositivo portátil
Tomar medidas de presión, temperatura en su carro.
Rastrear el movimiento de los empleados en la oficina.
Escenarios de entretenimiento podrían considerar aplicaciones high-tech, tales
como, alta velocidad de video, o un juego con dispositivos montados en la cabeza
head- mounted (figura 8.3). Una persona puede ser portadora de una pequeña
pantalla para mostrar un video, y donde quiera el usuario puede ver el video en
una pantalla grande (por ejemplo en una laptop) esto podría ser posible pasando
simplemente el contenido de este dispositivo en el camino.
Tendencias en las tecnologías de comunicaciones inalámbricas
Figura 8.3 Ejemplo de una aplicación (PAN) para el entretenimiento:
dispositivo usado sobre la cabeza para jugar
Por eso, el rango de aplicaciones podría cubrir desde una muy bajas tasa de bits
en sensores, en control de datos (10 bps), y una tasa muy alta de flujo de bits de
video y un ancho de banda que demandan los juegos interactivos (10 Mbps). La
demanda de QoS, disponibilidad, fiabilidad y seguridad podría diferir grandemente
dependiendo de la persona y la actividad en la que esta comprometido una
persona. Además el concepto de QoS (calidad y seguridad quality or seguridad)
podría ganar diferentes adeptos debido a que en aplicaciones de emergencia, son
las únicas soluciones que ofrecen disponibilidad y rapidez en el establecimiento
de una red ad-hoc. Dentro de los requerimientos de velocidad actuales de las
aplicaciones el establecimiento alrededor de la conexión puede darse sin
problemas.
8.2.3 POSIBLES DISPOSITIVOS
Algunas importantes y prácticas aplicaciones PAN, requieren muy bajo costo, la
potencialmente de los dispositivos se desperdician, capaces de operar un largo
tiempo sin cargar las baterías, y con limitadas funcionalidades. Algunos otros
dispositivos podrían incorporar trabajo en redes avanzadas, funcionalidades
computacionales y soportar altas velocidades de transmisión. Algunos dispositivos
deberían ser usados y sujetados a una persona (ejemplo: sensores). Otros
podrían ser estacionarios o asociados temporalmente al POS tal como sensores
Tendencias en las tecnologías de comunicaciones inalámbricas
ambientales e impresoras. Sin embargo el dispositivo mas capaz debería
incorporar funciones multimodo o permitir el acceso a multiples redes.
Para estos terminales, la escalabilidad con respecto al flujo de datos, consumo de
potencia, soporte de interfaces y complejidad cruciales. La cobertura de los
interfaces de estos dispositivos podría ser diferente, algunos podrían ser capaces
de comunicar en cortas distancias usando por ejemplo Bluetooth o IrDA, otros
podrían tener interfaces WLAN o interfaces para cobertura celular.
8.3 Estado de el Arte
(Desempeño de las tecnologías)
El concepto de PAN surgió en MIT en 1995 (1), como un camino para tener
dispositivos personales atados al cuerpo humano, los cuales pueden comunicarte
usando las corrientes eléctricas del cuerpo. Esta idea primero fue aceptada y
luego desarrollada por IBM (6). Una variedad de soluciones PAN son ofrecidas,
usando tecnologías de radio existentes tales como:





Oxygen proyect (MIT)
Pico-Radio
IrDA
Home RF (radio frecuencia en el hogar)
Bluetooth
Las primeras versiones electrónicas que se pueden llevar (portátiles), aparecen
en el 2000(12).
Estos tempranos ejemplos (13-14) consisten de unos pocos dispositivos
electrónicos (teléfonos, tocadores de MP3, audífonos, micrófonos, y controles).
Alguna integración entre dispositivos es alcanzada también como por ejemplo, la
música se silencia cuando el teléfono suena, y el control de ambos, el teléfono y
el tocador de MP3 permite separarlos, existe facilidad de accesibilidad.
Cables lavables, integrados dentro de la prenda de vestir conectan los
dispositivos.
En el futuro nosotros podríamos esperar ambos, telas conduciendo o enlaces
inalámbricos usados en la conexión entre dispositivos.
El grupo de trabajo IEEE 802.15 tiene la tarea de desarrollar estándares para
estas redes inalámbricas de corto alcance (15). El WG (grupo de trabajo) esta
siguiendo exactamente el trabajo terminado para tecnologías existentes que tiene
ganado un mercado interesante y una participación en la industria especialmente
Bluetooth. La tecnología Bluetooth es una industria basada en especificaciones
para unas pequeñas clases de elementos, bajo costos de transmisión de radio
proveen soluciones entre enlaces de computadores móviles, teléfonos móviles,
otros dispositivos de mano, y conectividad para el internet. Bluetooth opera en la
banda ISM a 2,4 GHz. Usa modulación FSK y FHSS (espectro expandido por salto
de frecuencia). Soporta una velocidad de 721 Kbps y estuvo originalmente
desarrollado para reemplazar un cable de 10 metros, con una potencia de
Tendencias en las tecnologías de comunicaciones inalámbricas
transmisión de unos pocos milivatios. La conexión de dispositivo utiliza un
topología de conexión tipo estrella.
En algunas consideraciones. Bluetooth representa el estado de arte (la de mejor
desmpeño) en la tecnología PAN. Algunas de estas ideas son incorporadas en el
estándar IEEE 802.15 concerniente a PANs.
8.3.1 PROCESO DE ESTANDARIZACION
En marzo de 1999, el grupo de trabajo IEEE P802.15 para WPANs, fue formado
para desarrollar estándares para redes inalámbricas de corta distancia (16). El
alcance del trabajo define las especificaciones de la capa física y la capa MAC,
para la conectividad inalámbrica en el POS, Por eso P802.15 solo se encarga de
la mitad de la capa de enlace del modelo OSI. Quien deciden (resuelven) como y
cuando el radio deberia ser usada para comunicación.. La otra mitad de la capa de
enlace Tiene que ser estandarizado como 802.2 y mantener asociaciones lógicas
entre ambos, las capas superiores y la comunicación del sistema. Todos los
estándares PHY y MAC usan el mismo LLC en P802 (16).
EL grupo de trabajo 802.15 trabajo fielmente con el Grupo de Intereses Especiales
(SIG). Para prevenir la no interoperabilidad entre los dos estándares. El SIG
Bluetooth impuso condiciones sobre la IEEE para asegurar el 100% de
interoperabilidad con Bluetooth 1.0 e incluir pruebas de interfaces definidas en
Bluetooth 1.0 y nuevos estándares WPAN.
El estandar IEEE 802.15.1-2002 fue condicionalmente aprobado como un nuevo
estándar por la IEEE SA en marzo 21 del 2002. Algunos grupos de trabajo (TGs)
han sido formados para revisar algunas publicaciones tales como:




Compatibilidad con el Bluetooth v1.1
Coexistencia entre WPANs, y otros dispositivos inalámbricos, tales como el
IEEE 802.11 (WLANs), en la banda no licenciada de 2,4 GHz.
Provisión de baja potencia, bajo costo, soluciones de corto alcance y
aplicaciones multimedia;
Proveer de una operación de muy baja potencia y baja complejidad para
aplicaciones en donde se tiene una velocidad de transmisión baja tal como
sensores, juguetes interactivos, controles remotos, movilidad en corta
distancia, y automatización en el hogar.
8.4 DESAFIOS TECNICOS EN EL FUTURO DE LA PANs
A pesar que Bluetooth es relativamente de bajo costo y bajo consumo de
potencia, este no es la solución óptima para algunas aplicaciones tales como
telemonitoreo y control, que requieren un baja tasa de información (pocos cientos
de bits por segundo). Por lo tanto algunas alternativas tecnológicas pueden ser
consideradas y la tecnología Ultra Wideband (UWB) es una de las más
prometedoras (17).
Tendencias en las tecnologías de comunicaciones inalámbricas
Antenas apropiadas pueden ser desarrolladas para PAN con los siguientes
requerimientos:
 Pequeñas y de bajo costo
 Eléctricamente eficientes en el caso de UWB
 Gran ancho de banda y posible operación sobre múltiples anchos de banda
Adaptar unos sistemas de múltiples antenas para aplicaciones PAN y algunas
técnicas de comunicación pueden proveer la coexistencia con otros sistemas y
sobre todo capacidad, acrecentando las capacidades de
mitigación de
interferencia y la robustez de conectividad entre ambos; un usuario PAN y una red
externa.
Muchos de los desafíos técnicos que despierta WPAN han sido considerados, y
ya discutidos en el documento mas general sobre tecnologías de corto alcance,
en redes WLAN y redes AD-HOC. Cuando se trabaja con redes PAN ad-hoc, se
debe tener en cuenta algunas peculiaridades como: seguridad y uso eficiente de la
potencia. Por ejemplo la limitada área de cobertura (de transmisión) de una red
WPAN, desde un punto de vista, puede proveer servicios de seguridad, con
respecto a una red ad-hoc con tiene una área mas grande de cobertura. Sobre
todo la movilidad de nodos y la dinámica son diferentes, en las dos redes ad-hoc
mencionadas. Además en algunas aplicaciones PAN diferentes requerimientos de
velocidad de transmisión son importantes, tales como la capacidad de descubrir
rápidamente un servicio y estabilizar la conexión.
Finalmente el desarrollo de las tecnologías WPAN debería no solo ofrecer
soluciones superiores a las ya existentes, sino que también debería ofrecer
soluciones para diferentes tecnologías que pudieron haber ganando un uso muy
difundido en un determinado tiempo. En un tiempo estas soluciones podrían
aparecer.
En el resto de esta sección se dará mas ideas sobre sistemas WPAN, después
recalcaremos los conceptos básicos del surgimiento de la tecnología UWB
8.4.1 UWB para WPAN
De acuerdo con el FCC, el termino “tecnología UWB” define un esquema de
transmisión inalámbrica que ocupa un ancho de banda de mas del 25% de la
frecuencia central o mas que 1.5 GHz. UWB apareció en 1980 y fue usado
principalmente en radio bases en aplicaciones que podrían explotar una posición
exacta y capacidad de rastreo. Debido a los recientes desarrollos en bajo costo,
baja potencia y procesamiento. UWB esta empezando a ser mas atractiva para la
comunicación en dispositivos de corto alcance. UWB es típicamente implementado
en un modo sin portadora. Es directamente modulado en “impulsos” de corta
duración que ocupan un gran ancho de banda instantáneo.
Interesantes características de UWB para aplicaciones PAN, son las siguientes:
Tendencias en las tecnologías de comunicaciones inalámbricas
Las siguientes son características interesantes de UWB para aplicaciones PAN:

Gran capacidad espacial: Una tecnología propietaria UWB ha medido picos
de velocidad de hasta 50 Mbps para un rango de 10 m. y prevé que 6 de
tales sistemas podrían operar dentro del mismo circulo de 10 m. de radio
solo con un mínimo de degradación [19]. Esto produce una capacidad
espacial de 1.000.000 bps/m2, que aproximadamente es 12 veces lo de
IEEE 802.11a y 30 veces lo de los sistemas Bluetooth[5].

Potencial cumplimiento para operación no licenciada global: Las emisiones
de potencia de UWB están orientadas a estar por debajo de los niveles de
emisión actualmente permitidos, para emisiones accidentales. Por lo tanto
UWB coexistirá y sustenta la existencia de los servicios de radio estrechos
causando cambios casi imperceptibles en el piso de ruido de aquellos
receptores.

Alta resolución y distancia robusta que mide la capacidad: Los tiempos
extremadamente buenos de resolución de los sistemas UWB permiten el
desarrollo de capacidad de la localización precisa. Esta capacidad puede
ser usada para proveer nuevas funcionalidades para seguridad y mas
generalmente el uso más eficaz de la red.
Por lo tanto, en comparación con la arquitectura de transceiver de radio
tradicional, los transceivers UWB son más simples y tienen bajo consumo de
energía.
8.4.2 Eficiencia en la potencia.
En el ambiente PAN los nodos de comunicación son pequeños y dependen de
una batería de energía limitada para su operación. Se ha realizado mucha
investigación orientada a reducir el consumo de energía a nivel de hardware
[22] y a diferentes niveles de la pila de protocolos [23], incluyendo el trabajo de
ruteo [24-34], MAC [35-38], y protocolos de transporte [39-40].
Un estudio de algunas de las soluciones propuestas es presentado en el resto
de la sección.
Ruteo Power-Aware [Potencia- consciente]
Los algoritmos de ruteo power-aware seleccionan la ruta conforme a varias
funciones de costo en potencia [24-33]. En [28], es presentada el plan de
ruteo de la así llamada transmisión mínima de energía [MTE], que selecciona
la ruta usando la menor cantidad de energía para transportar un paquete desde
la fuente hasta su destino. En [31], La función que es maximizada es el tiempo
Tendencias en las tecnologías de comunicaciones inalámbricas
de vida de la red, que es definida como el periodo desde el instante en que la
red empieza a funcionar hasta que el primer nodo corre fuera de energía. En
[34] el problema de encontrar la asignación de proporción de fuente más
beneficiosa y una estrategia de control de flujo, dan un tiempo de vida
requerido para la red, como define en [31], es presentado. Cada fuente es
asociada con una función de utilidad que aumenta con el flujo de tráfico sobre
las rutas fuente-destino disponibles. El objetivo de optimización del problema
está aumentando al máximo la suma de las utilidades de la fuente para
garantizar un tiempo de vida de una red
requerida. Sin embargo la definición de tiempo de vida de la red usada en [31]
puede no ser satisfactoria, ya que no se tratan algunas tareas de redes ad hoc.
La caída de un solo nodo no rompe la comunicación completamente entre
varios pares fuente-destino.
La definición mas apropiada en rendimiento métrico y algoritmos de diseño
todavía es un área abierta de la investigación.
Control de potencia de transmisión
El control de potencia de transmisión (TPC) ha sido extensamente estudiado
en el contexto de redes celulares, ambas TDMA/FDMA y CDMA-based [41-48].
La principal motivación de éstos proyectos no ha sido la conservación de
energía sino mitigar el efecto de la interferencia que un usuario puede causar a
otros. Por ello muchas de las soluciones dependen de controles centralizados
y comunicaciones duplex que no están inherentemente presentes en redes
inalámbricas ad hoc. Trabajos más recientes muestran, a traves de estudios
teóricos [49] y simulaciones, que aplicando TPC en paquetes de redes ad hoc,
considerables beneficios pueden ser obtenidos en términos de capacidad y
consumo de energía [50,51] en un ambiente single-hop [un solo salto] [52] y
en un ambiente multihop [multisalto] [53].
En [54] TPC es empleado para control de topologías de red inalámbricas ad
hoc. En [55, 56], es propuesto control de potencia como parte de un protocolo
de acceso múltiple de la clase de protocolos CSMA/CA, y más en general, para
protocolos de acceso múltiple basada en contención.
En el estándar
IEE802.11 para WLAN, la técnica MAC es llamada Función de Coordinación
Distribuida [DCF]. DCF es un plan CSMA/CA donde la retransmisión de
paquetes colisionados es manejado de acuerdo a una regla binaria
exponencial back off [ver capítulo 2]. El estándar también define un punto
opcional de coordinación de funciones PCF que es un protocolo MAC
centralizado capaz de soportar servicios de libres de colisión y de tiempo
limitado. No es deseable el control de potencia para DCF porque es probable
que el número de terminales ocultos aumente, a su vez, lo que resulta en más
colisiones y mayor consumo de energía. Por otro lado, esto puede ser efectivo
en mecanismos de acceso PCF, ya que no hay el problema de terminales
ocultos [50].
PROTOCOLOS MAC
Tendencias en las tecnologías de comunicaciones inalámbricas
Los protocolos MAC tienen la tarea fundamental de evitar colisiones, para que
dos nodos interferentes no transmitan al mismo tiempo. Las colisiones son una
causa de desperdicio de energía, pero no es la única. Otras fuentes de
desperdicio de energía son:



Paquete de control Overhead: Consume energía al enviar y recibir
paquetes;
Overhearing: Un nodo recoge paquetes dirigidos a otros nodos;
Desocupado escuchando [idle listening]: Escucha para recibir los
posibles paquetes que no han llegado.
Muchas medidas hechas por IEEE 802.11 han mostrado que idle listening
consume de 50 a 100% de la energía requerida por el receptor [57]. Un protocolo
MAC de potencia eficiente debería reducir el gasto de energía de todas las fuentes
mencionadas.
Varios protocolos MAC de potencia eficiente han sido propuestos [35-38]. Algunos
de ellos han sido nombrados nuevamente en el capítulo 2, donde la eficiencia de
potencia es presentada principalmente para redes celulares. En efecto, muchas
de las soluciones propuestas asumen varios tipos de infraestructuras de red donde
hay una estación base o se elige un nodo que coordina el accionar de otros nodos
y les ayuda a controlar su consumo de energía. En un ambiente PAN, no siempre
es posible asumir que este nodo esté disponible, y se deben desarrollar otras
soluciones.
En consecuencia, la necesidad de soportar diferentes clases de servicios con
varias garantías QoS típicamente requieren varios tipos de eventos. Esto está en
contraste con la naturaleza aleatoria de la mayoría de protocolos MAC actuales.
Es requerido un delicado trade-off entre usuarios previstos [sheduled users] y
usuarios de mejor esfuerzo [best efford users]. El desarrollo de protocolos de
acceso aleatorio con varios tipos de servicios de diferenciación todavía propone
muchos problemas abiertos.
El mayor ahorro de energía viene de la disponibilidad de hardware de disminuir
potencia en elementos de sistemas seleccionados que no la requieren. IEEE
802.11 tiene un modo de ahorro de energía donde un nodo solo necesita estar
despierto periódicamente. Bluetooth [58] provee tres diferentes modos de baja
potencia: sniff, hold y park.
Otro aspecto de manejo de energía es para incrementar el tiempo de vida de la
batería de un nodo móvil usando técnicas de manejo de baterías de energía
eficiente como una política adecuada de descarga de batería [59].
Una batería consiste de varias celdas electroquímicas en las que la potencia
necesita ser drenada cuando el nodo transmite un paquete. Cuando en una celda
es permitido descansar entre periodos de descarga, ésta es capaz de recuperar
parte de esa carga, gracias a los mecanismos de difusión. Una política de
descarga de batería decide que celdas [celdas electroquímicas] deberían servir al
paquete y en qué celdas está permitido descansar. Resultados analíticos y de
Tendencias en las tecnologías de comunicaciones inalámbricas
simulación han mostrado que las políticas de descarga tienen impacto significante
en el tiempo de vida de la batería [60,61].
8.4.3 Servicio Discovery/Selection [Descubrimiento/Selección]
Una característica importante de los dispositivos WPAN es la capacidad
discovery/selecting un servicio/recurso que está disponible dentro de su rango de
comunicación. Por ejemplo un PDA debería permitir encontrar una impresora
dentro de sus proximidades y, con tal de que alguna condición de seguridad sea
satisfecha, esto debería permitir usarlo como si la impresora hubiese sido
instalada en el software del PDA. En varias aplicaciones un servicio rápido de
descubrimiento y el establecimiento de la conexión son más importantes que el
pico de velocidad en la conexión misma. Por eso, el tema del servicio de
descubrimiento es un tema importante que no ha recibido el suficiente interés. La
mayoría de protocolos de servicio actualmente conocidos son Jini, el IETF
Protocolo de Localización de Servicio [SLP], Microsoft Universal Plug and Play
[UPnP], y el Servicio de Acceso a la Información [IAS] protocolo definido para un
corto alcance de comunicaciones con infrarrojo. Un optimizado Protocolo de
Servicio de Descubrimiento [SDP] para redes ad hoc y dispositivos
recurso/reprimido es SDP Bluetooth [62]. En [62] el uso de información semántica
asociada con los servicios ha sido propuesto para realzar los mecanismos SDP.
Los mecanismos de servicio de descubrimiento WPAN deberían tener en cuenta el
bajo procesamiento de potencia y capacidad de almacenamiento en dispositivos
usables. El consumo de energía debería mejorar reduciendo la cantidad de datos
transmitidos y recibidos en servicio de descubrimiento y en pedidos de registro,
mientras mantiene toda la información semántica.
8.4.4 Seguridad
La seguridad debe cubrir interfaces aéreas, operaciones de software y al operar
sistemas, y perfiles de usuario. Diferentes técnicas, así como encripción y
clippering, mecanismos TTP, y agentes tecnológicos, serán implementados. Las
comunicaciones de seguridad entre PANs foráneas deben ser realizadas a traves
de funcionalidades gatekeeping. La seguridad PAN debe ofrecer:
 Identidad completa
 Completo anonimato
 Seguridad de datos
 Integridad
Especial atención debe darse a temas de seguridad en PANs por varias razones.
En efecto, PANs están centradas en la persona y pueden directa o indirectamente
revelar información del propietario de la PAN. El uso de la tecnología inalámbrica
y la naturaleza ad hoc de las redes hacen a PANs vulnerables a eavesdrooping y
a la intrusión, con varios dispositivos foráneos potenciales conectados a la PAN. El
tema del proceso de carga [conteo] para servicios particulares puede también
necesitar ser investigado en el contexto de PAN.
Tendencias en las tecnologías de comunicaciones inalámbricas
8.4.5 Implementando Redes AD HOC
PANs tienen un carácter ad hoc. Nuevos dispositivos son agregados o removidos
pues el dueño de PAN se mueve alrededor de diferentes locaciones, diferentes
actividades, y diferentes ambientes. Por lo tanto, una persona debe ser capaz de
entrar al espacio de la compañía y conectarse a la WLAN, o entrar al auto y
comunicarse con él a través de dispositivos a bordo, tales como displays y
módulos de entrada de voz, sin romper la continuidad en la conexión. Además
cuando dos personas que usen PAN se encuentran pueden fusionar
temporalmente sus redes de datos para intercambiar información o juntarse para
una actividad común. La investigación en PAN está, estrictamente relacionada a
la investigación en redes ad hoc para lo cual hay una gran cantidad de literatura.
Varios rasgos característicos hacen que la tarea del diseño de las redes ad hoc
sea altamente desafiante:






Apareciendo y desapareciendo nodos;
Nodos moviéndose alrededor [movilidad];
Nodos cambiando su estado [por ejemplo sleeping, awake, activos, o
temporalmente no disponibles por razones de privacidad];
Soporte de comunicaciones multihop [multisaltos] [i.e. los enlaces entre
varios nodos deben ser establecidos vía relevo de un tercer nodo o un
grupo de nodos];
Las unidades inalámbricas son principalmente manejadas por batería;
Problemas de seguridad aumentan debido a la ausencia de una central de
administración de seguridad de red [65,66].
La necesidad de nuevas asignaciones de ruta se vuelven inmediatamente obvios
al implementar una red ad hoc. Mucho trabajo ha sido hecho en la formulación de
algoritmos de ruteo distribuido [ver capítulo 3] y algoritmos de ruteo de potencia
eficiente, como se resalta en la sección 8.4.2.
8.4.6 Coexistencia y técnicas de reduccion de interferencia
WLANs y PANs son usadas comúnmente en la misma banda de frecuencia [a
saber la banda ISM a 2.4 GHz], creando así en la banda un mutuo ruido coloreado
[67]. Esto produce interferencia entre las dos tecnologías y, la necesidad de
mecanismos de coexistencia. Cabe mencionar que ni Bluetooth ni WLAN fueron
diseñados inicialmente con especificaciones de mecanismos para combatir la
interferencia que cada uno crea al otro. Cuando ambas tecnologías están
operando al mismo tiempo pero están separadas por más de 3 metros,
normalmente no se interfieren mutuamente en un alto grado. Sin embargo, dentro
de 3 metros, y especialmente dentro de 1 metro y medio, ellas pueden degradar
significativamente su rendimiento.
Mecanismos de coexistencia están bajo desarrollo en el Task Group 2 del IEEE
802.15 WG. Dos clases de mecanismos de coexistencia han sido definidos:
Tendencias en las tecnologías de comunicaciones inalámbricas
técnicas colaborativas y no colaborativas. Con las técnias colaborativas es posible
que WPAN y WLAN intercambien información para reducir interferencia mutua.
Las técnicas colaborativas pueden ser implementadas cuando los dispositivos
interferentes son colocados en el mismo terminal. Con técnicas no colaborativas
no hay forma de intercambiar información entre dos sistemas de red y estas
pueden operar independientemente.
Un ejemplo de mecanismos de coexistencia colaborativa es el así llamado
Algoritmo Temporal Reforzado MAC [MEHTA] proyecto presentado por IEEE
802.15 WG [68]. Este es el algoritmo programado que ha sido propuesto para
mitigar la interferencia entre un dispositivo 802.15 otro 802.11b siendo colocados
en el mismo terminal. MEHTA involucra el uso de un controlador centralizado,
que monitorea el tráfico 802.15 y 802.11 y permite el intercambio de información
entre los dos sistemas de radio. El controlador trabaja en la capa MAC y permite
los tiempos precisos para el tráfico de paquetes, evitando así interferencia entre
los dos dispositivos. El tráfico de voz 802.15 tiene prioridad sobre WLAN, de no
ser así el tráfico WLAN es transmitido primero. Cuando hay tráfico de voz
pendiente, los paquetes WLAN son puestos a la cola.
Un algoritmo no colaborativo es propuesto en [69]. Este no requiere un programa
centralizado. El mecanismo está basado en la técnica traffic-shaping. El
algoritmo propuesto ha sido realizado en estaciones WLAN en presencia de un
enlace de voz 802.15.
Varias técnicas de reducción de interferencia para mejorar el rendimiento de
Bluetooth y IEEE 802.15b son las siguientes:

Adaptive frequency hopping: Saltos de frecuencia pseudo aleatorios son
dinámicamente cambiados.
Este método es usado por dispositivos
Bluetooth. Si un dispositivo Bluetooth sabe en qué canal cercano está
operando un dispositivo 802.11, éste puede evitar saltos en ese canal,
evitando así la interferencia. Usando menor cantidad de saltos de
frecuencia, sin embargo, el rendimiento de Bluetooth es degradado. Otra
desventaja de esta propuesta es que tiene que ser aprobado por las
regulaciones de FCC.

Modo dual radio switching: Esta es una propuesta de división de tiempo,
sólo un sistema está activo en cualquier momento dado. Cuando los
dispositivos 802.11b están transmitiendo, todos los dispositivos Bluetooth
son puestos en modo ahorro de energía, y viceversa. La implementación
actual de esta propuesta puede ser hecha de diferentes formas.

Driver level switching y MAC level switching: Hay también propuestas de
división de tiempo, en donde la función de switching es manejada en el
nivel de driver o nivel MAC, respectivamente.
Tendencias en las tecnologías de comunicaciones inalámbricas

Control de transmisión de potencia: Esto fue propuesto por ambos
dispositivos Bluetooth [70] y 802.11 [71]. Reduciendo la potencia promedio
de transmisión se tiene doble beneficio: [1] Incremento de capacidad por
área; y [2] reducción de interferencia.

Fragmentación adaptable: Puede ser usada por dispositivos 802.11. En
caso de no interferencia, el tamaño de paquete más largo [1500 bytes]
puede ser usado, pues provee el throughput más alto. Sin embargo,
usando paquetes mas pequeños en situaciones con interferencia reducirá la
probabilidad de interferencia de un dispositivo Bluetooth, mejorando así el
rendimiento.
Estas soluciones están lejos de completarse. El problema de coexistencia está
todavía en etapa de investigación y experimentación.
8.5 PAN de banda ancha
PAN de banda ancha [B-PAN] es un futuro desarrollo de PAN hacia nuevas
técnicas de ancho de banda
con capacidad de banda ancha para
comunicaciones inalámbricas. Esto soportará aplicaciones sobre los 400 Mbps y
probablemente operará sobre las bandas de frecuencia de 5 o 60 GHz [72]. BPAN usará nuevas tecnologías como UWB, voz sobre B-PAN, y modulación
adaptable para soportar un QoS adaptable. La Investigación en nuevas interfaces
de radio para B-PAN es una área de investigación abierta.
8.6 Conclusiones
PAN es la llave de la tecnología para futuros escenarios de comunicaciones
heterogéneas. Han sido presentadas aplicaciones posibles en escenarios de
comunicaciones de corto alcance, junto con las tecnologías existentes y
emergentes para soportarlas. Bajo consumo de potencia, operación en el
espectro no licenciado, coexistencia entre WPAN y WLAN, bajo costo, y tamaños
pequeños de paquetes son algunos de los desafíos técnicos más importantes
presentados.
El gran volumen de trabajo de investigación en protocolos de ruteo ad hoc debe
ponerse en el contexto de realización concreta de la capa MAC. El trabajo futuro
en redes inalámbricas de corto alcance debe aplicar protocolos de ruteo que en
cierto modo se adapten a las condiciones de los canales de acceso/transmisión y
requerimientos de aplicación
Tendencias en las tecnologías de comunicaciones inalámbricas
La investigación en desarrollo de la capa MAC para PAN debe enfocarse en
optimizar la capa cruzada [crosslayer], asegurando que los mecanismos de capa
MAC incluyan funcionalidades para asegurar los niveles de servicio garantizados
[QoS] y eficiencia en la potencia.
Esto requiere que la capa MAC
sea consiente de esto y coloque éstos requerimientos en el flujo de datos
originados para la capa red, así como mecanismos para ajustar parámetros del
enlace físico. Esto significa que la capa MAC debería permitir intercambiar
información con ambas, la capa física y la capa red.
Además, se requiere alguna clase de planificación para soportar diferentes clases
de servicios con cada una de sus propias características. Para evitar que
usuarios previstos atropellen a usuarios best effort es requerido un delicado tradeoff. Todavía hay muchos temas abiertos relacionados al desarrollo de protocolos
de acceso aleatorio capaces de diferenciar según la clase de usuarios.
Tendencias en las tecnologías de comunicaciones inalámbricas
REFERENCIAS
Tendencias en las tecnologías de comunicaciones inalámbricas
Tendencias en las tecnologías de comunicaciones inalámbricas
Tendencias en las tecnologías de comunicaciones inalámbricas
Tendencias en las tecnologías de comunicaciones inalámbricas