[es] En esta tesis se propone una MAC basada en el paradigma de la Radio Cognitiva (RC) para redes de sensores y actuadores inalámbricos industriales. Estas redes se suelen utilizar para aplicaciones de control en lazo cerrado, que exigen requisitos estrictos de tiempo y robustez. Para no poner en peligro la salud de las personas o la maquinaria es necesario que la red asegure una baja latencia y una tasa baja de errores. Además, al trabajar en ambientes industriales como fábricas o transportes (trenes, aviones, etc.), estas redes tienen que hacer frente a canales con mucho desvanecimiento por multitrayecto y efecto sombra debido a las superficies metálicas. También es común en estos entornos que haya interferencias de otros sistemas de comunicaciones o de la propia maquinaria industrial. La MAC propuesta en esta tesis es capaz de asegurar los requisitos temporales y de robustez demandados trabajando en este tipo de entornos. En el proceso de diseño de la MAC basada en RC para redes de sensores y actuadores inalámbricos industriales, se ha llevado a cabo una comparación de diferentes MACs diseñadas para estas redes. Se han evaluado tanto MACs basadas en RC como no basadas en ella, estableciendo las ventajas de la RC para estas aplicaciones. La evaluación se ha llevado a cabo haciendo un estudio teórico mediante Network Calculus, cuyos resultados se han validado mediante simulaciones en OPNET. Los resultados muestran como la RC es capaz de evitar interferencias y asegurar robustez en ambientes industriales. Sin embargo, ninguna de las MACs seleccionadas ha conseguido asegurar ambos requisitos, temporales y de robustez, al mismo tiempo; se puede evitar las interferencias pero no sin comprometer los requisitos temporales de la aplicación. Sin embargo, la MAC propuesta es capaz de evitar interferencias asegurando al mismo tiempo los requisitos temporales y de robustez. Por lo tanto, la MAC propuesta es apropiada para este tipo de redes. Para asegurar el comportamiento determinista del sistema, se ha propuesto un novedoso algoritmo de handoff que es capaz de detectar una interferencia y saltar a otro canal. Este algoritmo se ha diseñado para ser utilizado conjuntamente con una de las MACs previamente evaluadas. La detección de la interferencia y el salto a otro canal se hace en un tiempo determinado de tiempo, ya que es posible detectar interferencias mientras el sistema está transmitiendo. Su rendimiento se ha evaluado mediante Network Calculus y simulaciones en OPNET, y se ha comparado con los resultados obtenidos con la MAC cuando no se utiliza el esquema propuesto. De la comparación se deduce que el esquema de handoff añade a la MAC la capacidad de asegurar a la vez los requisitos temporales y de robustez. Además, en la tesis se explica el algoritmo de spectrum sensing que la MAC utiliza para obtener información del entorno, y su rendimiento se ha estudiado mediante simulaciones en MATLAB. Debido a su simplicidad, se ha optado por un detector de energía para este propósito. También se presenta un clasificador de modulaciones cicloestacionario. Este clasificador ha sido simplificado todo lo posible para posibilitar su implementación en hardware real. El clasificador de modulaciones es capaz de distinguir entre señales OFDM, QPSK y GFSK. Su rendimiento se detalla para diferentes señales y para diferentes deficiencias presentes en el receptor, como son offset de frecuencia, offset de continua o desequilibrios I/Q. Por último, se presenta una plataforma cognitiva que se ha utilizado para validar los algoritmos de spectrum sensing. Un grupo de trabajo compuesto por investigadores de IK4-Ikerlan y Mondragon Unibertsitatea ha diseñado esta plataforma sobre una FPGA Virtex 6 de Xilinx. La plataforma, que utiliza los dos algoritmos de spectrum sensing, es un puente Ethernet-RF. Su objetivo es reemplazar un enlace cableado de Ethernet por uno inalámbrico para aplicaciones de redes de sensores y actuadores industriales. Gracias a los algoritmos de spectrum sensing, la plataforma es capaz de asegurar un enlace robusto ante interferencias. El detector de energía se utiliza en el transmisor para encontrar los posibles canales libres donde transmitir la información. Mientras que el clasificador de modulaciones se utiliza en el receptor para distinguir entre la señal del transmisor y otras posibles señales. Esto permite al receptor saber en qué canal de todos los posibles está el transmisor.

[eu] Tesi honetan proposatzen da Irrati Kognitiboaren (IK) paradigman oinarritutako MAC bat industriako haririk gabeko sentsore eta eragingailuen sareetarako. Sare horiek begizta itxiko kontrol aplikazioetarako erabili ohi dira, denbora eta sendotasunaren aldetik baldintza ugari eskatzen dute eta. Pertsonen osasuna eta makinak arriskuan ez jartzeko, beharrezkoa da sareak latentzia eta hutsegite tasa txikiak bermatzea. Gainera, industri giroetan lan egiteko direnez, esaterako, lantegietan edo garraioetan (trenak, hegazkinak, etab.), sare horiek gai izan behar dira gainazal metalikoek eragiten dituzten ibilbide aniztunaren eta itzal efektuaren ondorioz asko barreiatzen diren kanalei aurre egiteko. Ingurune horien ohiko ezaugarria da, baita ere, beste komunikazio sistema batzuen edo industriako makinen beraien interferentziak egotea. Tesi honetan proposatzen den MACa gai da honelako inguruetan lan egiteko denborari eta sendotasunari dagokienez eskatzen dituen baldintzak ziurtatzeko. IKan oinarrituta haririk gabeko sentsore eta eragingailu industrialen sareetarako MACa diseinatzeko prozesuan, horrelako sareetarako aurkeztu diren hainbat MAC alderatu dira. IKan oinarritutako MACak zein bestelakoak ebaluatu dira, eta IKak aplikazio hauetarako dituen abantailak ezarri dira. Ebaluaziorako Network Calculus erabili da, zeinaren bidez azterketa teoriko bat egin baita, eta azterketaren emaitzak OPNETen simulazioak eginda baliozkotu dira. Emaitzek erakusten dutenez, IKa gai da industriako inguruneetan interferentziak ekidin eta sendotasuna ziurtatzeko. Halere, aukeratu diren MACetatik batek ere ez du lortu baldintza biak, denborari buruzkoa zein sendotasunari buruzkoa, aldi berean ziurtatzea; interferentziak ekidin daitezke, baina ez aplikazioaren denborari buruzko baldintzak arriskuan jarri gabe. Dena dela, proposatu den MACak portaera determinista bat ziurtatzen du interferentziekiko, eta aldi berean denborari eta sendotasunari buruzko baldintzak ere ziurtatzen ditu. Hortaz, MAC hau egokia da sare mota honetarako. Sistemaren portaera determinista ziurtatzeko, handoff algoritmo berritzailea proposatu da, zeina interferentzia bat antzeman eta beste kanal bat igarotzeko gai den. Algoritmo hori aurretik ebaluatutakoa MACetako batekin batera erabiltzeko diseinatu da. Interferentzia antzeman eta beste kanal batera salto egitea denbora jakin batean egiten da, izan ere, sistema transmititzen ari dela antzeman baitaitezke interferentziak. Network Calculusen bitartez eta OPNETeko simulazioen bitartez ebaluatu da sistemaren errendimendua, eta proposatutako eskema erabiltzen ez denean MACak ematen dituen emaitzekin alderatu da. Alderaketa horretatik ondorioztatzen denez, handoff eskemak denborari eta sendotasunari buruzko baldintzak batera ziurtatzeko ahalmena ematen dio MACari. Gainera, tesiak azaltzen du inguruneari buruzko informazioa eskuratzeko MACak erabiltzen duen spectrum sensing algoritmoa, eta bere errendimendua MATLABen simulazioak eginez aztertu da. Bere sinpletasuna dela eta, energia detektore bat aukeratu da asmo honetarako. Modulazio sailkatzaile zikloegonkor bat ere aurkezten da. Sailkapen hori ahalik eta gehien sinplifikatu da benetako hardwarean inplementatu ahal izateko. Modulazioen sailkatzaileak OFDM, QPSK eta GFSK seinaleak bereizi ditzake. Bere errendimendua hargailuan dauden seinale eta akats desberdinetarako zehazten da, esaterako maiztasunaren offset-a,zuzenaren offset-a edo I/Q desorekak. Bukatzeko, spectrum sensing-eko algoritmoak baliozkotzeko erabili den plataforma kognitibo bat aurkezten da. IK4-Ikerlaneko eta Mondragon Unibertsitateko ikertzailez osatutako lantalde batek diseinatu du plataforma hori Xilinxen Virtex 6 FPGA baten oinarrutz. Plataformak spectrum sensing-eko bi algoritmo erabiltzen ditu eta Ethernet-RF zubi bat da. Bere helburua da Etherneteko kable bidezko lotura bat haririk gabeko batekin ordeztea industriako sentsore eta eragingailuen sareetan aplikatzeko. Spectrum sensing-eko algoritmoei esker, plataformak lotura sendoa bermatu dezake interferentziak gertatzen direnean. Energia detektorea transmisorean erabiltzen da informazioa transmititzeko erabilgarri egon daitezkeen kanalak aurkitzeko. Modulazioen sailkatzailea, berriz, hargailuan erabiltzen da transmisorearen seinalea eta egon daitezkeen beste seinale batzuk bereizteko. Horri esker, hargailuak badaki posible diren kanal guztietatik non dagoen transmisorea.