Problema de asignación de puertas de enlace en redes inalámbricas con minimización de tiempo de transmisión y energía

Resumen

Las redes inal´ambricas de sensores (WSN en ingl´es) son la base tecnol´ogica sobre la que se construye la Internet de las Cosas (IoT en ingl´es). Se utilizan en ciudades inteligentes, aplicaciones industriales dentro de lo conocido como Industria 4.0, en la agricultura de precisi´on, el monitoreo ambiental, etc. El campo de aplicaci´on las redes de sensores inal´ambricos tiene como ´unico l´ımite la imaginaci´on de quienes desarrollan aplicaciones. En la actualidad adem´as de las normas existentes desde principio de siglo como Bluetooth y Zigbee se han sumado las denominadas redes de baja potencia (LPWAN en ingl´es) como LoRaWAN o Sigfox. En cualquier caso, lo que es preciso es establecer las puertas de enlace entre estas redes inal´ambricas e Internet. Estos nodos especiales son m´as caros porque deben contar con m´as de una interfaz de comunicaci´on (hacia los sensores una, hacia Internet la otra), en general tener alimentaci´on el´ectrica confiable y contar con cierto poder de c´alculo para poder hacer un tratamiento b´asico de la informaci´on proveniente de los sensores. Los nodos de la red operan mayormente con bater´ıas por lo que minimizar el gasto energ´etico es una funci´on necesaria. En muchos casos, las redes de este tipo operan con restricciones temporales lo que obliga al dise˜nador a contemplar vencimientos. En este trabajo los autores presentan un modelo de programaci´on lineal entera para optimizar la cantidad de puertas de enlace necesaria para acceder a Internet por parte de los sensores garantizando los vencimientos de los mensajes al mismo tiempo que se minimiza el consumo de energ´ıa. Se demuestra que esto es un problema NP-Duro formalmente. Se presenta una funci´on multiobjetivo, un estudio por medio de la frontera de Pareto del compromiso entre los distintos objetivos y una primera validaci´on mediante programaci´on lineal entera que sirve de referencia para validar heuristicas ad-hoc para resolver instancias m´as grandes.