6.3 TRANSPORTE.

6.3 TRANSPORTE.

Las características particulares que poseen las redes de sensores inalámbricas establecen nuevos retos de diseño como son el uso eficiente de la energía, la fiabilidad, el control de congestión y la calidad de servicio. Estos factores deben ser satisfechos para cumplir con los requerimientos que demandan las aplicaciones en este tipo de redes. 

En este sentido, uno de los retos que cada vez cobra mayor importancia es la necesidad de implementar mecanismos que proporcionen fiabilidad en la entrega de los datos extremos a extremo, reduzcan la congestión y la pérdida de paquetes, además de proveer justicia en la asignación de ancho de banda. Esto aunado a la tendencia de interconectar las redes de sensores inalámbricas a otro tipo de redes como Internet, redes de área local o intranets para la recepción de forma remota de los datos generados por los sensores, hacen que la elección del protocolo de transporte adecuado sea un aspecto esencial en el desarrollo de aplicaciones para este tipo de redes. 

Es por esto que en este capítulo haremos un análisis de los protocolos de transporte tradicionales como TCP y UDP y su viabilidad en las redes de sensores, además de identificar los requisitos que deben cumplir los protocolos de transporte para WSN y acabaremos presentando las distintos tipos de protocolos de transporte existentes para este tipo de redes. 

Limitaciones de los protocolos de transporte tradicionales 

Los protocolos de transporte tradicionales utilizados en Internet como lo son UDP y TCP presentan varios inconvenientes para ser implementados en las redes de sensores. En el caso del protocolo UDP, por ejemplo, este no provee fiabilidad en la entrega de datos, que en la mayoría de los casos es un requisito de las aplicaciones en este tipo de redes, ni tampoco proporciona un mecanismos de control de flujo ni de congestión lo que puede conducir a la pérdida de paquetes y el gasto innecesario de energía de los nodos sensores.

Por otro lado, si analizamos el sistema de comunicación fiable extremo a extremo proporcionado tradicionalmente por TCP encontramos que este tiene serios problemas de rendimiento en las redes inalámbricas, tanto en términos de tasas de transferencia como de eficiencia energética. 

Los principales problemas que presenta el protocolo TCP en las WSN se describen a continuación [4]: 

Pérdida de paquetes no debida a la congestión: se refiere a que TCP utiliza como mecanismo de detección de congestión la pérdida de paquetes lo que conlleva a que TCP reduzca la tasa de transferencia con la finalidad de no colapsar aún más los enlaces. Sin embargo, en una WSN las pérdidas de paquetes ocurren generalmente por errores de transmisión del medio inalámbrico de manera que la reducción de la tasa de transferencia lo que trae consigo es una reducción innecesaria de la utilización del ancho de banda del enlace y por ende a una degradación en el throughput y un retardo mayor en la comunicación. Una posible solución es la utilización de mecanismos (implícitos o explícitos) de retroalimentación entre los nodos que ayuden a detectar las diferentes causas por las cuales la pérdida de paquetes ha ocurrido (calidad del enlace inalámbrico, fallos en el nodo sensor, y/o congestión) y de acuerdo a esto tomar la decisión más conveniente. 

Retransmisiones costosas: TCP confía en las retransmisiones extremo a extremo para proveer una entrega de datos fiable, sin embargo teniendo en cuenta las limitaciones de energía de los sensores y las rutas multi-salto, este mecanismo conllevaría a un mayor consumo de energía y ancho de banda en las WSN. Además el mecanismo de control de congestión extremo a extremo utilizado por TCP ocasiona que se responda muy tarde a una situación de congestión lo que resulta en una gran cantidad de paquetes perdidos lo que se convierte en un gasto de energía adicional en retransmisiones y los tiempos de respuestas tan largos ocasionan un bajo throughput y baja utilización del enlace inalámbrico. 

Topología Dinámica de la red: los cambios de topología que caracterizan a las WSN debido a las condiciones del entorno (baja calidad del enlace inalámbrico, interferencias de señal producidas por agentes externos) y a la propia situación del nodo sensor (el nivel de energía que posea) conllevan a que en un momento dado la ruta entre dos puntos extremos de la red se vea interrumpida. Tal comportamiento no es compatible con el funcionamiento de TCP el cual considera una conectividad permanente extremo a extremo. 

Red asimétrica: Se define como aquella en la que el camino utilizado para transportar datos hacia el destino es diferente del camino utilizado para retornarlos hacia el origen tanto en términos topológicos como de latencia, ancho de banda o tasa de pérdida de paquetes. Las WSN son asimétricas en la mayoría de los casos, aspecto que afecta directamente a la transmisión de los ACK‟s del protocolo TCP, cuyo rendimiento puede verse afectado. 

Grandes variaciones del RTT: Debido a la variabilidad de la calidad de los enlaces, la movilidad o la carga de tráfico, las rutas de encaminamiento se ven modificadas a lo largo del despliegue de las redes de sensores. Esto puede generar variaciones en el RTT, degradando el rendimiento de TCP. 

Transmisión en tiempo real: Junto a UDP, en las redes de sensores deben implementarse protocolos semejantes a RCP (Rate Control Protocol), de forma que éstas puedan soportar la transmisión extremo a extremo del tráfico en tiempo real. 

Requisitos de los protocolos de transporte 

Tomando en cuenta las limitaciones presentadas en el apartado anterior, el diseño de un protocolo de transporte para WSN debería cumplir con los siguientes requisitos: 

Protocolos de transporte existentes en WSN. 

Los mecanismos de transporte que existen para redes de sensores inalámbricas se pueden dividir en aquellos que proporcionan en alguno o en ambos sentidos Implementación de Protocolos de Transporte en Redes de Sensores (Sea ascendente o descendente) y una o la combinación de las siguientes funciones:

Fiabilidad en la entrega de mensajes (incluyendo la recuperación de errores) 

Control de congestión 

Conservación de la energía 

Además también pueden ser clasificados en:

Protocolos no basados en TCP 

Protocolos basados en TCP 

En este proyecto se utilizará esta última clasificación de protocolos de transporte, identificando además, las funciones y objetivos para los que fueron diseñados.

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