Simulación realista de comunicaciones IoT en entornos urbanos

Abstract

Los entornos de ciudad inteligente requieren el tratamiento de los datos recogidos por un gran número de dispositivos o sensores, donde las tecnologías del Internet de las Cosas (Internet of Things - IoT) juegan un papel fundamental. Los requerimientos en cuanto a comunicaciones de estos sistemas complejos hacen que las Low-Power Wide-Area Networks (LP-WAN) sean cada vez más utilizadas para la interconexión inalámbrica de los mencionados sensores. Estas redes permiten comunicaciones de bajo consumo energético a grandes distancias. Para ahorrar costes de instalación y mantenimiento, además de posibles fallos en el sistema de la red desplegada, que puede extenderse entre decenas o centenas de nodos y decenas de kilómetros cuadrados, deberíamos analizar previamente el funcionamiento y el rendimiento de dicha red. El principal objetivo de las herramientas de planificación de redes más utilizadas es dar una aproximación de la cobertura, mientras que las herramientas de simulación de red ofrecen información con un mayor grado de detalle sobre el rendimiento de esta. Sin embargo, los frameworks actuales de simulación incluyen modelos de propagación limitados, basados en mediciones empíricas y estadísticas, que no consideran las particularidades que puede tener cada escenario, como bien pueden ser los edificios, la vegetación o la elevación del terreno. Esto es fundamental en ciudades, ya que, si no se tienen en cuenta las propiedades del entorno, los resultados pueden ser incorrectos o muy distantes de la realidad, como se podrá ver en los próximos capítulos. En esta línea, este trabajo fin de grado presenta una solución que incluye un simulador de red para medir el rendimiento de las comunicaciones LPWAN en un entorno preciso, un motor 3D para la construcción de este entorno, y una herramienta de trazado de rayos que mejora el modelo de propagación, que ofrece resultados realistas sobre el rendimiento esperado cuando se utiliza la tecnología Long-Range Wide-Area Network (LoRaWAN). Hemos validado el correcto funcionamiento de la solución tomando como referencia una campaña de pruebas en la ciudad de Cartagena. Además, los resultados obtenidos con nuestro framework de simulación se han comparado con los datos obtenidos con modelos de propagación conocidos en la literatura, como son Okumura-Hata o LogDistance. Los resultados indican que nuestra aproximación se ajusta con precisión a los valores experimentales, superando a estos modelos en entornos urbanos.