Arquitectura sostenible de comunicación oportunista para despliegue de aplicaciones edge-fog-cloud en zonas rurales

Abstract

Existen zonas rurales aisladas que carecen de infraestructuras para desplegar aplicaciones distribuidas o sistemas de Internet de las Cosas (IoT). Factores como las limitaciones geográficas o el alto coste de inversión motivan la falta de acceso a Internet en estas regiones, impidiendo así su digitalización. Considerando este contexto, el presente trabajo de tesis propone una arquitectura sostenible de comunicación oportunista que aplica el modelo Edge-Fog-Cloud para el despliegue de aplicaciones distribuidas en entornos que carecen de conexión a Internet. Para ello, se compone una capa Edge conformada por dispositivos finales que reciben y emiten información mediante comunicaciones oportunistas basadas en interfaces de corto alcance. Esta estrategia aprovecha los desplazamientos y encuentros físicos de los dispositivos para acercar la información hasta nodos Fog, equipados con acceso a Internet y capaces de comunicarse con los nodos Cloud. La propuesta de tesis detalla las entidades y procesos involucrados en la arquitectura, definiendo diferentes algoritmos de encaminamiento que aplican métricas basadas en el comportamiento individual de los nodos para optimizar la transmisión de información. Con el objetivo de evaluar la solución, se plantea un conjunto de aplicaciones y escenarios, estudiando la calidad de servicio y comparando los resultados con alternativas. Además, se determina el consumo energético de la propuesta, así como la viabilidad en el uso de energía solar para suministrar corriente a elementos de la red. Como conclusión, la propuesta denota resultados positivos, con un consumo energético viable y sostenible, alcanzando unas métricas de calidad de servicio superiores a las alternativas.

Isolated rural areas lack infrastructure for deploying distributed applications or Internet of Things (IoT) systems. Geographic constraints or high investment costs cause internet access deprivation, hindering digitalization. Given this context, this thesis proposes a sustainable opportunistic communication architecture using the Edge-Fog-Cloud model to deploy applications in áreas lacking internet connection. It includes an Edge layer made up of end devices that receive and transmit information through short-range, opportunistic communications. This strategy uses device movements and encounters to convey information to Fog nodes, equipped with internet access and capable of communicating with Cloud nodes. The thesis outlines the entities and processes in the architecture, defining different routing algorithms that apply individual-node-behaviour metrics to optimize information transmission. To evaluate the solution, a set of applications and scenarios are proposed, studying service quality and comparing results with alternatives. Additionally, it assesses the energy consumption of the proposal, as well as the feasibility of using solar energy to power network elements. In conclusion, the proposal shows positive results, with feasible and sustainable energy consumption, achieving superior service quality metrics than alternatives.