Spectrum-efficient Architecture for Cognitive Wireless Sensor Networks
Saül Garcia Huertes · 2009
Nowadays there is the envision that in a few years the current Wireless Sensor Networks (WSNs) will be present in many applications in the near future. As long as they keep performing on the ISM 2,4GHz unlicensed band, they will have to coexist with other succesful technologies such as Wi-Fi or Bluetooth. Therefore, it is obvious that specially the mentioned band is becoming overcrowded. However and thanks to the emerging Cognitive Radio (CR) techniques, they will allow to apply an effective Dynamic Spectrum Access (DSA) that will address the problem of the scarce available spectrum by a rational allocation of the current wireless communications within the available spectrum on a given time and place. This actuation will permit accessing to less crowded frequencies in order to perform with less interferences and even with less propagation losses. Along this work, an Spectrum-efficient Architecture for Cognitive Wireless Sensor Networks is introduced. The scheme performs a data collection protocol, with a tree-based topology, completely scalable and with a generic purpose. Through real testing, we can state that our scheme, without altering the normal data collection cycle, is able to feel the presence of other WSN and, consequently, it will migrate the entire network to a new frequency while all these operations are transparent to the final user. It is energy-efficient as well, since no redundant scanning is carried out. As a conclusion, our proposal assures a better performance in case of an external WSN interference without adding neither complex operations nor more traffic to the network. Hoy en dia existe la creencia de que en unos pocos anos las actuales Redes Inalambricas de Sensores estaran presentes en muchas aplicaciones. Mientras estas sigan actuando en la banda sin licencia de ISM 2,4GHz, tendran que coexistir con otras exitosas tecnologias como Wi-Fi o Bluetooth. En consecuencia, resulta obvio asegurar que la banda en cuestion estara superpoblada en un futuro proximo. Sin embargo y gracias a las nuevas tecnicas de Radio Cognitiva, que permitiran la aplicacion de un eficiente Acceso al Espectro Dinamico, se conseguira una distribucion racional, dentro del espectro disponible en ese momento y lugar, de las comunicaciones inalambricas que se esten llevando a cabo. Esta actuacion permitira acceder a frecuencias menos pobladas para poder transmitir con menos interferencias e incluso con menos perdidas de propagacion. A lo largo de este trabajo se va a presentar una arquitectura eficiente, espectralmente hablando, para Redes Inalambricas de Sensores y Cognitivas. Este esquema desarrolla un protocolo de recoleccion de datos, para una red con topologia de arbol, totalmente escalable y con finalidades genericas. A traves de las pruebas realizadas, podemos afirmar que nuestro esquema, sin alterar el ciclo normal de recoleccion de datos, puede detectar la presencia de otras Redes Inalambricas de Sensores y, consecuentemente, migrar la red a nueva frecuencia mientras que todas estas operaciones estan ocultas al usuario final. Tambien es eficiente a nivel de energia, ya que no se realizan comprobaciones redundantes de la presencia de otras redes. De esta manera, nuestra propuesta asegura un mejor comportamiento en caso de la existencia de una Red Inalambrica de Sensores externa, sin realizar operaciones complicadas ni anadiendo mas trafico a la red.