Algoritmo de nodos adaptativos para solucionar el problema de los nodos huérfanos en una Red Inalámbrica de Sensores ZigBee en topología de árbol

Abstract

We have developed an algorithm based on hybrid nodes composed of an XBee S2C module configured in API mode with escape and connected to a microcontroller ATMEGA 328P to solve the orphan node problem of a ZigBee tree topology. The sensor nodes have both features End Device and Router that may alternate depending on the situation, and the node can adapt itself to keep the network integrality as much as possible. On the other hand, the coordinator node comprises an XBee S2C module and the embedded system Raspberry Pi 3, which hosts the algorithm and is set up as an access point, a database server, and a web server. Using the proposed algorithm, we were able to recover up to 42.8% of the network coverage, but it comes with an energy cost due to the switch from End Device to Router. Additionally, a mobile application integrated with notification service and Google Maps was developed to monitor every node’s behavior in the Wireless Sensor Network.

Para solucionar el problema de los nodos huérfanos en una topología tipo árbol en una red ZigBee, se ha desarrollado un algoritmo basado en nodos híbridos compuesto por un módulo XBee S2C configurado en modo API con escape conectado a un microcontrolador ATMEGA 328P. Los nodos sensores cuentan con las características de End Device y Router simultáneamente, las cuales pueden ser alternadas dependiendo de la situación, de esta forma, el nodo puede adaptarse por sí mismo para mantener la integridad de la red. Por otro lado, el nodo coordinador está conformado por un módulo XBee S2C y el sistema embebido Raspberry Pi 3 que soporta el algoritmo y está configurado como punto de acceso, servidor de base de datos y servidor web. Empleando el algoritmo propuesto, la cobertura de la red puede ser recuperada hasta en un 42,8%, pero viene con un costo de energía debido al cambio de End Device a Router. Adicionalmente, una aplicación móvil integrada con servicio de notificaciones y Google Maps fue desarrollada para monitorizar el comportamiento de cada nodo en la Red Inalámbrica de sensores.