Localización en redes inalámbricas de sensores - Moreno Escobar, Carlos Ernesto (Universidad Autónoma Metropolitana, 2011)
Una red inalámbrica de sensores WSN (Wireless Sensor Networks) es esencialmente un con-junto de nodos sensores con alimentación propia que recolectan información y se comunican deforma inalámbrica, con una meta común. Las WSN son una tecnología emergente con un amplio espectro de aplicaciones potencialescomo el monitoreo de la salud humana, vigilancia, control de incendios, observación de la fauna, entre otras. No obstante, estas redes enfrentan retos difíciles, como asignar a cada nodo una posiciónde manera precisa. En esto consiste el problema de la localización. La localización de los nodos esuna herramienta importante que permite crear nuevas aplicaciones para las WSN. Por ejemplo, los sistemas de monitoreo pueden identificar el origen de un evento crítico. También, la información que provee la localización puede mejorar el funcionamiento de las WSN. Por ejemplo, los nodospueden enviar paquetes a su destino final, basándose únicamente en la posición de los nodos ensu vecindario. Esta estrategia de encaminamiento fomenta el trabajo local y limita el consumo de energía. Para resolver el problema de la localización, un sistema de posicionamiento global (GPS) puedeser un punto de partida, pero el uso del GPS es actualmente una solución costosa que no puedeusarse en interiores, donde la recepción satelital es pobre. Para un conjunto pequeño de nodos, lasposiciones individuales pueden programarse manualmente. No obstante, si se requiere emplear unnúmero masivo de sensores, entonces la configuración manual de la posición no es una opción. En algunos casos se emplean nodos móviles que conocen su posición en todo momento y realizan unrecorrido sobre la red, informando a los nodos su ubicación. Sin embargo, si la red se despliega aleatoriamente o un nodo móvil no es factible, entonces se requiere un procedimiento automáticoque realice la localización.; En este trabajo se propone abordar el problema de localización en una red de sensores inalám-bricos. Se considera que los nodos se encuentran en posiciones fijas, pero desconocidas. Igualmente, se asume que los nodos no disponen de ningún circuito complementario para estimar rangos odistancias. El método presentado se desarrolla en cuatro etapas sucesivas: en la primera, la WSN separticiona. En la segunda, por cada una de las colonias resultantes se calcula la distancia en saltosentre cada pareja de nodos de la misma colonia. En la tercera, se resuelve localmente el problemade escalamiento multidimensional. Finalmente, se introduce un conjunto de faros en cada partición, para ensamblar los fragmentos de la red en un sistema de coordenadas globales. Aquí se ofrece evidencia experimental que sugiere que la partición no sólo se reduce el costocomputacional y de comunicaciones, sino que también permite trabajar sobre redes con topología y dimensiones arbitrarias. Por otro lado, se reconocen cuáles son los parámetros críticos que influyen en la solución, tales como la densidad de la red o el tamaño de sus particiones. En el primero, seencontró que la incertidumbre de la solución es inversamente proporcional a la densidad de la red. Por otro lado, esta misma incertidumbre es directamente proporcional al tamaño de la partición. La partición aparece como una condición necesaria para escalar los algoritmos de localización. La red se divide en zonas más pequeñas, cada una de las cuales queda a cargo de una versión reducida del problema original, pero sobre una subgráfica con una densidad más uniforme y una topología más regular. Esto facilita una organización basada en recursos locales, con la capacidadde coordinarse en un contexto global. También se analizó el desempeño de tres algoritmos que resuelven el escalamiento multidimensional (MDS Clásico, SMACOF y la combinación de ambos) herramienta fundamental de estetrabajo. Identificamos cuál de ellos es el algoritmo conveniente para resolver la localización, basándonos en su complejidad computacional y la calidad de los resultados que produce.