Modelado y validación de topologías de comunicación para redes de sensores en escenarios de monitoreo remoto

Abstract

Las redes de sensores inalámbricos ampliamente utilizados en aplicaciones de monitoreo remoto donde la continuidad de la comunicación es esencial. En estos entornos, la pérdida de nodos podía comprometer la transmisión de datos y reducir la confiabilidad del sistema, por lo que resultaba necesario evaluar arquitecturas que mantengan operación aún ante fallas. Se desarrolló y analizó una red WSN tolerante a fallos combinando teoría de grafos y experimentación con tecnologías ESP-NOW y LoRa. El análisis matemático incluyó grafos dirigidos, no dirigidos y grafos de visibilidad para caracterizar la robustez estructural y el efecto de remover nodos sobre la conectividad. En las pruebas experimentales se evaluaron la latencia y la comunicación multisalto, observándose que ESP-NOW ofreció baja latencia pero fue sensible a fallos en nodos centrales, mientras que LoRa presentó una mayor latencia pero conservó enlaces estables incluso con múltiples pérdidas. Los resultados permitieron identificar configuraciones más resistentes y establecer lineamientos para el diseño de redes de monitoreo remoto robustas y tolerantes a fallos.

Wireless sensor networks (WSNs) were widely used in remote monitoring applications where continuous communication was essential. In such environments, node failures could compromise data transmission and reduce system reliability, making it necessary to evaluate architectures capable of maintaining operation even under fault conditions. This work developed and analyzed a fault-tolerant WSN by combining graph-theoretical modeling with experimental evaluation using ESP-NOWand LoRa technologies. The mathematical analysis included directed graphs, undirected graphs, and visibility graphs to characterize structural robustness and quantify the impact of node removal on network connectivity. Experimental tests assessed latency and multi-hop communication, showing that ESP-NOW provided low latency but was sensitive to failures in central nodes, whereas Lo- Ra exhibited higher latency but preserved stable links even under multiple node losses. The results helped identify more resilient configurations and provided guidelines for the design of robust and fault-tolerant WSNs for remote monitoring applications.