Planificaciones TDMA óptimas en redes submarinas de comunicación

• Autores: Miguel Angel Luque Nieto
• Directores de la Tesis: Pablo Otero Roth (dir. tes.), Javier Poncela (codir. tes.)
• Lectura: En la Universidad de Málaga ( España ) en 2018
• Idioma: español
• Tribunal Calificador de la Tesis: Alfonso Ariza Quintana (presid.), Germán Madinabeitia Luque (secret.), Antonio Sánchez García (voc.)
• Programa de doctorado: Programa de Doctorado en Ingeniería de Telecomunicación por la Universidad de Málaga
• Enlaces
  • Tesis en acceso abierto en: RIUMA
• Resumen

  • La necesidad de monitorización de parámetros medioambientales como el nivel de ozono en la atmósfera o la polución en las grandes ciudades entre otros casos, es un hecho probado. La pronta disponibilidad de tales medidas permite poner en marcha acciones correctivas que eviten de otro modo consecuencias irreversibles. La vía principal de obtención de estas mediciones, reside en la aplicación de la tecnología (mediciones in situ, globos sonda, imágenes satélite, etc). Esta situación es trasladable al medio marino, donde hay un interés creciente en estudiar cuál es el efecto global de alteraciones en su estado. Un caso conocido es la variación de las corrientes oceánicas, que tiene un gran impacto en el clima (inundaciones, sequías, etc). En otros casos, esta medición permite responder a emergencias ante desastres naturales, como la detección de tsunamis en un maremoto mediante una red de boyas de flotación. En aguas costeras, también son muchas las aplicaciones que pueden beneficiarse de una medición automatizada de parámetros del agua, entre otros el control de vertidos contaminantes o la monitorización de sedimentos aportados en los estuarios de los ríos, en ambos casos con efectos sobre el equilibrio del ecosistema marino.

    Una solución cada vez más extendida para obtener medidas continuas en el medio marino, es establecer una red de nodos submarina, donde cada nodo contiene diferentes sensores además de un módem para transmitir y recibir datos. Para recoger los datos medidos, se establece un patrón de comunicaciones entre nodos que haga llegar la información de todos ellos a un nodo especial recolector, para su posterior recogida y procesamiento. La principal dificultad radica en la comunicación inalámbrica entre los nodos, pues el medio marino es muy agresivo e impone serias limitaciones a la propagación de las señales no guiadas, atenuando la onda (más cuanto mayor sea la frecuencia) e imponiendo una baja velocidad de propagación.

    Para mitigar estos dos efectos, que limitan sobremanera el rendimiento de la red, se marca como objetivo principal de esta tesis la búsqueda de una planificación de transmisiones para los nodos de la red que logre una alta eficiencia en términos de rendimiento (throughput). Concretamente, se abordan dos casos de estudio. Por un lado, una topología singular adaptada al estuario de un río, que llamaremos red de estuario, y por otro una red lineal, que podría soportar aplicaciones de detección de intrusos en bocanas de puertos. En ambos casos, se abordan problemas comunes: evitar las interferencias mientras se maximiza el volumen de datos transmitidos. Por otro lado, el método de resolución difiere, usando métodos de empaquetado (bin packing) para la red de estuario, o heurísticos por exploración de soluciones en el caso de la red lineal. En este último caso, mediante un simulador propio realizado con software matemático MATLAB®, se estudia el efecto que tienen varias disciplinas de servicio en diferentes parámetros típicos, como retardo de paquetes, longitud de colas o equidad en la distribución de paquetes entregados al destino (fairness).