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Credit: UPF
El Internet de las cosas (IoT) es desde hace unos años una realidad en constante evolución. La posibilidad que las máquinas (nodos), puedan comunicarse entre sí, ha abierto las puertas a aplicaciones que prometen tener un impacto profundo en nuestras vidas. Entre estas hay el smart farming, la domótica y las comunicaciones entre automóviles.
Uno de los elementos fundamentales del IoT es la comunicación inalámbrica entre máquinas, conocida como Machine-to-Machine (M2M) Communication. A diferencia de las redes móviles, como el 4G, o de las redes WIFi, una porción significativa de las comunicaciones M2M se caracteriza por tener velocidades de transmisión muy bajas, paquetes de datos muy pequeños y un número enorme de dispositivos. Estas características suponen un gran desafío en términos de coordinación de redes de telecomunicación.
Una investigación reciente presenta algoritmos eficaces y de baja complejidad para que el Internet de las cosas por satélite sea cada vez más accesible gracias a la implementación de esquemas avanzados de acceso aleatorio por satélite. Se desarrolla en un trabajo publicado en el International Journal of Satellite Communications and Networking, del cual uno de sus autores es Giuseppe Cocco, investigador del Departamento de Tecnologías de la Información y las Comunicaciones (DTIC) de la UPF y del Centro Aeroespacial Alemán (DLR), junto con investigadores de la Agencia Espacial Europea.
El número de sensores conectados al mismo satélite puede ser extremadamente alto
Supongamos que un cultivo dispone de un sensor de humedad conectado a un satélite que solo transmite información cuando la humedad está por debajo de un cierto umbral. Puede ser que durante mucho tiempo el sensor no envíe ninguna información y que cuando decida hacerlo la cantidad de datos sea muy pequeña (tan solo de unos bits). En este caso, el volumen de datos de control necesarios para establecer la conexión con la red satelital puede ser superior a la cantidad de datos útiles (payload) transmitidos por el sensor.
Aunque esto no parezca un problema si se atiende a un solo sensor, en el caso de redes satelitales el número de sensores conectados al mismo satélite puede ser extremadamente alto. Aunque cada sensor transmita muy esporádicamente una pequeña cantidad de datos, el volumen de tráfico total puede ser muy grande. Por otro lado, quitar o disminuir información de control en el tráfico M2M implicaría que las señales de los diferentes sensores podrían interferir entre sí, lo cual podría llevar a una pérdida de información enviada y, en caso de tráfico intenso, hasta a un colapso en la red.
En este contexto se entiende cómo la información de control en el tráfico M2M es un gasto de recursos significativo pero necesario para evitar las interferencias, que puede conllevar la necesidad de utilizar un mayor ancho de banda, satélites más grandes y costosos o un número mayor de ellos, un aumento del coste de la comunicación M2M y un impacto negativo en el desarrollo del IoT.
Para solucionar este problema, en los últimos años se han ideado nuevos sistemas avanzados de acceso múltiple aleatorio (random multiple access) que permiten limitar grandemente la información de control sin perjudicar las prestaciones de la red. Dichos sistemas funcionan de forma contraintuitiva, es decir, en lugar de intentar evitar las interferencias, las aumentan, dejando que cada nodo transmita múltiples copias del mismo mensaje sin saber si alguien más está transmitiendo en ese mismo momento.
"El truco está en la manera en la que el receptor explota dicha interferencia para limpiar la señal recibida extrayendo de ella la información útil", explica Cocco. "Para tener una idea de cómo funcionan estos sistemas, se puede pensar en la manera en que se come una alcachofa: cada vez que se quita una hoja se come la parte buena de ella, pero también se liberan las hojas que están por debajo, así que hay por lo menos una nueva hoja que se puede quitar cada vez", añade el coautor del artículo.
Varios artículos en revistas científicas internacionales han confirmado que el random multiple access basado en la transmisión de múltiples copias de cada mensaje es muy prometedor. De todos modos, dichos trabajos usan simplificaciones (necesarias para poder trabajar de manera más sencilla con ecuaciones y simulaciones) que no permiten evaluar las prestaciones de estos sistemas en un entorno real, explican los autores del trabajo.
"Nuestra aportación va más allá de estas simplificaciones. Hemos estudiado el impacto que tendrían sobre el sistema en su totalidad varios elementos presentes en los sistemas reales (como por ejemplo las imperfecciones en la electrónica de bajo coste típica de muchos nodos IoT) y hemos desarrollado algoritmos que permitan robustecer el sistema frente a ellos. Al hacer esto, hemos puesto un esfuerzo particular en desarrollar algoritmos que sean al mismo tiempo eficaces y de baja complejidad, para que el IoT por satélite sea cada vez más eficiente y accesible para todo el mundo", concluye Cocco.
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Journal
International Journal of Satellite Communications and Networking