Aplicación Redes Sensoras.

Título: Application of Sensor Network for Secure Electric Energy Infrastructure
Autores: Ramón Alberto León Candela

Las redes de sensores inalámbricas se están convirtiendo en la tecnología de elección para aplicaciones de detección sobre todo debido a su facilidad de instalación y su bajo menores.

En este trabajo el autor propone un nuevo diseño conceptual de una aplicación de la tecnología inalámbrica de sensores para evaluar la salud estructural de las líneas de transmisión y su aplicación para mejorar la observabilidad y la fiabilidad de los sistemas de energía.

Introducción.

Con la creciente amenaza del terrorismo en todo el mundo, se está prestando más atención a la seguridad de la infraestructura de transmisión eléctrica. Aunque es muy difícil de evitar o predecir cuándo y dónde pueden producirse estos actos terroristas, la evaluación rápida de la situación puede ayudar a los operadores a tomar medidas óptimas para evitar eventos en cascada y los apagones parciales o totales consiguientes.

Las fallas mecánicas resultantes de los ataques maliciosos en una línea de transmisión son básicamente las mismas que las que resultaría en que los acontecimientos naturales extremos afectan a una parte de la línea de transmisión.

El método actual para evaluar el daño causado por cualquier acontecimiento físico inesperado en la red de transmisión es la inspección visual de la infraestructura de transmisión. Con los problemas que se producen en entornos de concentrados, como subestaciones o plantas de generación, no es difícil de encontrar y evaluar los daños con una bastante pequeña tripulación o con cámaras de vigilancia adecuadamente localizada. Pero en líneas de transmisión que están geográficamente dispersos a través de cientos de kilómetros, esta tarea es más difícil. Sin embargo, una vez que se produce un evento, el operador del centro de control recibe únicamente que se produjo un fallo eléctrico, pero no si es temporal o permanente. Por lo tanto, las normas de funcionamiento que él / ella tiene que tratar de reinsertar la línea en falta con el fin de comprobar la condición temporal / permanente del evento. Una vez que todos los intentos fallan, entonces la línea se marca como permanentemente fuera de servicio.

Se propone la utilización de una tecnología de red inalámbrica sensora para la detección de fallos mecánicos en líneas de transmisión tales como: insuficiencia conductor, torre se colapsa, puntos calientes, las condiciones mecánicas extremas, etc. La aplicación propuesta consiste en la instalación de sensores para la supervisión mecánica en torres predeterminadas de una línea de transmisión y la comunicación a través de una red inalámbrica. El objetivo principal es obtener una imagen física y eléctrica completa del sistema de energía en tiempo real, diagnosticar inminente, así como fallas permanentes, y determinar las medidas de control adecuadas que podrían adoptarse de forma automática y/o sugeridas a los operadores del sistema una vez que un condición mecánica extrema aparece en una línea de transmisión.

Características mecánicas de líneas aéreas de transmisión.

El diseño de líneas eléctricas aéreas conceptualmente los considera integrado por cuatro componentes: bases, soportes, interfaces y conductores. El proceso de diseño tiene en cuenta la coordinación de las resistencias mecánicas ya que el fallo de uno de los cuatro componentes puede dar lugar al colapso de toda la instalación de transmisión.

Cuando los diferentes componentes de una línea de transmisión se someten a sus límites de la fuerza, su fracaso podría ser repentina, que se producen en la fracción de segundo y puede dar lugar a la inestabilidad, la ruptura o separación completa; o podría ser progresiva, resultando en la pérdida de fuerza que eventualmente conduce a daños después de largos períodos de tiempo.

Hay dos tipos principales de estructuras de apoyo, la tensión y los apoyos de suspensión. Teniendo en cuenta el costo relativamente bajo, una gran parte de una línea de transmisión se ven agravados por los soportes de suspensión. Por lo tanto, debido a sus características de construcción, cuando se produce un fallo en cualquiera de los miembros de suspensión de una sección determinada, hay una muy alta probabilidad de colapso de la suspensión restante de la sección afectada, produciendo un fallo en cascada estructural.

Red sensora propuesta

Existen sensores capaces de controlar las variables mecánicas de la línea de transmisiòn que se podría utilizar para detectar condiciones anormales cuando aparecen los fenómenos ambientales extremos o accidentes relacionados con humanos o sabotajes. Los investigadores han encontrado que la utilización de sensores de aceleración, de deformación y el desplazamiento puede proporcionar un nivel adecuado de observabilidad para terremotos y vientos.

Dado que la temperatura es también una preocupación en la transmisión de la energía eléctrica, la aplicación puede tomar ventaja de la infraestructura de detección para colocar sensores de temperatura en el punto de unión de conductores para detectar posibles puntos calientes y los problemas relacionados con el sobrecalentamiento sobrecargas.

Para una evaluación más completa de las condiciones mecánicas de la línea de transmisiòn, como en la detección de el improbable caso de un fallo aislado, se recomienda para medir fuerzas de tracción en los conductores conectados a un número de soportes de suspensión, la colocación de ellos en ambos lados del punto de la unión de los conductores en cada tercera torre. De esta manera, cada soporte controla sólo un conductor de fase, pero el sistema no observabilidad suelta, ya que cada punto de unión no está supervisando directamente se controla mediante un soporte adyacente.

El autor propone la instalación de acelerómetros en el cuerpo de soporte para la vibración y el seguimiento de inclinación, y en los puntos de unión de conductores para la detección de la vibración inducida por el viento. Esta instalación de conductores es recomendable para la optimización del mantenimiento.

La instalación de sensores de temperatura para la detección de sobrecalentamiento se puede optimizar teniendo en cuenta que las condiciones de calentamiento debido a las sobrecargas son uniformes en porciones largas relativas de la línea. Sin embargo, dado que los puntos calientes son fenómenos muy localizados, sólo pueden ser detectados mediante la colocación de transductores de temperatura cerca de todos los puntos de fijación de los conductores.

Cabe señalar que todas las mediciones de los sensores propuestos por el autor están relacionados de varias maneras. La relación puede ser entre diferentes sensores aplicados a la misma estructura, como en el caso de la tensión y la tensión, o entre la vibración y la inclinación, o puede ser entre los mismos tipos de sensores en diferentes lugares, como en el caso de sensores de tensión aplicados a los conductores en ambos extremos de una interfaz de suspensión.

Posiciòn de los sensores

Arquitectura.

El autor propone depender de la comunicación inalámbrica entre torres, ya que ofrecerían un camino de transmisión fiable en el caso de un fallo de una estructura de soporte, a condición de que el evento causal no daña el transmisor.

Las características de construcción de líneas de transmisión, con soportes separados cientos o incluso miles de metros entre sí representa un obstáculo difícil para el rango de temperaturas para la comunicación inalámbrica entre los nodos sensores localizados en diferentes estructuras. Por diseño, el alcance de las comunicaciones de sensores inteligentes no es muy larga y extenderla no es eficiente debido a las limitaciones de suministro de energía.

El autor propone un modelo de dos capas para superar las restricciones impuestas por el problema de gestión del alcance/energía en los nodos del sensor:

Modelo de 2 capas

Los nodos sensores instalados en cada estructura forman un grupo de sensores locales (LSG) con la comunicación requerida no mayor de 100 pies. A los datos locales y el procesador de comunicaciones (LDCP) instalados en cada soporte se utilizan para agregar la información de los sensores locales LSG. Su radio puede lograr una gama más amplia y viene con un mayor ancho de banda de la comunicación debido a el hecho de que no tiene limitaciones de tamaño y de energía. Por lo demás, se puede cosechar energía de una fuente inductiva colocado cerca del conductor de fase más cercana y también puede venir con una batería más grande. El rango normal esperado para la aplicación varía desde 300 hasta 1500 pies, usando radios más potentes en las estructuras particulares en los que existen tramos más largos.

Los datos del sensor en cada grupo de sensores locales se agregan y se analizan para la verificación de la los datos locales. Los datos de verificación es posible gracias a la relación inherente entre las variables detectadas. Los sensores y sus correspondientes datos locales y procesadores de comunicaciones formarán la capa 1 de la red sensora.

La interacción entre los datos locales sobre cada soporte es la base para la capa 2 de la red sensora y forma las comunicaciones entre el apoyo y la colaboración de capa (ISCC). Esta capa se encarga de todo el procesamiento de mensajes y de transmisión requerido para la entrega de la información sobre el estado mecánico de la subestación.

El funcionamiento propuesto es el siguiente, un procesador de la subestación local (LSP) en un extremo de la línea de transmisión ordena el inicio de un barrido de los datos recogidos, interroga a los primeros datos y procesadores locales. La cabecera de control de mensaje contendrá los parámetros que indican si el barrido se corresponde con el modo de funcionamiento parcial o total, por lo tanto, instruyendo a los datos y procesadores locales, incluyendo qué tipo de tratamiento a aplicar a su contenido y sus propios datos de los sensores locales. La direccionalidad se logra mediante la inclusión de la dirección de remitente y receptor en la cabecera del mensaje. De esta manera, cuando una subestación inicia un barrido, se coloca un valor cero en la dirección de nodo emisor y 1 como el nodo receptor. Esto le dará instrucciones para procesar el mensaje y transmitirlo a los siguientes datps y procesadores locales. Este proceso continuará hasta que el barrido alcanza la subestacón local en el otro extremo de la línea. Entonces, esta subestación dará lugar a una recolección de datos en la dirección opuesta mediante la colocación de su dirección (n+1) como el nodo emisor y n como el nodo receptor.

El cuerpo del mensaje contiene un vector de valores de datos y las direcciones asociadas de los nodos sensores de la que esos valores vienen.

La falta de detección de cualquier procesador de comunicaciones y datos locales (LDCP) se proporciona por medio de la implementación de una función de tiempo de espera en el anterior. Por lo tanto, cuando no hay ninguna confirmación de recepción desde el siguiente LDCP, es marcado como un enlace roto y el barrido invierte la dirección, transmitiendo la información de fallo a la ruta de la subestación local de inicio. Esto podría conducir a nuevos análisis para establecer si hubo un evento mecánico o simplemente un fracaso del LDCP.

Herramienta propuesta para la red sensora

Modos de fallo del sistema mecánico/eléctrico

La severidad de la condición mecánica de una línea de transmisión se puede establecer mediante la comparación de los valores de las variables contra los diferentes límites definidos por el diseño de la línea de transmisión. Una clasificación para el estado mecánico es la siguiente:

• Normal (N): No hay indicios de variables que son fuera de los límites normales de operación. Las tensiones están dentro de los parámetros de diseño y equilibradas en los soportes de suspensión. Las vibraciones son mínimas, y las estructuras están en la posición vertical.
• Sospechosa (S): Algunas de las variables están fuera del rango normal. Acumulación de hielo, fuertes vientos o la carga térmica máxima pueden ser eventos asociados a esta condición. No puede haber vibración medible y los inclinómetros detectan ángulos de inclinación pequeños.
• Inminente (I): Diversas variables están fuera de los límites de detección de los problemas mecánicos, pero no hay ninguna indicación clara de una falla mecánica. Se detectan niveles altos de vibración y ángulos de inclinación de la estructura son sensiblemente diferente de la vertical.
• Fallo (F): Los fallos mecánicos pueden ser detectados por red sensora de diferentes maneras, por la excursión fuera de los límites de algunas variables, por valores cercanos a cero en los demás, o por la ausencia total de señal de los sensores. Los sensores de tensión indican un conductor roto mediante la detección de valores anormalmente altos o bajos. Estructuras colapsadas serían detectados por los ángulos de inclinación cerca de la horizontal.

Para cada uno de los diferentes modos de falla, diferentes acciones necesitan ser tomadas en el sistema de energía con el fin de evitar la cascada eventos que podrían llevar a un colapso del sistema eléctrico interconectado. Para probar la viabilidad del uso de la red sensora, el autor y su equipo se centraron en la gestión de la sobrecarga de la transmisión impulsada por la clasificación de fallo. Es decir, si una línea que produce una sobrecarga en otra línea de transmisión, la clasificación de fallos proporciona dos maneras de manejar el evento. Para un fallo temporal, las medidas recomendadas deben esperar y tratar de volver a cerrar la línea de falla pocos minutos debido a la naturaleza puramente eléctrica de la culpa, sino para una falla permanente, se recomienda comenzar con el bloqueo más allá de reenganche y el inicio inmediato del proceso de recuperación que puede incluir reprogramación de la generación y/o la desconexión de carga.

Para la determinación de la combinación de aumento y disminución de inyección de nergía que más contribuyen a los cambios de flujo de línea de transmisión, es necesario identificar primero el nodo con el valor máximo de generación de desplazamiento vectorial resultante (GSDF) en el vector original como GSDF.

Entonces, la GSDF de cada nodo referenciado al pivote se obtiene con:

Una vez identificados los nodos para reprogramar la generación, la distribución de generación para cada dirección del cambio (hacia arriba o hacia abajo) que proporcione el alivio rápido de sobrecarga en la línea de transmisión puede ser establecida por:

donde:

= cambio generacional necesario en la unidad.
=tasa de generación de unidad de cambio.
 = valor GSDF de la unidad de referencia a la línea.
= sobrecarga en la línea

Simulación
En las siguientes gráficas se muestra la evolución de un sistema sin una red sensora después de la interrupción de la línea de transmisión y la consiguiente sobrecarga. Se puede observar que durante el tiempo pasado para volver a cerrar la línea, un corte de luz adicional se produce una condición de sobrecarga, el sistema experimenta una caída de tensión.

Cuando está  la presencia de una red sensora para supervisar la línea de transmisiñon, un modo de fallo inminente simulada activará el sistema para recomendar acciones de transferencia entre las generaciones antes de la interrupción real de la línea controlada.

Con la reducción del flujo de la línea como resultado de las medidas recomendadas por el sistema, la línea de transmisión alcanzará 100% de carga (700 MW).

Conlusiones

Este documento propone un nuevo enfoque para el uso de la tecnología inalámbrica de sensores para evaluar la salud mecánica de las líneas de transmisión. Esto ofrece un entorno de monitorización completo para una línea de transmisión.

El estudio realizado y los resultados de la simulación muestran que el utilizar una red sensora puede ayudar a los operadores tomar decisiones rápidas y adecuadas basadas en los modos de fallos mecánicos detectados por la red.

En general el utilizar una red sensora puede ayudar de gran manera a tomar decisiones analizando posibles fallos en el sistema gracias a los sensores o algún punto que muestre cierta inestabilidad o datos fuera de rango y de esta manera evitar grandes problemas tratando desde un principio con problemas pequeños. Este tipo de redes ayuda en gran manera a los operadores ya que gracias a los datos arrojados por la red pueden tomar decisiones y saber en qué punto está fallando la red y no sólo actuar sin saber qué es lo que falla o dónde falla.

Fuentes

Ramón Alberto León Candela. Application of Sensor Network for Secure Electric Energy Infrastructure. Abril de 2007. http://www1.xm.com.co/Artculos%20y%20Reconocimientos/04141131%20Sensor%20Networks.pdf

Laboratorio. Aplicación de red Ad-hoc

Título: Towards Commercial Mobile Ad Hoc Network Applications:  A Radio Dispatch System.
Autores: Elgan Huangm, Wenjun Hu, Jon Crowcroft y Ian Wassell.

En los últimos años ha habido un interés creciente en el uso de redes móviles ad hoc (MANET) para fines comerciales. Dentro de la industria automotriz ya hay una serie de esfuerzos dirigidos a la utilización de la tecnología de las comunicaciones para mejorar la seguridad del automóvil, proporcionar a los pasajeros información y entretenimiento, y lograr la fluidez del tráfico en las carreteras. Sin embargo, ha habido poco esfuerzo para vincular los aspectos técnicos y de negocio, junto con el fin de diseñar soluciones que sean técnica y económicamente viables; la mayor parte de la investigación se centra actualmente en determinadas cuestiones técnicas. Los escenarios estándar para MANETs tienden a ser innecesarios o demasiado limitados en su alcance.

En este trabajo, proponemos un escenario de aplicación de carácter innovador en la forma de un sistema de despacho de taxis MANET. Una importante aportación novedosa de este trabajo es que utilizamos el realismo en nuestros modelos en todos los niveles, desde la propagación RF en una ciudad, a través de la movilidad de los nodos, hasta la aplicación y en el caso de negocios para el uso de una MANET en lugar de un sistema regulado y centralizado clásica basada en proveedores.

Escenario: Ciudad de taxis.

Uno de los componentes más importantes de las operaciones de una compañía de taxis de la ciudad es su unidad de despacho, que informa a los taxis individuales sobre camionetas de pasajeros, asigna a los pasajeros a los taxis vacíos, y transmite información adicional, como direcciones y noticias sobre el clima o las condiciones del tráfico.Tradicionalmente, las empresas de taxis se han basado en sistemas de despacho basados en radio para estas tareas. Los sistemas de radio tienen problemas de calidad de servicio, hay altos costos asociados con la instalación, funcionamiento y mantenimiento de los mismos, y deben adquirirse licencias de radio.

Sin embargo, la popularización de los teléfonos móviles hoy en día significa que las pequeñas empresas son capaces de entrar en el mercado, apoyándose en las redes públicas de telefonía móvil como a sus sistemas de despacho. Desafortunadamente, este método tiene muchos inconvenientes que incluyen un alto costo por llamada, y la comunicación limitada entre los conductores. Llamadas de teléfono móvil son más difíciles de coordinar y menos eficiente en el tiempo; los despachadores sólo se pueden comunicar con un controlador a la vez y las instrucciones por voz transmitidas también están sujetos a las tasas de error más elevados.

Muchas grandes empresas tienen a su vez actualizar sus propios sistemas para incluir software inteligente con GPS que permite el seguimiento de los taxis y la asignación eficiente de los puestos de trabajo, mejorar la productividad y la utilización de los recursos. Sin embargo, el hardware y el software necesario es costoso y su funcionamiento implica la transferencia de datos inalámbrica a través de redes de telefonía móvil públicas o privadas, que es un costo significativo y recurrente.

En nuestro escenario, un sistema de despacho basado en MANET se utiliza para la comunicación. Cada taxi, está equipado con un dispositivo ad hoc y un servidor central ad hoc se encuentra en la sede de su expedición. Este es un escenario híbrido en el que, aunque el sistema es totalmente una red ad hoc móvil, hay un grado de centralización a la misma, con toda la información disponible procedente de un solo punto, lo que requiere que todos los nodos se conectan a él directamente o indirectamente para recibir trabajos.

Un cliente podría llamar a la sede de expedición de la compañía de taxis. La llamada entonces sería recogido por un gestor de expedición que entraría en los detalles de la oferta en el sistema. Una solicitud automatizada sería enviada a través de la red ad hoc a todos los taxis libres que se encuentren cerca de la vecindad de la solicitud. En el caso de contar con dispositivos especiales habilitados con información sobre la ubicación, el taxi libre más cercano al punto donde se recogerá al cliente se localiza y asigna el trabajo automáticamente, disminuyendo así los tiempos de espera para el cliente y la mejora de las tasas de rotación de la compañía de taxis. El sistema ad hoc se actualiza automáticamente con la información de la condición de camino y los conductores también podrán comunicarse entre sí, potenciando todas las partes interesadas con información valiosa.

Otra implementación de este sistema sería incluso llegar a ser posible que los clientes simplemente puedan pedir un taxi a través de sus propios dispositivos ad hoc donde quiera que estén y la petición se envíaría directamente al taxi más cercano. El taxi iba a la ubicacón del cliente, registra que recogió al cliente y envía la información a través de la red para actualizar otros taxistas y su estado. Con la adición de un punto de acceso en la sede del despacho, los clientes también podrán reservar taxis a través de Internet y la solicitud sería transmitida de inmediato a través de la red ad hoc.

Viabilidad financiera

Los sistemas ad hoc son más robustos que los sistemas centralizados, y el servicio de red no depende de la actuación de los proveedores de servicios ni están sujetos a la infraestructura dañada. El uso de dispositivos especiales descentralizados también puede cambiar la estructura del mercado por lo que es posible ofrecer soluciones a las compañías de taxis, en lugar de obligarlos a firmar con un proveedor de servicios.

Una vez que los clientes se acostumbren a las alternativas a la reserva por teléfono, la carga de trabajo para los despachadores de taxis se reducirá. Sistemas automatizados fiables mejorará la exactitud y velocidad con la que se toman y se aprueban órdenes.

Los sistemas Ad hoc cuestan casi nada para poner en funcionamiento al igual que el mantenimiento del hardware en sí. Además, los móviles y el servicio Push to Talk son sólo los métodos de comunicación de voz, mientras que un sistema ad hoc se basa en las comunicaciones de datos y también proporcionan información sobre la ubicación. El 95% de las reservas se realizan dentro de un radio de 10 millas, lo que hace que las redes ad hoc factible y potencialmente más escalable de servicios autorizados.

Por naturaleza, la cobertura de un sistema ad hoc depende de un número adecuado y la propagación de los nodos en toda la zona de servicio requerida. La movilidad de los nodos plantea el peligro de las brechas de servicios ocasionales cuando no hay taxis están actuando como relevadores dentro de una cierta área, aumentando las preocupaciones de calidad de servicio impredecible. A través de simulaciones basadas en una movilidad real y modelo de propagación, los autores evaluaron diversas métricas de rendimiento del sistema de despacho de radio para determinar el alcance de estos problemas.

Su modelo consistió en una ciudad como una cuadrícula al estilo de Manhattan, con un tamaño de bloque uniforme a través del área de simulación. Todas las calles fueron de doble sentido, con un carril en cada dirección. Un taxi se caracteriza por una velocidad preferida, una aceleración máxima y desaceleración, una variación de la velocidad asociada con la velocidad preferida en el estado estacionario, y una lista de destinos preferidos, es decir, la paradas de taxis. Los taxis son asignados al azar a una de tres velocidades preferidas. Todos los demás parámetros se fijan para ser el mismo en todos los taxis, ya que son de la misma empresa.

La simulación, modela una MANET basada en el estándar IEEE 802.11b, ya que se entiende bien, fácilmente disponible y adaptable a la aplicación bajo consideración. IEEE 802.11b opera en la banda ISM de 2,4 GHz, y una sensibilidad del receptor típico de -80 dBm y una potencia de transmisión de 100 mW (20 dBm) (el límite legal para esta banda). El sistema funciona con los sistemas eléctricos de los taxis en lugar de ser alimentado por baterías, el consumo de energía no es un gran problema.

Las antenas omni-direccionales utilizadas se montan encima de los techos de los taxis, a una altura de aproximadamente 1,5 m, la propagación se puede caracterizar con mayor precisión por un modelo de microcélulas. Los mecanismos de propagación dominantes en tal ambiente se deben a interacciones entre la trayectoria directa y reflejada caminos de los edificios y el suelo, así como la difracción alrededor de los bordes verticales de edificios.

El modelo de propagación que utilizaron supone una pérdida de segundo orden (-20dB/dec) a una distancia de rotura. Para separaciones de antenas mayores que la distancia de rotura, se obtiene el modelo de propagación de tierra plana:

donde Pr es la potencia recibida (W), PT es la potencia de transmisión (W), h1 y h2 son las alturas de antena nodo (m) y d es la separación de antena (m). La distancia punto de corte está dada aproximadamente por:

Por lo tanto, antes del punto de corte se tiene:

y después del punto de corte:

Las operaciones en el sistema se basan en simples intercambios de mensajes. Taxis enviar regularmente las actualizaciones de estado de su envío, y el despacho envía las solicitudes de trabajo y otros datos a los taxis. Los mensajes se envían siempre al salto accesible más cercano con el fin de minimizar la potencia de transmisión y la interferencia. Al ser una red ad hoc, es probable que los taxis entrar y salir de la cobertura, la frecuencia y duración de las cuales dependen del número de puntos de relevo, el rango de transmisión de cada dispositivo, el movimiento de los vehículos, la distancia media entre los coches, etc.

Incluso cuando la cantidad de datos requeridos es grande, a partir de tipos de estudios similares, es posible que en condiciones de conectividad intermitente, un tampón o una unidad a través de proxy (basado en el envío, las paradas de taxis y los propios nodos individuales) podría ser utilizado para acumular datos y solicitudes/respuestas de sus compañeros dentro de la red y remitirá la información a la siguiente oportunidad sin sacrificar significativamente el rendimiento.

Resultados de la simulación.

Basado en el modelo, desarrollaron una simulación estadística para calcular las posiciones en 1 segundo. Los parámetros de control que utilizaron para la simulación son las siguientes: una cuadrícula de Manhattan de 5 x 5 kilómetros, con un tamaño de bloque uniforme de 100 x 100 metros. Un punto central de despacho situado en el centro exacto de la red y que funciona como una parada de taxis. Los resultados varían de acuerdo con el diseño y la distribución de las paradas/destinos de los taxis, sin embargo. Cada ejecución de la simulación duró 3 horas de tiempo de simulación tras un período inicial de calentamiento de 1.000 segundos. Elegieron 3 horas para dar a cada taxi, tiempo suficiente para hacer varios viajes para permitir la distribución de velocidad y destino a converger. Dentro de la red se colocaron un total de 300 taxis habilitados para un sistema ad hoc. Por último, un nodo se considera conectado sólo si es accesible desde el punto de expedición durante tres segundos consecutivos o más, para garantizar el tiempo suficiente para establecimiento de la conexión y la transferencia de datos.

Se define la cobertura de conectividad como el porcentaje de los taxis accesible desde la central de despacho, y el tiempo de interrupción como un periodo continuo de tiempo cuando el taxi no es accesible desde la central de despacho. La siguiente gráfica muestra la cobertura bajo condiciones de control. El porcentaje de vehículos conectados en cualquier punto dado en el tiempo fluctúa, sin embargo siempre hay coches dentro de la cobertura e incluso con sólo 300 nodos, la cobertura media de más de 100 carreras es 107.7 coches o 35,91%. La mediana y la desviación estándar de la media es de 35,84% y 0,6%, respectivamente.

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La simulación sugiere que con 300 nodos en operación, la comunicación en tiempo real no es posible ya que con sólo un tercio de los taxis se puede llegar en cualquier instante dado. Teniendo en cuenta los números absolutos de los taxis contactables, sin embargo, el rendimiento es adecuado para los fines del sistema de despacho, dado el número probable de peticiones en cualquier punto en el tiempo típico. Además, dado el poco tiempo que cada nodo se pasa fuera de la cobertura media (28.47s), todos los taxis están localizables en intervalos razonables. Por el contrario, en ocasiones ciertos nodos serán inalcanzables para un período más largo (por ejemplo, la hora de tomar pasajeros a destinos lejanos).

Para investigar el efecto de la densidad de nodos, variamos el número de nodos 100 a 700. La siguiente gráfica muestra el porcentaje de nodos alcanzables como una función del número de nodos.

Como era de esperar, la cobertura aumenta a medida que más nodos están disponibles para actuar como puntos de relevo. Con 700 nodos, casi el 70% de los taxis son accesibles en cualquier momento. Al aumentar el número de nodos, una compañía de taxis más grande o un número de pequeñas / medianas empresas que utilizan sistemas compatibles para poder lograr una buena cobertura.

Otro parámetro que afecta en gran medida las estadísticas de cobertura es el tiempo de conexión, es decir, el tiempo de la creación de vínculos y transmitir datos entre nodos vecinos. El tiempo de conexión predeterminado es 3 segundos, sin embargo, esto depende de los protocolos exactos y hardware utilizados. Manteniendo constantes los otros parámetros de control, variaron el tiempo de conexión entre 1 y 10 s, consiguiendo los siguientes resultados:

Con un tiempo de conexión de 1s, el 43% de los nodos están dentro de la cobertura, en promedio, en comparación con el 36% para un tiempo de conexión de 3s.

El tráfico lo introdujeron insertando automóviles que se comportaban de la misma como los taxis, excepto que no tienen destinos preferidos y no hacen pausa entre secuencias de movimiento. Por lo tanto, varió el número de coches de 300 (sólo taxis) hasta 30.000 (300 taxis y 29.700 vehículos regulares) para estudiar cómo afecta la congestión de distribución de nodos, la movilidad y la cobertura. Todos los 30.000 vehículos fueron distribuidos de manera uniforme por todo el mapa, la distancia media entre los vehículos fue de 34 m.

Una de las observaciones es que la variación instantánea de la cobertura es más notable con la congestión añadida. Comparando la siguiente gráfica con la gráfica que muestra la cobertura (primer gráfica), el pico a las variaciones de pico son más grandes. Aunque el modo y la cobertura promedio aumenta sólo ligeramente (38,4% vs 36,3%), en un momento dado, ahora es mucho más probable que se conectará un número más alto (más de 140) de los coches.

Conclusiones

Este sistema de radio basado en redes ad hoc tiene gran potencial, por ejemplo aumenta el ingreso por taxi ya que disminuye el tiempo y el costo para ir a recoger al cliente y aparte es más accesible para el cliente al no tener que esperar demasiado tiempo por un taxi, lo cual aumenta su satisfacción. Además el implementar este sistema no es costoso y es escalable en tamaño.

El rendimiento de este sistema depende de factores como el protocolo de enrutamiento que se utilice, pero teniendo en cuenta la información que se transmitirá y el medio ambiente, los protocolos apto para el propósito y optimizaciones podría ser diseñado para adaptarse a la aplicación.

Las principales ventajas que las redes ad hoc tienen sobre estas otras formas de comunicación son de bajo costo y facilidad de despliegue.

Como se pudo observar en la simulación realizada por los autores es que un sistema basado en MANETs podría sufrir de bajo rendimiento debido a la baja densidad de nodos por lo que es importante que el número esperado de nodos en funcionamiento debe ser considerado en el diseño de un sistema. Un sistema basado en MANETs es ideal cuando se tiene una gran cantidad de nodos.

Fuentes.

Elgan Huangm, Wenjun Hu, Jon Crowcroft y Ian Wassell. Towards Commercial Mobile Ad Hoc Network Applications: A Radio Dispatch System. Mayo de 2005. http://128.232.0.20/research/srg/netos/papers/2005-mobihoc-taxi.pdf

Tarea 6: Geolocalización

Geolocalización se refiere al posicionamiento con el que se define la localización de un objeto espacial (representado mediante punto, vector, área, volumen) en un sistema de coordenadas.[wikipedia]

Triangulación.

La triangulación es el uso de la trigonometría de triángulos para determinar posiciones de puntos, medidas de distancias o áreas de figuras.

La triangulación tiene aplicación en la tecnología GPS conocida como trilateración, consiste en determinar la posición de un receptor con respecto a tres antenas. Conociendo la posición de las tres antenas o satélites se determina posición relativa respecto a los tres
satélites o antenas.

Algoritmo TULIP

La técnica de trilateración utiliza tres valores de RTT (Round-trip delay time
) para calcular las coordenadas del nodo de destino o receptor. 

En esta técnica los tres puntos de referencia (antenas) con los valores de RTT más pequeños (probablemente ubicados con mayor cercanía) se seleccionan. Después, el algoritmo trata de estimar la ubicación en base al alcance (en la imagen mostrada arriba el alcance son los círculos alrededor de los puntos de referencia) de los puntos de referencia (antenas).

El centro de la región de solapamiento de los alcances (círculos) se considera como la ubicación del nodo de destino o receptor.

Este algoritmo es una implementación en 2D del alortimo de trilateración que se encuentra en Wikipedia ya que este último se aplica en 3D.

Esta técnica se basa en la resolución de ecuaciones de círculo.

Los parámetros en la imagen son:
P1, P2, P3 = puntos de referencia (coordenadas en x,y)
d1, d2, d3 = distancias de los puntos de referencia al objetivo o receptor (se obtiene con distancia=(MinRTT/2)*alpha)

Dada la ecuación para el círculo:

 

donde:
h y k : son las coordenadas "x" y "y" del centro del círculo .
"x" y "y" : son las coordenadas donde el círculo intersectará con otro. Son las coordenadas a buscar.
r: es el radio del círculo o alcance de las antenas.

Se despeja para cada círculo

Después se resta la primera ecuación de la segunda y obtenemos la siguiente:

En la implementación que hice de este algoritmo utilizo las fórmulas anteriores, y para ejecutar el script es de la siguiente manera: python geo.py coord_x_antena1 coord_y_antena1 alcance/radio coord_x_antena2 coord_y_antena2 alcance/radio coord_x_antena3 coord_y_antena3 alcance/radio. Es fastidioso proporcionar esos datos pero fue la primera implementación que hice, una solución sería poner estos datos en un txt y leerlos con el script.

El receptor detectado lo marco con un punto en color rojo.

Código.

Resultados.

Como se puede ver cuando los 3 círculos se están intersectando es posible detectar al receptor en su posición exacta.

Cuando no hay un punto exacto de intersección, el receptor se detecta en la región donde los 3 círculos comparten un área en común.

Cuando no comparten un área en común el receptor se detecta en un punto medio donde el segundo y tercer círculo intersectan al primero.

Cuando no existe ninguna intersección de los círculos el receptor se detecta en un punto medio entre los 3 centros de los círculos.

Fuentes

• Triangulación, última modificación 31 de marzo de 2013. http://es.wikipedia.org/wiki/Triangulaci%C3%B3n
• Trilateración, última modificación 14 de marzo de 2013. http://es.wikipedia.org/wiki/Trilateraci%C3%B3n
• LesCottrell, TULIP Algorithm Alternative Trilateration Method, 2012, https://confluence.slac.stanford.edu/display/IEPM/TULIP+Algorithm+Alternative+Trilateration+Method

Comunicaciones satelitales.

Los satélites artificiales se utilizan en todo el mundo para diversas razones, la comunicación es una de ellas. El primer satélite artificial que estuvo equipado con un transmisor de radio se puso en marcha en 1957 por el gobierno soviético y fue llamado Sputnik 1.

Un satélite de comunicaciones es un satélite artificial estacionado en el espacio para los fines de telecomunicaciones. Satélites de comunicaciones modernos utilizan órbitas geoestacionaria, órbitas Molniya u órbitas terrestres bajas. El primer satélite de comunicaciones estadounidense fue llamado SCORE proyecto que se inició en 1958. Tras el lanzamiento de estos satélites de comunicación, la comunicación alcanza nuevas alturas.

Aplicaciones

A continuación algunas de las aplicaciones que se han realizado utilizando satélites artificiales y que son medios de comunicación, lo que se le puede denominar comunicación satelital.

Telefonía Satelital.
Una de las primeras aplicaciones y podría decirse que la más importante, se encuentra en la telefonía satelital. Un teléfono satelital es un dispositivo móvil de comunicación similar a un teléfono celular. Las diferencias principales entre estos dos residen en su tamaño y que el primero se conecta directamente a través de los satélites de telecomunicaciones en la órbita alrededor de la tierra. Teléfonos de punto fijo retransmiten las llamadas a una estación, donde se transmiten a un satélite geoestacionario. En cambio, los teléfonos móviles (en barcos y aviones) deben ser conectados directamente al equipo para enviar la señal de enlace ascendente al satélite, así como ser capaz de garantizar un satélite apuntando a su ubicación para evitar lo más que se pueda la presencia de perturbaciones.

Televisión y Radio.

Hay dos tipos de satélites utilizados para la televisión y la radio:

• Direct Broadcast Satellite (DBS): son las emisiones de televisión por satélite destinadas a la recepción en casa, también podría decirse que es señal directa al hogar. Abarca tanto la televisión analógica y digital, y la recepción de radio, y se extiende a menudo a otros servicios proporcionados por los sistemas de televisión digital modernas, como vídeo bajo demanda y características interactivas. Un "servicio DBS" por lo general se refiere tanto a un servicio comercial, o un grupo de canales libres disponibles de una posición orbital dirigidas a un solo país.
  
• Servicio fijo por satélite (SFS): es la clasificación oficial de los satélites geoestacionarios de comunicaciones utilizados principalmente para la emisión de canales para las estaciones y cadenas de televisión y radio, así como para la telefonía, las comunicaciones de datos, y también para Directo a casa (Direct-To-Home) de cable y los canales de televisión por satélite.
  
  Los sistemas utilizados para recibir los canales de televisión y otros canales de satélites SFS se refieren generalmente como sistemas TVRO (Televisión de sólo recepción), que se conocen como sistemas de gran plato o antena (debido al tamaño del plato o antena mucho más grande en comparación con los sistemas de satélite de transimisión directa).

Banda ancha por satélite.
En los últimos años, la tecnología de comunicación por satélite se ha utilizado como un medio para conectarse a Internet a través de conexiones de datos de banda ancha. Esto es muy útil para los usuarios probar que se encuentran en zonas muy remotas, y no puede acceder a una línea fija de banda ancha o conexión telefónica.

Radio Amateur.
Operadores aficionados tienen acceso a los satélites OSCAR que han sido diseñados específicamente para llevar el tráfico de radio amateur. La mayoría de estos satélites funcionan como repetidores bordo de vehículos espaciales.

Razones para interceptar comunicaciones satelitales

Entre las razones más predominantes para interceptar comunicaciones satelitales podemos encontrar:

• Entrar a redes de cajeros automáticos o bancos y robar dinero.
• Censura de la información por parte del gobierno o empresas.
• Comunicarse con los satélites y escuchar transmisiones.

Ataques a satélites.

Algunos tipos de ataques de satélite:

Servicio Denegado (DoS). Consiste en interrumpir o suspender de forma temporal o indefinidamente  los servicios de todo aquel que quiera conectarse a una red o en este caso al satélite. Algunos de los métodos más utilizados son los siguientes:

• Jam Uplink. Consiste en crear interferencia en enlaces o transmisiones de subida.
• Jam Downlink. Consiste en crear interferencia en enlaces o transmisiones de descarga.

Buscando por métodos para atacar satélitesencontré en el sitio de forbes un artículo del 2010 sobre Leonardo Nve, un investigador de seguridad que por menos de 75 dólares logró interceptar una transmisión de video digital (DVB). Este investigador utilizó herramientas de software libre para realizar broadcasting, Wireshark que utilizó para interceptar paquetes y una tarjeta Skystar 2 PCI que consiguió por ebay y que actúa como receptor satelital.

Seguridad en comunicaciones satelitales

Algunas de las medidas de seguridad que se utilizan en comunicaciones satelitales se encuentran en las siguientes categorías:

• Capacidad de la evasión.

Es la capacidad de un satélite para alterar su curso para evitar cualquier interrupción en su funcionamiento. Este método puede parecer simple pero en realidad no es muy eficiente, ya que, uno de los problemas es que los satélites ya tienen una órbita predefinida dependiendo del objetivo para el que fueron puestos en órbita por lo que es difícil cambiar esa órbita, un segundo problema se encuentra en el método utilizado para cambiar de dirección; el sistema de propulsión a bordo necesario para proporcionar el cambio en la velocidad en ocasiones requiere una cantidad grande de propelente.

• Disposición táctica.

Este concepto es explorado principalmente por los militares, el cual consiste en la posibilidad de emplear un sistema de defensa activo. Este tipo de defensa proporcionaría al satélite la capacidad de defenderse de un ataque ofensivo y la posibilidad de operar continuamente durante un período prolongado de tiempo a pesar de las circunstancias hostiles.

El principal problema de este concepto se debe a las políticas de militarizar el espacio.

• Alteración del haz de comunicaciones.

Este tipo de defensa es tal vez la solución más simple y más fácilmente empleable para evitar que las trasmisiones sean interceptadas, así como la detección del propio satélite. 

Este sistema consiste en un transmisor capaz de transmitir señales de alta resistencia con un ancho de haz mínimo, para no dar oportunidad de que los datos sean interceptados.

La principal desventaja al utilizar este tipo de sistema es que requiere una sincronización con la órbita del satélite con respecto al receptor en la Tierra.

Conclusiones.

Las comunicaciones satelitales tienen diversas aplicaciones y algunas muy importantes por lo que su seguridad es de gran importancia; en mi opinión la seguridad también debería centrarse en la encriptación de las transmisiones ya que al estar buscando encontré algoritmos que utilizan para este fin ( A5-GMR-1, A5-GMR-2, GMR-1 y GMR-2) pero ya han sido rotos.

La seguridad toma un mayor grado de importancia al hablar de telefonía e internet, por lo que la encriptación u otros métodos deberían implementarse o desarrollarse para proteger la información que viaja por estos medios.

Fuentes

• Pakistan Space and Upper Atmosphere Research Comission, "Applications of Satellites", 2013, http://www.suparco.gov.pk/pages/applications-satellite.asp 
• Denial-of-service attack, última modificación: 3 de mayo de 2013. https://en.wikipedia.org/wiki/Denial-of-service_attack
• Andy Greenberg, "How To Hack The Sky", Forbes, 2010,   http://www.forbes.com/2010/02/02/hackers-cybercrime-cryptography-technology-security-satellite.html
• Sean Patrick Bain, The Increasing Threat to Satellite Communications, 2006, http://spacejournal.ohio.edu/issue6/pdf/bain.pdf

Satélites

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Laboratorio.Seguridad en redes de telefonía

Seguridad en redes de telefonía móvil. Principales redes de telefonía móvil | Infographics

Control de congestión

Para esta semana se nos pidió realizar un algoritmo de control de congestión, platicando con mis compañeros Alejandro Avendaño y Eduardo Triana comentamos que una forma sencilla sería medir la banda ancha del nodo al que llega el tráfico y si el tráfico que llega es mayor tomar alguna medida.

Bueno lo que hice al igual que mis compañeros (creo) fue que cuando la banda o en este caso es un buffer pues resetear toda la transmisión de paquetes y así de esta manera evitar que se tiren los paquetes por no tener cupo en el enlace.

En el código genero tráfico de manera exponencial y utilizó tres archivos distintos para tres ejemplos en este caso

Después para obtener cuánto se está consumiendo del enlace o el total de paquetes que ya hay en la cola se hace con la siguiente instrucción:

set bw0 [$sink0 set bytes_]


Código

 

Como se puede apreciar en la gráfica hay momentos donde se vuelve a realizar la transmisión (comienza desde 0), que es cuando hay congestión de tráfico.

Laboratorio. Ahorro de energía

Para esta entrada de laboratorio de redes el objetivo es buscar y hablar un artículo sobre ahorro de energía en un sistema donde involucre una red de telecomunicaciones como componente fundamental.

El artículo que escogí lleva como título: Energy-Aware Performance Optimization for Next-Generation Green Network Equipment, los autores son: Raffaele Bolla, Roberto Bruschi, Franco Davoli y Andrea
Ranieri.

Además de una sensibilidad más amplia ante los problemas ecológicos, el interés por tecnologías en redes con eficiencia energética surge de necesidades económicas fuertes y críticas, ya que tanto el costo de energía y los requisitos eléctricos de la red muestran un crecimiento continuo, con una tendencia alarmante en los últimos años.

El propósito de la investigación hecha por los autores consistió en explorar y evaluar la factibilidad y el impacto de las políticas de administración de energía capaces de adaptarse bien un conjunto de arquitecturas altamente modulares, generalmente utilizado para el desarrollo de equipos de red de hoy en día. Las políticas propuestas por los autores tienen como objetivo la optimización del consumo de energía de cada componente del dispositivo con respecto a su rendimiento de red esperado.

La eficiencia energética puede ser considerado como uno de los mayores retos en una gran parte de los campos industriales y de investigación. Surge de la necesidad de reducir los gastos relacionados con el funcionamiento, la fabricación y la energía de las empresas, las industrias, así como edificios residenciales, sin perder de vista en los objetivos de reducción de emisiones de gases de efecto invernadero. Centrándose en las redes de telecomunicaciones, se estima que producirá alrededor de 0,6% de las emisiones globales de CO2. Hoy en día, las infraestructuras de redes fijas y móviles tienen enormes y fuertemente crecientes necesidades en materia de energía eléctrica.

Tomando en cuenta el consumo total de energía y las emisiones de CO2, el desafío específico de telecomunicaciones, fabricantes de equipos de red y la comunidad de investigación de redes consideran la introducción de criterios y tecnologías innovadoras, capaces de ahorrar energía, adaptando dinámicamente capacidades y recursos de la red para cargas de tráfico actuales y los requisitos.

El enfoque de los autores parte de considerar los dos tipos principales de soporte de hardware de administración de energía, hoy disponibles en la mayor parte de los procesadores de COTS y en rápido desarrollo en otras tecnologías de hardware. Estas tecnologías de administración de energía permiten reducir al mínimo el consumo de energía cuando no se realiza ninguna actividad, y modificar el equilibrio entre el rendimiento y la energía cuando el hardware está activo y realizando alguna operación.

El objetivo de la investigación es reducir al mínimo el consumo de energía de un dispositivo de red, manteniendo al mismo tiempo un cierto nivel de rendimiento; por lo que para el experimento que realizaron hacen las siguientes suposiciones: el router está compuesta por componentes de hardware C, cada uno para administrar una cierta parte del tráfico global reenviado. Por otra parte, suponen que los componentes para cambiar de forma independiente en diferentes P estados, proporcionan un equilibrio diferente entre el rendimiento y el consumo de energía para cada elemento de HW. Por último, cada elemento se supone, obviamente, para aumentar su capacidad de reenvío máxima, cada que se selecciona que requiere un estado con más energía.

A partir de esas consideraciones, dividieron un día en diferentes intervalos de tiempo, durante el cual las cargas de tráfico de enlace tienen un comportamiento estadístico casi similar. Durante cada segmento de tiempo, se piensa que el administrador de energía debe:

• Estimar las características estadísticas del tráfico de entrada para cada componente del dispositivo.
• Adoptar una configuración de alimentación adecuada para cada elemento del dispositivo para optimizar el intercambio entre el desempeño esperado y el reenvío de desperdicio de energía.

De esta manera, la configuración óptima global del dispositivo modular se logra mediante la forma óptima e individual que se fijan los valores de frecuencia de trabajo de cada componente.

Utilizaron una función de costo que representa el consumo total de energía del router, y que se puede expresar como la suma de los consumos de energía de los elementos individuales:

Función de costo. Imagen tomada del artículo.

Para encontrar la configuración óptima del router, se tiene que encontrar la matriz de frecuencia {f1,...fc}, que garantiza el valor mínimo de que respeta los límites de rendimiento.

El enfoque de dividir un día en diferentes intervalos de tiempo, es con el fin de recoger y estimar por separado las cargas de tráfico, y para calcular una configuración óptima del router para cada uno de tales períodos de tiempo. 

Las muestras de carga obtenidas se utilizan para estimar tres principales parámetros estadísticos:

• ,  el valor medio de la carga del tráfico ofrecido.
• , la varianza decarga del tráfico ofrecido.
• , el valor pico de la carga del tráfico ofrecido.

Asumiendo que cada componente c puede trabajar a distintas frecuencia de reloj internas, se supone que cada uno aumente su capacidad de procesamiento de paquetes y su consumo de energía, cada que aumente los valores de la frecuencia de trabajo. También tomaron en cuenta el modo "en espera", que permite reducir el consumo de energía cuando no se realiza ninguna actividad u operaciones. Por lo que se deben tomar en cuenta los siguientes parámetros para el router:

• , la velocidad máxima de servicio cuando se trabaja a 
• , el consumo medio de energía cuando no hay actividad que se realiza en el interior del router cuando trabaja a 
• , el consumo de energía promedio cuando el elemento del router c realiza una operación en la frecuencia .

La "probabilidad inactivo" corresponde a la probabilidad de que la unidad de procesamiento de paquetes del componente no se está ejecutando ninguna operación de reenvío, y 1 - es la probabilidad de que se llevan a cabo este tipo de operaciones.

En particular, suponiendo que la unidad de procesamiento de paquetes en un componente puede ser modelado como un único sistema de gestión de colas de servidor, con buffer finito y distribuciones genéricas de hora de llegada/servicio, se puede expresar su probabilidad de inactividad de la siguiente manera:

Ya que no se puede obtener una expresión de forma cerrada para la probabilidad de pérdida de un sistema de colas genérico, se puede aproximar el límite inferior y superior:

donde:

Con el fin de aplicar correctamente la política de optimización de cada componente, tenemos que conocer y estimar las características estadísticas de la cuota de tráfico entrante a ese elemento. La arquitectura del dispositivo en general y cómo el tráfico de intercambio de componentes entre sí se deben conocer. Esto porque si el plano de datos del dispositivo está compuesto por uno o más componentes que trabajan en serie, la probabilidad de pérdida de los primeros componentes de la cadena puede afectar a la de los últimos.

Nuevos routers SW generación, basados ​​en procesadores multi-núcleo y hardware COTS, despliegan una arquitectura muy diferente con respecto a sus primos comerciales. Cada núcleo incluido en un router SW puede ser considerado como un componente independiente que procesa por completo una cierta parte del tráfico entrante (es decir, el tráfico de entrada desde las interfaces de red (NIC) delimitadas a ese núcleo). Un router SW puede ser pensado como un conjunto de núcleos de trabajo de una manera paralela y totalmente independiente. En tal caso, la de un componente no se verá afectado por otros, y no se necesita ningún procedimiento de optimización recursiva. Por lo tanto, se puede descomponer el problema de optimización de la siguiente manera:

Las nuevas generaciones de routers pueden aprovechar una mayor libertad de medida por cambiar dinámicamente los enlaces a los núcleos-NIC. Esto le da la oportunidad de distribuir entre los núcleos el tráfico de carga ofrecido, entrante de diferentes tarjetas de red y encontrar la configuración de energía más consciente. Gracias a todo esto se comprobó que los consumos de energía mínimos dependen generalmente de las configuraciones en las que un mayor número de núcleos está activo a velocidades más bajas.

Una mejora adicional para el procedimiento de optimización original, consiste en la adición de un control de bucle cerrado, que puede ser explotada para elevar los componentes de las frecuencias de funcionamiento en caso de un aumento inesperado de las cargas de tráfico entrantes suceda.

Esta mejora se realizó, simplemente al permitir que el modelo de tráfico para recoger datos sobre las pérdidas de paquetes en cada componente del dispositivo. Si la tasa de pérdida de uno o más componentes supera para un determinado período de tiempo, el marco de optimización se invoca inmediatamente, y un nuevo y más conservador re-configuración de frecuencias de funcionamiento se realiza.

El paso principal de todo procedimiento es la reducción al mínimo el consumo de energía de cada componente individual. Con el fin de resolver el problema de minimización y de obtener la mínimo, se utiliza un enfoque de fuerza bruta en el subconjunto de valores de frecuencia que satisfacen la restricción probabilidad de pérdida. Sin embargo, ya que el número de frecuencias de trabajo es generalmente muy baja, y dado que el modelo propuesto se caracteriza por una muy baja complejidad computacional, encontrar el mínimo es factible incluso mediante la realización de una búsqueda por fuerza bruta.

Los autores con el fin de validar y evaluar el desempeño de la propuesta de optimización energética, implementaron una aplicación de prototipo, que se ocupara de la gestión dinámica del intercambio entre el desempeño de la red y el consumo de energía.

El Estimador de tráfico es responsable de la vigilancia continua y la toma de muestras de los registros de equipo con respecto a la carga de tráfico actual. Este módulo procesa la información recogida para la evaluación de  para cada segmento de tiempo en un día. El tiempo de muestreo promedio de registros de carga de tráfico es 30 segundos, mientras que los valores de se vuelven a calcular cada 10 minutos.

Con más detalle, el marco de optimización se compone fundamentalmente por dos sub-módulos, "Equipos" y componentes "modelos", que son utilizados iterativamente para obtener la configuración del dispositivo optimizado. A partir de la estimación de tráfico de carga ofrecida, el modelo de equipo es responsable de decidir los valores de candidatos de reloj de frecuencia y parámetros del tráfico estimado para cada núcleo.

A partir de los valores anteriores candidatos, C diferentes instancias del modelo de componentes se utilizan para estimar el consumo de energía promedio y la probabilidad de pérdida máxima para cada componente del dispositivo. Para todos los posibles enlaces entre núcleos y tarjetas de red, el modelo de equipo encuentra, la frecuencia de los valores de que minimiza el consumo de energía del dispositivo, respetando las limitaciones de rendimiento. Las frecuencias óptimas finales corresponderán a los que proporcionan el consumo de energía estimado más bajo.

En el experimento que realizaron utilizaron routers de doble núcleo.Cada núcleo puede trabajar de forma independiente a cuatro frecuencias, 3.0, 2.667, 2.333 y 2.0 GHz.

El marco de optimización funciona en 144 segmentos de tiempo diario, cada uno con una duración igual a 10 minutos. La imagen siguiente muestra los valores medios, la desviación, de carga general del tráfico ofrecido a los enlaces de 4 Gigabit. La restricción de probabilidad de pérdida se fijó en 0,01%..

La siguiente gráfica describe que la propuesta permite reducir efectivamente el desperdicio de energía en general: tomando un día, se obtiene un consumo total de energía igual a 13,77 kW, mientras que sin optimización es de 16,69 KW. Por lo tanto, el ahorro de energía resultante es de aproximadamente 30% con sólo la optimización en la parte de inactividad.

Conclusión

Como podemos ver es posible el reducir el consumo de energía en las redes de telecomunicaciones, en este caso utilizaron routers de doble núcleo pero es posible utilizarlo en cualquier tipo de router y red, tan sólo con hacer los cálculos adecuados y además implementar estados "en espera" donde la energía que se gaste sea mínima.

Con este artículo y la última gráfica se muestra que si hay un cambio notable en el consumo de energía. Tal vez y algunos de estos mecanismos ya se encuentren implementados pero no creo que en todos lados existan y con esta energía ahorrada podría utilizarse como energía de reserva.

Fuentes.

• Artículo: conferences.sigcomm.org