Mecanismos de Confiabilidad para Redes de Larga Distancia en el Internet de las Cosas

Esta tesis tiene como objetivo lograr un intercambio de datos confiable en un entorno hostil mejorando su confiabilidad mediante el diseño de un modelo completo que tenga en cuenta las diferentes capas de confiabilidad y mediante la implementación de las contramedidas asociadas al modelo. La tesis se centra en el caso de uso del proyecto SHETLAND-NET, con el objetivo de desplegar una arquitectura de Internet de las cosas (IoT) híbrida con comunicaciones LoRa y de onda ionosférica de incidencia casi vertical (NVIS) para ofrecer un servicio de telemetría para el monitoreo del “permafrost” en la Antártida.
 
Para cumplir con los objetivos de la tesis, en primer lugar, se realiza una revisión del estado del arte en confiabilidad para proponer una definición y alcance del término confiabilidad. Partiendo de aquí, se diseña un modelo de confiabilidad de cuatro capas, donde cada capa se caracteriza por su alcance, métrica para la cuantificación de la confiabilidad, contramedidas para la mejora de la confiabilidad y las interdependencias con las otras capas. Este modelo permite la medición y evaluación de la confiabilidad del caso de uso en la Antártida.
 
Dadas las condiciones hostiles y las limitaciones de la tecnología utilizada en este caso de uso, se valida el modelo y se evalúa el servicio de telemetría a través de simulaciones en Riverbed Modeler. Para obtener valores anticipados de la confiabilidad esperada, la arquitectura propuesta es modelada para evaluar los resultados con diferentes configuraciones previo a su despliegue en pruebas de campo. La arquitectura propuesta pasa por tres iteraciones principales de mejora de la confiabilidad. En la primera iteración, se explora el uso de mecanismos de consenso y gestión de la confianza social para aprovechar la redundancia de sensores. En la segunda iteración, se evalúa el uso de protocolos de transporte modernos para el caso de uso antártico. La última iteración de esta tesis evalúa el uso de una arquitectura de red tolerante al retardo (DTN) utilizando el Bundle Protocol (BP) para mejorar la confiabilidad del sistema.
 
Finalmente, se presenta una prueba de concepto (PoC) con hardware real que se desplegó en la campaña antártica 2021-2022, describiendo las pruebas de campo funcionales realizadas en la Antártida y Cataluña.
 
Palabras clave. IoT, WSN, confiabilidad, Antártida, NVIS, LoRa, DTN, modelado, simulación.