Extensión del protocolo ZigBee para un nuevo esquema de enrutamiento mediante filtros de Bloom

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Date
2016
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Publisher
Universidad Católica San Pablo
Abstract
El estándar IEEE 802.15.4/ZigBee, creado para redes de sensores inalámbricos (WSN), permite a las WSNs crear su propia topología de red. Ese proceso empieza cuando nodos intermedios y finales envían mensajes de solicitud de conexión a su nodo padre. El nodo padre repite la solicitud a su nodo coordinador; luego el nodo coordinador asigna direcciones cortas de 16 bits a los no dos solicitantes, los cuales a su vez asignan grupos de direcciones a sus nodos descendientes. Los no dos solicitantes, cada cierto tiempo envían sus tablas de direcciones vecinas al coordinador. El no do coordinador forma una topología en árbol, constituyéndose en la raíz del árbol. De esta manera, toda comunicación debe hacerse siempre a través del nodo coordinador. Este sistema implica actualizaciones periódicas de topología, tablas y registros; el sistema de asignación de direcciones es complejo y requiere de un cálculo sobre los nodos hijos, para poder repartirles los conjuntos de direcciones que requieren. Las redes de sensores están conformadas por nodos de bajas prestaciones y es deseable tratar de reducir al máximo el uso de memoria, procesador, energía, etc. En este trabajo proponemos un esquema de enrutamiento para nodos inalámbricos ZigBee basado en filtros de Bloom. En esta propuesta, cada nodo genera independientemente su propio identificador, formado como un filtro de Bloom. Por cada petición unicast/multicast se establece un árbol y de acuerdo a éste se generan resúmenes de los no dos hijos, que serán almacenados en cada nodo. Así cada paquete tiene como cabecera también el resumen de su propia ruta o árbol, y salto a salto se decide irradiar o no el paquete al llegar a un nodo, dependiendo de si la verificación ha tenido éxito (una verificación sencilla basada en operaciones AND). A pesar que los filtros de Bloom presentan falsos positivos, en este mecanismo éstos significan un muy bajo porcentaje debido a que salto a salto, gracias a los resúmenes de no dos, el filtro de la cabecera del paquete se renueva con el resumen de los nodos hijos, evitando así además la aparición de bucles. En cada nodo únicamente se guarda el filtro resumen de los hijos por cada petición unicast/multicast. Para comprobar la eficacia de este esquema, se han generado aleatoriamente peticiones multicast en distintas topologías de red. De esta manera, se ha conseguido: eliminar la complejidad de la asignación de direcciones, se reduce la necesidad del uso de grandes tablas de enrutamiento y, finalmente, los paquetes no requieren ser enviados siempre desde el mismo nodo coordinador (pueden ser enviados desde cualquier nodo).
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