Integración de redes de sensores en las nuevas generaciones de sistemas de comunicaciones móviles 4G y 5G

摘要

El concepto actual de Internet de las Cosas (Internet of Things, IoT) y la tendencia hacia la utilización masiva de redes basadas en sensores plantea la duda de cómo va a ser posible transportar la información proveniente de dichas redes de una forma factible y eficiente. Una opción prometedora es la utilización de la red móvil celular existente (LTE/LTE-A). La realidad es que esta última no puede soportar una inclusión masiva de nodos sin afectar a los usuarios. Actualmente hay una gran actividad de investigación y estandarización tanto para adaptar las próximas versiones de las tecnologías actuales, como en la definición de la próxima generación de sistemas móviles, 5G, en la que resolver esta problemática resulta un punto clave. En las redes móviles actuales, la limitación viene más por un problema de saturación de los canales de señalización que de capacidad de la red. En el presente trabajo investigamos los aspectos de señalización del estándar de comunicaciones Long Term Evolution (LTE) para su posible uso conjunto con la red de sensores en versiones futuras y en la próxima generación.Creemos que una red de sensores con un gran número de nodos, que requiera poco uso de datos, puede interferir con los usuarios. Esto es debido a que pueden colapsar los canales de control y, por lo tanto, provocar un retraso general para todos los terminales de la red. Encontramos que efectivamente se produce este problema en el canal PUCCH, que es el principal canal de control del enlace ascendente. En este canal se asigna un recurso a cada terminal para peticiones de transmisión, por lo que al aumentar el número de terminales, el retraso aumenta proporcionalmente.Después de analizar diferentes investigaciones realizadas sobre la integración de sensores en LTE y comunicaciones tipo máquina, proponemos un modelo basado en una de ellas. Se trata de un modelo del canal de acceso aleatorio (RACH), donde los sensores realicen sus peticiones de transmisión en ese canal en vez de en el PUCCH. Sobre dicho modelo proponemos diversas modificaciones para mejorar el rendimiento y conseguir que no afecte a los usuarios que usen ese canal, como por ejemplo, la separación de los recursos del canal de acceso aleatorio (RACH) entre usuarios y sensores.Finalmente comprobamos que el modelo cumple con los objetivos mediante una simulación de tiempo discreto. Explicamos la estructura de la simulación detalladamente y verificamos los resultados mediante gráficas.