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Documentos técnicos

Esta página ofrece una muestra de documentos técnicos representativos que documentan los fundamentos, las pruebas y los usos de las normas y la tecnología relacionadas con Wi-SUN.

2026

La red inalámbrica inteligente y ubicua (Wi-SUN), un sistema de comunicación inalámbrica basado en el estándar IEEE 802.15.4 Smart Utility Network (SUN), ha ido evolucionando desde que se estandarizó como IEEE 802.15.4g en 2012 para permitir la comunicación por paquetes a baja velocidad, de largo alcance y bajo consumo. Gracias a las capacidades de comunicación integradas en dispositivos como contadores, sensores y monitores, Wi-SUN se ha implantado en decenas de millones de dispositivos en todo el mundo como sistema de comunicación del Internet de las cosas (IoT) para la recopilación de información y el control de dispositivos. Las capas físicas estandarizadas en la norma IEEE 802.15.4 SUN y que se usan en Wi-SUN incluyen la modulación por desplazamiento de frecuencia (FSK) y la multiplexación por división ortogonal de frecuencia (OFDM), a las que se hace referencia como SUN-FSK y SUN-OFDM, respectivamente.

Este artículo resume las especificaciones técnicas, los modelos de uso y las últimas tendencias de investigación de SUN-FSK y SUN-OFDM, y analiza sus características de transmisión. En concreto, para evaluar las características de transmisión, hemos recopilado datos de referencia junto con los resultados de los experimentos de transmisión al aire libre, y los presentamos tanto desde el punto de vista de la simulación por ordenador como de la evaluación con hardware. Por último, como desarrollo futuro del estándar SUN IEEE 802.15.4, demostramos el potencial de utilizar bandas de baja frecuencia, como la banda VHF (frecuencia muy alta), basándonos en las características fundamentales de transmisión.

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Una red de área de campo de red inteligente inalámbrica para servicios públicos (Wi-SUN FAN) es un estándar internacional para sistemas de comunicación inalámbrica diseñado para aplicaciones del Internet de las cosas. Este estándar utiliza el enrutamiento multisalto, que transfiere datos a través de otros dispositivos, lo que permite crear redes en malla de área amplia.

Además, se siguen varios protocolos en paralelo para mantener comunicaciones multisalto de alta calidad frente a diversas interferencias de señal en los dominios de la frecuencia y del tiempo. Sin embargo, muchos de los protocolos que se usan en una red Wi-SUN FAN se han normalizado de forma independiente a través de diferentes organismos de normalización.

Además, aún no se ha hablado lo suficiente sobre cómo interactúan estos protocolos. Por eso, se puede mejorar la calidad de la comunicación ajustando cada protocolo para tener en cuenta estas interacciones. Esta investigación se centra en los distintos protocolos que se usan en la capa de enlace de datos de una red Wi-SUN FAN, identificando las interacciones que surgen cuando se combinan y los problemas que esto genera.

Además, proponemos un método de coordinación de protocolos para abordar estos problemas y mejorar los indicadores de calidad de la comunicación, como la tasa de éxito y el retraso en la comunicación. Mediante simulaciones por ordenador y verificaciones experimentales, confirmamos que el método propuesto mejora la calidad de la comunicación, aumentando la tasa de éxito en un 20 % en comparación con el método convencional antes de ajustar los parámetros. Además, demostramos que el retraso medio en la comunicación se reduce en aproximadamente un 85 % (de 5,98 a 0,93 s) al ajustar varios parámetros con el método propuesto para mejorar la eficiencia de la comunicación.

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La red de área de campo de la red inteligente inalámbrica para servicios públicos (Wi-SUN FAN) es un estándar inalámbrico multisalto basado en IPv6 que alcanza un alto rendimiento de varios cientos de kilobits por segundo, entre 10 y 100 veces superior al de las tecnologías típicas de área amplia y bajo consumo, al tiempo que mantiene un bajo consumo energético. Sin embargo, transmitir vídeo a través de una red Wi-SUN FAN es complicado, ya que los flujos de alta velocidad con numerosos paquetes cortos del protocolo de transporte en tiempo real (RTP) generan una sobrecarga considerable por paquete, lo que reduce significativamente la eficiencia.

Este estudio propone un marco de optimización multicapa en la capa de aplicación para la transmisión H.265/RTP a través de los protocolos estándar Wi-SUN FAN. El marco consta de tres componentes: 1) exclusión selectiva de unidades redundantes de la capa de abstracción de red en el origen (delimitadores de unidades de acceso e información seleccionada sobre la usabilidad del vídeo) en condiciones en las que se ha comprobado que no hay impacto perceptivo; 2) la agregación de paquetes UDP (Protocolo de datagramas de usuario) con un tamaño cercano al máximo de la unidad de transmisión, que agrupa varias cargas útiles RTP para reducir los intentos de acceso al canal; y 3) planificación de la tasa con restricciones de fiabilidad, que relaciona el número de saltos y la concurrencia de flujos con un intervalo de emisión mínimo y una tasa de bits sostenible por flujo para cumplir con una relación de entrega de paquetes (PDR) de extremo a extremo objetivo.

El marco se evaluó en un entorno de red en escalera mediante simulaciones por ordenador a gran escala y un banco de pruebas de hardware, centrándose en un caso de uso de videovigilancia. La calidad del vídeo se evaluó mediante la fusión de métodos de evaluación de vídeo (VMAF). Los resultados muestran que, al gestionar múltiples flujos de cámara, se consigue una puntuación VMAF estable y de calidad práctica de aproximadamente 80, al tiempo que se reducen los datagramas UDP inalámbricos hasta en un 84,5 %. Una tabla de consulta indexada por topología asocia el número de saltos y la concurrencia de flujos a una tasa de emisión segura, lo que permite una tasa de entrega (PDR) del 99,9 % en implementaciones reales.

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La red de área de campo (FAN) Wi-SUN (red inalámbrica inteligente y ubicua), un estándar emergente de comunicación inalámbrica multisalto para sistemas del Internet de las cosas, se usa para desarrollar ciudades inteligentes, sistemas de medición e infraestructura industrial. La Wi-SUN FAN adopta el protocolo de enrutamiento del Protocolo de Internet versión 6 (IPv6) para redes de baja potencia y con pérdidas, y utiliza el método de la media móvil ponderada exponencialmente, que tiene en cuenta los valores históricos de las métricas de enlace para configurar redes de múltiples saltos robustas.

Dado que el despliegue de nodos móviles es un aspecto indispensable para el desarrollo de las ciudades inteligentes y la infraestructura de las fábricas inteligentes, la red Wi-SUN FAN debería ser capaz de enrutar nodos móviles. Para ello, este estudio utiliza simulaciones por ordenador y experimentos de campo para evaluar la tasa de entrega de paquetes (PDR) de un nodo móvil de la red Wi-SUN FAN que funciona con un protocolo de enrutamiento convencional, lo que permite descubrir las causas de la disminución de la PDR.

Para superar estas limitaciones, proponemos un protocolo de enrutamiento que tiene en cuenta la dirección de desplazamiento del nodo móvil para garantizar una comunicación móvil fiable dentro de la red Wi-SUN FAN. Las simulaciones por ordenador muestran que el PDR mejora hasta un 87 % (los puntos PDR oscilan entre 0,125 y 0,995) con el protocolo propuesto, en comparación con los protocolos de enrutamiento convencionales, cuando el nodo se mueve a 10 m/s. En los experimentos con equipos reales, el PDR mejora hasta un 38 % (los puntos PDR oscilan entre 0,476 y 0,859) cuando el nodo se mueve a 0,26 m/s. Los resultados de la simulación y de los experimentos confirman que el protocolo de enrutamiento propuesto supera las limitaciones del protocolo convencional gracias a un rápido cambio de nodo padre y a una selección ágil, independientemente de la dirección del movimiento.

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La red de área de campo de la red inalámbrica inteligente de servicios públicos (Wi-SUN FAN) se basa en el Protocolo de enrutamiento IPv6 para redes de baja potencia y con pérdidas (RPL) para construir redes IP multisalto a gran escala. Sin embargo, la selección local del nodo padre puede concentrar el tráfico en unos pocos repetidores, aumentar la profundidad de la ruta y agravar la pérdida de paquetes.

Te proponemos un marco centralizado para la construcción de rutas que agrupa los informes de los vecinos en el router fronterizo y aplica el diagrama de decisión con supresión cero (ZDD) para enumerar todas las estructuras de expansión compatibles con el grafo acíclico dirigido orientado al destino (DODAG) bajo restricciones globales, como los límites de saltos y los límites de hijos por padre.

De este conjunto viable, se eligen las rutas según un objetivo para toda la red y, a continuación, se minimiza el número total de repetidores. En una simulación con 75 enrutadores y un área de 4 km × 4 km, con ajustes realistas de Wi-SUN PHY/MAC y de propagación, las rutas seleccionadas mejoran la tasa de éxito de extremo a extremo y la latencia, alcanzando una tasa de entrega de paquetes (PDR) de extremo a extremo de aproximadamente el 90 % con una carga ofrecida baja. Al optimizar de forma global antes de la instalación, nuestro enfoque genera DODAG poco profundos que reducen el número de saltos al tiempo que equilibran la carga de los repetidores, lo que se traduce en una mejora sustancial de la fiabilidad de la comunicación.

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2025

La red de área de campo de la red inalámbrica de servicios públicos inteligentes (Wi-SUN FAN) es un perfil de Wi-SUN, un estándar de comunicación inalámbrica para dispositivos del Internet de las cosas (IoT), diseñado para aplicaciones que requieren redes de comunicación en malla a gran escala y al aire libre, como los sistemas de medición inteligente. Wi-SUN FAN utiliza el Protocolo de enrutamiento IPv6 para redes de baja potencia y con pérdidas (RPL) como protocolo de enrutamiento de la capa de red. El RPL está diseñado principalmente para la comunicación entre nodos fijos, lo que plantea dificultades a la hora de crear rutas de comunicación óptimas en entornos de comunicación móvil.

Para abordar este problema, se han llevado a cabo investigaciones con el fin de mejorar el método de enrutamiento para implementar comunicaciones móviles basadas en Wi-SUN FAN. Sin embargo, el estudio anterior tiene el inconveniente de que requiere ajustes en los parámetros de restricción temporal relacionados con la construcción de rutas cuando los nodos se desplazan, y no es capaz de adaptarse a velocidades superiores a un cierto nivel. En este artículo, proponemos un método de enrutamiento que resuelve este problema optimizando la generación de tramas de control y eliminando las restricciones temporales en las actualizaciones de rutas para un sistema de comunicación móvil que utiliza Wi-SUN FAN, independiente de la velocidad.

Comparamos y evaluamos el método convencional (es decir, el RPL), el método modificado del estudio anterior y el método propuesto para el control de rutas mediante simulaciones por ordenador. Los resultados muestran que el método propuesto optimiza las tramas de control y permite crear rutas de comunicación fiables incluso con movilidad a alta velocidad, y que la tasa de éxito en la transmisión cuando el nodo móvil se desplaza a 19 m/s mejora en un factor de aproximadamente 2,9 en comparación con el método convencional.

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La red inalámbrica para servicios públicos inteligentes (Wi-SUN) es un estándar de comunicación inalámbrica para el Internet de las cosas (IoT) que permite un bajo consumo energético y la comunicación a larga distancia. Wi-SUN se ha implantado en aplicaciones comerciales a gran escala, sobre todo en la medición inteligente. La capa física de Wi-SUN se basa actualmente en la norma IEEE 802.15.4 Smart Utility Network (SUN), y se está trabajando en la estandarización internacional para ampliar la distancia de transmisión a partir de la norma SUN actual, con el fin de satisfacer la creciente demanda del IoT.

En este esquema, no solo hay que conseguir las características de transmisión necesarias en distintos entornos de casos de uso del IoT, sino también ser tolerante a la interferencia en el mismo canal que existe en muchas de las bandas de frecuencia relevantes. En este artículo, proponemos una nueva capa física basada en la multiplexación por división ortogonal de frecuencia (OFDM) del estándar IEEE 802.15.4 SUN, que utiliza OFDM de portadora única (SC-OFDM), el cual recurre a la dispersión y al salto de frecuencia para lograr una comunicación a larga distancia y mejorar la calidad de la comunicación en un entorno con interferencias.

Hemos evaluado sus características básicas de transmisión y la distancia de transmisión en condiciones de interferencia por trayectos múltiples y en el mismo canal mediante simulación por ordenador. Incluso en zonas urbanas, el esquema propuesto alcanzó un alcance de transmisión de más de 20 km en la banda de muy alta frecuencia (VHF) con una tasa de error de paquetes requerida de 10⁻², lo que supone una distancia tres veces mayor que la del SUN OFDM convencional.

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Este artículo informa sobre los resultados de las características temporales de la reformación de la red Wi-SUN FAN 1.0 [1]. Los autores han explorado en detalle el comportamiento de la red Wi-SUN FAN en condiciones de reinicio de todos los nodos de la red, dado que los nodos ya estaban autenticados en la red y habían conservado su material de seguridad pertinente. De interés específico era el momento de la reformación en general y cómo dicho momento se escalaba con el tamaño de la red.

Proporcionamos detalles sobre:

  • El tiempo necesario para la re-formación de la red para una red dispersa, isotrópicamente distribuida, con 100, 256, 530 y 1024 nodos, y
  • Detalles de los índices de re-formación y la densidad de probabilidad asociada y las probabilidades de que la red se re-forme en un plazo de tiempo concreto.

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La Red de Área de Campo de la Red Inalámbrica de Servicios Públicos Inteligentes (Wi-SUN FAN) es una especificación técnica de Wi-SUN que introduce la transmisión multisalto de máquina a máquina para infraestructuras avanzadas de ciudades inteligentes. Wi-SUN FAN utiliza el Protocolo de Internet Versión 6 (IPv6) Protocolo de enrutamiento para redes de baja potencia y con pérdidas (RPL) como protocolo de enrutamiento y el recuento de transmisiones esperadas (ETX) como métrica de enrutamiento para construir redes multisalto. ETX se utiliza para convertir el número de comunicaciones en una métrica de enlace, que mide la calidad de la comunicación entre nodos. Esta métrica mide la distancia relativa al nodo raíz a través de los nodos adyacentes para determinar el nodo padre.

Sin embargo, este método de determinar las métricas de enlace puede hacer que los nodos cambien frecuentemente de padre. Si un nodo selecciona un padre con mala calidad de enlace, la fiabilidad de la comunicación se deteriora; por tanto, cada nodo debe seleccionar adecuadamente un nodo padre candidato. Este artículo presenta las características de transmisión de los FAN Wi-SUN y destaca los problemas de las métricas de enlace convencionales. Basándose en esto, se propone un método novedoso para calcular la métrica de enlace. Las simulaciones por ordenador realizadas verifican la superioridad de la métrica propuesta cuando la tasa de generación de paquetes no se ve afectada por la generación de tramas de control que conmutan los nodos padre.

Además, se midió experimentalmente la tasa de éxito de transmisión de la trama de control de acceso a medios (MAC) en un edificio de oficinas utilizando módulos de comunicación Wi-SUN FAN basados en el método propuesto. La evaluación confirmó que la métrica de enlace propuesta mejoraba la tasa mínima de éxito de transmisión de tramas MAC en un 24,2% y la tasa media de éxito en un 10,4%.

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2024

El estándar Wi-SUN FAN (Wireless Smart Ubiquitous Network Field Area Network) está despertando un gran interés en diversas aplicaciones, como los contadores inteligentes, las ciudades inteligentes y los dispositivos del Internet de las cosas (IoT), gracias a las atractivas características que ofrece, como las topologías multisalto y en malla, una velocidad de transmisión de datos relativamente alta, el salto de frecuencia y la interoperabilidad entre fabricantes. Sin embargo, se ha demostrado que el proceso de conectar nodos en redes Wi-SUN FAN, que incluye el descubrimiento, la incorporación y la formación de la red, es lento, especialmente en entornos multisalto, lo que ha motivado la investigación y la experimentación para analizar este proceso. En la bibliografía existente, para medir el tiempo de formación de la red, algunos autores han realizado experimentos con hasta 100 dispositivos, lo cual es una metodología costosa y que requiere mucho tiempo. Otros han utilizado herramientas de simulación que son difíciles de replicar, ya sea porque hay poca información disponible sobre la metodología utilizada o porque son de código cerrado. A pesar de estos esfuerzos, sigue habiendo una falta de información para evaluar adecuadamente el tiempo de formación de las redes Wi-SUN FAN, ya que las pruebas experimentales descritas en la literatura son caras y requieren mucho tiempo. Por lo tanto, se han explorado alternativas como la simulación por ordenador para acelerar el análisis del rendimiento en diferentes escenarios. Con esta perspectiva, este artículo se centra en la implementación del proceso de formación de redes Wi-SUN FAN utilizando el sistema operativo de código abierto Contiki-NG y el simulador Cooja, al que se le ha añadido una funcionalidad que permite analizar de manera eficiente el rendimiento de la red, facilitando así la implementación de nuevas técnicas para reducir el tiempo de formación de la red. La herramienta de simulación se integró en Contiki-NG y se ha utilizado para estimar los tiempos de formación de la red en diversos entornos interiores. La correspondencia entre los resultados experimentales y numéricos obtenidos demuestra que nuestra propuesta es eficaz para estudiar el proceso de formación de este tipo de redes.

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En este artículo se presentan los resultados de las mediciones de latencia de multidifusión y tiempo de ida y vuelta de un despliegue concreto de nodos que forman una red Wi-SUN FAN 1.0 [1]. Los autores han explorado en detalle el comportamiento de la red Wi-SUN FAN utilizada por Hee-Jun Lee y Sang-Hwa Chung, autores de un artículo anterior [2], con el fin de proporcionar más detalles sobre las latencias y retrasos citados en dicho artículo.

Proporcionamos detalles sobre:

  • la temporización de las peticiones y respuestas de los componentes que componen las mediciones de ida y vuelta y de latencia de Lee y Chung, y
  • Resultados adicionales de temporización y relación de entrega de paquetes para variaciones de los parámetros de retransmisión MPL [3] para el protocolo Wi-SUN FAN utilizado en la red de prueba de Lee y Chung.

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En los últimos años se ha investigado mucho sobre el Internet de las Cosas (IoT). La Red Ubicua Inteligente Inalámbrica (Wi-SUN) ha ganado una considerable atención como estándar de comunicación inalámbrica para IoT. Wi-SUN Field Area Network (Wi-SUN FAN) es una especificación técnica de Wi-SUN que puede implementarse en infraestructuras de comunicación IoT tanto interiores como exteriores con enrutamiento multisalto. Aunque la versión 1.0 de Wi-SUN FAN (Wi-SUN FAN 1.0) ha sido estandarizada por el IEEE 2857-2021, no se han realizado estudios ni revisiones sobre el rendimiento de transmisión de Wi-SUN FAN 1.0 en cuanto a tasa de éxito de transmisión y tiempo de retardo utilizando simulaciones por ordenador y entornos de evaluación experimental con dispositivos reales. En este estudio, se revisan las especificaciones del Wi-SUN FAN y se mide el rendimiento de transmisión fundamental, como la tasa media de éxito de transmisión y el tiempo medio de retardo, utilizando simulaciones por ordenador como datos de referencia. Se desarrolla un entorno de evaluación experimental con dispositivos reales para validar las características evaluadas mediante simulación informática. Las características determinadas por la simulación informática y el entorno de evaluación experimental concuerdan bien. Utilizando el simulador validado, evaluamos el rendimiento de la transmisión en el entorno inalámbrico IoT con un router fronterizo y 100 routers dispuestos aleatoriamente en un campo cuadrado plano de 4.000 m de lado. La tasa media de éxito de la transmisión es de aproximadamente 1 a 1,00 × 10-1 s-1 o menos. Por consiguiente, Wi-SUN FAN 1.0 puede comunicarse con una tasa de éxito de transmisión superior incluso cuando transmite datos IoT frecuentes, que son una vez cada diez segundos.

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La codificación por desplazamiento de frecuencia (FSK) de la red de servicios públicos inteligentes (SUN) IEEE 802.15.4 ha atraído una atención considerable como norma de comunicación inalámbrica diseñada para su uso en aplicaciones esenciales requeridas por los sistemas del Internet de las Cosas (IoT). Sin embargo, se necesitan distancias de transmisión más largas en entornos altamente móviles para dar soporte a diversas aplicaciones de los sistemas IoT de próxima generación, como los sistemas de vehículo a todo, conducción automatizada y control de drones. Aunque se ha investigado sobre las comunicaciones de área extensa y alta movilidad mediante simulaciones por ordenador, no se ha desarrollado una plataforma de evaluación experimental para futuras investigaciones. En este estudio, hemos desarrollado una plataforma de evaluación experimental para SUN FSK en bandas de frecuencia muy altas. La plataforma desarrollada consta de un transmisor basado en un generador de señales y un receptor basado en radio definida por software. Se demostró que era capaz de transmitir una potencia de ≥5 W a través de un amplificador de potencia y que era adecuada para experimentos de laboratorio y de campo. Además, desarrollamos métodos de procesamiento de la señal recibida, incluidos un método de detección de paquetes y un método de estimación de canales, diseñados para lograr una comunicación de área amplia y gran movilidad. En los experimentos de laboratorio, se alcanzaron las características de tasa de error de paquetes exigidas por IEEE 802.15.4 incluso a una distancia de transmisión de >10 km a velocidades vehiculares de varias decenas de km/h.

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2023

Los sistemas de Internet de las Cosas (IoT) de próxima generación requieren una transmisión de datos más rápida, compatibilidad con objetos en movimiento y transmisión a larga distancia en comparación con los sistemas IoT disponibles actualmente. La multiplexación por división ortogonal de frecuencia (OFDM) de la red de servicios públicos inteligentes (SUN) IEEE 802.15.4 puede satisfacer estos requisitos. Los sistemas receptores orientados a la comunicación móvil suelen utilizarse en entornos urbanos para SUN OFDM. Sin embargo, la evaluación depende de simulaciones por ordenador y requiere una plataforma de evaluación experimental basada en radio definida por software (SDR) que pueda modificar las funciones del transmisor-receptor. Presentamos una plataforma para SUN OFDM que permite la comunicación móvil de alta velocidad. La plataforma propuesta consta de un transmisor basado en un generador de señales y un receptor basado en SDR; el procesamiento de la señal de banda base del receptor se realiza mediante MATLAB. También propusimos funciones de procesamiento de señales que pueden recibir los paquetes SUN OFDM incluso a velocidades de decenas de km/h. Aplicamos a esta plataforma un esquema OFDM simplificado con ventanas universales en el dominio del tiempo (UTW) para que funcione incluso a frecuencias inferiores a 1 GHz, donde la máscara espectral es más limitada. En la evaluación experimental, se alcanzó la tasa de error de paquetes requerida para SUN OFDM en un entorno de desvanecimiento multitrayecto a 80 km/h, y la emisión fuera de banda puede suprimirse en más de 43 dB de la potencia de pico, al tiempo que se consigue un rendimiento equivalente al obtenido sin aplicar el UTW simplificado.

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En los últimos años, la Red Inalámbrica de Utilidades Inteligentes para Redes de Área de Campo (Wi-SUN FAN) se utiliza ampliamente como norma internacional para los sistemas de comunicación inalámbrica de los sistemas IoT, como los sistemas de medición inteligente y las redes de sensores inalámbricos. Esta norma utiliza el Protocolo de Enrutamiento para Redes de Baja Potencia y con Pérdidas (RPL) de la Versión 6 del Protocolo de Internet (IPv6) como protocolo de enrutamiento para construir rutas de comunicación de forma dinámica. Sin embargo, dependiendo de las condiciones de disposición de los terminales, en algunos casos las características de transmisión se deterioran debido a la concentración de tráfico en un terminal concreto. En este artículo, se presentan primero las características de transmisión de Wi-SUN FAN. A continuación, se evalúa el efecto del desbordamiento del búfer de paquetes en las características de transmisión. A continuación, proponemos un método de control para evitar la concentración de tráfico seleccionando rutas de comunicación en función de la cantidad de búfer de paquetes. Por último, evaluamos las características de transmisión del método propuesto mediante simulación informática y demostramos que este método mantiene unas características de transmisión elevadas en despliegues densos a pequeña escala sin apenas descartes por desbordamiento del búfer.

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Los sistemas del Internet de las Cosas de próxima generación basados en la Red de Servicios Públicos Inteligentes (SUN) IEEE 802.15.4 requieren (1) mayores velocidades de transmisión de datos, (2) compatibilidad con la movilidad y (3) conexión simultánea de muchos terminales en comparación con los sistemas comerciales existentes en los sistemas de medición inteligente. Para (1), se considera el uso de la multiplexación por división ortogonal de frecuencias (OFDM) IEEE 802.15.4-2020 SUN. Para (2), se proponen esquemas de recepción para la OFDM SUN en un entorno móvil. Para abordar (3), es necesario asegurar una zona de comunicación lo más amplia posible. Sin embargo, en la banda de frecuencia ultraalta (UHF) representada por 920 MHz, la distancia máxima de transmisión de SUN OFDM con una potencia de transmisión de aproximadamente 20 mW es de unos pocos kilómetros, suponiendo una comunicación fija en un entorno urbano típico. Para ampliar la distancia de transmisión, es necesario utilizar una frecuencia inferior a la banda UHF o aumentar la potencia de transmisión. Para resolver este problema, este artículo propone el uso de SUN OFDM en la banda de muy alta frecuencia (VHF), que tiene la ventaja de una mayor distancia de transmisión debido a su mayor longitud de onda que la banda UHF. Sin embargo, se reciben muchas señales retardadas debido a las reflexiones múltiples. En concreto, el tiempo máximo de retardo de las ondas retardadas puede ser de hasta 20 µs en una zona rural. Por tanto, es necesario recibir señales de alta calidad incluso en un entorno con ondas de gran retardo, y cumplir la tasa de error de paquetes (PER) requerida incluso cuando el terminal se desplaza. En este artículo, proponemos primero un método de estimación del canal de propagación de SUN OFDM en el entorno de propagación de la banda VHF y evaluamos las características del PER en entornos fijos y móviles mediante simulación por ordenador. En consecuencia, se puede alcanzar una distancia de transmisión de más de 10 km en la banda VHF, incluso en una zona rural con una velocidad de desplazamiento de 80 km/h.

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Se han examinado los sistemas inalámbricos del Internet de las cosas (IoT) representados por un sistema de medición inteligente que utiliza la banda UHF, es decir, Sub-1GHz. Muchos de estos sistemas adoptan la norma IEEE 802.15.4-SUN y la codificación por desplazamiento de frecuencia (FSK) normalizada. Aunque IEEE 802.15.4-SUN-FSK es un esquema de transmisión adecuado para la transmisión de datos numéricos, datos de imágenes estáticas, etc., la distancia máxima de transmisión es de 2 km en el rango de 50 kbps a varios 100 kbps, y se requiere una mayor distancia de transmisión para varios 100 kbps. En este artículo, proponemos un esquema IEEE 802.15.4-SUN-FSK modificado para permitir la transmisión de área amplia. En concreto, proponemos un IEEE 802.15.4-SUN-FSK con cuatro modificaciones: (1) el uso de la banda VHF, (2) una ampliación de los códigos convolucionales, (3) un método sencillo para calcular la decisión suave para la descodificación de Viterbi, (4) un método para la diversidad MRC sin descodificar la señal recibida. Las características de transmisión se evaluaron mediante simulación informática. Según los resultados de la simulación, a pesar de la presencia de largas ondas de retardo superiores a 20 μs, incluso a velocidades de vehículo de 80 km/h, se alcanzó la tasa de error de paquete requerida, y se lograron distancias de transmisión de más de 12,0 km en un entorno metropolitano y de 66,0 km en un entorno rural.

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En la actualidad, la multiplexación por división ortogonal de frecuencias (OFDM), estandarizada en IEEE 802.15.4, ha atraído la atención como esquema de transmisión para velocidades de datos más altas, transmisiones a larga distancia y comunicaciones móviles para la expansión de las aplicaciones del Internet de las Cosas (IoT), así como para aplicaciones IoT heredadas, como sistemas de medición inteligentes y redes de área doméstica. En concreto, se han examinado activamente esquemas de recepción que utilizan OFDM basada en IEEE 802.15.4 para realizar comunicaciones móviles. Este estudio propone un esquema de recepción para OFDM IEEE 802.15.4 destinado a sistemas de comunicación IoT móviles de alta velocidad. En la dirección del eje temporal, el esquema propuesto obtiene estimaciones de canal de la misma manera que los esquemas anteriores. Sin embargo, en el eje de frecuencias, el esquema propuesto obtiene las estimaciones del canal copiando las estimaciones de las subportadoras vecinas según el ancho de banda de coherencia del canal de desvanecimiento multitrayecto para actualizar las estimaciones del canal con frecuencia. Los resultados de la simulación por ordenador muestran que el esquema propuesto, incluida la estimación de la dispersión del retardo, puede conseguir una comunicación móvil con una velocidad de transmisión de datos de 100 Kb/s a una velocidad de desplazamiento de 200 km/h en el entorno urbano.

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En los últimos años se ha investigado mucho sobre el Internet de las Cosas (IoT). La Red Ubicua Inteligente Inalámbrica (Wi-SUN) ha ganado una considerable atención como estándar de comunicación inalámbrica para IoT. Wi-SUN Field Area Network (Wi-SUN FAN) es una especificación técnica de Wi-SUN que puede implementarse en infraestructuras de comunicación IoT tanto interiores como exteriores con enrutamiento multisalto. Aunque la versión 1.0 de Wi-SUN FAN (Wi-SUN FAN 1.0) ha sido estandarizada por el IEEE 2857-2021, no se han realizado estudios ni revisiones sobre el rendimiento de transmisión de Wi-SUN FAN 1.0 en cuanto a tasa de éxito de transmisión y tiempo de retardo utilizando simulaciones por ordenador y entornos de evaluación experimental con dispositivos reales. En este estudio, se revisan las especificaciones del Wi-SUN FAN y se mide el rendimiento de transmisión fundamental, como la tasa media de éxito de transmisión y el tiempo medio de retardo, utilizando simulaciones por ordenador como datos de referencia. Se desarrolla un entorno de evaluación experimental con dispositivos reales para validar las características evaluadas mediante simulación informática. Las características determinadas por la simulación informática y el entorno de evaluación experimental concuerdan bien. Utilizando el simulador validado, evaluamos el rendimiento de la transmisión en el entorno inalámbrico IoT con un router fronterizo y 100 routers dispuestos aleatoriamente en un campo cuadrado plano de 4.000 m de lado. La tasa media de éxito de la transmisión es de aproximadamente 1 a 1,00 × 10 -1 s -1 o menos. Por consiguiente, Wi-SUN FAN 1.0 puede comunicarse con una tasa de éxito de transmisión superior incluso cuando transmite datos IoT frecuentes, que son una vez cada diez segundos.

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2022

Recientemente, ha crecido la demanda del Internet de las Cosas (IoT), que conecta todo tipo de dispositivos a Internet mediante comunicaciones inalámbricas. La Red Inalámbrica Inteligente Ubicua de Área de Campo (Wi-SUN FAN), un estándar de comunicación inalámbrica para el IoT orientado a la infraestructura exterior, está atrayendo la atención. En Wi-SUN FAN se adopta como protocolo de encaminamiento el Protocolo de Internet Versión 6, protocolo de encaminamiento para redes de baja potencia y con pérdidas (RPL). En RPL, cada nodo selecciona de forma autónoma un nodo padre en función del estado de la red y envía datos a un nodo raíz (router fronterizo) mediante una comunicación multisalto. Para reducir el consumo de energía sin degradar la conectividad, es necesario que los nodos controlen adaptativamente la potencia de transmisión en función del entorno de comunicación. Este artículo propone un método de control adaptativo de la potencia de transmisión mediante tramas normalizadas Wi-SUN FAN que puede aplicarse a un enlace ascendente. Se evalúan la tasa de éxito de la transmisión y la energía necesaria por bit recibido para demostrar que el control de potencia reduce eficazmente el consumo de energía.

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Con las crecientes necesidades de la red eléctrica en los últimos años, han evolucionado varios contadores inteligentes (SM) diferentes para hacer frente a diversos retos. Sin embargo, la interoperabilidad de los proveedores de SM es un reto debido a la diversidad de protocolos, modelos de datos e interfaces. En este trabajo presentamos una plataforma sencilla, de bajo coste y de código abierto para evaluar la interoperabilidad con los dispositivos de la red de área de campo (FAN) Wi-SUN. Esta plataforma permite probar dispositivos en distintas condiciones para comprobar su conformidad con la norma Wi-SUN.

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Las empresas de suministro energético necesitan cada vez más un medio de comunicación que garantice no solo un buen rendimiento, sino también la interoperabilidad entre equipos de distintos fabricantes. Al tratarse de un protocolo abierto diseñado inicialmente para las empresas de suministro energético, Wi-SUN FAN tiene un gran potencial para satisfacer esta necesidad. Este informe técnico describe los resultados de las pruebas de campo realizadas con equipos Wi-SUN —desarrollados en el marco del proyecto de I+D de la ANEEL PD-00047-0080/2017— utilizando dos redes de comunicación distintas; los resultados demuestran que, en aplicaciones que implican el control de la recepción de paquetes, la disponibilidad de la red es de aproximadamente el 99 %.

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En este estudio, desarrollamos una placa de radio de tipo USB equipada con un módulo inalámbrico de red de área de campo (FAN) de red ubicua inteligente inalámbrica (Wi-SUN) capaz de realizar multisaltos para cientos de unidades y una placa de evaluación integrada para evaluar el rendimiento de transmisión de Wi-SUN FAN con cientos de dispositivos inalámbricos en el laboratorio. La placa de radio de tipo USB consigue un bajo consumo de energía controlando desde el exterior el funcionamiento del módulo inalámbrico Wi-SUN FAN montado en la placa. Por tanto, este estudio midió las características de consumo de corriente. Además, se realizaron evaluaciones fundamentales del rendimiento de la transmisión, como el tiempo de configuración de la red y la tasa de éxito de la transmisión de paquetes, configurando un sistema de evaluación inalámbrico a gran escala con topologías de árbol y estrella utilizando 100 placas de radio de tipo USB y las placas de evaluación integradas. Se consiguió una tasa de éxito de transmisión del 95% o superior de forma continua durante 12 h cuando todos los terminales enviaron datos UDP con una longitud de paquete de 200 bytes al enrutador fronterizo de Wi-SUN FAN con una velocidad de datos de 100 kbps a intervalos de 150 s.

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En este estudio, para evaluar las aplicaciones IoT a gran escala que comprenden numerosos dispositivos de radio, desarrollamos un emulador inalámbrico que puede evaluar diversos sistemas de radiocomunicación en el ciberespacio, sin necesidad de dispositivos de radio reales, además de verificar el rendimiento de la transmisión en un funcionamiento similar a las operaciones reales. Dado que el emulador inalámbrico puede operar por separado y de forma independiente cada nodo de radio portando al emulador software que realiza protocolos distintos de la capa física en el dispositivo de radio real, el software puede implementarse en el dispositivo de radio real tal cual tras completar la emulación. Además, en el emulador, la topología de la red puede alterarse libremente en el ciberespacio. Además, como la simulación de la capa física se analiza independientemente en el emulador, se pueden evaluar diversas aplicaciones, independientemente de las comunicaciones móviles y fijas. En este estudio, se adoptó el sistema Wi-SUN FAN como ejemplo de evaluación del sistema de comunicación inalámbrica utilizando este emulador, se formaron topologías en estrella y en árbol con nodos Wi-SUN FAN en el ciberespacio, y se evaluaron las características de transmisión, como la tasa media de éxito en la transmisión de paquetes y el tiempo medio de retardo. Las características se compararon con los resultados de la simulación informática sin operaciones reales y fueron coherentes.

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Dado que las redes inteligentes, las ciudades inteligentes y el IoT se encuentran en una fase de expansión muy activa, investigamos algunas de las posibilidades de integración entre diferentes tecnologías de red para ampliar las opciones de uso de los dispositivos inteligentes. Este trabajo presenta una serie de mejoras realizadas en la comunicación de las pasarelas LoRaWAN y sus servidores de red que permiten instalar estas tecnologías en canales de comunicación de redes inalámbricas de baja velocidad, como las redes de redes inteligentes Wi-SUN. Las mejoras propuestas se validaron en un prototipo de red montado en un laboratorio de Lactec. Nuestros resultados, además de respaldar la viabilidad de la integración, muestran que las modificaciones del protocolo pueden suponer una reducción de hasta el 99 % en el número de mensajes de control enviados a través de la red Wi-SUN.

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El Internet de las Cosas (IoT) ha ido realizando cada vez más la comunicación entre diversos dispositivos, además de sensores y contadores. El IoT está dotado de funciones de comunicación y conlleva la interconexión a través de Internet para recopilar y utilizar diversos datos. La red ubicua inteligente inalámbrica (Wi-SUN) se ajusta a la norma internacional IEEE 802.15.4, por lo que se ha considerado una norma de comunicación inalámbrica para IoT. La Wi-SUN utiliza la codificación por desplazamiento de frecuencia (FSK), normalizada en IEEE 802.15.4, y alcanza una velocidad de datos típica de 100 kbps. Sin embargo, cuando la Wi-SUN se utiliza en otras aplicaciones IoT para hacer realidad ciudades y fábricas inteligentes, se necesitan comunicaciones con velocidades de transmisión de datos más altas y distancias más largas. La multiplexación por división ortogonal de frecuencias (OFDM), estandarizada en IEEE 802.15.4, se ha utilizado como método de transmisión para satisfacer los requisitos asociados. En este estudio, primero se evaluaron las características fundamentales de transmisión de OFDM IEEE 802.15.4 mediante simulaciones por ordenador y experimentos de laboratorio empleando placas de evaluación desarrolladas. A continuación, se evaluó el rendimiento de transmisión en exteriores de IEEE 802.15.4 OFDM utilizando las placas de evaluación desarrolladas. Los resultados experimentales indican que la OFDM IEEE 802.15.4 puede proporcionar la misma distancia de transmisión que la FSK utilizando una potencia de transmisión menor para conseguir una tasa de error de paquetes (PER) inferior al 10%.

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El estándar Wi-SUN FAN (Wireless Smart Ubiquitous Network Field Area Network) está despertando interés para su adopción en diversas aplicaciones, ya que responde a la necesidad de interconectar a gran escala una gran variedad de dispositivos inteligentes. Sin embargo, el proceso de formación de la red de este estándar es lento, lo que supone un reto para las redes densas. Este estudio analiza el tiempo de formación de la red mediante experimentos en una red multisalto compuesta por ocho dispositivos (siete saltos), centrándose en los estados de unión 1 y 3 del estándar, que utilizan paquetes de descubrimiento de red distintos regidos por el algoritmo del temporizador Trickle. Se examinan y analizan diversos ajustes de configuración para estos dos estados, lo que permite identificar las características del proceso de formación de la red propias de este estándar.

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Los sistemas de radiocomunicación que utilizan el esquema de modulación por desplazamiento de frecuencia (FSK) normalizado por la norma IEEE 802.15.4-SUN pueden realizar comunicaciones de bajo consumo y alta fiabilidad, y se adoptan principalmente para la medición inteligente como parte del Internet de las Cosas (IoT). Sin embargo, la medición inteligente ha ampliado recientemente sus expectativas de aplicación, y ahora se requieren comunicaciones de banda ancha y de larga distancia. Para cumplir estos requisitos, se ha incorporado la multiplexación ortogonal por división de frecuencia (OFDM) a las normas IEEE 802.15.4-SUN y 802.15.4x. Sin embargo, no se ha realizado un análisis exhaustivo del rendimiento de la transmisión OFDM en entornos de desvanecimiento estático y multitrayecto. En este artículo, primero evaluamos la tasa de error de paquetes (PER) de OFDM suponiendo comunicaciones fijas mediante simulaciones por ordenador. A continuación, evaluamos la distancia de transmisión de OFDM y demostramos que OFDM puede comunicarse a distancias de transmisión hasta 3,0 veces mayores que las especificadas en IEEE 802.15.4-SUN FSK. A continuación, se evaluó el PER en un entorno de comunicación móvil mediante simulaciones por ordenador. Cuando sólo se utilizaba el campo de entrenamiento largo (LTF) para estimar los canales de radio multitrayecto, no se alcanzaba el PER requerido del 10%, ni siquiera en un entorno de comunicación móvil a una velocidad de varios km/h. Para resolver este problema, propusimos un esquema de recepción que incluía un nuevo esquema de estimación de canales. Este esquema utilizaba sucesivamente no sólo el LTF, sino también señales piloto insertadas en el transmisor para estimar las características de propagación radioeléctrica. Los resultados de la simulación por ordenador mostraron que el PER requerido se conseguía incluso en un entorno de comunicación móvil a 30-40 km/h utilizando el esquema propuesto.

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Las ciudades inteligentes y el Internet de las cosas (IoT) han llegado para quedarse; conceptos que hace unos años solo se mostraban en ferias y conferencias se han convertido ahora en realidades en rápida expansión. ¿Qué tienen en común estas soluciones? Requieren conectividad para que sus sistemas puedan recopilar datos, realizar el procesamiento necesario y generar información para los usuarios. Sin la conectividad que une dispositivos, sistemas y usuarios, las ciudades inteligentes y el IoT simplemente no existirían. Este artículo presenta los resultados de un proyecto de investigación y desarrollo del programa de la ANEEL titulado «Aplicaciones de ciudad inteligente en la red de red eléctrica inteligente de Ipiranga».

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La red inalámbrica inteligente ubicua de área de campo (Wi-SUN FAN) es un estándar de comunicación inalámbrica para el Internet de las cosas (IoT) en redes multisalto a gran escala en exteriores. Actualmente, se emplea la codificación por desplazamiento de frecuencia (FSK) normalizada en IEEE 802.15.4 como capa física de la Wi-SUN FAN. Mejorar la velocidad de transmisión de datos de la capa física es esencial para cumplir los requisitos previstos hacia los sistemas IoT de próxima generación. En este artículo, introducimos la multiplexación por división de frecuencia ortogonal (OFDM) estandarizada en IEEE 802.15.4 en el Wi-SUN FAN para mejorar la velocidad de transmisión de datos sin aumentar el ancho de banda del sistema. Evaluamos las características de la tasa de error de paquetes (PER) bajo interferencias entre señales en el periodo de transición de la capa física de FSK a OFDM mediante una simulación por ordenador. Los resultados mostraron que la nueva interferencia causada por la mezcla de OFDM degradaba las características PER, en comparación con la interferencia entre FSK. Sin embargo, la interferencia entre canales diferentes era limitada, porque la relación de potencia portadora/interferencia necesaria para conseguir un PER=10% era inferior a -10dB. Además, evaluamos las características de transmisión del Wi-SUN FAN en la capa de control de acceso a los medios y verificamos que la introducción de la OFDM es eficaz para mejorar el rendimiento máximo del sistema en 1,9 veces al realizar saltos de frecuencia.

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2021

Este artículo propone un novedoso método de enrutamiento que tiene en cuenta el equilibrio de carga para mejorar las características de transmisión de una red de área de campo Wi-SUN a gran escala (Wi-SUN FAN) basada en IEEE 802.15.4. Wi-SUN FAN es un estándar de comunicación inalámbrica que permite la interconexión de muchos dispositivos del Internet de las Cosas (IoT) en exteriores. Wi-SUN FAN evita las colisiones de paquetes mediante saltos de frecuencia en la capa de control de acceso a medios (MAC). Además, Wi-SUN FAN construye redes multisalto de forma autónoma utilizando el protocolo de enrutamiento versión 6 del protocolo de Internet para redes de baja potencia y con pérdidas (RPL) en la capa de red. En RPL, cada nodo determina su nodo padre en función de la calidad de la comunicación. Por tanto, es probable que muchos nodos elijan el mismo nodo padre con buena accesibilidad por radio, lo que provoca el envío de muchos paquetes al nodo padre. La gran carga del nodo específico hace que el salto de frecuencia no funcione eficazmente, y las características de transmisión se deterioran. El método de encaminamiento propuesto con un algoritmo de equilibrio de carga elimina la concentración de carga y mejora la tasa media de éxito de la transmisión en aproximadamente un 9,4% en los nodos específicos.

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Debido a sus ventajas de implementación sencilla y bajo consumo de energía, la codificación por desplazamiento de frecuencia (FSK) se utiliza ampliamente en los sistemas de comunicación inalámbricos para el Internet de las cosas (IoT), como la red de área de campo Wi-SUN (Wi-SUN FAN). Para ampliar la capacidad de IoT o diversificar los escenarios de aplicación de IoT, se esperan velocidades de datos más altas. En este artículo, proponemos un novedoso diseño de mejora de la velocidad de datos para el esquema de transmisión 2-FSK basado en IEEE 802.15.4 que cumple los requisitos de radio definidos por la normativa ARIB STD-T108 de Japón. Se realizan evaluaciones fundamentales y experimentos de campo con los circuitos integrados (CI) desarrollados para evaluar el rendimiento de transmisión de FSK con parámetros de velocidad de datos mejorados. Los resultados muestran que, con los CI, se alcanza una velocidad de datos de 600 kbps con un aumento de la potencia de entrada necesaria de 7,0 dB en comparación con la velocidad de datos convencional de 100 kbps, y se puede conseguir una tasa de error de paquetes (PER) inferior al 10% para 250 m en rutas de línea de visión (LoS) en entornos urbanos. Además, se mide el nivel de interferencia de frecuencia del esquema FSK propuesto para evaluar el rendimiento en condiciones prácticas de radio. Los resultados proporcionan una referencia para la gestión de canales para operar sistemas de comunicación basados en FSK.

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Las interferencias o interferencias de radio pueden causar zonas aisladas en la infraestructura de medición avanzada (AMI) basada en la red de servicios públicos inteligentes sin cables (Wi-SUN), a las que las técnicas de recuperación convencionales no pueden hacer frente. En este artículo, desplegamos una interfaz de Internet de las cosas de banda estrecha (NB-IoT) en algunos contadores inteligentes para que actúen como pasarela de emergencia, denominada ResiLite. Se propone un algoritmo de colocación óptima de ResiLite para mejorar la resiliencia de la red. Definimos una métrica de resiliencia implícita basada en la diversidad de rutas y la cercanía de los clústeres. La métrica definida se utiliza para formar un problema de programación lineal entera (ILP), y luego resolvemos la ILP para obtener la colocación óptima de ResiLite. Los resultados de la simulación muestran que la colocación óptima de ResiLite mejora la resiliencia de la red Wi-SUN AMI (definida como el número de nodos supervivientes con una proporción de entrega de paquetes (PDR) superior al 99% en caso de perturbación) hasta un 167% en comparación con una AMI sin ResiLite, y hasta un 29% en comparación con una colocación de ResiLite uniformemente aleatoria, respectivamente.

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En este artículo se lleva a cabo la primera evaluación experimental mundial del protocolo de transmisión iniciada por el receptor plumoso (JUTA F-RIT) de la Asociación Japonesa de Utilidades de Telemedida (JUTA) de Wi-SUN, conforme al perfil. En primer lugar, se evalúa la tasa de éxito de la transmisión en un entorno de interferencias mediante un análisis teórico y simulaciones informáticas. El análisis se deriva del modelo de interferencias centrado en el sentido de la portadora. Los resultados del análisis y de la simulación coinciden en cuanto a la tasa de éxito de transmisión del protocolo JUTA F-RIT. En segundo lugar, desarrollamos el prototipo tipo dongle que aloja el protocolo JUTA F-RIT. Los resultados de las mediciones en un entorno de interferencias cocanal muestran que la tasa de éxito de la transmisión en la capa MAC inferior se sitúa en torno al 94% cuando el número de terminales es de 20. Cuando el tiempo de espera para el establecimiento del enlace de comunicación puede ampliarse hasta superar los 10 s, el protocolo JUTA F-RIT puede alcanzar una tasa de éxito en la transmisión superior al 90% sin necesidad de restablecer el enlace de comunicación y retransmitir tramas de datos. Además, se examinan los resultados experimentales desde dos puntos de vista: el rendimiento de las transmisiones de tramas y el incidente del tiempo de espera, y se discuten las características del protocolo JUTA F-RIT.

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Las redes inteligentes (SG) se han implantado con éxito en varios países. En Brasil, las principales encargadas de la implantación (más) amplia de las SG son las empresas eléctricas que operan bajo concesión del gobierno federal o estatal. Este artículo presenta un marco para compartir la infraestructura de comunicación de las SG con aplicaciones de ciudad inteligente. Este uso compartido aceleraría el desarrollo y la implementación de nuevas aplicaciones, especialmente en países menos desarrollados o en regiones con recursos de comunicación limitados. Presentamos resultados preliminares de rendimiento de una SG ya existente. Nuestros resultados indican que, solo con la aplicación de medición de energía, la red funciona con un ciclo de trabajo inferior al 2 %. Nuestro trabajo evaluará el impacto en el rendimiento general de las aplicaciones de ciudad inteligente que comparten la SG.

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Este artículo pretende identificar los dispositivos Wi-SUN utilizando la huella dactilar de la capa física. Primero extraemos las características de la capa física basándonos en las señales Wi-SUN recibidas, centrándonos especialmente en la desviación del reloj y la desviación de frecuencia específicas del dispositivo en la modulación FSK. A continuación, estas huellas dactilares de la capa física se utilizan para entrenar un clasificador basado en el aprendizaje automático y el clasificador resultante identifica finalmente los dispositivos Wi-SUN autorizados. Los experimentos preliminares con chips certificados Wi-SUN muestran que el autenticador con las huellas dactilares de la capa física propuestas puede distinguir los dispositivos Wi-SUN con una precisión del 100 %. Como no hay complejidad computacional adicional para la autenticación en el lado del dispositivo, nuestro enfoque puede aplicarse a cualquier dispositivo IoT basado en Wi-SUN con requisitos de seguridad.

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Este artículo pretende identificar los dispositivos Wi-SUN utilizando la huella dactilar de la capa física. Primero extraemos las características de la capa física basándonos en las señales Wi-SUN recibidas, centrándonos especialmente en la desviación del reloj y la desviación de frecuencia específicas del dispositivo en la modulación FSK. A continuación, estas huellas dactilares de la capa física se utilizan para entrenar un clasificador basado en el aprendizaje automático y el clasificador resultante identifica finalmente los dispositivos Wi-SUN autorizados. Los experimentos preliminares con chips certificados Wi-SUN muestran que el autenticador con las huellas dactilares de la capa física propuestas puede distinguir los dispositivos Wi-SUN con una precisión del 100 %. Como no hay complejidad computacional adicional para la autenticación en el lado del dispositivo, nuestro enfoque puede aplicarse a cualquier dispositivo IoT basado en Wi-SUN con requisitos de seguridad.

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En este trabajo, se llevaron a cabo pruebas experimentales de interoperabilidad entre dispositivos de distintos proveedores utilizando el perfil Wireless Smart Ubiquitous Network Field Area Network (Wi-SUN FAN). Este perfil forma parte de la Wi-SUN Alliance y es compatible con las redes de baja potencia y con pérdidas (LLN). Los experimentos de interoperabilidad se llevaron a cabo en dos modos de funcionamiento diferentes del perfil. Además, se activó y desactivó la seguridad, así como la funcionalidad de salto de canal, utilizando la banda de 915 MHz-b asignada a Brasil. La interoperabilidad se verificó a través de la comunicación entre los diferentes dispositivos, utilizando el tiempo de respuesta y la tasa de éxito como métricas para el análisis de la comunicación.

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2020

En este artículo proponemos un esquema de gestión inalámbrica heterogénea para un sistema de red de área doméstica (HAN). El sistema HAN integra múltiples sistemas inalámbricos (por ejemplo, el Wi-Fi que opera en la banda de 2,4 GHz y la red de área de campo Wi-SUN (Wi-SUN FAN) que opera en la banda sub-GHz) para el sistema de gestión de la atención sanitaria en el hogar. El sistema supone una atención médica y una gestión proactiva de la salud, y una serie de datos, como los datos vitales, los datos del entorno y los datos de actividad del usuario, se recopilan en un coordinador mediante pasarelas IoT (IoT-GW). Para el esquema de transmisión entre las loT-GW, comparamos dos esquemas: el esquema FAN convencional y el esquema de ruta rápida propuesto. En el esquema FAN, todos los datos medidos se recogen utilizando la transmisión multisalto Wi-SUN FAN. Por otro lado, el esquema de ruta rápida propuesto utiliza tanto el Wi-Fi como el Wi-SUN FAN, y una parte de los datos se descarga al Wi-Fi desde el Wi-SUN FAN. Estos dos esquemas se evalúan mediante simulaciones por ordenador. En el caso de que sólo se recojan los datos vitales y ambientales para el coordinador, estos datos pueden recogerse con una tasa de éxito de transmisión de extremo a extremo (E2E) del 98 % en el esquema de ruta rápida propuesto, frente al 92 % en el esquema FAN convencional.

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La infraestructura de medición avanzada (AMI) basada en la red inalámbrica de servicios públicos inteligentes (Wi-SUN) emplea el acceso múltiple con sentido de portadora (CSMA), por lo que el rendimiento de la red es deficiente cuando aumenta el número de nodos, pero sin un diseño adecuado de la programación de la recogida de datos. En este artículo, introducimos una programación óptima de recogida de datos similar a la TDMA que tiene en cuenta las interferencias, en la que se plantea un problema de asignación de franjas horarias de enlace teniendo en cuenta la restricción de interferencias para conseguir una mejor reutilización espacial de las franjas horarias. También se introduce una restricción para conseguir un flujo consecutivo en la transmisión multisalto, con el fin de evitar modificaciones en el protocolo CSMA original, por lo que la programación propuesta cumple la normativa. Nuestros resultados muestran que la programación propuesta reduce el tiempo total de recogida de datos de la red Wi-SUN AMI con 100(200) contadores inteligentes en un 59%(48%), 33%(32%) y 19%(13%), respectivamente, en comparación con la Wi-SUN AMI convencional, la programación TDMA convencional y la programación heurística basada en el modelo de interferencia de distancia de 2 rangos.

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La red de área de campo de la red ubicua inteligente inalámbrica (Wi-SUN FAN), un estándar de comunicación inalámbrica para aplicaciones del Internet de las Cosas (IoT), como la medición y la supervisión inteligentes, ha atraído la atención. Convencionalmente, la información transmitida por la Wi-SUN FAN son valores numéricos y/o cadenas de caracteres, como la información de medición. Se ha pensado que el Wi-SUN FAN no puede transmitir imágenes de vídeo porque la velocidad de transmisión de datos es, como mucho, de cientos de kbps. Sin embargo, gracias a las mejoras en las tecnologías de compresión y transmisión de vídeo de los últimos años, las imágenes de vídeo pueden transmitirse a una velocidad de transmisión de cientos de kbps. En este estudio, se evalúa la viabilidad de la transmisión de vídeo a través de la Wi-SUN FAN utilizando una tecnología de compresión y transmisión de vídeo de baja velocidad. En primer lugar, se evalúan mediante simulaciones informáticas varias topologías de red para la transmisión de vídeo por la actual Wi-SUN FAN con multisalto. En consecuencia, se recomienda un número adecuado de nodos y multisaltos en la Wi-SUN FAN. Posteriormente, utilizando un valor recomendado, se configura un sistema experimental y se evalúa experimentalmente el rendimiento de la transmisión de vídeo por la Wi-SUN FAN.

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La red de área de campo (FAN) de la red ubicua inteligente inalámbrica (Wi-SUN) atrae la atención como estándar de comunicación inalámbrica para sistemas de Internet de las Cosas (IoT) a gran escala. Actualmente, en la capa física de la Wi-SUN FAN se adopta la codificación por desplazamiento de frecuencia (FSK) definida en IEEE 802.15.4. Para mejorar el rendimiento de la red hacia los sistemas IoT de próxima generación, se ha propuesto un esquema de mejora de la velocidad de datos para FSK. Sin embargo, no se ha evaluado el efecto de la mejora de la velocidad de transmisión de datos adoptando el FSK mejorado en las características de transmisión de la Wi-SUN FAN. Además, la introducción de la FSK mejorada en velocidad de datos hace que aumente el ancho de banda. Para que coexistan múltiples sistemas en bandas de frecuencias limitadas, es necesario lograr una alta eficiencia espectral incluso cuando el Wi-SUN FAN adopta la FSK mejorada de velocidad de datos. En este artículo, evaluamos las características de transmisión del Wi-SUN FAN que adopta el FSK de alta velocidad de 600 kbps mediante simulaciones por ordenador. Los resultados de la simulación muestran que el rendimiento del sistema mejora 2,5 veces, pero el ancho de banda también aumenta 2,5 veces en comparación con el sistema existente. Además, proponemos saltos de frecuencia de alta densidad basados en un novedoso esquema de disposición de canales para mejorar la eficacia espectral y la compatibilidad con el diseño del sistema existente, al tiempo que se adopta la FSK mejorada en velocidad de datos. Los resultados de la evaluación muestran que el rendimiento del sistema en el esquema propuesto es 2,4 veces superior al del sistema existente, y utiliza menos de la mitad del ancho de banda que el esquema convencional de disposición de canales.

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La red inalámbrica de área de campo de redes de servicios públicos inteligentes (Wi-SUN FAN), que configura redes multisalto a muy gran escala, se ha estandarizado para promover estándares abiertos interoperables para la comunicación máquina a máquina (M2M). En la capa de control de acceso al medio (MAC), Wi-SUN FAN adopta un acceso múltiple con detección de portadora con evitación de colisiones (CSMA/CA) y un salto de canal (CH) para evitar interferencias entre dispositivos. Un horario de canal controla el canal operativo del CH y es dominante para las prestaciones de transmisión unidifusión y difusión. En este artículo, se estudia el impacto de la programación del canal en el rendimiento de la red para mejorar el rendimiento de la transmisión unidifusión. El rendimiento de transmisión de un sistema Wi-SUN FAN en cuatro topologías de tándem múltiple se evalúa mediante simulaciones por ordenador en varios esquemas de programación de canales. Los resultados de la simulación muestran que adoptando CH y fijando el coeficiente de intervalo de difusión (BI) en el valor óptimo que depende de la topología de la red, se puede conseguir un mayor rendimiento de transmisión unidifusión y el intervalo de transmisión de las tramas de control de difusión se puede mantener en 131 s. En el caso de una topología de tándem múltiple que consta de 33 dispositivos, adoptando CH y fijando el coeficiente BI en 30, el rendimiento de transmisión unidifusión aumenta hasta un 12,2% en comparación con el caso de la configuración de parámetros por defecto recomendada en la norma Wi-SUN FAN.

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Antes de 2020

La Red Inalámbrica de Utilidades Inteligentes (Wi-SUN) se ha estandarizado para proporcionar comunicación Máquina a Máquina (M2M) en Redes de Baja Potencia y Pérdidas (LLN). Wi-SUN Field Area Network (FAN) es la especificación que mantiene una comunicación inalámbrica multisalto en la infraestructura avanzada de las ciudades inteligentes. Wi-SUN FAN ha adoptado el Protocolo de Internet versión 6 (IPv6) Protocolo de Enrutamiento para LLNs (RPL) que se ha optimizado con éxito en terminales fijos. Para establecer la ciudad inteligente integrada, se requiere que los nodos móviles también apliquen el RPL. Sin embargo, el RPL no elige el nodo de encaminamiento adecuado cuando el terminal se desplaza, lo que provoca una gran pérdida de paquetes. Para mejorar el rendimiento de la transmisión, en primer lugar se desarrolla el simulador del sistema Wi-SUN FAN con el algoritmo basado en el Recuento de Transmisiones Esperadas (ETX) para evaluar la tasa de éxito de la transmisión de extremo a extremo a través de la transmisión multisalto, y el resultado de la simulación aclara que el factor crítico que causa el bajo rendimiento de la transmisión es el traspaso poco fluido del nodo receptor en el primer salto. A continuación, se propone un algoritmo de enrutamiento dinámico basado en la transición ETX y el resultado de la simulación garantiza finalmente un traspaso suave, lo que mejora el rendimiento de la transmisión.

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Recientemente, la banda de subgigahercios (por ejemplo, 920 MHz en Japón) se ha utilizado ampliamente para el Internet de las Cosas (IoT) inalámbrico debido a sus ventajas, como una excelente alcanzabilidad de las ondas de radio, menos interferencias y muchos desarrollos e implementaciones de redes inalámbricas multisalto a gran escala mediante el uso de tecnologías para evitar interferencias, como el protocolo de control de acceso a medios (MAC) y el salto de frecuencia. Existen dos tipos de sistemas de comunicación inalámbrica para el IoT: Wi-SUN FAN, como sistema inalámbrico asíncrono, y el protocolo MAC con salto de canal por intervalos de tiempo (TSCH), como sistema inalámbrico síncrono. Los sistemas Wi-SUN FAN y TSCH ya se han comercializado e instalado en varios entornos IoT y se espera que aumenten su escala en el futuro. Como ambos sistemas funcionan en la misma banda de frecuencias de la banda de subgigahercios, las interferencias entre sistemas son un problema para la coexistencia de los sistemas. En este artículo se examina la posibilidad de coexistencia entre los sistemas. Las interferencias intrasistema e intersistema se evalúan mediante simulaciones por ordenador en el caso de funcionamiento de los dos sistemas por separado y en el de funcionamiento simultáneo de los sistemas en el mismo canal de frecuencias.

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Este artículo propone y desarrolla un sistema de red inalámbrica inteligente de servicios públicos (Wi-SUN) de área amplia y mide el rendimiento de transmisión del sistema mediante experimentos de campo. En el sistema Wi-SUN de área extensa, una estación base (EB) de alto rendimiento puede ampliar la distancia de comunicación directa con los dispositivos inalámbricos con sensores y contadores enriqueciendo las funciones de la EB, es decir, en el enlace descendente (DL) se amplía la potencia de transmisión y en el enlace ascendente (UL) se utilizan antenas direccionales de alta ganancia. Se realizan experimentos de campo del sistema para validar la eficacia y disponibilidad del sistema propuesto. Los sistemas experimentales cumplen la normativa de Japón, es decir, las potencias de transmisión de la EB y los dispositivos son de 250 mW y 20 mW respectivamente, el esquema de modulación es la modulación por desplazamiento de frecuencia gaussiana (GFSK) y la banda de frecuencia operativa es de 920 MHz. Los resultados experimentales muestran que el sistema propuesto amplía la distancia de comunicación directa unas 4,33 veces más que el sistema convencional en el entorno urbano práctico.

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La red de área de campo de red inalámbrica inteligente y ubicua (Wi-SUN FAN) es un perfil desarrollado por la Wi-SUN Alliance —que elabora especificaciones para redes de área de campo— diseñado para admitir redes de baja potencia y con pérdidas (LLN). El perfil Wi-SUN FAN ofrece servicios de transporte basados en IPv6 y utiliza el Protocolo de enrutamiento IPv6 para LLN (RPL) para la formación de la red y el enrutamiento de paquetes en la capa de red. El RPL permite la construcción inicial de la red antes de la transmisión de paquetes de datos dentro de la FAN, utilizando diversas métricas para determinar el coste de las rutas que conectan los nodos. En este estudio, se configuró el RPL utilizando los parámetros definidos por Wi-SUN FAN. Se realizaron simulaciones en tres escenarios con diferentes ubicaciones de los nodos utilizando el simulador Cooja. Se evaluó el rendimiento de la red analizando el tiempo de convergencia, la sobrecarga de tráfico asociada a los mensajes de control del RPL, la latencia de la red y las tasas de entrega de paquetes para cada escenario.

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Este artículo resume los sistemas de comunicación Wi-SUN y sus especificaciones de capa física (PHY) y de control de acceso a los medios (MAC). En primer lugar, los sistemas de comunicación Wi-SUN se clasifican en tres categorías. Se explican las normas clave PHY y MAC, IEEE 802.15.4-SUN y .4e, que configuran los sistemas, y se evalúan mediante simulaciones por ordenador las prestaciones fundamentales de transmisión de los sistemas en la capa PHY y en la capa MAC. A continuación, se explican la alianza Wi-SUN y los perfiles Wi-SUN que incluyen IEEE 802.15.4-SUN y .4e. Por último, para comprender las prestaciones de transmisión de los dispositivos de radio IEEE 802.15.4-SUN Wi-SUN reales, se miden las prestaciones PER en entornos AWGN y de desvanecimiento multitrayecto utilizando módulos de radio conformes con IEEE 802.15.4-SUN y certificados por la alianza Wi-SUN. Este artículo es un documento de instrucción para los principiantes de los sistemas de comunicaciones basados en Wi-SUN.

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Wi-SUN FAN (wireless smart utility network field area network) es una especificación técnica de Wi-SUN que introdujo la transmisión M2M (máquina a máquina) multisalto para la infraestructura avanzada de las ciudades inteligentes. Para construir una red multisalto, en Wi-SUN FAN se adoptan el RPL (protocolo de encaminamiento IPv6 para redes de baja potencia y con pérdidas) y el ETX (recuento esperado de transmisiones) como protocolo de encaminamiento y métrica de encaminamiento, respectivamente. La combinación del RPL y la ETX puede hacer que un nodo cambie frecuentemente de padre. Si un nodo elige un padre con una calidad de enlace inferior, la fiabilidad de la comunicación disminuye. Para evitar el problema del cambio frecuente de padre, los padres candidatos de cada nodo deben seleccionarse adecuadamente. En este artículo, proponemos dos esquemas para seleccionar los padres candidatos de cada nodo (es decir, un esquema de umbral RSL (nivel de señal recibida) optimizado y un esquema de filtrado de direcciones MAC (control de acceso a los medios)) para estabilizar la construcción del enrutamiento multisalto en los sistemas Wi-SUN FAN. Los esquemas propuestos se evalúan experimentalmente en un campo real de un edificio de oficinas utilizando las IoT-GW (pasarelas de Internet de las cosas) con el módulo Wi-SUN FAN. Utilizando el esquema de umbral RSL optimizado, el número de cambios de padre puede reducirse hasta un 96% en comparación con el caso del umbral RSL no optimizado. Además, el número de cambios de padre puede reducirse hasta un 77% con el esquema de filtrado de direcciones MAC propuesto, en comparación con el caso sin el esquema propuesto.

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