DOI: 10.26820/reciamuc/7.(2).abril.2023.390-402
URL: https://reciamuc.com/index.php/RECIAMUC/article/view/1121
EDITORIAL: Saberes del Conocimiento
REVISTA: RECIAMUC
ISSN: 2588-0748
TIPO DE INVESTIGACIÓN: Artículo de revisión
CÓDIGO UNESCO: 3310 Tecnología Industrial
PAGINAS: 390-402
Análisis comparativo de protocolos de enrutamientos apli-
cados en WSN utilizadas en ambientes industriales
Comparative analysis of routing protocols applied in WSN used in
industrial environments
Análise comparativa de protocolos de roteamento aplicados em RSSFs
utilizadas em ambientes industriais
Ximena Fabiola Trujillo Borja
1
; Mario Alfredo Sánchez Delgado
2
; Michael Jordy Ávalos Gómez
3
;
Neiser Stalin Ortiz Mosquera
4
RECIBIDO: 23/02/2023 ACEPTADO: 12/03/2023 PUBLICADO: 15/05/2023
1. Magíster en Gerencia de Redes y Telecomunicaciones; Ingeniero en Electrónica y Telecomunicaciones; Universidad
de Guayaquil; Guayaquil, Ecuador; ximena.trujillob@ug.edu.ec; https://orcid.org/0009-0000-1389-4910
2. Magíster en Administración de Empresas; Magíster en Docencia Universitaria e Investigación Educativa; Diploma Su-
perior en Diseño Curricular por Competencias; Ingeniero Comercial; Analista de Sistemas; Universidad de Guayaquil;
Guayaquil, Ecuador; mario.sanchezd@ug.edu.ec; https://orcid.org/0000-0002-3490-4628
3. Ingeniero en Telemática; Universidad de Guayaquil; Guayaquil, Ecuador; jordy.avalos@ug.edu.ec; https://orcid.
org/0009-0004-7813-0734
4. Magíster en Gerencia de Redes y Telecomunicaciones; Ingeniero en Electrónica y Telecomunicaciones; Universidad
de Guayaquil; Guayaquil, Ecuador; neiser.ortizm@ug.edu.ec; https://orcid.org/0000-0002-1051-6102
CORRESPONDENCIA
Ximena Fabiola Trujillo Borja
ximena.trujillob@ug.edu.ec
Guayaquil, Ecuador
© RECIAMUC; Editorial Saberes del Conocimiento, 2023
RESUMEN
Las redes de sensores inalámbricos han ganado un amplio campo de aplicaciones incluyendo a la industria
4.0 que se caracteriza por incorporar en sus procesos tecnologías como IoT, automatización, inteligencia
artificial, análisis de datos, así las telecomunicaciones se incorporan como un eje transversal que permite
mejorar los sistemas de comunicación en los ambientes industriales. El análisis comparativo presentado se
realiza entre AODV, DSR, DSDV que son protocolos de enrutamiento que se pueden utilizar basados en los
requerimientos de la calidad de servicio que debe cumplir una red, involucrando factores como el tiempo de
retardo en la transmisión de paquetes, el ancho de banda, el rendimiento, la cantidad de nodos utilizados, la
velocidad de transmisión. Se utilizó el software NS-2 para simular los escenarios que recreen el cambio del
número de nodos, velocidad de transmisión y tamaño de bits en la conformación de los paquetes. Para el
análisis estadístico de los datos obtenidos se utilizó la prueba anova con una hipótesis de similitud entre los
tres protocolos, de los resultados se destaca que en cuanto al mayor rendimiento y el menor retardo los tres
protocolos son similares, para el menor ancho de banda DSR y DSDV son similares descartando a AODV.
Palabras clave: Redes de Sensores, Industria 4.0, Protocolos de Enrutamiento, AODV, DSR, DSDV, ANOVA.
ABSTRACT
Wireless sensor networks have gained a wide field of applications including industry 4.0 that is characterized
by incorporating technologies such as IoT, automation, artificial intelligence, data analysis into its proces-
ses, thus telecommunications are incorporated as a transversal axis that allows improvement communication
systems in industrial environments. The comparative analysis presented is carried out between AODV, DSR,
DSDV, which are routing protocols that can be used based on the quality of service requirements that a network
must meet, involving factors such as the delay time in packet transmission, the bandwidth, performance, num-
ber of nodes used, transmission speed. The NS-2 software was used to simulate the scenarios that recreate
the change in the number of nodes, transmission speed and bit size in the packet conformation. For the sta-
tistical analysis of the data obtained, the anova test was used with a hypothesis of similarity between the three
protocols, from the results it is highlighted that in terms of the highest performance and the lowest delay the
three protocols are similar, for the lowest bandwidth DSR and DSDV are similar ruling out AODV.
Keywords: Wireless Sensor Networks, Industry 4.0, Routing Protocols, AODV, DSR, DSDV, ANOVA.
RESUMO
As redes de sensores sem fio ganharam um amplo campo de aplicações, incluindo a Indústria 4.0, que se
caracteriza por incorporar tecnologias como IoT, automação, inteligência artificial, análise de dados em seus
processos, assim as telecomunicações são incorporadas como um eixo transversal que permite melhorar os
sistemas de comunicação em ambientes industriais. A análise comparativa apresentada é realizada entre
AODV, DSR, DSDV que são protocolos de roteamento que podem ser utilizados com base nos requisitos da
qualidade de serviço que uma rede deve atender, envolvendo fatores como o tempo de atraso na transmissão
de pacotes, largura de banda, throughput, número de nós utilizados, velocidade de transmissão. O software
NS-2 foi utilizado para simular cenários que recriam a alteração do número de nós, da velocidade de trans-
missão e do tamanho dos bits na conformação dos pacotes. Para a análise estatística dos dados obtidos, foi
utilizado o teste anova com hipótese de similaridade entre os três protocolos. Os resultados mostram que para
o maior throughput e o menor atraso os três protocolos são similares, para a menor largura de banda o DSR
e o DSDV são similares, descartando o AODV.
Palavras-chave: Redes de Sensores, Indústria 4.0, Protocolos de Roteamento, AODV, DSR, DSDV, ANOVA.
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Introducción
Con el avance de la tecnología, la industria
ha ido aprovechando los beneficios que
esta puede ofrecer en los ámbitos de pro-
ducción, control de procesos, reducción de
tiempo, uso de recurso humano entre otros.
Según (Ribeiro, 2022)la llegada de la indus-
tria 4.0 ha traído inquietudes en los colabo-
radores de las grandes industrias, mas no
precisamente se debe ver como una afecta-
ción a los recursos humanos sino como una
evolución del trabajo hacia una especializa-
ción de la interacción hombre – máquina, si
bien se conoce que las tecnologías impul-
sadas por la industria 4.0 flexibilizan las la-
bores, apoyan la autonomía de procesos y
el desempeño laboral así como permiten la
innovación en tareas repetitivas, no se pue-
de dejar de lado la importancia que tiene
la gestión del conocimiento como elemento
fundamental para aprovechar las bondades
de las nuevas tecnologías.
La llamada cuarta revolución industrial (Be-
cerra, 2020) nacida en Alemania como una
muestra de la incorporación de la automa-
tización, digitalización, electrónica y comu-
nicaciones en los procesos industriales ha
generado nuevos espacios para el desarro-
llo en inteligencia artificial, minería de datos
y tecnologías de comunicación conocidas
como TICs las cuales se han convertido en
un eje transversal en el desarrollo de la in-
dustria tanto en los medios guiados como
no guiados, cada medio de transmisión se
destaca por sus parámetros como: ancho
de banda, tiempo de retardo, pérdida de
paquetes, cobertura, consumo de energía,
cantidad y tipo de información a transmitir.
Por otro lado, es necesario conocer la forma
en la que la información es enviada desde
el transmisor hasta el receptor ya que, de
esto dependen las ordenes a recibir duran-
te el tiempo de funcionamiento de las dife-
rentes fases en un entorno industrial.
Las industrias tienen procesos que se en-
marcan en controlar valores o procesos de
encendido, apagado, relleno, etc que re-
TRUJILLO BORJA, X. F., SÁNCHEZ DELGADO, M. A., ÁVALOS GÓMEZ, M. J., & ORTIZ MOSQUERA, N. S.
quieren de un monitoreo constante, es ahí
donde nace la necesidad de establecer re-
des de comunicación robustas que permitan
la conexión en escenarios complejos por las
condiciones ambientales donde se desarro-
llan, dentro de las tecnologías que se plan-
tean como apoyo a los procesos industriales
se encuentran las redes de sensores inalám-
bricos que son una opción de fácil acceso
que ayuda en el monitoreo de condiciones y
permite alertar en caso de anomalías.
Un problema muy común antes de hacer
uso de una red de sensores inalámbricos
es el poco conocimiento del despliegue y
consideración de ciertos parámetros para
un funcionamiento óptimo, limitando el fun-
cionamiento de las redes de sensores a la
hora de distribuir los nodos en una determi-
nada área, así como el consumo energéti-
co, la cantidad de dispositivos, la topología
y los protocolos de enrutamiento a utilizarse
estos últimos pueden afectar el rendimien-
to en la calidad de servicio (Quality of Ser-
vice) (Ortiz & Manuel, 2011), (Eduardo F.
Nakamura, 2007). Otras de las limitaciones
surgen debido al reducido tamaño del pro-
cesador de datos que poseen ocasionando
restricción en su capacidad de procesa-
miento, almacenamiento, alcance de trans-
misión, fuente de alimentación y métricas
de calidad de servicio (A.Rustamov, 2012)
Por los problemas mencionados el presen-
te estudio de investigación pretende reco-
mendar un diseño de red de sensores que
tenga en cuenta los requerimientos de los
usuarios, así como la calidad de servicio
aplicable en un ambiente de industria 4.0
Para asegurar que una red de sensores fun-
cione se requiere verificar en primera instan-
cia que el diseño a utilizarse opere correc-
tamente a través de simuladores (Chen G.
B., 2005) como emuladores de red donde
mediante escenarios se pueda realizar prue-
bas de rendimiento para mejoras de comu-
nicación durante el desarrollo de las redes
de sensores (Chen, 2004). Por otra parte, es
necesario en el diseño de red que las topolo-
gías utilizadas sean eficientes para el esce-
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ANÁLISIS COMPARATIVO DE PROTOCOLOS DE ENRUTAMIENTOS APLICADOS EN WSN UTILIZADAS EN AM-
BIENTES INDUSTRIALES
nario planteado haciendo uso de algoritmos
de enrutamiento que determinen las rutas
con los caminos más cortos en la red, la
agregación de nodos en sus tablas de enru-
tamiento y la resiliencia a fallas que puedan
llegar a ocurrir en el despliegue (P. Pagano,
2007) (B. Paul, 2014) (B. Bhuyan, 2010)
Los algoritmos de enrutamiento se aplican
según el servicio de comunicación, así en las
redes de sensores inalámbricos sobre sale el
uso de los protocolos reactivos AODV, DSR
y el pro activo DSDV, los cuales se analizan
en este trabajo para evaluar su uso dentro
de ambientes industriales. Se establecen los
parámetros que servirán para comparar el
rendimiento teniendo de base los requisitos
de calidad de servicio como: rendimiento,
tiempo de retardo, paquetes perdidos, con-
sumo de energía, ancho de banda, veloci-
dad de transmisión, entre otros.
Ya en el ámbito industrial, nacen cuestio-
nes sobre el número de sensores que se
pueden utilizar en una determinada área, la
cantidad de bits que se pueden agrupar en
los paquetes de envío de información, la ve-
locidad de transmisión, razones por las que
se optó por establecer varios escenarios
que permitan analizar el comportamiento de
los parámetros seleccionados en relación al
aumento de nodos, aumento de bits por pa-
quetes y de velocidad de transmisión.
Los escenarios se presentan en un ambien-
te simulado con el software NS-2, los datos
recolectados permiten determinar la rela-
ción entre estos protocolos y los paráme-
tros seleccionados, busca así un escenario
conveniente para instalarse en los espacios
físicos de las industrias contribuyendo a su
ingreso a la industria 4.0, recalcando que
una red de telecomunicaciones no solo se
orienta a su capa física, sino que se involu-
cran otras capas como la de red que permi-
te analizar la forma en la que los paquetes
viajan, buscando siempre reducir el tiempo
de traslado, el ancho de banda utilizado
que pueden generar inconvenientes en la
línea de producción.
Materiales y métodos
La investigación tiene un enfoque cuantitati-
vo por la cantidad de datos que se recolec-
tan producto de los escenarios planteados.
El análisis realizado trata de conocer el ren-
dimiento de los protocolos de enrutamiento
propuestos, AODV, DSDV, DSR que se eva-
lúan en una red WSN de pequeña y mediana
escala por medio de simulaciones en el sof-
tware NS-2, los datos generados se tabulan
en una hoja de cálculo excel con extensión
.csv para que el programa gnuplot pueda
realizar gráficas y de esa manera observar
con claridad el comportamiento de los pro-
tocolos en términos generales: promedio de
entregas, caídas (Delivery ratio y Dropped
ratio), throughput, y delay, para recomendar
un escenario adecuado en ambientes de
acceso limitado.
Se consideró una red de sensores inalám-
bricos, primero en una red de pequeña es-
cala con nodos de 1 hasta 20 nodos, red de
media escala de 21 a 40 nodos y de mayor
escala de 41 en adelante, el área de la red
que se plantea 200m × 200 m, el rendimien-
to que es la cantidad de transmisión de da-
tos en un período de tiempo específico, el
Normalized routing overhead (NRO) que es
la relación entre el número de paquetes de
enrutamiento y el número total de paquetes
de datos recibidos, y por último el End to
End Delay que es el retraso que tiene un
paquete al salir del nodo origen y llegar al
nodo destino.
Dado que existen varias tecnologías que
pueden ser utilizadas en las redes de
sensores, se seleccionó el estándar IEEE
802.11b por tener una infraestructura esta-
blecida en la mayoría de instalaciones de
las industrias, se presenta en la tabla 1 los
parámetros que se utilizaron en el plantea-
miento de los escenarios en el ambiente de
simulación del software NS-2.