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¿Qué se quiere resolver, cuál es el escenario, cuáles son las restricciones?

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¿Qué se quiere resolver, cuál es el escenario, cuáles son las restricciones?

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Objetivo: creación de un sistema que permita interconectar pequeños nodos ubicados sobre o alrededor de una persona. De forma más general podemos decir que el objetivo es la creación de una red de corto alcance (2 a 10m) capaz de conectarse a un sistema de alcance mayor.

Dos escenarios típicos son:
1 - Cuidado de la salud.
2 - Interacción persona-ordenador.

Algunas de las principales restricciones son:  el consumo de potencia (por el uso de equipos portátiles), la no limitación de la movilidad de los usuarios, la compatibilidad del sistema con otros sistemas y la compatibilidad entre varios sensores dentro del mismo sistema; así como la tasa de transmisión.

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¿Qué se quiere resolver, cuál es el escenario, cuáles son las restricciones?

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¿Qué se quiere resolver, cuál es el escenario, cuáles son las restricciones?

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Objetivo: se pretende alcanzar velocidades de multigigabit debido a la actual y futura demanda de ancho de banda de las aplicaciones.
En cuanto a los escenarios se encuentran:
-Redes backhaul de las small cells en LTE y 5G. (802.11ad).
-  Industria 4.0 y ciudades inteligentes (IoT).
-Routers WIFI 802.11ac.
Una de las principales restricciones es que al trabajar en el rango de microondas permiten un menor alcance.

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¿Qué se quiere resolver, cuál es el escenario, cuáles son las restricciones?

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¿Qué se quiere resolver, cuál es el escenario, cuáles son las restricciones?

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Objetivo: La lectura del artículo propuesto estudia las posibilidades de disponer de servicios wifi en trenes, mediante una troncal de banda ancha que conecta el propio tren, y haciendo innecesaria la
utilización del servicio de datos contratado al móvil. Lo hace desde el punto de vista del negocio subyacente, tanto desde el aspecto de los ingresos, como del indirecto de atracción de nuevos clientes.
Además de estas ventajas, el acceso a Internet de banda ancha en los trenes también puede mejorar la seguridad del tren permitiendo que un centro de operaciones controle datos
meteorológicas en tiempo real.

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¿Cuáles son los retos (challenges) del sistema?

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¿Cuáles son los retos (challenges) del sistema?

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1 - Para no limitar la movilidad del individuo se debe optimizar la potencia del sistema, de forma que este no tenga que portar dispositivos con grandes baterías.
2 - Coexistencia de múltiples sensores en un mismo sistema. Esto supondrá un reto tanto por las posibles interferencias como por el hecho de tener que utilizar un medio de transmisión compartido.
3 - Interferencias ajenas al sistema, canal ruidoso, entornos multicamino, canal variante en el tiempo... Debemos considerar estos retos para que nuestro sistema sea capaz de trabajar en cualquier entorno.
4 - Latencia: tanto para aplicaciones sanitarias como para la interacción persona-ordenador, se debe minimizar la latencia resultante de la red WBAN, si monitorizamos constantes vitales.

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¿Cuáles son los retos (challenges) del sistema?

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¿Cuáles son los retos (challenges) del sistema?

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Los retos más importantes a los que hemos de hacer frente son los siguientes:

Complejidad de los equipos y consumo de potencia el uso de antenas MIMO en 802.11ac hace necesaria más potencia para alimentar las antenas.

Tamaño y forma de los dispositivos mayores en la tecnología 802.11ac para evitar acoplamiento y correlación entre flujos por MIMO.

Coste de los semiconductores mayores en 802.11ad debido a la tecnología CMOS en los transceivers frente a 802.11ac.

En el estándar 802.11ac el abaratamiento de los routers en la banda 5GHz aumenta su uso y por tanto la existencia de mayores interferencias.

Mayor control en las no linealidades del transmisor en 802.11ac frente al otro estándar.

802.11ad sufre pérdidas atmosféricas en espacio libre (21dB más altas que 802.11ac) lo que implica desafíos en el presupuesto de los enlaces además de pérdidas por obstrucción.

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¿Cuáles son los retos (challenges) del sistema?

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¿Cuáles son los retos (challenges) del sistema?

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1-El sistema se ve forzado a utilizar una comunicación inalámbrica.

2- Características de jaula de Faraday que pueden conducir a una gran pérdida de penetración de las señales.

3-Factores que complican la comunicación inalámbrica (túneles, montañas, etc.).

4-Interferencias y canal: Serán variantes en el tiempo, entorno multicamino, etc.

5-Movimiento de los pasajeros entre vagones (handoffs de pasajeros): El sistema debe permitir la libre movilidad por el tren sin perder la comunicación.

6-Transferencias frecuentes en la red celular (alta velocidad de los trenes).

7-Ambiente desafiante (térmicamente, alta vibración, entorno eléctrico hostil)

8-Los trenes pueden sufrir cambios (añadir o quitar vagones) y el sistema debe ser capaz de descubrirlos.

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Capa física (PHY)
802.11ad: las velocidades de multigigabit (hasta los 6.7 Gb/s) se consiguen con una cantidad de espectro aproximado de 2GHz y esquemas de modulación simple (BPSK, QPSK).
802.11ac: emplea 256-QAM y MIMO con 8 flujos de datos simultáneos.

Capa de acceso al medio
Ambos estándares usan OFDM y además 802.11ad utiliza portadora simple SC

Capa de red
Tecnología IP

Complejidad de los equipos y consumo de potencia
El hardware requerido por los sistemas 802.11ad es más sencillo que el de los sistemas 802.11ac. Esto es así, debido a que los esquemas de modulación del 802.11ad son mas sencillos que los del 802.11ac, además de utilizar únicamente un flujo de datos (SISO vs MIMO).
Para poder tener múltiples flujos de datos en 802.11ac, se necesitan múltiples cadenas de RF y banda base.

Tamaño y forma de los dispositivos
En un sistema con múltiples antenas, la distancia entre estas debe mantenerse, como mínimo, en media longitud de onda (27 mm. Para 802.11ac) para mantener el acoplamiento en unos niveles razonable. Para aquellas aplicaciones en las que el tamaño es importante, este requerimiento limita el numero de antenas integrables y por tanto las velocidades de transferencia conseguibles.
A 60 GHZ. la longitud de onda de la portadora es únicamente de 5 mm. Por tanto, seremos capaces de integrar antenas de ganancia considerable en tamaños físicos pequeños.

Coste de los semiconductores
Para la fabricación de equipos WiFi que operen en las bandas de 2,4 y 5 GHz., se utiliza tecnología CMOS. Sin embargo, a frecuencias de 60 GHz. los equipos WiFi, necesitan de dispositivos CMOS de última generación (65 nm, 40 nm, etc.). Hoy en día estos dispositivos son caros y por tanto las soluciones WiFi 802.11ad son menos competitivas en costes que las basadas en 802.11ac.

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La estructura planteada presenta una red interna a nivel de tren la cual consta de pasarelas en cada vagón del tren y  un solo Terminal de Acceso al Tren (TAT) que es el encargado de ofrecer acceso a Internet de banda ancha en el tren.
TAT puede utilizar diferentes tipos de tecnologías (enlaces por satélite, WiMax, etc.) e incluso admitir varias para conectarse a la red de acceso a través de una antena montada en el exterior de un vagón.
Dentro de cada vagón se ofrecerán diferentes formas para conectarse a los usuarios (normalmente IEEE 802.11).

Entre diferentes soluciones que se exponen algunas son llamativas como:
1-Para conseguir la libre movilidad de los usuarios en el tren se concluye que mediante la creación de una capa de convergencia que oculta las interfaces Ethernet y WLAN y, en su lugar, crea una única interfaz virtual que tiene asignada una única dirección IP y MAC.

2-Utilizar IP Móvil (permite a los nodos cambiar su punto de conexión a Internet sin cambiar su dirección IP) y MMP-SCTP son capaces de manejar transferencias predecibles sin problemas. En la arquitectura FAMOUS (FAst MOving USers), donde la red de acceso es una red inalámbrica con estaciones base a lo largo de las vías del tren, los usuarios no se conectan directamente a las estaciones base de la red de acceso sino que, en cambio, todo el tren tiene una única conexión a la red de acceso.

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¿Podemos justificar brevemente algunas de las soluciones adoptadas en base a los retos enunciados?

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¿Podemos justificar brevemente algunas de las soluciones adoptadas en base a los retos enunciados?

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Idoneidad de 802.11ac y 802.11ad para uso en casos Multi-Gigabit

Por tanto, el estándar 802.11ad es más adecuado para líneas con visión directa, en escalas de interiores de una habitación, con bajo coste, corto alcance y para aplicaciones con tráficos muy altos, tales como comunicaciones internas para pantallas i terminales multimedia de compresión ligera o sin compresión; sincronismo de datos, transferencia de ficheros, etc.
En cambio, el standard IEEE 802.11ac, es más apropiado para distancias mayores y aplicaciones de trafico alto, tales como WLAN internos, terminales multimedia inalámbricos, con compresión, etc.

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¿Podemos justificar brevemente algunas de las soluciones adoptadas en base a los retos enunciados?

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¿Podemos justificar brevemente algunas de las soluciones adoptadas en base a los retos enunciados?

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La estructura planteada resuelve varios de los retos planteados:

1- Se concluye que el terminal de acceso muestra un mejor rendimiento si se combinan varias tecnologías, por tanto el TAT pueda combinar varias tecnologías de acceso pudiendo seleccionar en el momento más adecuado los mejores medios de comunicación puesto que de esta manera consigue una adaptación mejor a las diferentes situaciones a lo largo del recorrido permitiendo reducir ruido, interferencias, etc.

2-Un terminal de acceso único por tren parece ser eficiente puesto que se evita que se tenga que realizar transferencias para muchos usuarios simultáneamente y así no someter a la red celular a esfuerzos para realizar transferencias de manera simultánea para muchos usuarios que se mueven rápidamente.

3- La estructura planteada permite poder independizar la tecnología utilizada por los usuarios para conectarse a los vagones (a través de los gateway) con la utilizada por el TAT para conectarse a la red de acceso y así permitir utilizar tecnologías que los usuarios pueden disponer sin ningún problema en sus terminales.

4- La estructura planteada es robusta a cambios en el tren  ya que es capaz de detectar si se añaden vagones o se eliminan.

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¿Podemos justificar brevemente algunas de las soluciones adoptadas en base a los retos enunciados?

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¿Podemos justificar brevemente algunas de las soluciones adoptadas en base a los retos enunciados?

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Los avances llevados a cabo en telecomunicaciones (en materia de sistemas de transmisión) y en el ámbito más hardware (en materia de sensores) parece preparar el camino para la implementación de los sistemas WBAN. Sin embargo, no debemos olvidar que en si mismos siguen siendo un reto que engloba problemas tan dispares como la conectividad y la iteración de los sensores con los usuarios. Respecto a este último punto plantea cuestiones tales como cómo puede afectar a los humanos la emisión continuada de sensores cercanos a ellos o cómo deben ser estos sensores para adaptarse a la compleja estructura del cuerpo siempre en movimiento y que puede estar rodeado de todo tipo de interferencias y ruidos.  También es necesario poner un especial cuidado a las implementaciones de sensores / actuadores que se implanten dentro del cuerpo humano, ya que son cruciales en cuanto a su tamaño, su factor de forma y compatibilidad física con los tejidos.
Si bien son tecnologías que seguirán desarrollándose ya suponen un éxito en sí mismo logrando objetivos tan humanos como la ayuda a personas discapacitadas mediante las interfaces basadas en este tipo de tecnologías.

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Para la implementación de una WBAN se precisa de una tecnología de red inalámbrica (típicamente basada en radio-frecuencia) destinada a la interconexión de los múltiples nodos que componen la red.  La solución implementada consta por tanto de 3 items principales: nodos, sensores y tecnología de red inalámbrica.

Los nodos implementados pueden ser de dos tipos:

Sensores/Actuadores, situados sobre y alrededor del cuerpo y que función como una infraestructura de transmisión de datos.

Sensor & Router, cada nodo funciona como un sensor y como un router. Denominamos estos nodos (WSN, Wearable SEnsor Network).

Los sensores, componentes básicos para un sistema de monitorización, basados en distintos parámetros medibles de la naturaleza pueden clasificarse en varias categorías según su funcionamiento: químicos, mecánico, técnicos, acústicos, piezoeléctricos, …

La tecnología de radio empleada es el componente más variable de esta solución a lo largo de los años y en función del objetivo de cada sistema. Durante los últimos años los investigadores han hecho progresos considerables tanto en las bandas industrial, científica y médica (ISM) entre los 400 MHz y los 2,45 GHz, y la asignación de frecuencias de ultra banda ancha (UWB) entre 3.1 y 10.6 GHz. En cada una de las bandas de frecuencia, se han estudiado los canales intra-cuerpo, el cuerpo y fuera de cuerpo. Los estándares emergentes y existentes para WBAN y WPAN incluyen Bluetooth Low Energy, UWB, Bluetooth 3.0 y ZigBee y tecnologías como Insteon, Z-Wave, ANT, Rubee y RFID. Cada tecnología tiene una característica especial que la hace apropiada para algún tipo de entorno concreto (baja potencia, amplio alcance, cifrado …).