58 SENSÓRICA Figura 2. Velocidad de transmisión, potencia y alcance de diversos estándares de comunicación inalámbrica. WPAN: Wireless Personal Area Network; WLAN: Wireless Local Area Network; WMAN: Wireless Metropolitan Area Network; W- WAN: Wireless Wide Area Network. [Adaptado de: P. Fuhr and H. Kagan, ‘Can wireless standards work together?’, Sensors Magazine, Abril 2006, págs. 20-22. Una comunicación eficaz exige unas reglas que constituyen el ‘protocolo’: formatos de las señales, detección y correc- ción de errores, acceso al medio de comunicación (aquí, el aire), es decir, arbitrar quién actúa como emisor y receptor en cada momento, etc. Para pasar información entre siste- mas que tienen protocolos distintos se emplean ‘pasarelas’ o ‘puentes’ (gateways, bridges), y éste suele ser el caso en las redes de sensores en aplicaciones agroambientales por- que la información obtenida acaba siendo comunicada final- mente a través de una red de comunicación preexistente. Para evitar que los sistemas de radiocomunicación en el aire interfieran entre sí, hay una regulación mundial que asigna bandas de frecuencia a las distintas aplicaciones: radiodifu- sión, radionavegación, televisión, radioenlaces, comunica- ciones marítimas, comunicaciones militares, aplicaciones industriales, científicas y médicas (ISM), etc. Para la aplica- ciones ISM hay asignadas diversas bandas ‘libres’, es decir, no es necesario pedir permiso para operar en ellas si la po- tencia transmitida no excede unos límites establecidos. Estas bandas dependen de la zona geográfica. El resultado de esta regulación es una gran variedad de protocolos es- tandarizados para trabajar en cada una de las bandas ISM sin interferirse mutuamente. La tabla 1 recoge algunas ca- racterísticas básicas de las normas más utilizadas. La frecuencia de transmisión influye en la capacidad del canal: a mayor frecuencia, más canales se pueden transmi- tir, o se puede transmitir datos a una mayor velocidad para un determinado número de canales, y menor es el tamaño de las antenas necesarias. Pero, para una misma potencia transmitida, el alcance disminuye al aumentar la frecuencia porque los obstáculos en el camino de propagación de las ondas absorben más las señales. La figura 2 muestra la re- lación entre potencia y velocidad de transmisión de datos según la extensión del área geográfica cubierta. Las aplicaciones previstas inicialmente en cada norma son acordes con su ancho de banda (velocidad de transmisión): ZigBee para monitorización, Wi-Fi para transmitir voz y datos, Bluetooth para sustituir cables entre equipos multimedia, WiMax para aumentar el ancho de banda en las comunica- ciones móviles, etc. No obstante, el amplio uso de todos estos estándares, sobre todo cuando se aplican en produc- tos de consumo, hace que el precio de los circuitos integra- dos necesarios para implementarlos decrezca hasta el punto de que su uso en aplicaciones industriales sea una opción razonable, cuando por su menor volumen de mercado no justificarían el diseño de circuitos integrados específicos. Otra decisión importante en las redes inalámbricas de sen- sores es su topología, es decir, la disposición espacial de los nodos de la red y la funcionalidad de cada uno de ellos, por- que determina el área cubierta, la fiabilidad de la comunica- ción y el consumo de energía. La figura 3 muestra tres disposiciones comunes en redes inalámbricas de sensores. En una red en estrella, como las utilizadas en telefonía móvil, Bluetooth y Wi-Fi, todo el tráfico pasa por un punto de acceso (pasarela), que es un nodo con mayor capacidad que enlaza con otra red de comunicaciones, fija o sin hilos. En una red arborescente o en racimo (cluster tree), cada nodo se comu- nica sólo con el nodo más próximo, de manera que los nodos más cercanos al punto de acceso soportan un mayor tráfico, y por lo tanto consumen más energía. Un fallo (‘caída’) en uno de estos nodos deja incomunicados a todos los nodos que están ‘por debajo’ de él. En una red en malla (mesh), cada nodo se puede comunicar con todos sus vecinos (más o menos próximos), de manera que es posible definir rutas de comunicación en función de múltiples parámetros, como por ejemplo el estado de carga de la batería en un nodo concreto. El número máximo de nodos que se pueden conectar a un mismo servidor depende de la norma: 7 en Bluetooth, 32 en Wi-Fi y hasta 64.000 en ZigBee. tecnología