Experimental evaluation of the PHY layer of WSN focused on smart city applications

Los rapidos avances en las tecnologias de la informacion y de las comunicaciones ha permitido hoy en dia poder disenar y construir por separado o compacto microcontroladores y transceptores de bajo consumo y baja potencia en un solo chip de silicio (un sistema en un chip, en ingles conocido como System on Chip). Simultaneamente el continuo aumento de la demanda de utilidades debidas a las actividades economicas y a la expansion de la poblacion ha conducido a un uso insostenible de los recursos naturales de la Tierra con un efecto adverso sobre el entorno. El poder mantener el equilibrio entre la disponibilidad de los recursos y utilidades con el entorno es uno de los desafios mas grandes que las ciudades, Europa y el mundo estan haciendo frente hoy en dia. Para hacer frente a las problematicas causadas por la falta de recursos suficiente tales como la electricidad, el agua, el transporte y proporcionar las necesidades a una area urbana con un enorme continuo crecimiento de la poblacion, es importante hacer ciudades energeticamente eficientes y sostenibles. A partir de aqui nace el concepto de ciudad inteligente. La idea basica de este concepto es la presencia omnipresente de un conjunto de redes inalambricas formadas por dispositivos inalambricos pequenos de bajo consumo que operan con baterias, son programables (inteligentes), conocidos como DCA (Dispositivos de Corto Alcance, en ingles SRD-Short Range Devices) , se integran en las cosas y son capaces de interactuar con el entorno y con los nodos vecinos para proporcionar las necesidades a las ciudades, dentro del contexto de las tecnologias inalambricas M2M (Machine to Machine ). El concepto de ciudad inteligente es a la vez uno de los paradigmas que forman parte del contexto de Internet de las cosas (IoT- Internet of Things ) tales que la informacion relacionada con las cosas podra ser monitorizada, gestionada y controlada (ej: contenedores, alumbrado publico, plazas de aparcamiento, el agua, etc.) sin la intervencion humana. En este contexto las redes de sensores inalambricos juegan un papel importante. El papel de estas redes de sensores inalambricos en el futuro del IoT es uno de los campos de investigacion mas interesantes y emergentes por varias razones: primera, estos dispositivos inalambricos tienen restricciones energeticas dado que operan con baterias, y por o tanto el consumo de potencia es un factor importante que se tiene que tener en consideracion. Segundo, dado que estos dispositivos pueden ser desplegados en cualquier lugar, la maxima potencia de transmision legal de 14 dBm (25 mW) en Europa podria no llegar a ser suficiente para ofrecer el alcance deseado en escenarios con impedimentos donde no exista vision directa entre transmisor y receptor. Por ejemplo, un gran reto es la comunicacion entre nodos desplegados cerca del suelo, dado que el mismo suelo introduce unas perdidas de potencia considerables en funcion de la frecuencia dificultando la propagacion de las ondas electromagneticas y por lo tanto la dificultad de conseguir distancias de comunicacion elevadas. Tercero, el gran numero de nodos que pueden llegar a ser desplegados en una area urbana puede causar interferencias entre ellos provocando perdidas de paquetes, retransmisiones y por lo tanto un aumento del consumo energetico debido a las retransmisiones. Por estas razones, esta tesis se centra en estudiar aspectos de capa fisica, con una modelizacion teorica del entorno respaldada con medidas. En concreto esta tesis evalua primeramente la propagacion (a gran escala) en la banda de Europa 868 MHz en escenarios de comunicacion tipicos en entornos urbanos. Posteriormente se evalua y se compara los aspectos de propagacion (a gran escala y a pequena escala) de las bandas ISM(Industrial, Scientific and Medical ) 433 MHz y 2.4 GHz a partir de fundamentos teoricos y practicos. La banda de 433 MHz es una posible banda candidata para el futuro de las WSN ofreciendo mayor alcance y menor probabilidad de interferencia que la banda de 2.4 GHz dado a que hay menos dispositivos haciendo uso de la banda 433 MHz. Por ultimo, es importante enfatizar que todos los analisis de los resultados obtenidos han surgido a partir de un conjunto de campanas de medida con fenomenos de propagacion reales y datos reales.