Las características principales de una WSN (Wireless Sensor Network), red inalámbrica de sensores, son el gran número de dispositivos que la pueden llegar componer, la topología de la red, el canal inalámbrico usado para la comunicación y la baja capacidad de almacenamiento y procesamiento de los dispositivos de la red, que a su vez pueden tener movilidad en la mayoría de los casos.
Desde el punto de vista topológico, una WSN, es una red de tipo malla. Es decir, la distribución espacial de los dispositivos es generalmente aleatoria. Si a esto unimos que la capacidad de movilidad de los dispositivos que componen la red, dicha aleatoriedad topológica aumenta. Una ventaja de este tipo de redes es la existencia, con alta probabilidad, de varios caminos para comunicar dos entes de la red. Pero esta ventaja, se torna en inconveniente, cuando lo que se pretende es la optimización de los recursos de red, y evitar el envío duplicado de mensajes por la red. Ésto implica la elección de la mejor ruta para comunicar cuales quiera dos dispositivos de la WSN, según determinados criterios de elección.
Dichos algoritmos de elección aumentan en complejidad conforme aumenta el número de dispositivos que componen la red de datos, y como ya hemos dicho este número es muy elevado en el ámbito de las redes WSN. Además hay que tener en cuenta que los algoritmos de encaminamiento desarrollados hasta la fecha para una WSN son distribuidos, por lo que cada elemento de la red deberá de ejecutar dicho algoritmo y establecer de manera individual las reglas de encaminamiento que en su caso estime oportunas.
Dada la baja capacidad de proceso y almacenamiento de los dispositivos de una WSN, los algoritmos de encaminamiento distribuidos que se pueden implementar son relativamente simples. Dando lugar a reglas de encaminamiento que en el caso de las comunicaciones P2MP (Punto-MultiPunto) funcionan muy bien, pero para el caso de comunicaciones MP2P (MultiPunto-Punto) o P2P (Punto a Punto) los resultados de encaminamiento no son los deseados.
Si a ésto unimos la movilidad de los propios dispositivos, con la consiguiente actualización periódica de las rutas de datos, para adaptarlas a los cambios topológicos, hace que la búsqueda de una solución distribuida al problema de encaminamiento en redes WSN no sea una buena opción.
La aparición del paradigma SDN (Software Defined Networking) ha permitido, en el caso de las redes cableadas, el aislamiento entre la capa de control y la capa de datos en una red comunicaciones. Así, los dispositivos de red solo tienen tablas de encaminamiento, y su única labor es examinar algunos campos del paquete de datos a transmitir, mirar su coincidencia con alguna entrada de la tabla de encaminamiento, y procesar dicho paquete según la acción asociada en la tabla a dicha entrada. El encargado de establecer el contenido de cada una de las tablas, en cada uno de los dispositivos de red, es el llamado controlador SDN, que no es nada más que un software cuya principal función es: descubrir la topología de la red, y en función de la misma determinar las rutas de datos entre dos dispositivos de la topología.
Esta filosofía SDN ha sido ampliamente desarrollada para el caso de redes cableadas, dando lugar a una gran cantidad de controladores comerciales, y a estándares de comunicación. Pero en el caso de las redes inalámbricas y en concreto de las WSN, se podría decir que está en un estado incipiente de desarrollo. Aunque ya hay algunos esfuerzos en este sentido que han dado lugar a prototipos, entre otros el del proyecto SDN-WISE. Pero en cualquier caso, su grado de madurez es muy bajo, habiendo aspectos como la monitorización del estado de la red, el diseño de algoritmos de encaminamiento con soporte de QoS, y el descubrimiento de la topología que todavía están en fase de gestación.
En cualquier caso, y como paso previo al desarrollo de un algoritmo de encaminamiento basado en SDN para WSN, se debería de realizar un descubrimiento de la topología de red de la WSN. Realizando una abstracción de la misma que posteriormente permita el procesamiento de la misma mediante herramientas computacionales.
Objetivos
El objetivo general del TFG aquí descrito sería el desarrollo de un mecanismo que basándose en la filosofía SDN, y utilizando el prototipo de controlador desarrollado en el proyecto SDN-WISE, sea capaz de descubrir y representar, automáticamente, la topología de una red WSN, para su posterior tratamiento mediante herramientas computacionales.
Para conseguir el objetivo principal del TFG, se plantean los siguientes objetivos parciales:
-
Diseño e implementación de un protocolo de comunicación que permita a los dispositivos de una red WSN comunicar su situación y estado, dentro de la topología de la red WSN, al controlador SDN.
-
Estudiar y desarrollar, en el controlador SDN, un mecanismo de representación de la topología de red WSN, así como implementar un algoritmo simple de cálculo de rutas entre dos puntos de la topología.
-
Implementar un protocolo que permita la comunicación a todos los elementos de la red WSN, por parte del controlador SDN, de las rutas de datos que se han de establecer en la red para que exista conectividad entre cuales quiera dos elementos de la misma.