Diseño y desarrollo de una plataforma de comunicaciones descentralizada con WiFi Direct y protocolos M2M

Abstract

El aumento del número de dispositivos IoT existentes hoy en día plantea enormes desafíos en los sistemas de comunicaciones. Para satisfacer las crecientes necesidades de los usuarios y utilizar eficientemente los escasos recursos disponibles, la comunicación Device-To-Device (D2D) se considera una importante tecnología emergente para el futuro de las redes. En este trabajo se propone un algoritmo de consenso anticipado y recurrente para la elección del mejor punto de acceso en caso de caída del nodo principal, cambios en la red e itinerancia. Se presenta el diseño y desarrollo de una plataforma de comunicaciones descentralizada que permita una comunicación eficiente y segura entre dispositivos sin necesidad de un concentrador o enrutador central, utilizando la tecnología WiFi Direct. Para este fin, se discuten las limitaciones actuales de los sistemas de comunicación centralizados tradicionales y los beneficios de los sistemas descentralizados, haciendo especial énfasis en los algoritmos de consenso. Más adelante, la investigación se centra en el diseño y la implementación de la plataforma propuesta, incluido el uso de WiFi Direct para el descubrimiento y la conexión de dispositivos, utilizando protocolos Machine-to-Machine (M2M) para una transferencia de datos eficiente, y se trata de solventar las limitaciones encontradas. Cabe destacar el uso de diferentes herramientas de simulación como WiDiSi o MQTTX para la obtención de unos resultados que nos hagan reafirmar las hipótesis planteadas a lo largo de esta investigación. Por último, analizando los resultados, dado que la mayoría de los estudios se basan en la aleatoriedad para la selección del líder, se propone el diseño de un algoritmo de consenso basado en el algoritmo Raft que permita establecer criterios más útiles para conseguir una mejora de calidad en torno a la elección, en el contexto de WiFi Direct finalizando con la presentación de los resultados que muestran como la flexibilidad inherente del algoritmo proporciona una solución adaptable a diversas aplicaciones y escenarios en sistemas distribuidos abriendo nuevas posibilidades para investigaciones futuras y desarrollos en el campo de las redes distribuidas.

The increase in the number of existing IoT devices today poses enormous challenges in communication systems. To meet the growing needs of users and efficiently use scarce resources, Device-To-Device (D2D) communication is considered an important emerging technology for the future of networks. In this work, an advanced and recurring consensus algorithm is proposed for selecting the best access point in case of main node failure, network changes, and roaming. The design and development of a decentralized communication platform is presented, enabling efficient and secure communication between devices without the need for a central hub or router, using WiFi Direct technology. To this end, the current limitations of traditional centralized communication systems are discussed, along with the benefits of decentralized systems, with a special emphasis on consensus algorithms. Subsequently, the research focuses on the design and implementation of the proposed platform, including the use of WiFi Direct for device discovery and connection, using Machineto- Machine (M2M) protocols for efficient data transfer, and addressing the encountered limitations. It is worth noting the application of different simulation tools such as WiDiSi or MQTTX to obtain preliminary results that support the hypotheses raised throughout this research. Finally, considering the results, given that the majority of studies rely on randomness for leader selection, the design of a consensus algorithm based on Raft algorithm is proposed in the context of WiFi Direct in order to establish more useful criteria for achieving an improvement in quality regarding the selection. This culminates in the presentation of results demonstrating how the inherent flexibility of the algorithm provides an adaptable solution for various applications and scenarios in distributed systems, thereby opening up new possibilities for future research and developments in the field of distributed networks.