Tiempo de vida de una red de sensores inalámbricas

Post date: Apr 30, 2012 6:37:06 PM

Con los actuales prototipos de redes de sensores inalámbricas, uno de los principales problemas a resolver en su aplicación a nivel industrial es el tiempo de vida que tienen los sensores antes de quedarse sin batería.

En la actualidad, las opciones mas comúnmente usadas (que no son excluyentes) son:

• Trabajar en las fuentes de alimentación: Bien sea mediante la obtención de energía por fuentes poco convencionales existentes en el entorno o simplemente la conexión a una fuente de energía disponible. En el primer caso cabe destacar la empresa alemana Enocean y su linea de productos que permite obtener energía de diversas fuentes, energía solar, energía cinética, cambios de temperatura, etc. Un ejemplo es éste listado de productos.
• Dormir los nodos el máximo tiempo posible. En aquellos casos donde alimentar los nodos sea imposible o no sea viable, no nos queda otro remedio que ser eficiente en el uso de los recursos para minimizar el proceso de recambio de baterías. Dormir los nodos aprovecha los diversos modos de funcionamiento de los microcontroladores (sleep modes) utilizados en redes de sensores inalámbricas que, generalmente, poseen varios modos en los cuales reducen su consumo de energía a costa de desactivar funcionalidad. Entre la funcionalidad que mas energía ahorra se encuentra precisamente la interfaz radio ya que, incluso sólamente escuchando, el consumo de la interfaz radio es considerable.

Obviamente la planificación de las comunicaciones debe ser consciente de este problema y deben ser programadas en consecuencia. En el modo mas básico, los nodos se encuentran dentro del alcance de uno o varios nodos que realizan las funciones de gateway y que no tienen problemas de alimentación. De esta forma se pueden establecer esquemas simples como:

• Despertarse cada cierto tiempo y enviar al Gateway la información.
• Utilizar una interfaz radio de bajo consumo que permita despertar los nodos de forma sincronizada (Un ejemplo de este dispositivo es este chip (AS3931)). Una buena lectura para entender los problemas y ventajas de esta aproximación (algunas de las cuales las veremos en en este mismo post) es este artículo "Wake-up receivers for wireless sensor networks: benefits and challenges"
• Utilizar un mecanismo que despierte al nodo cuando ocurre algún evento concreto de forma que en lugar de comunicarse periódicamente y de forma sincronizada se comunica sólo cuando algo relevante a sucedido.

El problema de este esquema básico de comunicación (de un salto) se agrava cuando el esquema de comunicación es multisalto. En este caso la ruta que sigue el mensaje o evento debe también, ser despertada, lo cual plantea un problema añadido. Por lo tanto, es necesario algún tipo de mecanismo o sincronización que resuelva el encaminamiento de los nodos entre el evento y el gateway. De nuevo la sincronización en el tiempo puede ser una posibilidad, éste caso, para mantener una sincronización de granularidad fina debería incorporar un reloj de tiempo real que también consume energía por lo que, en función de qué aplicación, este esquema puede no ser una buena solución.

De igual forma, las radios utilizadas para sincronizar la comunicación pueden utilizarse (e.j. utilizando varios canales) para despertar grupos de nodos que permitan la comunicación multisalto. En la misma línea, Otra posibilidad es que un nodo despierte al siguiente salto, utilizando canales específicos.

En cualquier caso, el consumo de los microcontroladores sigue estando en el ojo de la innovación de las empresas fabricantes y aparecen nuevos modos sleep en los nuevos IC