Resumen de Device-to-device communication and wearable networks: Harnessing spatial proximity
Se espera que los dispositivos espacialmente proximales que desean intercambiar información se vuelvan más frecuentes en redes inalámbricas, lo que hace cada vez más importante la opción para la comunicación directa de dispositivo-a-dispositivo (D2D). Por un lado, dentro de las redes en las que la comunicación a través de la infraestructura ha sido la convención, permitir tal opción para la comunicación de corto alcance y single-hop entre dispositivos ubicados conjuntamente podría potencialmente generar beneficios de rendimiento en varios aspectos. Por otro lado, en el ámbito de las redes en las que la interacción directa entre dispositivos ha sido una opción obvia, existe una demanda creciente de soportar aplicaciones de velocidad extrema de datos e implementaciones mucho más densas de transmisiones simultáneas. Esta disertación explora dichos aspectos abordando dos problemas principales: (i) analizando los beneficios de rendimiento de la comunicación D2D integrada en las redes móviles celulares y (ii) investigando la viabilidad de las frecuencias mmWave (onda milimétrica) para redes personales de dispositivos wearables (usado en el cuerpo) en entornos cerrados.
Bajo suficiente localidad espacial en el tráfico inalámbrico en redes celulares, el modo de comunicación D2D puede ser apalancado para emplear una reutilización espectral más densa, logrando así eficiencias espectrales de área muy alta (bits/s/Hz por unidad de área). La habilitación de D2D implica una remodelación de la topología de red que comprende las fuentes de señal útil e interferencia perjudicial desde la ventaja de cada receptor, lo cual es un factor que delimita el funcionamiento de la red de manera fundamental. Por tanto, para medir las ganancias de rendimiento de D2D y para identificar los retos de la misma, es esencial para modelar la comunicación D2D en un gran ajuste multicelular, sin faltar las características clave del entorno de interferencia resultante. En este sentido, se desarrolla un sólido marco analítico, utilizando herramientas de geometría estocástica. La disertación propone un nuevo enfoque para la aplicación de la geometría estocástica para mejorar la simplicidad, precisión y generalidad del análisis de redes inalámbricas. La evaluación realizada utilizando dicho enfoque, al mismo tiempo que demuestra el potencial de D2D, también indica la necesidad de manejar la oleada de interferencia. Impulsado por estos resultados, y para ilustrar la flexibilidad del marco, también se amplía para incorporar esquemas de protección contra interferencias basados en regiones de exclusión y se evalúan sus los beneficios.
La presencia de redes wearables múltiples—cada una de las cuales comprende varios pares de dispositivos en el cuerpo desgastados por personas—en proximidad puede dar como resultado una densidad extrema de transmisiones inalámbricas simultáneas. Se espera que este escenario se convierta habitual en entornos cerrados, por ejemplo, trenes de cercanías, subterráneos, aviones, aeropuertos u oficinas, y será un reto adicional debido a la creciente demanda de aplicaciones inalámbricas intensivas en datos en tecnología wearable. Esta combinación de comunicaciones de muy corto alcance, en aplicaciones de alta velocidad de datos y de reutilización espectral densa parece hacer que la operación en las frecuencias mmWave sea un candidato adecuado; se añade la posibilidad de alojar conjuntos de antenas dentro de dispositivos para el beamforming direccionales. Por tanto, también se investiga la viabilidad de las redes wearables mmWave cerradas, con especial énfasis en modelar apropiadamente el impacto de los mecanismos de propagación en estas frecuencias. En el modelado de propagación, las reflexiones especulares de las superficies se explican explícitamente, ya que se espera que contribuyan a la potencia de la señal útil, mientras que, al mismo tiempo, intensificar la interferencia. Reconociendo la mayor prominencia del bloqueo por obstáculos, también se modelan los bloqueos corporales en los caminos de propagación directa y reflejada. El impacto de estos mecanismos en la eficiencia espectral de la red se evalúa, ayudado por la aplicación de la geometría estocástica y la teoría de la forma aleatoria. Bajo configuraciones internas relevantes, y en la ausencia plausible de señal directa fuerte, se investiga la fiabilidad de las reflexiones superficiales proporcionando potencia de señal útil para una comunicación eficiente y se establece la necesidad de antenas direccionales.
