Gen3: protocolo MAC adaptativo escalonado com multiplexação estatística
Redes de Sensores Sem Fio (RSSF) têm sido objeto de estudo e desenvolvimento há mais de uma década. Com o desenvolvimento de dispositivos mais robustos e com mais recursos, as propostas para uso de RSSF passaram de aplicações simples, com alta tolerância a falhas, para aplicações de monitoramento e...
| Autor: | |
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| Tipo de recurso: | artículo |
| Estado: | Versión publicada |
| Fecha de publicación: | 2017 |
| País: | Brasil |
| Institución: | Universidade Federal de Lavras (UFLA) |
| Repositorio: | Repositório Institucional da UFLA |
| Idioma: | portugués |
| OAI Identifier: | oai:repositorio.ufla.br:1/13227 |
| Acceso en línea: | https://repositorio.ufla.br/handle/1/13227 |
| Access Level: | acceso abierto |
| Palabra clave: | Ciência da Computação Protocolo MAC Multiplexação estatística Statistical multiplexing MAC protocol Redes de sensores sem fio Wireless sensor networks |
| Sumario: | Redes de Sensores Sem Fio (RSSF) têm sido objeto de estudo e desenvolvimento há mais de uma década. Com o desenvolvimento de dispositivos mais robustos e com mais recursos, as propostas para uso de RSSF passaram de aplicações simples, com alta tolerância a falhas, para aplicações de monitoramento e controle que requerem alta disponibilidade e confiabilidade. Os protocolos de controle de acesso ao meio (MAC - Medium Access Control) têm papel determinante para que essas redes operem de forma correta e eficiente. Os protocolos MAC podem ser classificados como baseados em contenção (CBP -Contention-Based Protocol) ou escalonados (TDMA - Time Division Multiple Access). Protocolos CBP apresentam baixa latência na entrega dos pacotes em relação aos protocolos TDMA em redes com baixo tráfego. Tráfego intenso ou alta densidade de nós, no entanto, prejudicam a operação de protocolos CBP, fazendo com que tenham operação imprevisível, com maiores perdas e latência mais alta que protocolos TDMA. Apesar de apresentarem comportamento mais estável que protocolos CBP quando submetidos a tráfego intenso, protocolos TDMA podem subutilizar o meio de transmissão em redes com baixo tráfego ou quando os nós apresentam geração de tráfego desbalanceada. Se em uma rede TDMA um nó gera poucos pacotes e outro gera muitos pacotes, o tempo de uso do meio se mantém igual para ambos, sendo subutilizado pelo primeiro nó e potencialmente insuficiente para o segundo nó. A utilização de multiplexação estatística em protocolos TDMA pode atenuar esse problema, por permitir o uso oportunístico de slots subutilizados. Outra questão a ser considerada é a mobilidade e adaptação da rede a diferentes condições. Em geral, protocolos TDMA mantêm informações sobre a rede que variam com a topologia e a movimentação de nós. Alguns protocolos definem parâmetros com base em situações esperadas da rede que podem limitar a operação dos nós. Este trabalho apresenta o Gen3, um protocolo TDMA generalista que organiza a rede logicamente como uma árvore. O protocolo é autoconfigurável e se adapta à quantidade de nós da rede enquanto mantém a operação dos nós já associados. O protocolo emprega múltiplos canais para aumentar a quantidade de comunicações simultâneas, visando o incremento da vazão, da taxa de entrega e a redução da latência de entrega dos pacotes. Além disso, um mecanismo de multiplexação estatística permite que o tempo ocioso de um slot pertencente a um nó seja aproveitado por outro nó que tenha demanda pelo meio de transmissão. O Gen3 foi avaliado por meio de exaustivas simulações utilizando o simulador OMNeT++ e o framework INET. Os resultados obtidos mostram sua capacidade de oferecer altas taxas de entrega e vazão, mesmo quando submetido a tráfego intenso, superando o protocolo utilizado para comparação. A adaptabilidade do protocolo pôde ser avaliada pela sua correta configuração em diferentes topologias e pelo impacto reduzido da mobilidade dos nós nas métricas de transmissão. |
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