Anexo
1
Don
AGUSTÍN
TRUJILLO
PINO,
SECRETARIO DEL
DEPARTAMENTO
DE
INFORMÁTICA
Y SISTEMAS
DE
LA
UNIVERSIDAD
DE LAS PALMAS
DE
GRAN
CANARIA,
CERTIFICA,
Que el Consejo del Depa amen o, en su sesión ex ao dina ia de
echa 26 de Oc ub e de 2015, omó el acue do de da
el
consen imien o pa a su ami ación a
la
esis doc o al i ulada
"Análisis
De
Los
E ec os
Del
P oblema
Del
Nodo
Ocul o
En Las
Redes IEEE 802.
15.
7.
P opues a de Solución", p esen ada po
el
doc o ando Don Ca los Ley Bosch y di igida po
la
D a.
Dª.
l zia
Alonso González.
Y pa a que así cons e, y a e ec os de lo p e is o en
el
A º
73.2 del Reglamen o de Es udios de Doc o ado de es a
Uni e sidad, i mo
la
p esen e en Las Palmas de G an Cana ia, a
Vein iséis de Oc ub e de Dos Mil Quince.
Uni e sidad de Las Palmas de G an Cana ia
P og ama de Doc o ado:
Tecnologías de la In o mación y sus Aplicaciones.
Depa amen o de In o má ica y Sis emas.
Tesis Doc o al:
ANÁLISIS DE LOS EFECTOS DEL PROBLEMA DEL NODO
OCULTO EN LAS REDES IEEE 802.15.7. PROPUESTA DE
SOLUCIÓN.
Au o : Ca los Ley Bosch.
Di ec o a: I zia Alonso González.
La Di ec o a, El Au o ,
Las Palmas de G an Cana ia, a 19 de Oc ub e de 2015
i
Ag adecimien os
Deseo exp esa mi más since o ag adecimien o a odas las pe sonas que han
con ibuido a que pueda ealiza el abajo p esen ado en es a esis.
A I zia , mi di ec o a de esis, cuyo abajo y dedicación han sido undamen ales
pa a la ealización de es e abajo.
A Ra ael Pé ez y los compañe os del IDeTIC, po su colabo ación y iempo
dedicado.
A odos los amigos y compañe os de la Uni e sidad de Las Palmas de G an
Cana ia que, de una u o a o ma, me han p es ado su apoyo a lo la go de es os años.
A C is ina, po es a a mi lado siemp e que me ha hecho al a.
A odos, GRACIAS.

ii
RESUMEN
iii
Resumen
En los úl imos años, el uso cada ez más gene alizado de los diodos LED (Ligh
Emi ing Diode) en los sis emas de iluminación ha dado luga a la apa ición de las
ecnologías conocidas como VLC (Visible Ligh Communica ions), median e las que se
ealizan comunicaciones de da os haciendo uso de la banda isible del espec o
elec omagné ico. En el año 2011, el IEEE (Ins i u e o Elec ical and Elec onic
Enginee s) publicó el es ánda IEEE 802.15.7 pa a edes inalámb icas WPAN (Wi eless
Pe sonal A ea Ne wo ks) en las que se emplean ecnologías VLC.
Debido a la limi ación en el alcance de la señal ansmi ida, en las edes
inalámb icas ocu e el llamado p oblema del nodo ocul o, p oducido cuando hay nodos
en la ed cuyas ansmisiones no son de ec adas po o os nodos. Es e p oblema puede
ocasiona una deg adación impo an e en las comunicaciones, cuando és as se ealizan
median e el mé odo de con ol de acceso al medio CSMA/CA (Ca ie Sense Mul iple
Access wi h Collision A oidance), el cual es u ilizado en el es ánda IEEE 802.15.7.
En es a esis se e alúan y analizan los e ec os del p oblema del nodo ocul o en el
uncionamien o de las edes basadas en el es ánda IEEE 802.15.7. Pa a ealiza es e
análisis se ha desa ollado un modelo de simulación con el que e alua dis in os
pa áme os de endimien o de la ed, some iendo a la misma a dis in as condiciones de
uncionamien o.
RESUMEN
i
Como pa e del abajo de in es igación de es a esis, se ealiza una p opues a de
solución al p oblema del nodo ocul o, elegida en base a c i e ios de e icacia, iabilidad,
y acilidad de implemen ación. La alidez de la solución p opues a queda en e amen e
demos ada a pa i de los esul ados ob enidos de las simulaciones ealizadas.
ABSTRACT
Abs ac
In he las yea s, he inc easingly use o LEDs (Ligh Emi ing Diodes) in
illumina ion sys ems has conduc ed o he eme gence o he VLC (Visible Ligh
Communica ion) echnologies, in which da a communica ion is pe o med by
ansmi ing h ough he isible band o he elec omagne ic spec um. In he yea 2011,
he IEEE (Ins i u e o Elec ical and Elec onic Enginee s) published he s anda d IEEE
802.15.7 o Wi eless Pe sonal A ea Ne wo ks (WPAN) based on VLC echnologies.
Due o limi a ions in he co e age o he ansmi ed signal, wi eless ne wo ks
can su e om he hidden node p oblem, p oduced when he e a e nodes in he ne wo k
whose ansmissions a e no de ec ed by o he nodes. This p oblem can cause an
impo an deg ada ion in he communica ions, when hese a e made by means o he
CSMA/CA (Ca ie Sense Mul iple Access wi h Collision A oidance) access con ol
me hod, which is also used in he s anda d IEEE 802.15.7.
The esea ch wo k in his hesis deals wi h he analysis and e alua ion o he
e ec s o he hidden node p oblem, in he pe o mance o ne wo ks based in he
s anda d IEEE 802.15.7. To accomplish his wo k, a simula ion model has been
de eloped o e alua e se e al ne wo k pe o mance me ics, ob ained om di e en
ope a ing condi ions.
ÍNDICE DE FIGURAS
xii
Figu a 4.1 - Modelo de ed con opología en es ella..................................................... 55
Figu a 4.2 - Módulos componen es de cada nodo de la ed........................................... 56
Figu a 4.3 - Je a quía de módulos del modelo de simulación........................................ 59
Figu a 4.4 - Escena io de ed en es ella con cua o disposi i os................................... 62
Figu a 4.5 - Algo i mo de acceso alea o io implemen ado en el modelo de simulación.
................................................................................................................................ 64
Figu a 5.1 - Goodpu en unción de la ca ga sob e la ed, sin nodos ocul os.................78
Figu a 5.2 - Tasa de pé dida de paque es, sin nodos ocul os .........................................79
Figu a 5.3 - Tiempos de ansacciones CSMA/CA e minadas con éxi o, sin nodos
ocul os.....................................................................................................................83
Figu a 5.4 - Tiempos de ansacciones CSMA/CA e minadas con allo, sin nodos
ocul os.....................................................................................................................84
Figu a 5.5 - Consumo medio de co ien e po disposi i o, sin nodos ocul os ...............86
Figu a 5.6 - Consumo o al acumulado po odos los disposi i os, sin nodos ocul os...87
Figu a 5.7 - Goodpu en unción de la ca ga o al sob e la ed, con nodos ocul os .......90
Figu a 5.8 - Tasa de pé dida de paque es, con nodos ocul os ........................................91
Figu a 5.9 - Goodpu en ausencia y p esencia de nodos ocul os....................................92
Figu a 5.10 - Tasa de pé dida de paque es en ausencia y p esencia de nodos ocul os...92
Figu a 5.11 - Tiempos de ansacciones CSMA/CA e minadas con éxi o, con nodos
ocul os.....................................................................................................................94
Figu a 5.12 - Tiempos de ansacciones CSMA/CA e minadas con allo, con nodos
ocul os.....................................................................................................................96
Figu a 5.13 - Consumo medio de co ien e po disposi i o, con nodos ocul os ............97
Figu a 6.1 - Uso de pa ones de inac i idad ue a y den o de banda como mecanismo de
señalización en el coo dinado . ............................................................................ 104
Figu a 6.2 - Resul ados de goodpu ob enidos con la solución p opues a.................... 106

ÍNDICE DE FIGURAS
xiii
Figu a 6.3 - Resul ados de asa de pé dida de paque es ob enidos con la solución
p opues a............................................................................................................... 107
Figu a 6.4 - Valo es de goodpu ob enidos con la solución p opues a sin e a do añadido
y con e a do añadido al cambia el ipo de pa ón de inac i idad....................... 108
ÍNDICE DE FIGURAS
xi
ÍNDICE DE TABLAS
x
Índice de ablas
Tabla 3.1 - Tipos de disposi i os y sus ca ac e ís icas......................................................30
Tabla 3.2 - Con igu aciones MCS-ID pa a el modo PHY II.............................................36
Tabla 3.3 - Cons an es de la capa PHY. ............................................................................43
Tabla 3.4 – P incipales cons an es de la capa MAC..........................................................51
Tabla 3.5 – P incipales a ibu os de la capa MAC. ...........................................................52
Tabla 5.1 - Pa áme os de con igu ación de la capa PHY cuando no hay nodos ocul os .69
Tabla 5.2 - Pa áme os de con igu ación de la capa MAC................................................71
Tabla 5.3 - Valo es de h oughpu con á ico sa u ado....................................................74
Tabla 5.4 - Es adís icas ob enidas del CSMA/CA, sin nodos ocul os...............................81
Tabla 5.5 - Es ados y consumos del anscep o óp ico.....................................................85
Tabla 5.6 - Pa áme os de con igu ación de la capa PHY cuando hay nodos ocul os ......88
Tabla 5.7 - Es adís icas ob enidas del CSMA/CA, con nodos ocul os..............................93
Tabla 5.8 - Compa a i a de consumos de co ien e po by e de ca ga ú il .......................98
ÍNDICE DE TABLAS
x i
LISTA DE ACRÓNIMOS
x ii
Lis a de ac ónimos
ACK Acknowledgemen
BE Backo Exponen
BER Bi E o Ra e
BI Beacon In e al
BO Beacon O de
CAP Con en ion Access Pe iod
CCA Clea Channel Assessmen
CFP Con en ion F ee Pe iod
CRC Cyclic Redundancy Checks
CSK Colo -Shi Keying
CSMA/CA Ca ie Sense Mul iple Access wi h Collision A oidance
CTS Clea o Send
CVD Colo Visibili y and Dimming ame
DD Di ec De ec ion
DME De ice Managemen En i y
FEC Fo wa d E o Co ec ion
FET Field E ec T ansis o
FIFO Fi s In Fi s Ou
FLP Fas Locking Pa e n
FOV Field o View

LISTA DE ACRÓNIMOS
x iii
GPS Global Posi ioning Sys em
GTS Gua an eed Time Slo
HCS Heade Check Sequence
ICSA In a ed Communica ion Sys ems Associa ion
IEEE Ins i u e o Elec ical and Elec onic Enginee s
I q In e ace Queue
IFS In e ame Space
IM In ensi y Modula ion
I DA In a ed Da a Associa ion
ISM Indus ial Scien i ic and Medical
ITS In elligen T anspo a ion Sys ems
JEITA Japan Elec onics and In o ma ion Technology Indus ies Associa ion
LAN Local A ea Ne wo k
LED Ligh Emi ing Diode
Li-Fi Ligh -Fideli y
LLC Logical Link Con ol
LOS Line o Sigh
MAC Medium Access Con ol
MAC PIB MAC Laye Pe sonal A ea Ne wo k In o ma ion Base
MACAW Mul iple Access wi h Collision A oidance o Wi eless
MCPS-SAP MAC Common Pa Sublaye Se ice Access Poin
MCS-ID Modula ion Coding Scheme Iden i ie
MHR MAC Heade
MFR MAC Foo e
MIMO Mul iple Inpu Mul iple Ou pu
MLME-SAP MAC Sublaye Managemen En i y Se ice Access Poin
MPDU MAC P o ocol Da a Uni
MSDU MAC Se ice Da a Uni
MTU Maximum T ansmission Uni
NB Numbe o Backo s
NED Ne wo k Desc ip ion
NLOS non-LOS
OMEGA hOME Gigabi Access
OMNeT++ Objec i e Modula Ne wo k Tes bed
LISTA DE ACRÓNIMOS
xix
OOK On-O Keying
PD-SAP PHY Da a Se ice Access Poin
PHR PHY Heade
PHY PIB PHY Laye Pe sonal A ea Ne wo k In o ma ion Base
PLME Physical Laye Managemen En i y
PLME-SAP PLME Se ice Access Poin
PPDU Physical Laye Da a Uni
PSDU PHY Se ice Da a Uni
RLL Run Leng h Limi ed
RS Reed-Solomon
RTS Reques o Send
RX Recei e
SAP Se ice Access Poin
SD Supe ame Du a ion
SHR Synch oniza ion Heade
SINR Signal o In e e ence plus Noise Ra io
SO Supe ame O de
SSCS Se ice-Speci ic Con e gence Sublaye
TDM Time Di ision Mul iplexing
TDP Topology Dependen Pa e n
TTA Telecommunica ions Technology Associa ion o Ko ea
TX T ansmi e
VLC Visible Ligh Communica ions
VLCA Visible Ligh Communica ions Associa ion
VLCC Visible Ligh Communica ion Conso ium
VPAN Visible-ligh Communica ion Pe sonal A ea Ne wo k
WDM Wa eleng h Di ision Mul iplexing
WPAN Wi eless Pe sonal A ea Ne wo ks
WQI Wa eleng h Quali y Indica ion
VPPM Va iable Pulse Posi ion Modula ion
LISTA DE ACRÓNIMOS
xx
CAPÍTULO1. INTRODUCCIÓN
1
1. In oducción
En es e capí ulo se exponen los an eceden es que han mo i ado la ealización de
es e abajo de in es igación, in oduciéndose el p oblema del nodo ocul o en el
con ex o de las comunicaciones óp icas y las edes basadas en el es ánda IEEE
802.15.7. Se p esen an los obje i os y apo aciones de es a esis doc o al, y po úl imo,
se de alla la es uc u a de capí ulos en que es á o ganizado es e documen o.
1.1 An eceden es y mo i ación
Has a la ac ualidad, las comunicaciones inalámb icas se han basado
mayo i a iamen e en sis emas de ansmisión que u ilizan señales de adio ecuencia.
Es os sis emas p esen an di e sos incon enien es, en e los que se pueden des aca la
limi ación en el ancho de banda, las es ic as egulaciones no ma i as, las es icciones
de uso en en o nos como hospi ales o plan as químicas, la posibilidad de su i
in e cep aciones, y las in e e encias que limi an los canales de comunicación u ilizables
en bandas de ecuencias p óximas. Dichos incon enien es, unidos a la p og esi a
sa u ación en el uso de la banda del espec o de adio ecuencia, ienen gene ando una
c ecien e demanda de uso en ecnologías de comunicación al e na i as pa a las
comunicaciones inalámb icas de banda ancha.
Las comunicaciones óp icas no guiadas ep esen an una al e na i a a los
sis emas basados en adio ecuencia, eniendo la en aja de no con a con la mayo ía de
los incon enien es asociados a los mismos. Den o de es as ecnologías se encuen an
las comunicaciones óp icas no guiadas basadas en luz isible [Jo icic13], denominadas
CAPÍTULO 2. FUNDAMENTOS Y ESTADO DEL ARTE
8
exis en e en el uso de las bandas ISM usadas en muchas de las edes
inalámb icas ac uales. Las lámpa as de iluminación pueden se usadas como
pun os de acceso VLC, pe mi iendo que la misma in aes uc u a pueda se
usada pa a p opo ciona se icios de iluminación y comunicación de da os.
Las ecnologías VLC ambién pueden se usadas pa a la in e conexión de
sis emas de en e enimien o domés ico, como los sis emas de audio/ ídeo
inalámb icos o las consolas de ideojuegos. En la igu a 2.1 se mues a un
ejemplo de sis ema domés ico de iluminación in eg ado con VLC
[Ka una ilaka15].
Figu a 2.1 – Sis ema de iluminación domés ico in eg ado con VLC.
• Hospi ala ias: el buen uncionamien o de los sis emas y equipamien os médicos
de los hospi ales equie e de su aislamien o en e a in e e encias
elec omagné icas y de adio ecuencia. Las ecnologías VLC pe mi en la
implan ación de sis emas de comunicaciones que no p oduzcan ales ipos de
in e e encias.
• Indus iales: las ecnologías VLC se pueden aplica en sis emas de
comunicación y localización en á eas in e io es de en o nos indus iales, cuando
las emisiones de adio ecuencia no es án pe mi idas. También pueden
emplea se en sis emas de iluminación pa a o icina, do ándolos de capacidad pa a
comunicación de da os, ali iando la sa u ación en el uso de los sis emas y edes
inalámb icas basadas en adio ecuencia.

CAPÍTULO 2. FUNDAMENTOS Y ESTADO DEL ARTE
9
• T anspo e: los diodos LED se usan cada ez más en los a os de los
au omó iles, en los semá o os y en los sis emas de señalización de á ico,
pudiendo se empleados pa a la comunicación en e ehículos, o en e ehículos
y elemen os de señalización ial. Las ecnologías VLC aplicadas a los sis emas
in eligen es de anspo e - denominados median e las siglas ITS (In elligen
T anspo a ion Sys ems) - acili an mejo as en la segu idad del á ico. En la
igu a 2.2 se mues a un ejemplo de comunicación en e ehículos basada en
VLC.
Figu a 2.2 – Ejemplo de p e ención de acciden es median e ITS.
• Segu idad mili a y ci il: la capacidad de emisión di eccional con al as
elocidades de da os y el uso del espec o isible pe mi en el uso de VLC pa a
sis emas en los que se equie e encub i y p o ege las comunicaciones. Las
ecnologías VLC ambién son adecuadas en ope aciones de esca e en caso de
eme gencias, g acias su capacidad de pues a en ma cha e implan ación en poco
iempo.
• Sis emas de posicionamien o en in e io es: el uso de VLC pe mi e ob ene el
posicionamien o con al a p ecisión de disposi i os mó iles ubicados en ecin os
in e io es, pa a los cuales no son adecuados los sis emas de posicionamien o
basados en adio ecuencia como el GPS (Global Posi ioning Sys em).
CAPÍTULO 2. FUNDAMENTOS Y ESTADO DEL ARTE
10
2.1.3 P incipales e os sob e las ecnologías VLC
En el desa ollo y la implan ación de las ecnologías VLC se plan ean di e sos
e os a a on a , de en e los que se des acan los expues os a con inuación [Bhale ao14]
[Geo ge14]:
• Comunicación en línea de isión: en los sis emas LOS (Line o Sigh ) la
señal óp ica se p opaga de o ma di ec a del ansmiso al ecep o , pa a lo
que es necesa io que ambos se encuen en en línea de isión. La luz isible
no a a iesa muchos de los obje os que usamos en nues a ida dia ia sino
que es e lejada en ellos, lo que supone una en aja desde el pun o de is a
de la segu idad y una des en aja desde el pun o de is a del alcance
[Komine04]. En los sis emas LOS, la necesidad de es ablece un camino
di ec o en e el ansmiso y el ecep o supone una limi ación en cuan o a la
mo ilidad de los e minales de usua io, al eque i se de un apun amien o
p eciso en e ansmiso y ecep o . Además, la exis encia de obs áculos
in e pues os en la línea de isión del enlace puede p o oca el co e de la
comunicación.
Po o o lado, cuando no hay línea de isión di ec a en e el ansmiso y
ecep o la comunicación se e limi ada y di icul ada po las pé didas de
ene gía p oducidas po las e lexiones de la señal, y po la dis o sión su ida
po és a a causa de la mul ip opagación [Saadi12]. Aún así, exis e la
posibilidad de ansmi i da os en ausencia de línea di ec a de isión en los
llamados sis emas di usos.
• Adecuación de las uen es de ansmisión: los diodos LED empleados en
los equipos de iluminación ac uales son seleccionados en base a sus
p es aciones como disposi i os de iluminación, lo que en la p ác ica puede
di icul a el uso de dichos equipos en sis emas de comunicación basados en
ecnologías VLC. No obs an e, exis en diodos LED come ciales con
ca ac e ís icas adecuadas pa a su uso en equipos de iluminación y ap os pa a
VLC [Ka una ilaka15].
• In e e encias causadas po la luz ambien al: las uen es de luz na u al y
a i icial del en o no educen la elación señal a uido y di icul an la
ecepción, especialmen e cuando el ni el de la iluminación ambien e es al o
CAPÍTULO 2. FUNDAMENTOS Y ESTADO DEL ARTE
11
[Komine04]. El e ec o de dichas in e e encias puede educi se median e el
uso de il os óp icos, o median e el p ocesamien o de la señal eléc ica
ob enida a la salida del disposi i o o o de ec o [Ka una ilaka15].
• Comunicación bidi eccional y acceso múl iple: cuando se ansmi e
empleando uen es de iluminación, el uso de VLC se adap a de o ma na u al
a aplicaciones de di usión con comunicaciones en sen ido descenden e -
downlink - donde los ecep o es son los e minales manejados po los
usua ios. Las comunicaciones en sen ido ascenden e - uplink – (desde los
e minales hacia la uen e de iluminación) p esen an di e sos e os
[O'B ien08], como el consumo eléc ico de los LED en los e minales
mó iles, las moles ias p oducidas a los usua ios po las señales luminosas de
los e minales, y las es icciones en la mo ilidad cuando se p ecisa
man ene los e minales o ien ados hacia la uen e de iluminación
[Ka una ilaka15] [Pa hak15].
Pa a implemen a las comunicaciones uplink se han plan eado di e en es
p opues as, como el empleo de la banda de in a ojos [Pé ez-Jimenez11] o
el uso de adio ecuencia [Bao14]. En [Komine03] se p opone un sis ema
VLC bidi eccional median e el uso de un anscep o e o- e lec o en los
e minales de usua io. Pa a log a comunicaciones bidi eccionales y en e
múl iples disposi i os se ecu e ambién a écnicas de mul iplexación como
TDM (Time Di ision Mul iplexing) [Elgala11], o a écnicas de con ol de
acceso al medio como las empleadas en el es ánda IEEE 802.15.7
[IEEE802.15.7-2011].
• Compa ibilidad con la unción de iluminación: en la mayo ía de los
en o nos indus iales, come ciales y de o icina, siemp e que hay pe sonas en
ellos se man ienen los sis emas de iluminación encendidos, no equi iéndose
de consumo eléc ico adicional pa a su uso en VLC. Sin emba go, en los
en o nos domés icos es habi ual ene la iluminación apagada du an e el día.
Po ello, pa a pe mi i el uso de VLC en en o nos domés icos hay que
man ene los sis emas de alumb ado encendidos du an e el día, con olando
que su b illo pe manezca po debajo de los ni eles de la iluminación
ambien al. La po encia consumida en es e caso es compa able a la
consumida po los sis emas de adio ecuencia [Bo ogo ac11].
CAPÍTULO 2. FUNDAMENTOS Y ESTADO DEL ARTE
12
• Aumen o de la elocidad de ansmisión: pa a log a elocidades de
ansmisión ele adas en VLC se plan ea la necesidad de usa écnicas de
ecualización en el ansmiso y/o en el ecep o , y el uso de esquemas de
modulación e icien es en cuan o al ancho de banda [Ka una ilaka15].
También se ha p opues o el uso de écnicas de ansmisión en pa alelo, de
ipo MIMO (Mul iple Inpu Mul iple Ou pu ) [O'B ien08].
• No malización: po úl imo, hay que des aca el hecho de que las ecnologías
VLC deben sa is ace an o no ma i as p opias de o ganismos egulado es
del ámbi o de las elecomunicaciones como no ma i as p opias de o os
campos, como las e e en es a los sis emas de iluminación, a la segu idad
ocula , o a la señalización del á ico. Es o implica que pa a es ablece
es ánda es debe habe coo dinación en e di e en es o ganismos de
egulación de compe en es en di e sas disciplinas.
2.1.4 O ganismos de no malización y es ánda es
Japón lide ó la in oducción de las ecnologías VLC a a és del VLCC (Visible
Ligh Communica ion Conso ium) [ lcc13], cons i uido en el año 2003 po a ias
emp esas ecnológicas japonesas. En junio de 2007, la JEITA (Japan Elec onics and
In o ma ion Technology Indus ies Associa ion) [jei a15] publicó dos es ánda es pa a
comunicaciones en luz isible basados en p opues as del VLCC:
• CP-1221: diseñado pa a la ansmisión de da os a bajas elocidades, modulando
la luz isible median e el uso de subpo ado as. Des inado pa a sis emas
inalámb icos de iden i icación basados en iluminación con LED (LED-ID).
• CP-1222: que emplea un esquema de modulación diseñado pa a e i a el
pa padeo, y que añade écnicas de CRC (Cyclic Redundancy Checks) pa a la
de ección de e o es de ansmisión. Admi e mayo e sa ilidad en cuan o al ipo
de da os que se pueden ansmi i .
En oc ub e de 2008 el VLCC comenzó a abaja en coope ación con la I DA
(In a ed Da a Associa ion) y la ICSA (In a ed Communica ion Sys ems Associa ion),
anunciándose en ma zo de 2009 un es ánda que adop aba y expandía la capa ísica del
es ánda I DA. La ICSA ha con inuado los abajos pa a desa olla un es ánda de ed
LAN (Local A ea Ne wo k) que pe mi a ansmisión ull duplex, median e el uso de
CAPÍTULO 2. FUNDAMENTOS Y ESTADO DEL ARTE
13
mul iplexación WDM (Wa eleng h Di ision Mul iplexing) usando las bandas de luz
isible e in a oja.
En el año 2007 se o mó el g upo de abajo pa a VLC (WG4021) de la TTA
(Telecommunica ions Technology Associa ion o Ko ea) [ a15], que desa olló la
especi icación del es ánda TTA 5 en 2008. Es a especi icación aba ca aspec os como la
con igu ación de la capa ísica del ansmiso y ecep o , la con igu ación básica pa a la
in e az LED pa a iluminación y VLC, y la con igu ación del modelo de se icio de
localización basada en luz. Es e g upo de abajo ha desa ollado o os es ánda es, como
el TTA 16, cuyas especi icaciones se cen an en la con e gencia de las ecnologías VLC
y los sis emas de iluminación basados en LED.
En 2008 se undó el p oyec o OMEGA (hOME Gigabi Access), que cuen a con
la co inanciación de la Unión Eu opea y la pa icipación de di e sas en idades eu opeas
del ámbi o académico y de la indus ia. El obje i o de es e p oyec o es el desa ollo de
es ánda es pa a edes domés icas que p opo cionen se icios y suminis en con enidos a
elocidades de ansmisión de has a 1 Gbps, incluyéndose el uso de ecnologías de
comunicación óp ica inalámb ica en las bandas de in a ojo y luz isible [ic -omega11].
A pesa de exis i inicia i as de no malización como la ci ada en el pá a o
an e io , en el mundo occiden al es el IEEE [ieee15] el p incipal e e en e de
es anda ización en ecnologías VLC. Den o del g upo de abajo IEEE 802.15, que es á
dedicado a la no malización de las edes inalámb icas de á ea pe sonal WPAN
(Wi eless Pe sonal A ea Ne wo k), en el año 2008 se c eó el g upo de in e és en VLC
conocido como IEEE 802.15.7.
A p incipios de 2009, el g upo IEEE 802.15.7 comenzó a abaja en la
p opues a de un es ánda de VLC que incluye a especi icaciones pa a la capa ísica y la
capa MAC. En el año 2011 se publicó el es ánda IEEE 802.15.7-2011 [IEEE802.15.7-
2011] que de ine el uso de VLC pa a edes WPAN, en el que se especi ica la capa ísica
y la capa MAC pa a comunicaciones óp icas inalámb icas de co o alcance usando luz
isible, con elocidades de ansmisión desde 11 Kbps has a 96 Mbps.
En el año 2011 se unda en Oslo el Li-Fi (Ligh -Fideli y) Conso ium
[li iconso ium15] con el obje i o de p omo e el desa ollo y la dis ibución de
ecnologías óp icas inalámb icas en las comunicaciones, la na egación, y o os campos
de aplicación. La denominación Li-Fi ha sido empleada po a ios au o es, en e ellos el

CAPÍTULO 2. FUNDAMENTOS Y ESTADO DEL ARTE
14
p o eso Ha ald Haas [ ed11] de la Uni e sidad de Edimbu go, pa a aba ca odo el
conjun o de ecnologías y se icios elacionados con las comunicaciones óp icas
inalámb icas basadas en luz isible.
En el año 2013 la JEITA publicó el es ánda CP-1223, p opues o como una
e sión simpli icada y mejo ada del es ánda CP-1222. En mayo de 2014 se cons i uyó
la VLCA (Visible Ligh Communica ions Associa ion) [ lca15] como o ganismo
suceso del VLCC, pa a con inua con la in es igación, el desa ollo y la
es anda ización de las ecnologías VLC, con ando con el apoyo de emp esas líde es del
sec o de Japón.
Recien emen e, el IEEE anunció la o mación de un g upo de abajo, el IEEE
P802.15.7 1 [ieee80215] c eado pa a elabo a una e isión del es ánda IEEE 802.15.7-
2011 que pe mi a el uso de longi udes de onda del in a ojo y el ul a iole a ce cano
además de la luz isible. Asimismo, se ha p opues o la inclusión de a ias opciones
adicionales que se esumen a con inuación:
• Do a a las cáma as o og á icas con capacidad de comunicación pa a
aplicaciones de localización y posicionamien o, empleando dis in as elocidades
de ansmisión. Pa a ello, se p opone el uso del lash de la cáma a como
disposi i o ansmiso y el senso de imagen como disposi i o ecep o .
• Sopo e pa a sis emas inalámb icos de iden i icación basados en iluminación
LED (LED-ID).
• Capacidad pa a comunicaciones inalámb icas Li-Fi bidi eccionales con
elocidades de, al menos, 10 Mbps, y sopo ando comunicación en ed con
mo ilidad e i ine ancia ( oaming) en e múl iples pun os de acceso.
Se p e é que el g upo de abajo IEEE P802.15.7 1 elabo e un p ime bo ado
de la nue a e isión del es ánda a inales del año 2016.
2.2 Con igu aciones de los enlaces óp icos en VLC
Al igual que en o as o mas de comunicación óp ica inalámb ica, las
con igu aciones de los enlaces óp icos VLC en ecin os in e io es se pueden clasi ica
a endiendo a dos c i e ios: el g ado de di ec i idad del ansmiso y ecep o óp ico, y la
exis encia o no de línea de isión di ec a en e ambos [Kahn97].
CAPÍTULO 2. FUNDAMENTOS Y ESTADO DEL ARTE
15
En cuan o a la di ec i idad, cuando el ansmiso y el ecep o ienen,
espec i amen e, un diag ama de adiación y un campo de isión es echo, se iene la
con igu ación de enlace di ec i o. Los enlaces di ec i os maximizan la e iciencia en
cuan o a la po encia de ansmisión, al educi se en ellos las pé didas po a enuación y
minimiza se la ecepción del uido p oducido po la iluminación ambien al. Pe o ienen
como incon enien e la limi ación en la mo ilidad de los e minales, al eque i se un
alineamien o p eciso en e ambos ex emos de la comunicación.
Si se emplean disposi i os con diag amas de adiación y campos de isión
amplios se dice que el enlace es no di ec i o. Los enlaces no di ec i os ienen la en aja
de a o ece la mo ilidad de los e minales, al no eque i de un alineamien o p eciso
pa a es ablece la comunicación. Po o o lado, p esen an des en ajas po la dis o sión
p oducida en la señal ecibida debido a la mul ip opagación, y po ene una meno
e iciencia de po encia. También es posible la con igu ación de enlaces híb idos,
combinando ansmiso es y ecep o es con dis in o g ado de di ec i idad.
Cuando exis e una línea de isión di ec a y sin obs áculos en e ansmiso y
ecep o se iene la con igu ación de enlace LOS (Line o Sigh ). En es e ipo de enlaces
se maximiza el ap o echamien o de la po encia ansmi ida y se minimizan los e ec os
de la dis o sión po mul ip opagación, aunque la necesidad de línea de isión en e
ansmiso y ecep o les es a lexibilidad de uso.
Po el con a io, en los enlaces sin línea de isión, o NLOS (non-LOS), se u iliza
la e lexión como mé odo de p opagación, bien sea a a és de una pa ed, echo u o as
supe icies capaces de e leja el haz de luz. Los enlaces NLOS pe mi en la
comunicación incluso en p esencia de obs áculos, inc emen ando an o la obus ez como
la acilidad de uso. Ambas ca ac e ís icas se maximizan en los enlaces NLOS no
di ec i os, ambién llamados enlaces di usos.
VLC puede se usado en di e en es con igu aciones de enlace, como son los
enlaces LOS di ec i os, los enlaces LOS no di ec i os, y los enlaces di usos – éase la
igu a 2.3. El uso de enlaces en con igu ación LOS pe mi e alcanza al as elocidades
de ansmisión, debido a la ue e dependencia que exis e en e la capacidad del canal y
la p esencia de una línea de isión di ec a en e ansmiso y ecep o [G obe13].
CAPÍTULO 2. FUNDAMENTOS Y ESTADO DEL ARTE
16
Figu a 2.3 – Con igu aciones de enlace óp ico en VLC: a) LOS di ec i o; b) LOS no di ec i o; c) Di uso.
2.3 Ca ac e ización del canal óp ico
Los elemen os que cons i uyen el canal óp ico de un sis ema VLC son el
ansmiso óp ico (po ejemplo, el diodo LED), el medio de ansmisión (el espacio
lib e) y el ecep o óp ico o o o de ec o . Al igual que en las comunicaciones óp icas no
guiadas, en VLC se emplea la écnica de ansmisión basada en modulación po
in ensidad IM (In ensi y Modula ion) en la que la luz emi ida depende linealmen e de la
co ien e que exci a al LED. En ecepción, la con e sión op oeléc ica se ealiza con
de ec o es óp icos que emplean de ección di ec a DD (Di ec De ec ion), gene ando una
co ien e p opo cional a la po encia óp ica ecibida.
En la igu a 2.4 se p esen a un esquema de modelo de canal VLC con IM/DD
[H anilo ic05].
Figu a 2.4 - Modelo de canal VLC con IM/DD.
No malmen e, los sis emas de comunicaciones óp icas no guiadas basados en
IM/DD se modelan como sis emas lineales e in a ian es en banda base. La igu a 2.5
ep esen a el esquema del canal óp ico, modelado como un sis ema lineal in a ian e en
banda base [Kahn97], donde la en ada es la po encia ins an ánea adiada po la uen e
CAPÍTULO 2. FUNDAMENTOS Y ESTADO DEL ARTE
17
X( ) y la salida es la co ien e gene ada po el de ec o óp ico Y( ), siendo h( ) la
espues a al impulso y N( ) la componen e de uido adi i o independien e de la señal. R
es la esponsi idad o ac o de con e sión óp ico a eléc ico del de ec o óp ico (en
unidades de A/W).
R .h( )
X( )Y( )
N( )
Po encia
óp ica
Co ien e del
de ec o
Ruido
Figu a 2.5 - Modelo de canal óp ico como sis ema lineal en banda base.
De acue do al modelo de canal desc i o, la co ien e gene ada en el o ode ec o
Y( ) se puede calcula a pa i de la con olución en e la po encia ins an ánea adiada
po la uen e X( ) y la espues a al impulso del canal h( ), median e la ecuación:
)()()()( N h XR Y +⊗⋅= (2.1)
La espues a al impulso del canal h( ) iene de e minada po la posición, la
o ien ación, y las p opiedades del ansmiso y del ecep o , así como po las posibles
e lexiones de la señal óp ica en el en o no. Se han publicado múl iples abajos pa a
ca ac e iza el canal óp ico no guiado y su espues a al impulso, en e los que se pueden
ci a , po ejemplo, los basados en mé odos de e aluación de medidas [Kahn95], en
simulaciones median e algo i mos i e a i os [López-He nandez97], o en mé odos
es adís icos [González05]. También se han publicado di e sos abajos pa icula izando
el es udio del canal a las ca ac e ís icas especí icas de las comunicaciones basadas en
luz isible, como [Lee11b], [Komine04] y [Ch ojka15].
Con ca ác e gene al, al se la espues a en ecuencia del canal óp ico H( ) lo
su icien emen e plana en las p oximidades del o igen de ecuencias, se puede
ca ac e iza la ganancia del canal median e su ganancia en con inua (DC, Di ec
Cu en ) ep esen ada po H(0) [Kahn97]. De es a o ma, se puede elaciona la
po encia media óp ica ansmi ida, P , con la ecibida, P , de acue do a la exp esión:
CAPÍTULO 2. FUNDAMENTOS Y ESTADO DEL ARTE
24
Conocidas las po encias de la señal ecibida y del uido, puede ob ene se la
exp esión de elación señal a uido SNR pa a el canal LOS di ec i o:
o al
o al
e PRP
SNR 2
2
2
2
σσ
⋅
== (2.16)
Donde P es la po encia óp ica ecibida po el o o de ec o , Pe la po encia
eléc ica a su salida, R es su esponsi idad, y σ2 o al la po encia de uido o al.
El análisis y la ca ac e ización del canal óp ico en VLC conside ando aspec os
como las écnicas de modulación y codi icación, la elación señal a uido, y la asa de
e o de bi BER (Bi E o Ra e) es una línea de in es igación abie a en la ac ualidad,
en la que se ienen ealizando y publicando múl iples abajos, como [Zhang15],
[Sho eh15] , [Biswal13] y [Sindhubala15].
2.4 El p oblema del nodo ocul o en las edes VLC
El p oblema del nodo o e minal ocul o es un p oblema bien conocido en las
edes inalámb icas basadas en adio ecuencia, cuando u ilizan p ocedimien os de
con ol de acceso al medio basados en écnicas de con ención, como el mé odo
CSMA/CA (Ca ie Sense Mul iple Access wi h Collision A oidance) [Chen94].
El mé odo CSMA/CA se undamen a en que odo nodo de la ed que quie a
ansmi i debe ealiza an es una de ección de po ado a, “escuchando” el medio o
canal con el in de de ec a posibles ansmisiones que es én siendo ealizadas po o os
nodos. En el caso de que no se de ec e ac i idad en el medio se conside a que és e es á
lib e y disponible pa a ealiza la ansmisión.
Los mé odos CSMA/CA se emplean - con dis in as a ian es - en di e sos
es ánda es de edes inalámb icas basadas en adio ecuencia. Po ejemplo, se emplean
en los p o ocolos MAC de las edes de á ea local inalámb icas [IEEE802.11-1997] y las
edes de senso es inalámb icos [IEEE802.15.4-2006].
El p oblema del nodo ocul o se p oduce cuando un nodo, después de ealiza la
de ección de po ado a, conside a que el medio es á disponible pa a ansmi i po no
de ec a la ansmisión de o o nodo cuya señal no es capaz de ecibi . Como

CAPÍTULO 2. FUNDAMENTOS Y ESTADO DEL ARTE
25
consecuencia de es e p oblema, al emplea se mé odos de acceso al medio de ipo
CSMA/CA pueden p oduci se ansmisiones simul áneas de dos o más nodos que
pueden da luga a colisiones.
En la igu a 2.8 se mues a un ejemplo de escena io con nodos ocul os en una
ed inalámb ica con es nodos: A, B y C. El lími e del alcance de la ansmisión de cada
nodo se ep esen a median e un cí culo al ededo del mismo (conside ando p opagación
no di ec i a). Si el nodo C ealiza una de ección de po ado a cuando el nodo A es á
ansmi iendo al nodo B, el nodo C conside a á que el medio es á disponible (al no
de ec a la ansmisión de A) y pod á ansmi i al mismo iempo, p oduciéndose una
colisión en B.
A B C
Figu a 2.8 - Ejemplo de escena io con nodos ocul os en edes inalámb icas basadas en adio ecuencia.
Los e ec os del p oblema del nodo ocul o en las edes inalámb icas basadas en
adio ecuencia han sido ampliamen e es udiados y e aluados en di e sos de abajos,
des acando pa a las edes IEEE 802.11 los abajos de [Yang09], [Ekici08] y [Jang12], y
pa a edes IEEE802.15.4 a [Ha hiko e-Ma ha07] y [Wije unge11].
En las edes basadas en VLC se p oduce ambién el p oblema del nodo ocul o,
con e ec os simila es al p oblema de las edes de adio ecuencia, pe o ag a ado po las
ca ac e ís icas di ec i as de los ansmiso es y ecep o es óp icos (analizadas en el
apa ado 2.3), que se esumen a con inuación:
• T ansmiso : el núme o modal m de ine el g ado de di ec i idad del lóbulo de
adiación. Dicho núme o modal es á elacionado con el ángulo de po encia mi ad
CAPÍTULO 2. FUNDAMENTOS Y ESTADO DEL ARTE
26
θ1/2, que es ángulo en el que la in ensidad adian e emi ida se educe a la mi ad
de su alo máximo.
• Recep o : el campo de isión FOV (Field o View) de ine el ángulo máximo de
incidencia, ψ, medido espec o al ec o de o ien ación del ecep o , en el que la
señal óp ica inciden e puede se de ec ada.
En la igu a 2.9 se ilus a un ejemplo de escena io de ed VLC en el que se
p esen a el p oblema del nodo ocul o En es e ejemplo, dos e minales de usua io
in en an ealiza una ansmisión uplink hacia un disposi i o de in aes uc u a (de
iluminación) ubicado en el echo del ecin o. En la ed se emplea un p ocedimien o de
con ol de acceso al medio basado en el mé odo CSMA/CA.
Figu a 2.9 - Ejemplo de escena io con nodos ocul os en edes VLC.
En la igu a 2.9, si el e minal 2 ealiza una de ección de po ado a mien as el
e minal 1 es á ansmi iendo a la in aes uc u a, debido a la di ec i idad del ansmiso
óp ico del e minal 1 (θ1/2) y del ecep o óp ico del e minal 2 (FOV), la señal del
e minal 1 no es de ec ada po el e minal 2. En consecuencia, el e minal 2 conside a á
que el medio es á disponible y pod á ansmi i al mismo iempo que el e minal 1,
p oduciéndose una colisión en la in aes uc u a.
CAPÍTULO 2. FUNDAMENTOS Y ESTADO DEL ARTE
27
Como se e á en de alle en el capí ulo 3, el es ánda IEEE 802.15.7 de ine en su
capa MAC un p ocedimien o de acceso al medio basado en el mé odo CSMA/CA, po
lo que las ansmisiones uplink ealizadas siguiendo es e p ocedimien o son suscep ibles
de su i el p oblema del nodo ocul o aquí desc i o. Es a si uación ue pues a de
mani ies o en algunos abajos publicados du an e la elabo ación del es ánda [Le10] y
en algunos de los documen os con p opues as pa a su oma en conside ación [Jang09]
po el g upo esponsable de la elabo ación del es ánda . No obs an e, en la e sión
ac ual del es ánda [IEEE802.15.7-2011] no exis en mecanismos diseñados
especí icamen e pa a sol en a es e p oblema.
Po o o lado, como se indica á en el apa ado 4.3, en base a los abajos
publicados conocidos po el au o de es a esis, has a la echa no exis en es udios que
e alúen el impac o de la p esencia de nodos ocul os sob e las p es aciones de las
comunicaciones uplink ealizadas median e CSMA/CA en el es ánda IEEE 802.15.7.
CAPÍTULO 2. FUNDAMENTOS Y ESTADO DEL ARTE
28
CAPÍTULO 3. EL ESTÁNDAR IEEE 802.15.7
29
3. El es ánda IEEE 802.15.7
En es e capí ulo se p esen an las p incipales ca ac e ís icas del es ánda IEEE
802.15.7 [IEEE802.15.7-2011] pa a edes inalámb icas de á ea pe sonal, WPAN,
basadas en la ecnología VLC, edes que son denominadas median e las siglas VPAN
(Visible-ligh Communica ion Pe sonal A ea Ne wo k).
3.1 In oducción
El obje i o de es a no ma es p opo ciona un es ánda pa a comunicaciones
óp icas inalámb icas de co o alcance basadas en luz isible, haciendo uso del espacio
lib e como medio de p opagación, pa a lo que de ine una capa ísica (PHY) y una capa
de con ol de acceso al medio (MAC). El es ánda IEEE802.15.7 p o ee elocidades de
ansmisión su icien es pa a sopo a se icios de comunicaciones mul imedia,
p opo ciona sopo e pa a la mo ilidad, y o ece compa ibilidad con las in aes uc u as
de iluminación, cumpliendo ambién con las no ma i as aplicables en cuan o a
segu idad ocula .

CAPÍTULO 3. EL ESTÁNDAR IEEE 802.15.7
30
Algunas de las ca ac e ís icas más impo an es que se pueden des aca del
es ánda son:
a) Ope ación en es opologías de ed: es ella, pee - o-pee y di usión.
b) T ansmisiones p og amadas o ealizadas median e écnicas de acceso al
medio con con ención.
c) T ans e encias de da os iables median e el uso de amas de con i mación.
d) Indicación de la calidad del canal óp ico, WQI (Wa eleng h Quali y
Indica ion).
e) Sopo e pa a el con ol de la luminosidad (dimming).
) Sopo e pa a la unción de iluminación.
g) Sopo e pa a unciones basadas en el uso del colo .
3.2 Tipos de disposi i os
El es ánda clasi ica los disposi i os en es ipos: in aes uc u a ( ijos),
mó iles, y ehículos. Las ca ac e ís icas de cada ipo de disposi i o se indican en la
abla 3.1.
In aes uc u a Mó il Vehículo
Coo dinado ijo Sí No No
Fuen e de alimen ación Ilimi ada Limi ada Mode ada
Fac o de o ma No es ingido Res ingido No es ingido
Fuen e de luz In ensa Débil In ensa
Mo ilidad ísica No Sí Sí
Alcance Co o/la go Co o La go
Velocidad de ansmisión Al a/baja Baja Al a
Tabla 3.1 – Tipos de disposi i os y sus ca ac e ís icas.
CAPÍTULO 3. EL ESTÁNDAR IEEE 802.15.7
31
3.3 Topologías de ed
Se de inen es opologías de ed: es ella, pee - o-pee y di usión. Dichas
opologías se ilus an en la igu a 3.1, esumiéndose a con inuación sus p incipales
ca ac e ís icas:
• Es ella: la comunicación se ealiza en e a ios disposi i os y un único
con olado cen al, al que se denomina coo dinado . No malmen e, en es a
opología el coo dinado es un disposi i o de in aes uc u a de iluminación,
conec ado a la ed eléc ica, y con capacidad pa a ansmi i y ecibi da os. El
es o de disposi i os son e minales mó iles alimen ados po ba e ías. Cada ed
en es ella iene un iden i icado de VPAN único que es ablece el coo dinado , al
que deben asocia se los disposi i os mó iles pa a pode comunica se. Cada
VPAN ope a de o ma independien e a o as VPAN que puedan exis i en su
mismo ámbi o de cobe u a.
• Pee - o-pee : pe mi e a dos disposi i os cualesquie a comunica se en e sí,
siemp e que es én al alcance uno de o o. Uno de los disposi i os debe ac ua
como coo dinado de la comunicación.
• Di usión: un disposi i o hace de coo dinado y ansmi e su señal a o os
disposi i os de o ma unidi eccional, sin necesidad de que haya ningún p oceso
de asociación.
Coo dinado
Disposi i o
Coo dinado
Disposi i o
Coo dinado
Disposi i o
Es ella Pee - o-pee Di usión
Figu a 3.1 – Topologías de ed en el es ánda IEEE 802.15.7.
CAPÍTULO 3. EL ESTÁNDAR IEEE 802.15.7
32
3.4 A qui ec u a de un disposi i o
La a qui ec u a de un disposi i o IEEE 802.15.7 se compone de dos capas cuya
especi icación es obje o del es ánda : una capa ísica (PHY), que incluye al anscep o
óp ico, y una capa MAC, que p opo ciona acceso al medio o canal óp ico. En la
de inición de la a qui ec u a se incluyen ambién a ias capas adicionales. La igu a 3.2
mues a de o ma g á ica el conjun o de capas de la a qui ec u a.
Capas supe io es
LLC
SSCS
MAC
PHY
Medio óp ico
MCPS-SAP MLME-SAP
PD-SAP PLME-SAP
DME
PHY-swi ch
Op ical-SAP
Cell
1
Cell
2
Cell
n
...
Dimme
Figu a 3.2 – A qui ec u a de un disposi i o IEEE 802.15.7.
A con inuación se desc iben b e emen e las dis in as capas de inidas en la
a qui ec u a:
• Capa PHY: la capa ísica (PHY) p opo ciona la in e az en e la capa MAC y el
canal óp ico, y es p o eedo a de dos se icios: el se icio de da os, al que se accede
a a és del PD-SAP (PHY Da a Se ice Access Poin ), y el se icio de ges ión, al
que se accede median e el PLME-SAP (PLME Se ice Access Poin ). La en idad
PLME (Physical Laye Managemen En i y) p opo ciona el se icio de ges ión,
siendo esponsable de man ene una base de da os con los obje os ges ionados po la
CAPÍTULO 3. EL ESTÁNDAR IEEE 802.15.7
33
capa PHY. El PHY-swi ch hace de in e az en e la capa PHY y el pun o de acceso
al se icio op ical SAP pa a la conexión con el medio óp ico.
• Medio óp ico: los ansmiso es y ecep o es óp icos del disposi i o se conside an
pa e del medio óp ico. Cuando hay más de un ansmiso y ecep o , la capa PHY
pe mi e da sopo e a la comunicación en múl iples celdas. El op ical SAP (Se ice
Access Poin ) p o ee la in e az de acceso al medio óp ico, aunque no es obje o de
especi icación del es ánda .
• Capa MAC: p opo ciona el se icio de da os pa a la ansmisión y ecepción de
amas MPDUs (MAC P o ocol Da a Uni s) a a és del se icio de da os de la capa
PHY, y el se icio de ges ión, que p opo ciona unciones como la ges ión de amas
baliza (beacon), el acceso al canal de ansmisión, y la asociación/disociación de
disposi i os. También p opo ciona unciones como el sopo e de isibilidad y el
con ol de la luminosidad. Pa a accede al se icio de da os de la capa MAC se
u iliza el MCPS-SAP (MAC Common Pa Sublaye Se ice Access Poin ), y pa a
accede al se icio de ges ión el MLME-SAP (MAC Sublaye Managemen En i y
Se ice Access Poin ).
• Capa LLC y subcapa SSCS: la capa LLC (Logical Link Con ol) implemen a el
modo de ope ación IEEE 802.2 Tipo 1 [IEEE802.2-2013] y p opo ciona la in e az
con la capa de ed. La subcapa SSCS (Se ice-Speci ic Con e gence Sublaye )
[IEEE802.15.7-2011] p opo ciona el acceso de la capa LLC a los se icios de la
capa MAC.
• Capas supe io es: en e és as se incluye a la capa de ed - que incluye unciones
como la con igu ación de la ed y el encaminamien o - y la capa de aplicación, que
p opo ciona la unción pa a la que el disposi i o ha sido diseñado. La de inición de
es as capas no concie ne al es ánda IEEE 802.15.7.
• DME y dimme : el es ánda sopo a la exis encia de un DME (De ice Managemen
En i y) que hace de in e az en e los se icios de ges ión de las capas PHY y MAC
y un disposi i o egulado de luminosidad (dimme ).
CAPÍTULO 3. EL ESTÁNDAR IEEE 802.15.7
40
• CCA Mode-2 (de ección de po ado a): la unción CCA indica que el medio es á
ocupado si se de ec a una señal aco de con las ca ac e ís icas de las
modulaciones empleadas en IEEE 802.15.7. El ni el de ene gía E de la señal
puede es a po encima o po debajo del umb al E h.
• CCA Mode-3 (de ección de po ado a con ni el de ene gía E po encima del
umb al E h): el medio se de ec a como ocupado si se de ec a una señal con las
ca ac e ís icas de las modulaciones de IEEE 802.15.7, y con un ni el de ene gía
E po encima del umb al E h.
En IEEE 802.15.7 no se especi ica el iempo que debe du a la de ección del
es ado del canal cuando se ealiza la unción CCA, a di e encia de o os es ánda es
como IEEE 802.15.4 [IEEE802.15.4-2006], donde se especi ica una du ación
equi alen e a 8 ciclos de eloj.
3.5.4 Con ol de luminosidad y pa ones de inac i idad
En los disposi i os IEEE 802.15.7 de ipo in aes uc u a - como el coo dinado
de una ed con opología en es ella – hay que ga an iza que su uncionamien o sea
compa ible con su uso como uen e de iluminación. Pa a ello son necesa ias di e sas
unciones que in oluc an a las capas PHY y MAC, en e las que se encuen a el con ol
de la luminosidad, la minimización del pa padeo, y el uso de pa ones de inac i idad.
El con ol de la luminosidad (dimming) pe mi e el ajus e de la in ensidad de la
iluminación de acue do a las p e e encias del usua io. En el es ánda IEEE 802.15.7
exis en a ios esquemas pa a el con ol de la luminosidad dependiendo del ipo de
modulación usado [Rajagopal12]. Po ejemplo, si se u iliza la modulación OOK pueden
a ia se los ni eles ON y OFF de cada símbolo pa a aumen a o disminui la in ensidad
luminosa.
De acue do al es ánda , los disposi i os de ipo in aes uc u a deben ansmi i
pa ones de inac i idad - idle pa e ns - du an e los in e alos de iempo en que es án
ecibiendo da os o no ienen ac i idad, con el in de man ene la isibilidad, ga an iza
el con ol de la luminosidad y e i a que haya pa padeo isible al ojo humano. Pa a
cumpli con es os equisi os es necesa io que el ciclo de abajo de los pa ones de
inac i idad sea el mismo que el usado en los pe iodos de iempo en que se ansmi en
da os.

CAPÍTULO 3. EL ESTÁNDAR IEEE 802.15.7
41
Los pa ones de inac i idad pueden se inse ados en e amas de da os, al y
como se mues a en el ejemplo de la igu a 3.4. El ciclo de abajo del pa ón de
inac i idad debe de ajus a se pa a log a el ni el de b illo deseado en la iluminación y
e i a el pa padeo. La selección del ipo de pa ón de inac i idad no o ma pa e de la
especi icación del es ánda IEEE 802.15.7.
T ama de da os Pa ón de inac i idad T ama de da os
Ejemplo de pa ón con
ciclo de abajo de 1/3:
001001001001001001
Ciclo de abajo medio de 1/3 Ciclo de abajo medio de 1/3
Figu a 3.4 – Ejemplo de uso de pa ones de inac i idad inse ados en e amas.
El es ánda pe mi e que los pa ones de inac i idad puedan se den o de banda o
ue a de banda, en elación con el espec o de ecuencias de la señal que modula a la
po ado a óp ica, es deci , de acue do al espec o de la señal de salida del de ec o
óp ico. Los pa ones den o de banda no equie en cambios en la ecuencia de la señal
de eloj óp ico, y quedan den o de la banda del espec o co espondien e a la señal
modulado a que puede acep a el ecep o . Los pa ones ue a de banda man ienen la
isibilidad haciendo uso de ecuencias de eloj más bajas (pudiendo incluso usa se
co ien e con inua) y quedan ue a de la banda de paso de la señal que pueden acep a
los ci cui os del ecep o .
La igu a 3.5 mues a un ejemplo del espec o de ecuencias de la señal que
modula a la po ado a óp ica, en el que se pueden dis ingui es egiones [Rajagopal12]:
• Región de pa padeo: de inida desde el o igen de ecuencias has a los 200 Hz. Las
in e e encias p oducidas po las uen es de luz isible que uncionan a 50 y 60 Hz
se encuen an en es a egión, en la que ambién hay que ene en cuen a medidas de
segu idad pa a p o ege el ojo humano. Po odo ello, es a egión no debe se usada
pa a la comunicación en VLC.
• Región den o de banda: o mada po el ango de ecuencias de la señal
modulado a que puede acep a el ecep o . Es a egión incluye an o las señales
empleadas pa a las comunicaciones de da os como los pa ones de inac i idad
den o de banda.
CAPÍTULO 3. EL ESTÁNDAR IEEE 802.15.7
42
• Región ue a de banda: si uada en e la egión de pa padeo y la egión den o de
banda. Es a egión puede se necesa ia pa a la coexis encia de los dis in os modos de
uncionamien o de la capa PHY. Po ejemplo, el modo PHY I queda en la egión de
ue a de banda del modo PHY II, ya que el p ime o u iliza ecuencias de eloj más
bajas que el segundo.
F ecuencia
de modulado a
Ampli ud
Den o de banda
Fue a de
banda
Pa padeo
In e e encia
de luz
isible
Figu a 3.5 – Espec o en el dominio de modulación de la señal en VLC.
3.5.5 Cons an es y a ibu os de la capa PHY
Las ca ac e ís icas de uncionamien o de la capa PHY es án de inidas po
di e sas cons an es y a ibu os almacenados en la base de da os PHY PIB (PHY Laye
Pe sonal A ea Ne wo k In o ma ion Base) que es ges ionada po la en idad PLME
(Physical Laye Managemen En i y). En la abla 3.3 se p esen an las cons an es de la
capa PHY. El alo de es as cons an es depende del ha dwa e y no puede se
modi icado mien as el disposi i o se encuen a en ope ación.
La PHY PIB con iene ambién los a ibu os necesa ios pa a la ges ión de la capa
PHY, que pueden se leídos o modi icados - median e p imi i as - mien as el
disposi i o es á en ope ación. Exis en un o al de 6 a ibu os en la capa PHY, de en e
los cuales hay que ci a al a ibu o phyCu en Channel, que indica el núme o de canal o
Band Plan Id a emplea en las ansmisiones de las PPDU.
CAPÍTULO 3. EL ESTÁNDAR IEEE 802.15.7
43
Cons an e Desc ipción Valo
aMaxPHYF ameSize Máximo amaño de la PSDU (PHY Se ice
Da a Uni ) que la capa PHY puede ecibi
1.023 by es pa a PHY I
65.535 by es pa a PHY II y PHY III
aTu na oundTime-TX-RX Tiempo máximo pa a el cambio de es ado
de ansmisión a ecepción Ce o ciclos de eloj
aTu na oundTime-RX-TX Tiempo máximo pa a el cambio de es ado
de ecepción a ansmisión
PHY I: ≤ 240 ciclos de eloj
PHY II, III: ≤ 5.120 ciclos de eloj
Tabla 3.3 – Cons an es de la capa PHY.
3.6 La capa MAC
La capa MAC del es ánda IEEE 802.15.7 es esponsable de di e sas a eas,
en e las que se des acan las siguien es:
• Con ol de acceso al medio: se egula el acceso al medio óp ico de ansmisión,
pe mi iéndose e ec ua ansmisiones p og amadas o ealizadas median e
mé odos de acceso al medio alea o ios - con con ención. Se de inen cua o
mé odos de acceso alea o io: acceso alea o io no anu ado, acceso alea o io
anu ado, CSMA/CA no anu ado y CSMA/CA anu ado.
• Inicio y man enimien o de una VPAN: los disposi i os pueden explo a el
canal pa a comp oba el es ado del mismo, de ec a la emisión de amas baliza
(beacons) emi idas po coo dinado es que es én en su ango de cobe u a, o
localiza una ama baliza en pa icula pa a sinc oniza se con ella. El esul ado
de la explo ación del canal pe mi e sabe qué canales lógicos (channel numbe o
Band Plan Id) y/o iden i icado es de VPAN es án disponibles, y cuáles es án
siendo usados po o as edes exis en es.
• Asociación y disociación: la asociación pe mi e a un disposi i o uni se a una
ed VPAN exis en e, y a un coo dinado au o iza a un disposi i o pa a que se
una a su VPAN. La disociación inaliza la unión de un disposi i o a una VPAN,
y puede se iniciada an o po el disposi i o como po el coo dinado .
• Sopo e de la unción de colo : un disposi i o puede acili a al usua io
in o mación de su es ado haciendo que su señal óp ica se isualice con un colo
CAPÍTULO 3. EL ESTÁNDAR IEEE 802.15.7
44
de e minado. La unción de colo puede, po ejemplo, se i de ayuda pa a que
el usua io alinee adecuadamen e el disposi i o pa a una co ec a comunicación.
• Sopo e pa a la iluminación y el con ol de la luminosidad: incluyendo el uso
de p eámbulos ex endidos pa a mejo a la sinc onización, y el ajus e de la
plani icación de las ansmisiones pa a adecua se a un de e minado ni el de
b illo ijado pa a la iluminación.
• Mo ilidad: en el caso de que se u ilicen in aes uc u as que incluyan múl iples
ansmiso es/ ecep o es óp icos pa a sopo a la comunicación median e celdas.
• O as unciones adicionales: como el sopo e pa a la segu idad de las
comunicaciones, o la capacidad pa a p opo ciona un enlace iable pa a la
comunicación median e amas de con i mación.
De en e las unciones y ca ac e ís icas de la capa MAC del es ánda IEEE
802.15.7 se de allan a con inuación sólo aquellas elacionadas di ec amen e con los
obje i os del abajo ealizado en es a esis.
3.6.1 Es uc u a de la supe ama
La capa MAC pe mi e el uso opcional de una es uc u a empo al denominada
supe ama, cuyas ca ac e ís icas ienen de inidas po el coo dinado . La supe ama es
un pa ón empo al que iene delimi ado po amas baliza (beacons). El coo dinado
ansmi e las amas baliza al p incipio de cada supe ama pa a sinc oniza los
disposi i os, iden i ica la VPAN y de ini las ca ac e ís icas de la supe ama.
La supe ama puede ene una pa e ac i a y una inac i a. La pa e ac i a es á
di idida en 16 in e alos de iempo o slo s equiespaciados, du an e los cuales se
ealizan odas las comunicaciones. La pa e inac i a pe mi e que los disposi i os pasen
al es ado de aho o de ene gía.
La pa e ac i a se di ide en un pe iodo de acceso con con ención o CAP
(Con en ion Access Pe iod), en el que los disposi i os compi en en e sí pa a accede al
canal empleando un p ocedimien o de acceso alea o io, y un pe iodo de acceso sin
con ención o CFP (Con en ion F ee Pe iod), des inado a aplicaciones con equisi os de
la encia y ancho de banda. En el CFP el acceso al medio se ealiza de o ma
CAPÍTULO 3. EL ESTÁNDAR IEEE 802.15.7
45
cen alizada median e el uso de slo s denominados GTS (Gua an eed Time Slo ), los
cuales son asignados po el coo dinado .
La es uc u a de la supe ama iene de inida po a ios pa áme os y a ibu os
de con igu ación de la MAC PIB (MAC Laye Pe sonal A ea Ne wo k In o ma ion
Base) que se desc iben a con inuación:
• El a ibu o macBeaconO de , BO, de ine el in e alo usado po el coo dinado
pa a ansmi i sus amas baliza. Los a ibu os BO y aBaseSupe ameDu a ion
de inen la du ación - en ciclos de eloj - del in e alo de iempo en e amas
baliza, BI (beacon in e al), de acue do a la siguien e exp esión:
BI = aBaseSupe ameDu a ion x 2BO; pa a: 0 ≤ BO ≤ 14 (2.1)
Si BO = 15 el coo dinado no ansmi e amas baliza.
Donde aBaseSupe ameDu a ion se de ine como el núme o de ciclos de
eloj que o man la supe ama cuando el a ibu o macSupe ameO de ( éase a
con inuación) es igual a 0.
• El a ibu o macSupe ameO de , SO, de ine la longi ud de la pa e ac i a de la
supe ama, incluyendo la ama baliza. La elación en e el alo de SO y la
du ación de la pa e ac i a de la supe ama, SD (supe ame du a ion), medida
en ciclos de eloj iene dada po :
SD = aBaseSupe ameDu a ion x 2SO ; pa a: 0 ≤ SO ≤ BO ≤ 14 (2.2)
Si SO = 15 la ama no end á pa e ac i a.
La ama baliza se ansmi e al comienzo del p ime slo de la supe ama sin
hace uso de ningún mé odo de acceso alea o io. El CAP comienza inmedia amen e
después de la ama baliza, y el CFP - si exis e - comienza a con inuación del CAP,
ex endiéndose has a el inal de la pa e ac i a de la supe ama.

CAPÍTULO 3. EL ESTÁNDAR IEEE 802.15.7
46
En la igu a 3.6 se ilus a un ejemplo de con igu ación de supe ama, en la que
el in e alo de baliza BI iene el doble de du ación que la pa e ac i a de la supe ama
SD, y el CFP con iene dos GTS.
CAP
Beacon
Pe iodo inac i o
Beacon
CFP
GTS GTS
SD = aBaseSupe ameDu a ion x 2SO
BI = aBaseSupe ameDu a ion x 2BO
0151413121110987654321
Figu a 3.6 – Ejemplo de es uc u a de supe ama.
3.6.2 Acceso alea o io al canal
Cuando se u iliza la supe ama en una VPAN, pa a ansmi i en el CAP la capa
MAC u iliza la e sión anu ada del algo i mo de acceso alea o io de inido en el
es ánda . Si no se usan amas baliza no hay supe ama de inida y se emplea la e sión
no anu ada del algo i mo. En ambos casos el algo i mo de acceso se implemen a
median e unidades de iempo denominadas pe iodos de backo (cuen a a ás), siendo la
du ación de un pe iodo de backo igual al pa áme o aUni Backo Pe iod, exp esado en
ciclos de eloj:
aUni Backo Pe iod = 20 ciclos de eloj (2.3)
Cuando se u iliza el acceso alea o io anu ado, los pe iodos de backo de los
disposi i os de la VPAN deben es a alineados con los slo s de la supe ama, de o ma
que el comienzo del p ime pe iodo de backo de cada disposi i o debe coincidi con el
comienzo de la ansmisión de la ama baliza.
En la igu a 3.7 se mues a el diag ama de lujo de la e sión anu ada del
algo i mo de acceso alea o io empleado en IEEE 802.15.7, que es desc i o a
con inuación.
CAPÍTULO 3. EL ESTÁNDAR IEEE 802.15.7
47
Acceso alea o io
anu ado
NB = 0
BE = macMinBE
Localiza lími e
pe iodo backo
Re a do alea o io de [0, 2BE -1]
pe iodos de backo
¿De ección de
po ado a ac i a?
Realiza CCA alineado
con pe iodo de backo
¿Canal
disponible?
T ansmi i ama
¿ACK
eque ido?
¿ACK ecibido en
macAckWai Du a ion ?
Exi o
BE = min(BE+1, macMaxBE)
NB = NB + 1
NB <=
macMaxCSMABacko s
?
Fallo
no
no
no
si
si
si
si
no si
no
Figu a 3.7 –Ve sión anu ada del algo i mo de acceso alea o io.
Du an e cada in en o de ansmisión de una ama ealizado median e el
algo i mo de acceso alea o io, cada disposi i o man iene dos a iables:
• NB (Numbe o Backo s): a iable que con abiliza el núme o de eces que el
algo i mo de acceso al medio ha ealizado un backo – un e a do alea o io
median e una cuen a a ás – du an e el ac ual in en o de ansmisión de la ama.
CAPÍTULO 3. EL ESTÁNDAR IEEE 802.15.7
48
Es a a iable se inicializa a ce o al comenza el p ocedimien o de ansmisión de
una ama.
• BE (Backo Exponen ): a iable que gua da elación con el núme o de pe iodos
de backo que espe a á el disposi i o an es de comp oba el es ado del canal o
accede al mismo pa a ansmi i . Es a a iable se inicializa al alo de a ibu o
macMinBE.
El p ocedimien o de acceso comienza con la inicialización de las a iables NB y
BE. A con inuación, po usa se el acceso alea o io anu ado, es necesa io alinea el
comienzo de los pe iodos de backo del disposi i o con el comienzo de la supe ama.
Seguidamen e se ealiza el e a do de un núme o en e o de pe iodos de backo
escogido alea o iamen e en el ango [0, 2BE – 1]. Si el núme o de pe iodos de backo
del e a do es mayo que el núme o de pe iodos de backo que es an en el CAP de la
supe ama, la capa MAC in e umpe la cuen a a ás al inal del CAP y con inúa al
comienzo del CAP de la siguien e supe ama.
Una ez inalizado el backo , la capa MAC con inua á el p ocedimien o de
acceso si el es o de los pasos del algo i mo, incluyendo la ansmisión de la ama - y
en su caso la co espondien e con i mación - pueden ealiza se an es de que e mine el
CAP. En caso con a io, espe a á al comienzo del CAP de la siguien e supe ama y
ealiza á un nue o e a do de backo .
En el caso de que la capa MAC pueda con inua el p ocedimien o, y si es á
habili ada la opción CCA (Clea Channel Assessmen ), se solici a a la capa PHY que
ealice la unción CCA pa a comp oba si el canal es á disponible o hay ansmisiones
en cu so.
Si la capa PHY e alúa que el canal es á ocupado, la capa MAC inc emen a á las
a iables NB y BE, asegu ándose de que BE no sea mayo que macMaxBE. Si NB es
meno o igual al alo del a ibu o macMaxCSMABacko s, se comenza á un nue o
e a do de backo . Si el alo de NB es mayo que macMaxCSMABacko s, el algo i mo
e mina á con un allo de acceso al canal, al habe se sob epasado el máximo núme o de
backo s pe mi idos pa a in en a ansmi i la ama.
Si la capa PHY e alúa que el canal es á disponible - o si la opción CCA no es á
ac i a - se ealiza á la ansmisión de la ama. En la e sión anu ada del algo i mo de
CAPÍTULO 3. EL ESTÁNDAR IEEE 802.15.7
49
acceso alea o io an o la ope ación de CCA como la ansmisión de la ama deben es a
alineadas con el comienzo de un slo de backo .
Después de ansmi i la ama, si es á habili ado el uso de amas de
con i mación o ACK (Acknowledgemen ), se espe a á po la ama ACK p oceden e del
ecep o has a un iempo máximo, dado po el a ibu o macAckWai Du a ion. En el caso
de ecibi se la ama ACK se da á po concluido el p ocedimien o con éxi o.
En el caso de no ecibi se la ama ACK se p ocede á a inc emen a las a iables
NB y BE pa a ealiza un nue o backo siemp e que NB no sea mayo que
macMaxCSMABacko .
La e sión anu ada del algo i mo de acceso al medio empleado en IEEE
802.15.7 es muy simila a la empleada en el es ánda IEEE 802.15.4, aunque hay que
des aca algunas di e encias impo an es:
• En IEEE 802.15.7 se in oca una sola ez la unción CCA pa a comp oba si el
canal es á disponible an es de ansmi i . En IEEE 802.15.4, cuando se emplea el
mecanismo de acceso anu ado, se comp ueba la disponibilidad del canal
in ocando la unción CCA dos eces.
• En IEEE 802.15.7 an o la de ección del canal ocupado como la no ecepción de
la ama de con i mación (ACK) hacen que se ealice un nue o e a do de
backo (si no se supe an los lími es máximos) inc emen ándose las a iables NB
y BE. En IEEE 802.15.4 la e ansmisión de una ama po no ecibi se su
con i mación supone un nue o comienzo del p ocedimien o de acceso, con la
inicialización de las a iables NB y BE.
3.6.3 Fo ma o gene al y ipos de amas MAC
El o ma o gene al de las amas MAC incluye los siguien es campos:
• Una cabece a MHR (MAC Heade ): que incluye un campo de con ol, el
núme o de secuencia, los campos de di eccionamien o, e in o mación
elacionada con los mecanismos de segu idad del MAC.
• Un campo de da os MSDU (MAC Se ice Da a Uni ): que con iene la ca ga
ú il (payload) de la ama, p esen e en aquellos ipos de ama que lo
CAPÍTULO 4. MODELO DE SIMULACIÓN
56
de la ba e ía y o o módulo pa a ges iona la mo ilidad. La igu a 4.2 ilus a una
ep esen ación de los módulos componen es de cada nodo de la ed, cuyas p incipales
ca ac e ís icas se án desc i as a con inuación.
Aplicación
Red
IEEE-802.15.7 MAC
IEEE-802.15.7 PHY
I q
Mo ilidad
Ba e ía
Medio óp ico
Nodo
Figu a 4.2 – Módulos componen es de cada nodo de la ed.
Los módulos que componen la es uc u a de cada nodo son:
• IEEE-802.15.7 PHY: modela las p incipales ca ac e ís icas de la capa PHY. De
en e las unciones implemen adas en es e módulo se pueden a des aca las
siguien es:
o T ansmisión y ecepción de las PPDU (Physical Laye Da a Uni ) a a és
del medio óp ico.
o Cálculo de la po encia óp ica con que se ecibe cada ama de acue do a la
con igu ación de enlace LOS di ec i o.
o Cálculo de la elación señal a in e e encia más uido (SINR, Signal o
In e e ence plus Noise Ra io) de cada ama.
o Selección del iden i icado de modo de ope ación, o MCS-ID, que de e mina
la elocidad de ansmisión y la ecuencia de eloj a u iliza en la
comunicación.

CAPÍTULO 4. MODELO DE SIMULACIÓN
57
o Modelado del anscep o óp ico incluyendo sus pa áme os ca ac e ís icos,
como las elocidades de ansmisión y ecepción, y las ecuencias de eloj
sopo adas.
o Con ol de los es ados de la capa PHY y del anscep o óp ico.
o Implemen ación de la unción CCA pa a comp oba si el canal de
ansmisión es á disponible pa a ansmi i .
o Cálculo del indicado de calidad del canal óp ico WQI de las amas
ecibidas.
o Selección del núme o de canal óp ico pa a la ansmisión de las amas.
o Ges ión de las cons an es, a ibu os y o os pa áme os de ope ación de la
capa PHY.
o Implemen ación de las p imi i as de se icio.
• IEEE-802.15.7 MAC: modela la uncionalidad básica de la capa MAC. De en e las
unciones implemen adas en es e módulo se des acan las siguien es:
o P ocedimien os de con ol de acceso al medio óp ico con con ención (CAP)
y sin con ención (CFP).
o T ansmisión de las amas baliza desde el coo dinado , pa a delimi a y
de ini la es uc u a de la supe ama.
o Recepción de las amas baliza en los disposi i os, y sinc onización de és os
con la supe ama.
o Mecanismo opcional pa a ga an iza ansmisiones iables median e el uso
de amas de con i mación (ACK).
o Asignación y ges ión simpli icada de slo s GTS pa a la ansmisión en el
CFP.
o Re a do IFS (In e ame Space) pa a sepa ación de amas sucesi as
ansmi idas desde un disposi i o.
o Fil ado y de ección de amas duplicadas en ecepción.
o P oceso simpli icado de asociación de los disposi i os con el coo dinado .
o Ges ión de los es ados de la capa PHY.
CAPÍTULO 4. MODELO DE SIMULACIÓN
58
• I q (In e ace Queue): implemen a un cola de ipo FIFO (Fi s In Fi s Ou ) de
amaño con igu able, pa a almacena empo almen e los paque es de la capa de ed a
se ansmi idos po la capa MAC.
• Red: ealiza las unciones de una capa de ed básica, encaminando los paque es
den o de la ed VLC en es ella. No incluye unciones de in e conexión de edes.
• Aplicación: modela una capa de aplicación de uncionalidad básica, que puede
ac ua como uen e de á ico gene ando paque es, y como sumide o ecibiendo y
analizando los paque es que ecibe.
• Mo ilidad: de e mina la posición y o ien ación de cada nodo de la ed en cada
ins an e de la simulación. Los disposi i os mó iles pueden con igu a se pa a segui
di e en es pa ones de mo imien o (lineal, ci cula , alea o io, e c.).
• Ba e ía: modela el es ado de la ba e ía en los disposi i os mó iles, que se ac ualiza
a pa i de los da os de consumo de ene gía p opo cionados po la capa PHY. El
consumo se modela dependiendo de los es ados del anscep o óp ico.
4.2.4 Es uc u a je á quica de módulos
La es uc u a de módulos que componen el modelo de simulación se o ganiza en
es ni eles básicos de je a quía, que se co esponden con los es módulos p incipales
que componen dicho modelo:
• Ieee802157S a Ne : módulo de ed o de sis ema, que modela el conjun o de la
ed VLC con opología en es ella.
• Ieee802157Node: módulo compues o con el que se modela cada uno de los
nodos de la ed, an o los disposi i os mó iles como el coo dinado .
• Ieee802157Nic: modulo compues o que modela la in e az de ed de cada nodo,
incluyendo las unciones de las capas PHY y MAC.
A modo de ejemplo, en la igu a 4.3 se ilus a una ep esen ación, en el en o no
g á ico de simulación de OMNeT++, de los es ni eles de je a quía ci ados. La ed
mos ada cons a de cua o disposi i os y un coo dinado .
CAPÍTULO 4. MODELO DE SIMULACIÓN
59
Ieee802157S a Ne
Ieee802157Node
Ieee802157Nic
Figu a 4.3 – Je a quía de módulos del modelo de simulación
4.3 T abajos p e ios de e aluación de p es aciones del es ánda
IEEE 802.15.7
Como se ha indicado en el apa ado 3.6.1, la capa MAC pe mi e el uso de una
es uc u a denominada supe ama que si e como ma co empo al de e e encia pa a
odos los nodos de la ed. La pa e ac i a de la supe ama - du an e la que se ealizan
las comunicaciones en e los nodos - incluye el pe iodo de acceso con con ención o
CAP (Con en ion Access Pe iod). Du an e es e pe iodo, los disposi i os compi en en e
sí pa a accede al canal empleando la e sión anu ada del algo i mo de acceso alea o io
que se ha desc i o en el apa ado 3.6.2.
El análisis y la e aluación de p es aciones de las écnicas de con ol de acceso al
medio es una línea de in es igación abie a desde hace años, con múl iples
publicaciones y apo aciones ealizadas. En las edes inalámb icas des aca como uno de
los abajos seminales el ealizado po G. Bianchi pa a el análisis del es ánda IEEE
802.11, publicado en [Bianchi98] y [Bianchi00]. El mé odo de análisis de Bainchi se
basa en el uso de cadenas de Ma ko en iempo disc e o pa a modela el
compo amien o de los nodos de la ed, asumiendo que en és a no exis en nodos ocul os.
En el modelo de Bianchi se conside a que la ed se encuen a en condición de á ico
sa u ado (sa u a ed a ic), lo que equi ale a deci que en cada uno de sus nodos
siemp e hay una ama lis a pa a se ansmi ida.
CAPÍTULO 4. MODELO DE SIMULACIÓN
60
Con pos e io idad a los es udios publicados po Bianchi, o os in es igado es
han publicado abajos - basados an o en mé odos analí icos como de simulación - pa a
analiza el endimien o de los mé odos de con ol de acceso al medio empleados en la
capa MAC, aplicándolos a dis in os escena ios y es ánda es de edes inalámb icas.
En lo e e en e al es ánda IEEE 802.15.7 des acan a ios abajos publicados
que e alúan el endimien o del mé odo CSMA/CA anu ado, empleado pa a las
ansmisiones uplink (de los disposi i os al coo dinado ) du an e el CAP de la
supe ama. A con inuación se eseñan los abajos más ep esen a i os conocidos has a
la echa.
En [Hwang13] se analiza el endimien o de las ansmisiones uplink en el CAP,
empleando un modelo de simulación pa a e alua el h oughpu y el e a do medio de
las amas. Aunque los au o es no especi ican el modelo de canal ísico empleado, ni
indican si conside an o no la exis encia de nodos ocul os en la ed, los esul ados de sus
simulaciones no pe mi en demos a que se haya conside ado los e ec os del p oblema
del nodo ocul o en el endimien o de las ansmisiones.
En [Musa13] se p opone un modelo de e aluación analí ico basado en cadenas
de Ma ko de iempo disc e o, con el que ob ienen esul ados pa a el h oughpu y el
núme o de amas pe didas, esul ados que son con as ados median e simulaciones
ealizadas con ns-2 [isi14]. Sin emba go, su modelo asume que no se e ansmi en
amas cuando no se eciben con i maciones (ACK) y desca a la exis encia de nodos
ocul os en la ed.
En [Noba 15] se ealiza un análisis exhaus i o del endimien o del mé odo
CSMA/CA con á ico sa u ado, median e un modelo basado en cadenas de Ma ko que
e inan median e écnicas semianalí icas. Los au o es e alúan múl iples pa áme os de
endimien o de la ed, como el h oughpu , las p obabilidades de ansmisión y colisión
de amas, el e a do y el consumo de ene gía. Realizan ambién una e i icación de sus
esul ados median e simulaciones e ec uadas con MATLAB [ma hwo ks15]. Sin
emba go, en su modelo desca an explíci amen e la exis encia de nodos ocul os en la
ed.
Po úl imo, en [Shams15] se ealiza ambién un análisis basado en cadenas de
Ma ko , ob eniendo esul ados pa a a ias mé icas de endimien o de la ed como el
CAPÍTULO 4. MODELO DE SIMULACIÓN
61
oughpu , el e a do, o la p obabilidad de colisión. Pe o de igual o ma a los abajos
an es ci ados, en és e se desca a la exis encia de nodos ocul os en la ed.
Los abajos eseñados an e io men e ienen como denominado común el hecho
de no conside a las ca ac e ís icas de p opagación de la señal en el medio óp ico, ni la
di ec i idad p opia de los ansmiso es y ecep o es óp icos. En consecuencia, no
pueden ene en cuen a los e ec os del p oblema del nodo ocul o en sus esul ados.
En conclusión, en base a los abajos publicados y conocidos po el au o de es a
esis, has a la echa no exis en es udios que e alúen el impac o de la p esencia de nodos
ocul os sob e el endimien o del mé odo CSMA/CA empleado en las ansmisiones
uplink ealizadas du an e el CAP de la supe ama, según el es ánda IEEE 802.15.7.
4.4 Ca ac e ís icas de los escena ios de simulación
El modelo de simulación desa ollado pa a ealiza los abajos de es a esis se
ha diseñado eniendo en cuen a las siguien es p emisas:
• De en e las opologías de inidas en el es ánda IEEE 802.15.7 se ha elegido la
opología en es ella po conside a se la más e sá il en cuan o a posibles
aplicaciones de uso, en compa ación con las opologías pee - o-pee y di usión.
• En cuan o a la capa MAC, se ha op ado po inclui el uso de la supe ama, ya
que és a pe mi e emplea an o el acceso al medio con con ención (CAP) como
el acceso sin con ención (CFP). Además, el uso de la supe ama posibili a que
los disposi i os aho en ene gía du an e el pe iodo inac i o de la misma.
Pa iendo de las p emisas indicadas, el modelo de simulación ha sido diseñado
con el obje i o de e alua el endimien o de las ansmisiones uplink du an e el CAP de
la supe ama en una ed con opología en es ella. Pa a ello se han de inido cua o
escena ios básicos que di ie en en el núme o de disposi i os que se comunican con el
coo dinado - eniéndose 4, 8, 12 y 16 disposi i os espec i amen e.
En odos los escena ios, los nodos de la ed simulada es án con enidos en un
ecin o ce ado, de 4 m de al u a po 5 m de ancho y 5 m de la go. El coo dinado se
encuen a si uado en el cen o del echo del ecin o, y es á o ien ado apun ando hacia el
suelo. Los disposi i os se ubican en posiciones ijas sob e un plano si uado a una al u a
de 1 m sob e el suelo, dis ibuidos uni o memen e según un pa ón de ejilla
cuad iculada. Los disposi i os es án o ien ados apun ando al coo dinado .

CAPÍTULO 4. MODELO DE SIMULACIÓN
62
En la igu a 4.4 se ilus a la disposición de los nodos de la ed simulada en el
escena io con 4 disposi i os.
Disposi i o
Disposi i o Disposi i o
Coo dinado
4 m
5 m
5 m
1 m
Disposi i o
1 m
1 m 1 m
Figu a 4.4 – Escena io de ed en es ella con cua o disposi i os.
A con inuación se desc iben aquellas ca ac e ís icas especí icas del modelo de
simulación cuyo conocimien o es necesa io pa a in e p e a adecuadamen e los
esul ados ob enidos en las simulaciones ealizadas.
4.4.1 Modelo de canal óp ico
En el modelo implemen ado, la ansmisión en e los nodos de la ed se ealiza a
a és del espacio lib e y sin p esencia de obs áculos. Pa a modela la p opagación de
las señales óp icas en el medio se ha elegido la con igu ación de enlace LOS, que
p ecisa de una línea de isión en e cada disposi i o y el coo dinado .
En el cálculo de la po encia de la señal óp ica ecibida se ha conside ado la
con ibución de la componen e di ec a de la señal, no con emplándose la exis encia de
e lexiones en la misma ( éase el apa ado 2.3.3). De acue do a los esul ados
p esen ados en [Komine04], con un campo de isión (FOV) de 60º en el ecep o , la
componen e de luz di ec a en VLC supone al menos el 90% de la po encia óp ica o al
ecibida. Po ello, pa a ga an iza la alidez del modelo implemen ado se han
con igu ado los ecep o es óp icos con el alo de 60º pa a el campo de isión.
El modelo de canal óp ico adop ado iene la en aja de acili a que se alcancen
al as elocidades de ansmisión, al no conside a se los e ec os de la dis o sión po
CAPÍTULO 4. MODELO DE SIMULACIÓN
63
mul ip opagación sob e la señal óp ica. En e sus incon enien es se encuen a la
limi ación en la mo ilidad de los disposi i os, al eque i se que és os deban es a
pe manen emen e o ien ados apun ando al coo dinado . Pa a sa is ace es e
eque imien o, en el modelo de simulación se ha do ado a los disposi i os de la
capacidad de o ien a se au omá icamen e apun ando al coo dinado .
El cálculo de la po encia ecibida conside ando la componen e di ec a de la señal
p esen a la en aja adicional de mejo a la e iciencia de ejecución del modelo de
simulación implemen ado. Se educe signi ica i amen e la ca ga compu acional
necesa ia pa a ejecu a simulaciones de escena ios con múl iples nodos, en los que se
modela la uncionalidad de las di e sas capas de la a qui ec u a.
El modelo de canal u ilizado (LOS di ec i o) ha sido empleado en múl iples
abajos publicados, elabo ados con el in de analiza di e en es aspec os del
uncionamien o de sis emas VLC median e simulaciones. Ejemplos de dichos abajos
son los ealizados po [Hou15], [Deqiang07], [Mondal12], [Nguyen13] y [Wang15].
En el modelo de canal empleado se ha simpli icado ambién el cálculo de la
ganancia del concen ado óp ico G(ψ) y del coe icien e de ansmisión T(ψ) del il o
óp ico del ecep o - éase la exp esión (2.7). Se ha conside ado que ambos son
cons an es y no dependen del ángulo ψ con el que la señal óp ica incide sob e ecep o .
4.4.2 P ocedimien o de acceso al medio de ansmisión
El p ocedimien o de acceso al medio de ansmisión usado en el modelo de
simulación se basa en el algo i mo de acceso alea o io CSMA/CA anu ado de inido en
el es ánda y desc i o en el apa ado 3.6.2. Es e p ocedimien o es u ilizado pa a las
ansmisiones uplink ealizadas du an e el CAP de la supe ama, que son denominadas
ansmisiones di ec as en el es ánda .
Al algo i mo implemen ado en el modelo de simulación se le han añadido los
pasos necesa ios pa a e i ica que no se sob epase el núme o máximo de
e ansmisiones de amas, de acue do a la cláusula 5.1.7.5 del es ánda [IEEE802.15.7-
2011]. En dicha cláusula se especi ica que, una ez ansmi ida la ama, si no se ecibe
la co espondien e con i mación (ACK) se conside a allida la ansmisión y la ama
debe se e ansmi ida, pudiendo epe i se es a secuencia has a un máximo de
macMaxF ameRe ies eces. De es a o ma, si la ansmisión de una ama alla un o al
CAPÍTULO 4. MODELO DE SIMULACIÓN
64
de (1 + macMaxF ameRe ies) eces, la capa MAC e mina á el p ocedimien o con un
allo de ansmisión de ama. Pa a cumpli con es e eque imien o, se ha añadido al
algo i mo de acceso alea o io una a iable, numRe ies, que con abiliza el núme o de
e ansmisiones de cada ama, así como los pasos necesa ios pa a e i ica que no se
ealicen más de macMaxF ameRe ies e ansmisiones de cada ama.
En la igu a 4.5 se ilus a el o ganig ama del algo i mo de acceso alea o io
implemen ado en el modelo de simulación, en el que se han di e enciado en colo azul
los elemen os añadidos pa a el con ol del núme o máximo de e ansmisiones.
Acceso alea o io
anu ado
NB = 0
BE = macMinBE
numRe ies = 0
Localiza lími e
pe iodo backo
Re a do alea o io de [0, 2BE -1]
pe iodos de backo
¿De ección de
po ado a ac i a?
Realiza CCA alineado
con pe iodo de backo
¿Canal
disponible?
T ansmi i ama
¿ACK
eque ido?
¿ACK ecibido en
macAckWai Du a ion ?
Exi o
BE = min(BE+1, macMaxBE)
NB = NB + 1
NB <=
macMaxCSMABacko s
?
Fallo
no
no
no no
si
si
si
si
si
no
numRe ies <=
macMaxF ameRe ies
?
numRe ies =
numRe ies + 1
si
no
Figu a 4.5 – Algo i mo de acceso alea o io implemen ado en el modelo de simulación.
CAPÍTULO 4. MODELO DE SIMULACIÓN
65
4.4.3 Ca ac e ización del á ico de la capa de aplicación
Pa a e alua el endimien o de las comunicaciones uplink en el modelo de
simulación, la capa de aplicación en cada disposi i o gene a paque es de da os
des inados al coo dinado . Los in e alos de iempo en e los paque es siguen una
dis ibución de p obabilidad exponencial. Cada paque e se encapsula en la MSDU de
una ama de da os de la capa MAC.
Si los paque es gene ados en la capa de aplicación ienen un amaño de L bi s y
el iempo medio en e paque es es s segundos, la aplicación en cada disposi i o
p oduci á una ca ga de media de ansmisión sob e la ed TL igual a:
)(bps
L
T
s
L= (4.1)
Po con eniencia, la ca ga de ansmisión puede exp esa se de o ma
no malizada como un po cen aje de la elocidad de ansmisión empleada en la capa
ísica pa a las ansmisiones uplink. De es a o ma, si Rb es el égimen bina io o
elocidad de ansmisión - en bi s po segundo - la ca ga de ansmisión no malizada
esul a á:
(%)
b
s
LR
L
T⋅
= (4.2)
Pa a e alua el endimien o de las ansmisiones uplink se han diseñado a ios
escena ios que di ie en en el núme o de disposi i os N (4, 8, 12 y 16) que o man pa e
de la ed en es ella simulada. En odos los escena ios la capa de aplicación emplea la
misma con igu ación pa a odos los disposi i os, con lo que la ca ga o al o ecida sob e
la ed esul a á:
(%)
b
s
LT R
L
NTNT ⋅
⋅=⋅= (4.3)
CAPÍTULO 5. ANÁLISIS DE LOS RESULTADOS DE LAS SIMULACIONES
72
5.1.4 Pa áme os de simulación de la capa de aplicación y la cola I q
En cuan o a la capa de aplicación, se han con igu ado es amaños de paque e
pa a las simulaciones: 512 by es, 1.024 by es y 1.500 by es. El mayo amaño de paque e
se ha seleccionado po se igual al amaño de la máxima unidad de ansmisión, MTU
(Maximum T ansmission Uni ), del es ánda E he ne . Pa a cada amaño de paque e, la
ca ga o al p oducida po la capa de aplicación depende del in e alo de iempo medio
en e paque es, al y como se indicó en el apa ado 4.4.3.
De acue do a la a qui ec u a del modelo de simulación implemen ado ( éase el
apa ado 4.2.3) los paque es de la capa de aplicación, as pasa po la capa de ed y se
almacenados en la cola I q, pasan a la capa MAC pa a se encapsulados y ansmi idos en
amas. Cada paque e de la capa de aplicación se encapsula en la MSDU de una ama. En
las simulaciones ealizadas se ha con igu ado el amaño de la cola I q con capacidad pa a
almacena un paque e de la capa aplicación.
5.1.5 Condiciones de simulación con á ico sa u ado
El p incipal obje i o con que se han ealizado las simulaciones con á ico
sa u ado es pode con as a los alo es ob enidos del modelo de simulación con los
esul ados p esen ados en o os abajos publicados, como los eseñados en el apa ado
4.3. Conc e amen e, se han u ilizado como e e encia los esul ados p esen ados en
[Noba 15], donde se e alúan las p es aciones de la ed cuando és a se encuen a en
condición de á ico sa u ado, condición que implica que siemp e hay una ama
disponible pa a se ansmi ida en la capa MAC de cada disposi i o.
En el abajo e e ido se modela el canal de ansmisión como ideal, no
conside ándose los e ec os de la p opagación en el medio de ansmisión sob e la señal
óp ica ecibida. La aplicación de es e modelo de canal ae como consecuencia dos
p emisas impo an es en cuan o a la ca ac e ización de la ed:
• No pueden exis i nodos ocul os, ya que no se conside a la di ec i idad en los
ansmiso es ni ecep o es, y no hay pé didas de po encia óp ica en el canal
debidas a la dis ancia de sepa ación en e los nodos.
• La única causa que puede p oduci un allo en la ansmisión de una ama es la
colisión p oducida po la ansmisión simul ánea de dos o más nodos.

CAPÍTULO 5. ANÁLISIS DE LOS RESULTADOS DE LAS SIMULACIONES
73
Las dos p emisas ci adas se e i ican en el modelo de simulación implemen ado
cuando se emplea la con igu ación de la capa PHY median e la que se elimina la posible
exis encia de nodos ocul os en la ed.
O as ca ac e ís icas ijadas en el modelo p esen ado en [Noba 15] en cuan o al
uncionamien o de la capa MAC son:
• En ío de amas de con i mación (ACK) po el coo dinado pa a con i ma la
ecepción de las amas de da os en iadas po los disposi i os.
• Uso de la unción CCA pa a de ec a el es ado del canal an es de ansmi i ,
empleándose el algo i mo de acceso alea o io CSMA/CA anu ado pa a
accede al canal.
• Uso de la supe ama como ma co de e e encia empo al, dedicándose la
o alidad del iempo disponible en la misma a la pa e ac i a, y al pe iodo de
acceso con con ención (CAP).
Todas las ca ac e ís icas mencionadas es án inco po adas igualmen e en el modelo
de simulación implemen ado pa a es a esis. No obs an e hay que menciona que, con el
in de simpli ica su modelo, en [Noba 15] no se con empla la ansmisión pe iódica de
amas baliza pa a delimi a las supe amas, lo que equi ale deci que en su modelo se
conside a una supe ama de du ación in ini a.
Pa a equipa a lo más posible el modelo implemen ado a una con igu ación de
supe ama de du ación in ini a, se han ealizado las simulaciones con á ico sa u ado
empleando el mayo alo pe mi ido pa a los pa áme os BO (macBeaconO de ) y SO
(macSupe ameO de ) cuando se ansmi en amas baliza. De es a o ma, ambos
pa áme os han sido con igu ados con el siguien e alo :
BO = SO = 14 (5.3)
Pa a sa is ace la condición de que la ed se encuen e en condición de á ico
sa u ado es necesa io ga an iza que siemp e haya una ama de da os disponible pa a se
ansmi ida po la capa MAC en cada nodo. En el modelo implemen ado, la condición de
á ico sa u ado se ha sa is echo con igu ando el iempo medio con que se gene an los
paque es de la capa de aplicación con alo es que ga an icen que la capa MAC nunca se
CAPÍTULO 5. ANÁLISIS DE LOS RESULTADOS DE LAS SIMULACIONES
74
quede sin paque es de da os disponibles pa a encapsula y ansmi i . Con los pa áme os
de con igu ación empleados, la condición de á ico sa u ado se consigue con igu ando
los iempos medios en e paque es con alo es del o den de unas pocas decenas de
mic osegundos.
5.1.6 Resul ados de simulación con á ico sa u ado
Se ha usado el h oughpu no malizado como mé ica pa a la compa ación en e
los esul ados p esen ados en [Noba 15] y los ob enidos del modelo de simulación
implemen ado. En [Noba 15], se de ine como h oughpu no malizado el po cen aje de
iempo que la ed ha es ado ansmi iendo amas de da os con éxi o, incluyendo el
iempo necesa io pa a la ansmisión de los bi s añadidos po las capas PHY y MAC. Es a
de inición de h oughpu ha sido u ilizada pa a ob ene los esul ados del modelo de
simulación implemen ado que se p esen an en es e apa ado.
En la abla 5.3 se indican los alo es de h oughpu ob enidos con el modelo
implemen ado y los alo es co espondien es a las g á icas de esul ados p esen adas en
[Noba 15].
N
(nume o de disposi i os en la ed)
Th oughpu
(modelo implemen ado)
Th oughpu
[Noba 15]
4 71% 70%
8 57% 65%
12 48% 55%
Tabla 5.3 – Valo es de h oughpu con á ico sa u ado.
Los alo es p esen ados en la abla 5.3 mues an que cuando la ed es á en
condición de á ico sa u ado, el h oughpu disminuye según aumen a el núme o de
disposi i os en la ed. Al aumen a el núme o de disposi i os se inc emen a la ca ga o al
sob e la ed, aumen ado la p obabilidad de que exis an colisiones y disminuyendo la
p obabilidad de que cada disposi i o encuen e el canal disponible pa a ansmi i .
CAPÍTULO 5. ANÁLISIS DE LOS RESULTADOS DE LAS SIMULACIONES
75
Los alo es de h oughpu de la abla 5.3 ob enidos del modelo de simulación
implemen ado co esponden a un amaño de paque e de la capa de aplicación de 1.024
By es. En cuan o a los alo es ob enidos de [Noba 15], no se especi ica el amaño de
paque e con el que ue on ob enidos. Si bien no puede conclui se que la compa ación de
los alo es de h oughpu puede se i como alidación es ic a de los esul ados de un
modelo con los del o o, sí se puede a i ma que los esul ados ob enidos en ambos se
encuen an en ó denes de magni ud simila es.
5.1.7 Condiciones de simulación con á ico no sa u ado
Pa a e alua las p es aciones de la ed con á ico no sa u ado - man eniendo la
con igu ación que excluye la exis encia de nodos ocul os - se ealiza on múl iples
simulaciones a iando la ca ga o al o ecida en e el 1% y el 200% de la elocidad de
ansmisión.
Las simulaciones se epi ie on empleando los amaños de paque e de la capa de
aplicación de 512 By es, 1.024 By es y 1.500 By es. No obs an e, se comp obó que – con
á ico no sa u ado y man eniendo ijos el es o de pa áme os de con igu ación – los
esul ados de las simulaciones no se en a ec ados de o ma signi ica i a po el amaño
de paque e de aplicación usado, man eniéndose el ma gen de a iación de los esul ados
po debajo del 5%. Po ello, se ha decidido p esen a - en es e apa ado y en los
pos e io es - únicamen e los esul ados ob enidos con el amaño de paque e in e medio de
1.024 By es.
En cuan o a la longi ud de la supe ama, las simulaciones con á ico no sa u ado
se han con igu ado con el siguien e alo pa a los pa áme os BO (macBeaconO de ) y
SO (macSupe ameO de ):
BO = SO = 9 (5.4)
Se ha usado el alo indicado po se és e el mínimo que pe mi e que en cada
supe ama odos los disposi i os de la ed engan opción de ansmi i una ama de da os
en odos los escena ios (con N = 4, 8, 12 y 16 disposi i os), de acue do a las condiciones
ijadas pa a la simulación.
CAPÍTULO 5. ANÁLISIS DE LOS RESULTADOS DE LAS SIMULACIONES
76
Con la ecuencia de eloj de 3,75 MHz (de acue do al modo de ope ación
seleccionado MCS-ID 16) y el alo asignado pa a BO y SO, esul a una du ación de la
pa e ac i a de la supe ama, SD, igual al in e alo en e amas baliza, BI, eniendo
ambos el siguien e alo :
segsBISD 1
10310,1 −
⋅== (5.5)
El alo de du ación de la supe ama indicado da cabida pa a que en ella se
puedan ealiza con éxi o has a 16 ansmisiones de amas de da os, conside ando el
iempo medio necesa io pa a que un disposi i o ansmi a una ama de da os con éxi o en
el p ime in en o empleando el algo i mo CSMA/CA, con una elocidad de ansmisión
de 1,25 Mbps (modo MCS-ID 16) y un amaño de paque e de aplicación de 1.024 By es.
Se ealiza on ambién simulaciones asignando alo es supe io es a los pa áme os
BO y SO, has a alcanza el máximo que pe mi e el es ánda cuando se u iliza la
supe ama (SO = BO = 14). Se comp obó que las p es aciones de la ed ienden a
mejo a a medida que aumen a el alo de BO y SO. No obs an e, los esul ados de las
simulaciones que se p esen an a con inuación se han ob enido con los alo es de BO y SO
indicados en (5.4).
5.1.8 Resul ados de simulación con á ico no sa u ado
A pa i de las simulaciones ealizadas se han e aluado las p es aciones de la ed
haciendo uso de las siguien es mé icas:
• Goodpu ex emo a ex emo: calculado como el núme o medio de bi s po
unidad de iempo de los paque es de la capa de aplicación ecibidos en el
coo dinado . Es e alo se ha no malizado, exp esándolo como el po cen aje de la
elocidad de ansmisión empleada en la capa PHY. Se ha p e e ido usa el
goodpu en ez del h oughpu (empleado en el apa ado 5.1.6), po que el goodpu
cuan i ica la asa ne a de ansmisión ob enida a pa i del se icio o ecido po la
capa MAC.
• Tasa de pé dida de paque es ex emo a ex emo: po cen aje del o al de
paque es de la capa de aplicación gene ados en los disposi i os que no son
ecibidos en el coo dinado . Los paque es no llegan a se ecibidos en el
CAPÍTULO 5. ANÁLISIS DE LOS RESULTADOS DE LAS SIMULACIONES
77
coo dinado po ocu i una de las siguien es causas: po desbo damien o en la
cola I q de los disposi i os, po p oduci se allos de acceso al canal (al
sob epasa se el lími e macMaxCSMABacko ), o po habe allos de ansmisión
de ama (al sob epasa se el lími e macMaxF ameRe ies) du an e la ejecución del
algo i mo CSMA/CA en los disposi i os.
• Es adís icas del CSMA/CA: de la ejecución del algo i mo de acceso alea o io en
cada disposi i o se han ob enido di e sas es adís icas, como el po cen aje de
amas ansmi idas con éxi o, el po cen aje de colisiones ( amas de con i mación
no ecibidas), el po cen aje de allos de acceso al canal (po sob epasa se
macMaxCSMABacko ) y el de allos de ansmisión de ama (po sob epasa se
macMaxF ameRe ies).
• Tiempos de ansacciones CSMA/CA: calculados an o pa a las ansacciones
e minadas con éxi o como pa a las ansacciones allidas. En las ansacciones
e minadas con éxi o se calcula el iempo anscu ido desde el ins an e en que
cada ama de da os comienza a se p ocesada po el algo i mo CSMA/CA, has a
el momen o en que se ecibe su ama de con i mación. En las ansacciones
e minadas con allo, el iempo se con abiliza has a el ins an e en que la ama es
desca ada po sob epasa se los lími es máximos macMaxCSMABacko o
macMaxF ameRe ies.
• Consumo de ene gía: calculado a pa i de la co ien e eléc ica consumida po
los anscep o es óp icos de los disposi i os. Es e consumo se ha modelado
dependiendo de los dis in os es ados que pueden oma dichos anscep o es.
A con inuación se p esen an los esul ados ob enidos pa a cada una de las
mé icas ci adas.
Goodpu y asa de pé dida de paque es
En la igu a 5.1 se ep esen an los alo es de goodpu ob enidos pa a los cua o
escena ios (con N = 4, 8, 12 y 16 disposi i os) en unción de la ca ga o al o ecida sob e
la ed.

CAPÍTULO 5. ANÁLISIS DE LOS RESULTADOS DE LAS SIMULACIONES
78
0%
10%
20%
30%
40%
50%
60%
70%
80%
0% 25% 50% 75% 100% 125% 150% 175% 200%
Ca ga o al sob e la ed
Goodpu
4 disposi i os 8 disposi i os 12 disposi i os 16 disposi i os
Figu a 5.1 –Goodpu en unción de la ca ga sob e la ed, sin nodos ocul os.
En la igu a 5.1 puede obse a se cómo aumen a el alo del goodpu a medida
que aumen a la ca ga, si bien se obse a que cuan o mayo es és a, meno es el goodpu
en los escena ios con mayo núme o de disposi i os en la ed. Es o se jus i ica po que
cuan o mayo es el núme o de disposi i os en la ed, mayo es el po cen aje de colisiones
pa a una misma ca ga o al o ecida, como puede comp oba se a pa i de las es adís icas
ob enidas del uncionamien o del algo i mo CSMA/CA que se p esen an a con inuación,
en la abla 5.4. El aumen o de las colisiones con el núme o de disposi i os con ibuye a
que el goodpu disminuya y la asa de pé dida de paque es aumen e cuando el núme o de
disposi i os se inc emen a.
Aunque el obje i o de los esul ados p esen ados en es e apa ado es e alua las
p es aciones de la ed cuando és a se encuen a en condición de á ico no sa u ado, se ha
comp obado que pa a alo es de ca ga mayo es al 200%, el goodpu con inúa
aumen ando has a alcanza un alo máximo, que ep esen a el pun o de equilib io en e
CAPÍTULO 5. ANÁLISIS DE LOS RESULTADOS DE LAS SIMULACIONES
79
la ca ga y la capacidad de ansmisión de la ed. A pa i de es e pun o, si la ca ga
con inúa aumen ando, los esul ados del goodpu en cada escena io comienzan a
disminui , has a oma inalmen e los alo es co espondien es al es ado en que la ed se
encuen a en condición de á ico sa u ado.
En la igu a 5.2 se ep esen an los alo es ob enidos pa a la asa de pé dida de
paque es, pudiendo comp oba se cómo aumen a la misma an o con la ca ga como con el
núme o de disposi i os de la ed. Dicha dependencia queda jus i icada en de alle con las
es adís icas ob enidas del uncionamien o del algo i mo CSMA/CA que se p esen an a
con inuación.
0%
10%
20%
30%
40%
50%
60%
70%
80%
0% 25% 50% 75% 100% 125% 150% 175% 200%
Ca ga o al sob e la ed
Tasa de pé dida de paque es
4 disposi i os 8 disposi i os 12 disposi i os 16 disposi i os
Figu a 5.2 – Tasa de pé dida de paque es, sin nodos ocul os.
Es adís icas del CSMA/CA
Pa a analiza cómo el algo i mo de acceso al canal CSMA/CA a ec a al goodpu y
a la asa de pé dida de paque es, se han ob enido es adís icas de alladas de su
CAPÍTULO 5. ANÁLISIS DE LOS RESULTADOS DE LAS SIMULACIONES
80
uncionamien o en la capa MAC de los disposi i os. La abla 5.4 mues a los esul ados
de las es adís icas ob enidas pa a los escena ios de 4 y 16 disposi i os, pa a es alo es
de ca ga seleccionados: 10%, 50% y 200%. Los alo es de las es adís icas mos adas se
han calculado p omediando los esul ados ob enidos en odos los disposi i os de cada
escena io.
La abla 5.4 mues a los alo es de las siguien es es adís icas:
• T amas ansmi idas con éxi o: po cen aje de las amas de da os que han sido
ansmi idas po los disposi i os y econocidas median e amas de con i mación
en iadas po el coo dinado . Es e po cen aje es á calculado sob e el o al de las
amas de da os que la capa MAC in en a ansmi i .
• Fallos de acceso al canal: po cen aje de amas pa a las que el algo i mo
CSMA/CA ha e minado con allo po habe se excedido el lími e del núme o
máximo de backo s (macMaxCSMABacko s, éase el apa ado 4.4.2). Las amas
e minadas con allo - y los paque es de aplicación encapsulados en ellas - son
desca adas po la capa MAC en los disposi i os. Es e po cen aje es á calculado
sob e el o al de las amas de da os que la capa MAC in en a ansmi i .
• Fallos de ansmisión de ama: po cen aje de amas pa a las que el algo i mo
CSMA/CA ha e minado con allo po excede se el lími e máximo del núme o de
ein en os de ansmisión (macMaxF ameRe ies, éase el apa ado 4.4.2). Las
amas a ec adas - y los paque es encapsulados en ellas - son desca adas po la
capa MAC en los disposi i os. Es e po cen aje es á calculado sob e el o al de
amas de da os que la capa MAC in en a ansmi i .
• Colisiones: po cen aje de las ansmisiones de amas ealizadas pa a las que no
se ha ecibido su co espondien e ama de econocimien o, po habe se p oducido
un allo en la ansmisión. De acue do con las condiciones de simulación ijadas,
la única causa que puede p o oca el allo en la ansmisión de una ama es una
colisión. Es e po cen aje es á calculado sob e el o al de las ansmisiones de
amas de da os ealizadas po la capa MAC.
CAPÍTULO 5. ANÁLISIS DE LOS RESULTADOS DE LAS SIMULACIONES
81
N
(nume o de
disposi i os)
Ca ga o al
o ecida
T amas
ansmi idas
con éxi o
Fallos de
acceso al canal
Fallos de
ansmisión de
ama
Colisiones
10% 93.2% 6.8% 0% 0.5%
50% 71.8% 28.2% 0% 2.9%
4
200% 38.2% 61.8% 0% 11.0%
10% 91.1% 8.9% 0% 0.8%
50% 67.4% 32.6% 0% 3.8%
16
200% 32.8% 67.2% 0% 14.2%
Tabla 5.4 – Es adís icas ob enidas del CSMA/CA, sin nodos ocul os.
En la abla 5.4 se obse a que el po cen aje de amas ansmi idas con éxi o
disminuye a medida que aumen an la ca ga y el núme o de disposi i os en la ed, lo cual
co obo a los esul ados de asa de pé dida de paque es p esen ados en la igu a 5.2. No
obs an e, hay que ene en cuen a que en la asa de pé dida de paque es se con abilizan
ambién los paque es de la capa de aplicación que no llegan a la capa MAC, a causa del
desbo damien o de la cola I q.
A modo de ejemplo, se puede indica que en el escena io con 4 disposi i os y con
la ca ga del 200%, el po cen aje de amas ansmi idas con éxi o e e ido al o al de
amas p ocesadas en la capa MAC es del 38,2% (según se indica en la abla 5.4). En el
mismo escena io y con la misma ca ga, se e i ica (según los alo es de asa de pé dida
de paque es de la igu a 5.2) que el po cen aje de paque es ansmi idos con éxi o se
educe a un 36%. La di e encia en e ambos po cen ajes se debe a los paque es de la capa
de aplicación que no llegan a la capa MAC po el desbo damien o de la cola I q.
Los alo es mos ados en la abla 5.4 mues an que, en ausencia de nodos ocul os,
odos los allos p oducidos en el algo i mo CSMA/CA es án con abilizados en la columna
de allos de acceso al canal, p oducidos cuando se excede el lími e
macMaxCSMABacko s. El núme o de e ansmisiones de amas po colisiones no es lo
su icien emen e al o como pa a p o oca allos en el algo i mo CSMA/CA al excede se el
lími e máximo de e ansmisiones (macMaxF ameRe ies), como puede obse a se en la
columna de allos de ansmisión de amas, cuyo alo es siemp e del 0%.
CAPÍTULO 5. ANÁLISIS DE LOS RESULTADOS DE LAS SIMULACIONES
88
los disposi i os mó iles, la con igu ación de enlace LOS di ec i o da luga a la apa ición
de nodos ocul os en la ed.
5.2.1 Pa áme os y condiciones de simulación
En la abla 5.6 se p esen an los p incipales pa áme os de con igu ación de la capa
PHY, empleados con la con igu ación de enlace LOS di ec i o. Se ema can en neg i a
los pa áme os añadidos o que modi ican su alo en elación con los pa áme os usados
en las simulaciones ealizadas sin nodos ocul os.
Pa áme o Valo
Velocidad de T ansmisión (MCS-ID 16) 1,25 Mbps
F ecuencia del eloj óp ico (MCS-ID 16) 3,75 MHz
Po encia óp ica de ansmisión del coo dinado 1.500 mW
Po encia óp ica de ansmisión de los disposi i os 30 mW
Angulo de po encia mi ad θ1/2 60º
Campo de isión (FOV) 60º
Á ea del elemen o o ode ec o (A) 1 cm2
Responsi idad del o ode ec o (R) 0,54
Ganancia del concen ado óp ico (G) 15
Coe icien e de ansmisión del il o óp ico (T) 1
Du ación de la unción CCA 8 ciclos de eloj
aTu na oundTime-TX-RX 0 ciclos de eloj
aTu na oundTime-RX-TX 8 ciclos de eloj
Tabla 5.6 –Pa áme os de con igu ación de la capa PHY cuando hay nodos ocul os.
Según el modelo de canal óp ico p esen ado en el apa ado 2.3.3, la di ec i idad
de los ansmiso es queda ca ac e izada po su ángulo de po encia mi ad, θ1/2, mien as
que en los ecep o es queda de inida po su campo de isón, FOV. A ambos pa áme os
se les ha asignado un alo de 60º, de acue do a [Komine04], con el in de ga an iza la
alidez del modelo de canal implemen ado, en el que el cálculo de la po encia óp ica
ecibida se ealiza conside ando únicamen e la componen e di ec a de la señal en e
ansmiso y ecep o .

CAPÍTULO 5. ANÁLISIS DE LOS RESULTADOS DE LAS SIMULACIONES
89
Pa a la po encia óp ica de ansmisión de los disposi i os se ha usado un alo de
30 mW, aco de con las limi aciones de consumo impues as en los e minales mó iles
alimen ados po ba e ías. Con el in de simpli ica el p oceso de cálculo del modelo, los
alo es de la ganancia del concen ado (G) y el coe icien e de ansmisión del il o
óp ico (T) se han conside ado cons an es, no eniéndose en cuen a la dependencia que
ienen con el ángulo de incidencia (ψ) con que la señal óp ica llega al ecep o .
En cualquie caso, los alo es seleccionados pa a los pa áme os de con igu ación
de la capa PHY son con o mes con los empleados pa a ca ac e iza los ansmiso es y
ecep o es en edes VLC con con igu ación de canal LOS di ec i o, y se ajus an a los
u ilizados en abajos que emplean dicho modelo de canal, como [Deqiang07],
[Komine03] y [T onghop12].
Empleando la con igu ación desc i a, se comp obó que en los cua o escena ios de
simulación – con 4, 8, 12 y 16 disposi i os – únicamen e es posible es ablece la
comunicación en e cada disposi i o y el coo dinado . Ninguno de los disposi i os de la
ed es capaz de de ec a la ansmisión de ningún o o, a causa de la di ec i idad de los
ansmiso es y ecep o es óp icos, y la limi ada po encia de ansmisión de los
disposi i os. Se puede conclui en onces que en edes VLC con opología en es ella y
con igu ación de canal LOS di ec i o odos los disposi i os de la ed son nodos ocul os
en e sí.
Pa a el es o de pa áme os de con igu ación de la capa MAC, la cola I q, y la
capa de aplicación, se man ienen los mismos alo es usados en las simulaciones que se
ealiza on pa a e alua las p es aciones de la ed con á ico no sa u ado y sin p esencia
de nodos ocul os.
5.2.2 Resul ados de simulación con á ico no sa u ado
En es e apa ado se p esen an los esul ados de las simulaciones ealizadas con la
ed en condición de á ico no sa u ado y con la con igu ación de canal LOS di ec i o.
Los esul ados se p esen an haciendo uso de las mismas mé icas empleadas en el
apa ado 5.1.8. El análisis de los esul ados de las simulaciones ealizadas con nodos
ocul os y su compa ación con los esul ados ob enidos sin ellos pe mi i á demos a el
e ec o que dichos nodos ienen sob e las p es aciones de la ed.
CAPÍTULO 5. ANÁLISIS DE LOS RESULTADOS DE LAS SIMULACIONES
90
Goodpu y asa de pé dida de paque es
En la igu a 5.1 se ep esen an los alo es de goodpu ob enidos pa a los cua o
escena ios en unción de la ca ga o al o ecida sob e la ed. En dicha igu a puede
obse a se que el goodpu máximo no alcanza el 20% de la elocidad de ansmisión en
ninguno de los escena ios, alo que queda muy po debajo del máximo goodpu
conseguido cuando no exis en nodos ocul os en la ed (en e el 65% y el 72%). También
puede obse a se cómo el goodpu comienza a descende de o ma ab up a a pa i de
alo es de ca gas mayo es al 30% – a causa del c ecien e núme o de colisiones – has a
alcanza un alo p ác icamen e igual al 0%.
0%
5%
10%
15%
20%
25%
0% 25% 50% 75% 100% 125% 150% 175% 200%
Ca ga o al sob e la ed
Goodpu
4 disposi i os 8 disposi i os 12 disposi i os 16 disposi i os
Figu a 5.7 - Goodpu en unción de la ca ga o al sob e la ed, con nodos ocul os.
Los esul ados de goodpu ob enidos se en con i mados con los alo es de la asa
de pé dida de paque es p esen ados en la igu a 5.8, donde se obse a cómo és a aumen a
ápidamen e con la ca ga, en compa ación con los esul ados ob enidos cuando no exis en
nodos ocul os en la ed. Compa ando las g á icas del goodpu de la igu a 5.7 y de asa de
CAPÍTULO 5. ANÁLISIS DE LOS RESULTADOS DE LAS SIMULACIONES
91
pé dida de paque es de la igu a 5.8, se puede comp oba que pa a alo es de ca ga
supe io es al 150% el goodpu es p ác icamen e nulo y la asa de pé dida de paque es es
casi el 100%.
0%
10%
20%
30%
40%
50%
60%
70%
80%
90%
100%
0% 25% 50% 75% 100% 125% 150% 175% 200%
Ca ga o al sob e la ed
Tasa de pé dida de paque es
4 disposi i os 8 disposi i os 12 disposi i os 16 disposi i os
Figu a 5.8 - Tasa de pé dida de paque es, con nodos ocul os.
Con el in de isualiza la magni ud de la deg adación de las p es aciones de la ed
a causa de la apa ición de los nodos ocul os, en las igu as 5.9 y 5.10 se mues a la
compa ación de los alo es ob enidos pa a el goodpu y la asa de pé dida de paque es en
los escena ios con 4 y 16 disposi i os, pa a el caso en que no hay nodos ocul os - caso (1)
- y en el que sí hay nodos ocul os en la ed - caso (2).
En las igu as 5.9 y 5.10 esul an e iden es las no ables di e encias en e los
alo es de goodpu y asa de pé dida de paque es ob enidos pa a ambos casos,
demos ándose además que la deg adación de las p es aciones se hace más p onunciada a
medida que aumen a la ca ga o ecida sob e la ed.
CAPÍTULO 5. ANÁLISIS DE LOS RESULTADOS DE LAS SIMULACIONES
92
0%
10%
20%
30%
40%
50%
60%
70%
80%
0% 25% 50% 75% 100% 125% 150% 175% 200%
Ca ga o al sob e la ed
Goodpu
4 disposi i os (1) 16 disposi i os (1) 4 disposi i os (2) 16 disposi i os (2)
Figu a 5.9 –Goodpu en ausencia (1) y p esencia (2) de nodos ocul os.
0%
10%
20%
30%
40%
50%
60%
70%
80%
90%
100%
110%
0% 25% 50% 75% 100% 125% 150% 175% 200%
Ca ga o al sob e la ed
Tasa de pé dida de paque es
4 disposi i os (1) 16 disposi i os (1) 4 disposi i os (2) 16 disposi i os (2)
Figu a 5.10 - Tasa de pé dida de paque es en ausencia (1) y p esencia (2) de nodos ocul os.
CAPÍTULO 5. ANÁLISIS DE LOS RESULTADOS DE LAS SIMULACIONES
93
Es adís icas del CSMA/CA
La abla 5.7 mues a los esul ados de las es adís icas ob enidas del CSMA/CA
pa a los escena ios de 4 y 16 disposi i os, y los alo es de ca ga seleccionados del 10%,
50% y 200%. Los alo es mos ados se han calculado p omediando los esul ados
ob enidos en odos los disposi i os de cada escena io. Los po cen ajes de las columnas de
amas ansmi idas con éxi o, de allos de acceso al canal y de allos de ansmisión de
ama es án calculados sob e el o al de las amas de da os que la capa MAC in en a
ansmi i . El po cen aje de colisiones es á calculado sob e el o al de ansmisiones de
amas de da os ealizadas po la capa MAC.
N
(nume o de
disposi i os)
Ca ga o al
o ecida
T amas
ansmi idas
con éxi o
Fallos de
acceso al canal
Fallos de
ansmisión de
ama
Colisiones
10% 85,9% 0% 14,1% 41%
50% 28,61% 0,03% 71,36% 91,2%
4
200% 0.1% 0% 99,9% 99,9%
10% 82% 0% 18% 0.8%
50% 22,73% 0.02% 77,25% 93,3%
16
200% 0,02% 0% 99,98% 99,9%
Tabla 5.7 - Es adís icas ob enidas del CSMA/CA, con nodos ocul os.
Al igual que sucede con las es adís icas ob enidas cuando no hay nodos ocul os en
la ed ( éase la abla 5.4), el po cen aje de amas ansmi idas con éxi o disminuye a
medida que aumen a la ca ga y el núme o de nodos en la ed. Sin emba go, en p esencia
de nodos ocul os es mucho más p onunciada la disminución del po cen aje de amas
ansmi idas con éxi o, llegando a se p ác icamen e el 0% con una ca ga del 200% en
odos los escena ios. La acusada disminución de las amas ansmi idas con éxi o se debe
al ápido inc emen o del núme o de colisiones, cuyo po cen aje esul a se supe io al
90% pa a ca gas mayo es al 50%.
Debido al ele ado po cen aje de colisiones, la p ác ica o alidad de los allos
p oducidos en el algo i mo CSMA/CA apa ecen con abilizados en la columna de allos
de ansmisión de ama, p oducidos cuando se excede el lími e máximo de

CAPÍTULO 5. ANÁLISIS DE LOS RESULTADOS DE LAS SIMULACIONES
94
e ansmisiones (macMaxF ameRe ies), lo que supone una cla a di e encia con las
es adís icas ob enidas cuando no hay nodos ocul os, donde odos los allos p oducidos en
el algo i mo CSMA/CA es án con abilizados en la columna de allos de acceso al canal,
p oducidos cuando se excede el lími e macMaxCSMABacko s.
Tiempos de ansacciones CSMA/CA
En la igu a 5.11 se ep esen an los alo es de los iempos medios de las
ansacciones CSMA/CA e minadas con éxi o, en unción de la ca ga o al o ecida sob e
la ed. Los iempos p esen ados en la igu a 5.11 son los p omedios de los alo es
ob enidos de odos los disposi i os. En dicha igu a puede obse a se que los iempos de
las ansacciones aumen an con el núme o de disposi i os en la ed, al se necesa ias más
e ansmisiones de amas a causa del mayo núme o de colisiones exis en es en los
escena ios con más disposi i os.
6.00E-03
7.00E-03
8.00E-03
9.00E-03
1.00E-02
1.10E-02
1.20E-02
1.30E-02
1.40E-02
1.50E-02
1.60E-02
0% 50% 100% 150% 200%
Ca ga o al o ecida
Tiempos de ansacciones CSMA/CA (segs)
4 disposi i os 8 disposi i os 12 disposi i os 16 disposi i os
Figu a 5.11 - Tiempos de ansacciones CSMA/CA e minadas con éxi o, con nodos ocul os.
En la igu a 5.11 se obse a ambién que los iempos de las ansacciones
e minadas con éxi o expe imen an un inc emen o no able con la ca ga, siemp e que és a
no sob epase el 150%. Pa a alo es de ca ga mayo es al 150% se p oduce una in e sión
CAPÍTULO 5. ANÁLISIS DE LOS RESULTADOS DE LAS SIMULACIONES
95
en dicha endencia, debido al bajo núme o de de ansacciones que e minan con éxi o y
al hecho de que una pa e impo an e de las mismas e mina as habe se ealizado un
meno núme o de e ansmisiones.
Compa ando los iempos de las ansacciones e minadas con éxi o cuando hay
nodos ocul os, en la igu a 5.11, con los iempos ob enidos sin nodos ocul os, en la igu a
5.3, se comp ueba que con nodos ocul os el aumen o de dichos iempos con la ca ga es
mucho más p onunciado, po el inc emen o en el núme o de e ansmisiones de amas
que hay que ealiza a causa de las colisiones.
En la igu a 5.12 se ep esen an los iempos medios de las ansacciones
e minadas con allo. Los esul ados de las simulaciones mos ados en la igu a indican
que en odos los escena ios los iempos de las ansacciones allidas se man ienen muy
p óximos al alo :
allo = 2,83·10-2 seg. (5.8)
Teniendo en cuen a el alo del iempo necesa io pa a ealiza la ansmisión de
una ama y su co espondien e con i mación ama+ack, indicado en la exp esión (5.7), el
iempo necesa io pa a ealiza 4 ansmisiones de amas y sus espec i as con i maciones
esul a á:
4 ama+ack = 4 · ama+ack = 4 · 6,81·10-3 = 2,72·10-2 segs. (5.9)
Es e alo de iempo ob enido, 4 ama+ack , sumado a los iempos necesa ios pa a
ealiza los backo s, los alineamien os con los slo s de la supe ama, y las llamadas a la
unción CCA, esul a en un o den de magni ud simila al iempo de las ansacciones
allidas, allo, indicado en (5.8). De es a o ma, se puede a i ma que, en p omedio, las
ansacciones allidas e minan después de habe se ealizado 4 ansmisiones de amas,
al e se sob epasado el lími e máximo de ein en os de ansmisión dado po el a ibu o
macMaxF ameRe ies, cuyo alo se ha ijado a 3 ein en os.
CAPÍTULO 5. ANÁLISIS DE LOS RESULTADOS DE LAS SIMULACIONES
96
2.00E-02
2.10E-02
2.20E-02
2.30E-02
2.40E-02
2.50E-02
2.60E-02
2.70E-02
2.80E-02
2.90E-02
3.00E-02
0% 50% 100% 150% 200%
Ca ga o al o ecida
Tiempos de ansacciones CSMA/CA (segs)
4 disposi i os 8 disposi i os 12 disposi i os 16 disposi i os
Figu a 5.12 - Tiempos de ansacciones CSMA/CA e minadas con allo, con nodos ocul os.
Consumo de ene gía
En la igu a 5.13 se mues an el consumo medio de co ien e del anscep o de
cada disposi i o en unción de la ca ga o ecida. En compa ación con los alo es de
consumo ob enidos cuando no hay nodos ocul os ( éase la igu a 5.5), los consumos con
nodos ocul os se man ienen en alo es supe io es en la p ác ica o alidad de los alo es de
ca ga y en odos los escena ios.
Compa ando los consumos ob enidos cuando hay nodos ocul os, p esen ados en la
igu a 5.13, con los ob enidos sin nodos ocul os, en la igu a 5.5, se comp ueba que las
di e encias exis en es en e ellos se hacen más no ables a medida que aumen a la ca ga.
El mayo inc emen o en los consumos con nodos ocul os se debe al aumen o en el
núme o de e ansmisiones de amas que hay que ealiza , causa de las colisiones
p oducidas en la ed.
CAPÍTULO 5. ANÁLISIS DE LOS RESULTADOS DE LAS SIMULACIONES
97
0.00E+00
2.00E-01
4.00E-01
6.00E-01
8.00E-01
1.00E+00
1.20E+00
1.40E+00
1.60E+00
1.80E+00
0% 20% 40% 60% 80% 100% 120% 140% 160% 180% 200%
Ca ga o al o ecida
Consumo (mA)
4 disposi i os 8 disposi i os 12 disposi i os 16 disposi i os
Figu a 5.13 - Consumo medio de co ien e po disposi i o, con nodos ocul os.
Las di e encias en e los consumos ob enidos en ausencia y p esencia de nodos
ocul os quedan más pa en es si se emplea como indicado el consumo o al de co ien e
po by e de ca ga ú il (by e de la MSDU) ans e ido en la ed; es deci , la co ien e que
ha de se consumida po odos los disposi i os de la ed pa a ecibi con éxi o en el
coo dinado un by e de los paque es de la capa de aplicación.
En la abla 5.8 se mues an los esul ados de consumo de co ien e po by e, pa a
los escena ios de 4 y 16 disposi i os y pa a los alo es de ca ga del 50%, 100% y 200%.
Los alo es de la abla 5.8 mues an que a medida que aumen a la ca ga o ecida hay un
inc emen o de los consumos po by e en ambos escena ios, an o en ausencia como en
p esencia de nodos ocul os. No obs an e, puede obse a se que en p esencia de nodos
ocul os y con ca gas mayo es al 100%, los consumos po by e alcanzan alo es
supe io es en a ios ó denes de magni ud a los consumos ob enidos sin nodos ocul os.
CAPÍTULO 6. PROPUESTA DE SOLUCIÓN AL PROBLEMA DEL NODO OCULTO
104
Figu a 6.1 – Uso de pa ones de inac i idad ue a de banda (a) y den o de banda (b) como mecanismo de
señalización en el coo dinado .
La solución p opues a p esen a la en aja de no eque i modi icaciones en las
especi icaciones que el es ánda IEEE 802.15.7 ija pa a las ca ac e ís icas de las capas
PHY y MAC de los disposi i os y el coo dinado :
• En cuan o al coo dinado , el es ánda es ablece que és e debe se capaz de
ansmi i los pa ones de inac i idad al mismo iempo que ecibe las amas
p oceden es de los disposi i os, g acias a la sepa ación espacial exis en e
en e el componen e ansmiso (LED) y ecep o ( o o de ec o ) de los
anscep o es óp icos.
• En los disposi i os no es necesa ia ampoco ninguna modi icación,
man eniendo su alidez el mé odo CSMA/CA usado pa a ealiza las
ansmisiones uplink en el pe iodo de acceso con con ención de la
supe ama.
No obs an e, y de acue do con los esul ados publicados en algunos abajos,
como [Lin09], la ansmisión simul ánea de señales óp icas en ambos sen idos (pa ones
de inac i idad en sen ido downlink y amas en sen ido uplink) puede da luga a
in e e encias mu uas en e las señales ansmi idas. Po ello, con el in de minimiza
dichas in e e encias es necesa io con igu a la capa PHY del coo dinado y los

CAPÍTULO 6. PROPUESTA DE SOLUCIÓN AL PROBLEMA DEL NODO OCULTO
105
disposi i os con di e en es bandas de longi ud de onda (Channel Numbe s) pa a cada
sen ido de ansmisión.
La solución p opues a se ha inco po ado al modelo de simulación implemen ado,
do ando a la capa PHY del coo dinado de la capacidad de selecciona el ipo de
pa ones de inac i idad que puede emi i , dependiendo de si ecibe o no ansmisiones
p oceden es de los disposi i os. De es a o ma, con el comienzo de cada nue a ama
que se ecibe en la capa PHY del coo dinado , és e ac i a la emisión de su pa ón de
inac i idad den o de banda, el cual es de ec ado po los disposi i os cuando in ocan la
unción CCA pa a comp oba el es ado del canal. Al inaliza la ecepción de las amas,
la capa PHY del coo dinado pasa a emi i su pa ón de inac i idad ue a de banda, con
lo que los disposi i os de ec an el canal disponible pa a ansmi i .
6.2.2 Condiciones y esul ados de simulación
Pa a comp oba la e ec i idad de la solución p opues a con el modelo de
simulación implemen ado se han ealizado simulaciones pa a los cua o escena ios
diseñados (de 4, 8, 12 y 16 disposi i os), empleando el modelo de canal LOS di ec i o
y man eniendo las condiciones de simulación u ilizadas en el apa ado 5.2.1 pa a
e alua las p es aciones de la ed cuando hay nodos ocul os.
Los esul ados ob enidos de las simulaciones ealizadas con la solución
p opues a son idén icos a los esul ados ob enidos de las simulaciones ealizadas sin
nodos ocul os (p esen ados en el apa ado 5.1.8), pa a los cua o escena ios y la p ác ica
o alidad de los alo es de ca ga simulados. Como con i mación de dichos esul ados, a
con inuación se mues an las g á icas con los alo es del goodpu y la asa de pé dida de
paque es ob enidos con la solución p opues a. Los esul ados pa a las es an es mé icas
analizadas son ambién los mismos que los ob enidos de las simulaciones ealizadas sin
nodos ocul os.
CAPÍTULO 6. PROPUESTA DE SOLUCIÓN AL PROBLEMA DEL NODO OCULTO
106
Goodpu y asa de pé dida de paque es
En la igu a 6.2 se ep esen an los alo es de goodpu ob enidos pa a los cua o
escena ios en unción de la ca ga o al o ecida sob e la ed. Como ya se ha indicado,
coinciden con los alo es de goodpu ob enidos de las simulaciones ealizadas sin nodos
ocul os.
0%
10%
20%
30%
40%
50%
60%
70%
80%
0% 25% 50% 75% 100% 125% 150% 175% 200%
Ca ga o al sob e la ed
Goodpu
4 disposi i os 8 disposi i os 12 disposi i os 16 disposi i os
Figu a 6.2 - Resul ados de goodpu ob enidos con la solución p opues a.
En la igu a 6.3 se ep esen an los alo es de asa de pé dida de paque es
ob enidos en unción de la ca ga o ecida sob e la ed. Los alo es coinciden con los
ob enidos de las simulaciones ealizadas sin nodos ocul os.
CAPÍTULO 6. PROPUESTA DE SOLUCIÓN AL PROBLEMA DEL NODO OCULTO
107
0%
10%
20%
30%
40%
50%
60%
70%
80%
0% 25% 50% 75% 100% 125% 150% 175% 200%
Ca ga o al sob e la ed
Tasa de pé dida de paque es
4 disposi i os 8 disposi i os 12 disposi i os 16 disposi i os
Figu a 6.3 – Resul ados de asa de pé dida de paque es ob enidos con la solución p opues a.
Los esul ados de goodpu y asa de pé dida de paque es p esen ados en las
igu as 6.2 y 6.3 han sido ob enidos desca ando la posibilidad de que en el coo dinado
se expe imen e un e a do en el iempo necesa io pa a cambia en e uno y o o ipo de
pa ones de inac i idad. Es deci , en las simulaciones ealizadas, an p on o como
comienza a ecibi se una ama en la capa PHY del coo dinado , se ac i a la emisión del
pa ón de inac i idad den o de banda, y an p on o como e mina la ecepción, se ac i a
la emisión del pa ón de inac i idad ue a de banda. Los únicos e a dos que a ec an a
los pa ones de inac i idad que son ecibidos po los disposi i os se deben a los iempos
de p opagación de la señal óp ica en el ecin o simulado.
El es ánda IEEE 802.15.7 no es ablece especi icaciones ela i as a los iempos
que puedan se necesa ios pa a la ac i ación y desac i ación de los pa ones de
inac i idad, ni ampoco pa a los iempos que puedan eque i se pa a cambia el ipo de
pa ón de inac i idad. No obs an e, se conside ó de in e és ealiza simulaciones pa a
es udia los e ec os que sob e las p es aciones de la ed puede ene un e a do de
CAPÍTULO 6. PROPUESTA DE SOLUCIÓN AL PROBLEMA DEL NODO OCULTO
108
iempo in oducido en e el comienzo/ e minación de la ecepción de amas y el cambio
del ipo de pa ón de inac i idad en el coo dinado .
En la igu a 6.4 se mues a la compa ación de los alo es ob enidos pa a el
goodpu en los escena ios con 4 y 16 disposi i os, pa a el caso en que no hay e a do al
cambia el ipo de pa ón de inac i idad - caso (1) - y en el que hay un e a do añadido
equi alen e a 8 ciclos de eloj - caso (2). El e a do de 8 ciclos de eloj (2,13·10-6 seg.)
se ha escogido po se igual al alo de iempo con igu ado pa a que el anscep o
óp ico pase del es ado de ecepción al de ansmisión (aTu na oundTime-RX-TX).
0%
10%
20%
30%
40%
50%
60%
70%
80%
0% 25% 50% 75% 100% 125% 150% 175% 200%
Ca ga o al sob e la ed
Goodpu
4 disposi i os (1) 16 disposi i os (1) 4 disposi i os (2) 16 disposi i os (2)
Figu a 6.4 - Valo es de goodpu ob enidos con la solución p opues a sin e a do añadido (1) y con e a do
añadido (2) al cambia el ipo de pa ón de inac i idad.
En la igu a se obse a una lige a disminución de los alo es de goodpu
ob enidos cuando hay e a do añadido, en compa ación con los alo es ob enidos sin
e a do. Se obse a ambién que las di e encias en e dichos alo es de goodpu ienden
a aumen a con la ca ga, pe o se man ienen en odos los casos debajo del 2%.
CAPÍTULO 6. PROPUESTA DE SOLUCIÓN AL PROBLEMA DEL NODO OCULTO
109
La deg adación en las p es aciones de la ed con el e a do obedece al des ase
añadido en e los iempos de comienzo/ in de las ansmisiones de los disposi i os y los
co espondien es iempos de gene ación de los pa ones den o/ ue a de banda en el
coo dinado . Es e des ase puede aduci se en dos e ec os p incipales:
1. Pueden p oduci se colisiones adicionales, po de ec a se el canal como
disponible cuando acaba de comenza una ansmisión, y los disposi i os
con inúan ecibiendo el pa ón de inac i idad ue a de banda.
2. Puede de ec a se el canal ocupado si ya no lo es á, cuando acaba de inaliza
una ansmisión, y los disposi i os con inúan ecibiendo el pa ón de
inac i idad den o de banda.
En cualquie caso, y a pesa de los posibles e ec os ad e sos in oducidos po los
e a dos que pudie an exis i en e los iempos de comienzo/ e minación de ecepción de
las amas y el cambio del ipo de pa ón de inac i idad, los esul ados p esen ados
demues an el al o g ado de e ec i idad de la solución p opues a pa a esol e el
p oblema del nodo ocul o en las edes basadas en el es ánda IEEE 802.15.7.
La solución p opues a cuen a con la en aja adicional de se ambién e ec i a en
edes IEEE 802.15.7 con con igu aciones de enlace que no es én basadas en la
con igu ación de canal LOS di ec i o.

CAPÍTULO 6. PROPUESTA DE SOLUCIÓN AL PROBLEMA DEL NODO OCULTO
110
CAPÍTULO 7.CONCLUSIONES Y LÍNEAS FUTURAS
111
7. Conclusiones y líneas u u as
En es e capí ulo se p esen an las p incipales conclusiones de es e abajo de
in es igación y las líneas u u as de abajo a segui .
7.1 Conclusiones
Desde su publicación en 2011, el es ánda IEEE 802.15.7 se iene pos ulando
como una de las inicia i as más impo an es pa a no maliza e implan a el uso de las
ecnologías VLC en las edes inalámb icas WPAN. Las ecnologías de comunicaciones
óp icas no guiadas, además de ep esen a una al e na i a iable a los sis emas basados
en adio ecuencia, son un i me candida o pa a sa is ace la demanda de sis emas de
acceso inalámb icos con que a on a el c ecimien o del á ico de da os que se p e é
pa a los p óximos años.
La implan ación de las edes basadas en el es ánda IEEE 802.15.7 debe a on a
a ios desa íos ecnológicos, en e los cuales se encuen an las di icul ades que
p esen an las comunicaciones ealizadas en sen ido uplink (desde los disposi i os hacia
el coo dinado ). En e dichas di icul ades hay que des aca las limi aciones que el
consumo eléc ico de los diodos LED impone en la po encia de ansmisión de los
disposi i os mó iles, las moles ias p oducidas a los usua ios po las señales luminosas
emi idas po los disposi i os, y las limi aciones en la mo ilidad causadas po la
necesidad de man ene una adecuada o ien ación en los disposi i os.
Adicionalmen e, las comunicaciones uplink ealizadas median e el mé odo
CSMA/CA en el es ánda IEEE 802.15.7 se en a ec adas po el p oblema del nodo
CAPÍTULO 7.CONCLUSIONES Y LÍNEAS FUTURAS
112
ocul o, p oblema cuyos e ec os han sido obje o de es udio en es e abajo de
in es igación. En es a esis se han e aluado los e ec os de dicho p oblema median e
simulación, modelándose una ed con opología en es ella y con igu ación de canal
LOS di ec i o. Bajo es as condiciones, se comp obó que en la o alidad de los
escena ios modelados odos los disposi i os de la ed son nodos ocul os, al no se
ninguno capaz de de ec a las ansmisiones de los demás.
Los esul ados ob enidos de las simulaciones mues an que los e ec os del
p oblema del nodo ocul o p oducen una deg adación impo an e en las p es aciones de
la ed, deg adación que se demues a con los alo es ob enidos de las mé icas
analizadas (goodpu , asa de pé dida de paque es, colisiones, consumo de ene gía, e c.).
La magni ud de la deg adación p oducida en la ed como e ec o de los nodos
ocul os puede depende de las ca ac e ís icas especí icas de los ansmiso es y
ecep o es óp icos empleados en los disposi i os. A modo de ejemplo, el uso de
ansmiso es y ecep o es menos di ec i os pod ía educi en pa e los e ec os del
p oblema del nodo ocul o en edes que u ilicen una con igu ación de enlace di uso. En
cualquie caso, las limi aciones en el alcance de la señal óp ica - a causa de las
es icciones en las po encias de ansmisión de los disposi i os – exigen que no puedan
igno a se los e ec os del p oblema del nodo ocul o, independien emen e de la
con igu ación de enlace u ilizada en la ed.
En conclusión, el p oblema del nodo ocul o ha de se incluido como una de las
di icul ades a esol e en las comunicaciones uplink ealizadas median e el mé odo
CSMA/CA en las edes IEEE 802.15.7. Po ello, como pa e de es e abajo de
in es igación se ha elabo ado una p opues a de solución al p oblema, que p esen a la
en aja de no eque i modi icaciones en las especi icaciones que el es ánda ija pa a
las ca ac e ís icas de las capas PHY y MAC de los disposi i os y el coo dinado .
La solución p opues a en es a esis se basa en el uso de los pa ones de
inac i idad que deben se en iados po el coo dinado , du an e los in e alos de iempo
en que es á ecibiendo o no iene ac i idad, según especi ica el es ánda . Median e la
selección adecuada del ipo de pa ón de inac i idad - den o o ue a de banda - el
coo dinado puede señaliza si ecibe o no ansmisiones p oceden es de los disposi i os
de la ed. De es a o ma, se ga an iza que odas las ansmisiones ealizadas son
CAPÍTULO 7.CONCLUSIONES Y LÍNEAS FUTURAS
113
de ec adas po la o alidad de los disposi i os, desca ándose la posible apa ición de
nodos ocul os en la ed.
Los esul ados ob enidos de las simulaciones ealizadas con la solución
p opues a han pe mi ido demos a su al o g ado de e ec i idad, al ob ene se con la
misma alo es de p es aciones p ác icamen e iguales a los ob enidos cuando no hay
nodos ocul os en la ed, lo que pe mi e demos a la alidez de la solución adop ada.
7.2 Líneas u u as de in es igación
A con inuación se p oponen algunas de las líneas de in es igación que pueden
se desa olladas como con inuación del abajo ealizado en es a esis:
• Modela o as con igu aciones de enlace óp ico empleadas en las edes VLC,
como la con igu ación de enlace LOS no di ec i o y la con igu ación de enlace
di uso (non-LOS). Pa a ello, se á necesa io implemen a un modelo de canal que
con emple las e lexiones su idas po la señal óp ica en el ecin o, y que pe mi a
calcula la dis o sión p oducida en la señal a causa de la mul ip opagación.
• Inco po a la p esencia de obs áculos en el ecin o simulado, modelando sus
e ec os en la p opagación de la señal óp ica en unción de la con igu ación de
enlace óp ico empleado.
• Es udia e implemen a un modelo de cálculo que pe mi a e alua la asa de
e o de bi a pa i de la señal óp ica ecibida, conside ando ac o es como la
con igu ación del enlace u ilizada, las o mas de modulación y codi icación de
línea empleadas (según el es ánda IEEE 802.15.7) y el alo de la elación señal
a uido.
• E alua las p es aciones de la ed en escena ios que inco po en nue as opciones
pa a la ca ac e ización del á ico de da os. Po ejemplo, median e la ealización
de ansmisiones bidi eccionales de da os en sen ido uplink y downlink, o
haciendo uso de los pe iodos de acceso con con ención y sin con ención de la
supe ama. In eg a la a qui ec u a TCP/IP en el modelo de simulación, con el
in de analiza el endimien o de la ed con dis in os ipos de á ico y dis in os
ipos de aplicaciones.
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