Resumen
Las redes industriales de sensores inalámbricos (IWSN - Industrial Wireless Sensor Networks) tienen una creciente aceptación en los entornos productivos debido a su facilidad de despliegue, bajos costes y eficiencia energética. Sin embargo, la complejidad y precisión que demandan estos entornos requieren que las IWSN implementen mecanismos de calidad de servicio (QoS) que les permitan operar con un alto determinismo.
Por esta razón, el estándar IEEE 802.15.4e ha incorporado protocolos de acceso al medio que permiten tener un mayor control sobre las comunicaciones. Estos protocolos permiten asignar de forma predecible y cíclica instantes de tiempo donde los dispositivos de una red pueden transmitir información sin ningún tipo de interferencia o contienda con otros dispositivos de la red. Uno de ellos es el protocolo salto de canal con ranuras de tiempo (TSCH - Time Slotted Channel Hopping) el cual planifica las transmisiones entre los dispositivos en una matriz de dos dimensiones, tiempo y frecuencia. Esta planificación de las transmisiones permite que los dispositivos tengan instantes de tiempo exclusivos para la transmisión, reduciendo así la interferencia y aumentando la fiabilidad de las transmisiones. Sin embargo, este estándar no especifica como asignar los recursos temporales en la planificación TSCH, dando lugar a múltiples soluciones de planificación.
Estos enfoques de planificación adquieren una gran relevancia en el actual entorno de la Industria 4.0, donde se busca aumentar de forma masiva la digitalización la interacción y la integración con los diferentes procesos industriales. Por lo tanto, hay una gran diversidad de flujos de información sobre la misma red. Además, al ser flujos de diferentes procesos, también tienen diferentes criticidades, donde deben garantizarse parámetros de QoS como latencia, throughtput, pérdida de paquetes y deadline. Esta creciente demanda de QoS y la diversidad de flujos de tráfico requieren un control estricto y dinámico que no puede lograrse con planificadores convencionales. Por esto, la evolución hacia nuevos paradigmas como las redes definidas por software (SDN - Software Defined Networks) se está convirtiendo en una interesante alternativa para abordar la complejidad de los retos actuales en las IWSN. Estas aceptan un aumento del tráfico de señalización a cambio de ventajas adicionales, tales como: una reducción de la complejidad de los procesos en los nodos, una visión global de todos los elementos de la red y una alta capacidad de reconfiguración.
En el desarrollo de esta tesis, se aprovecha el alto nivel de detalle y control que ofrecen las SDN para abordar los complejos desafíos que enfrenta actualmente la adopción de las IWSN en el sector industrial, como la movilidad, la escalabilidad y la garantía de parámetros de QoS. Estos desafíos presentan una complejidad significativa al utilizar los protocolos convencionales; por ello, es necesario implementar un cambio disruptivo que permita superar estas limitaciones de manera sencilla y eficiente. En consecuencia, esta tesis se centra en la investigación y aplicación de mecanismos que permitan adaptar las IWSN al paradigma SDN, así como el desarrollo de protocolos de enrutamiento y planificación TSCH dinámicos que aseguren un alto grado de determinismo y una alta capacidad de adaptación a los cambios en la topología. De esta forma, se garantizan requisitos de QoS independientes para cada tipo de flujo de manera dinámica y con una baja complejidad, incluso en condiciones de movilidad y alta densidad de nodos.
