Análisis del Fast Roaming en redes WiFi Mesh para comunicaciones robóticas

Cruz Rojas, Guillermo
Ayuso Escuer, Natalia Carmen (dir.)

Universidad de Zaragoza, EINA, 2024
Informática e Ingeniería de Sistemas department, Arquitectura y Tecnología de Computadores area

Máster Universitario en Ingeniería Informática

Abstract: La robótica móvil es una de las alternativas más populares para tareas de inspección que conllevan cierto nivel de riesgo, como la búsqueda y rescate o la inspección de edificios inseguros. A pesar de ser aplicaciones que cada vez cuentan con un mayor nivel de autonomía, en ocasiones los robots no son capaces de determinar la mejor acción debido a la falta de datos o escenarios imprevisibles, por lo que la supervisión humana sigue teniendo un papel importante. El supervisor normalmente va a tener la necesidad de enviar comandos al robot en forma de teleoperación y al mismo tiempo necesita feedback sobre la situación del robot, que llega a través de la transmisión de datos recogidos por sensores, siendo la transmisión de vídeo desde una cámara integrada en el robot un escenario muy común. Evidentemente esta interacción entre el supervisor y el robot precisa de un canal de comunicaciones fiable, con baja latencia para tener un tiempo de respuesta inmediato y un ancho de banda apropiado para la transmisión de vídeo, entre otros requisitos. En este proyecto se ha considerado una red WiFi Mesh para estudiar su viabilidad para soportar una aplicación robótica de teleoperación con transmisión de vídeo, debido a la posibilidad de obtener una mayor cobertura y ancho de banda frente a otro tipo de tecnologías comúnmente utilizadas como 5G o Zigbee. Concretamente, la característica de esta red que genera más interés es el proceso conocido como Fast Roaming, el cual permite que los dispositivos móviles cambien rápidamente de un punto de acceso a otro dentro de la misma red, sin interrupciones notables en la conexión, a priori. En el presente trabajo se ha llevado a cabo un estudio teórico con el objetivo de comprender los procesos involucrados en el Fast Roaming, caracterizando posteriormente con experimentos prácticos cuándo y cómo ocurre el Fast Roaming, haciéndolo funcionar satisfactoriamente en el hardware con el que se ha trabajado en este proyecto. Este estudio y experimentación ha permitido adquirir conocimientos clave de configuración de red en sistemas Linux, de los que se ha sacado provecho para optimizar el rendimiento del Fast Roaming y evitar conflictos y puntos de fallo entre distintos módulos del sistema. La completa caracterización del funcionamiento del Fast Roaming permitió a posteriori cuantificar la validez de la red WiFi Mesh para una teleoperación basada en transmisión de vídeo. Para ello se calcularon métricas derivadas de la transmisión de información entre dispositivos dentro de la red, con uno de ellos moviéndose por una amplia zona para provocar situaciones de roaming y analizar si el proceso es lo suficientemente eficiente para evitar una degradación notable en aplicaciones con requisitos de tiempo real. Estudiando los resultados se llegó a la conclusión de que si bien el Fast Roaming presenta un avance en cuanto a la velocidad con la que se completa la transición entre puntos de acceso, es inevitable la pérdida de datos durante un tiempo aproximado de 300 ms, al menos, con el enfoque aplicado en este trabajo. Estos datos aportan información valiosa para investigaciones futuras, en las que se podrían analizar medidas preventivas o estudiar otras alternativas en caso de que la aplicación final no tolere pérdidas durante ese pequeño tiempo.

Tipo de Trabajo Académico: Trabajo Fin de Master