dissertação
Coexistência em redes de sensores sem fio: técnicas de seleção dinâmicas de canais
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UNIVERSIDADE FEDERAL DE LAVRAS
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Programa de Pós-Graduação
DCC - Programa de Pós-graduação
Agência de fomento
Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)
Tipo de impacto
Áreas Temáticas da Extenção
Objetivos de Desenvolvimento Sustentável
Dados abertos
Resumo
Due to the development and popularization of mobile devices in recent years, the demand for wireless communications has increased more and more. A wide variety of applications is being developed for wireless networks, including wireless sensor networks (WSN). However, wireless sensor networks and many other current communication systems use the same spectrum of available frequencies, the ISM (Industrial, Medical and Scienti cal). The frequency range of 2.4 GHz is widely used in a number of wireless technologies (wireless sensor networks, WiFi, Bluetooth, cordless phones, etc..) that must coexist. The electromagnetic interference, intentional or not, represents a serious threat to availability of services in wireless networks (and may even derail the functioning of these networks), being a major cause of loss of performance in wireless networks. This work intends to evaluate the behavior of wireless sensor networks in the presence of interference sources in real scenarios, a multi-radio node prototype as an alternative to mitigate interference problems and the development of two protocols for sensing and decision spectrum. These protocols were based on the T-MAC protocol (Time-out-MAC) and implemented in Castalia simulator, called DSCMAC (Dynamic Selection Channel MAC) and DSCMAC-AHP (Dynamic Selection Channel MAC - AHP) which allow the opportunistic use of the transmission medium. The results of practical experiments showed that the coexistence of WSNs with other devices operating in the frequency range of 2.4 GHz reduce the performance of these networks. The use of multi- radio node prototype, in the same scenarios and under the same conditions of interference as the traditional nodes, provided signi cant improvements in the performance of WSN, with delivery rate of packets higher than 97%. Simulations of the proposed methods showed that DSCMAC and DSCMAC-AHP protocols achieved delivery rates above the original T-MAC, reaching 63% and 59%, respectively.
Devido ao desenvolvimento e a populariza c~ao de dispositivos m oveis nos ultimos anos, a demanda por comunica c~ao sem o tem aumentado cada vez mais. Uma ampla variedade de aplica c~oes est a sendo desenvolvida para redes sem o, inclusive para redes de sensores sem o (RSSF). No entanto, as redes de sensores sem o e v arios outros sistemas atuais de comunica c~ao utilizam o mesmo espectro de frequ^encias livres, o ISM (Industrial, Scienti cal and Medical ). A faixa de frequ^encia de 2,4 GHz e amplamente utilizada em uma s erie de tecnologias sem o (redes de sensores sem o, redes WiFi, Bluetooth, telefones sem o, etc.) que devem coexistir. A interfer^ encia de sinais eletromagn eticos, intencional ou n~ao, representa uma grave amea ca a disponibilidade de servi cos em redes sem o (podendo at e mesmo inviabilizar o funcionamento delas), sendo uma das principais causas da sua perda de desempenho. Este trabalho prop~oe a avalia c~ao do comportamento de redes de sensores sem o na presen ca de fontes de interfer^encia em cen arios reais, a prototipa c~ao de um n o sensor multirr adio como alternativa para mitigar os problemas de interfer^encia e o desenvolvimento de dois protocolos de sensoriamento e decis~ao de espectro. Esses protocolos foram baseados no protocolo T-MAC (Time-out-MAC) e implementados no simulador Castalia, chamados de DSCMAC (Dynamic Selection Channel MAC) e DSCMAC-AHP (Dynamic Selection Channel MAC - AHP) que permitem a utiliza c~ao oportunista do meio de transmiss~ao. Os resultados dos experimentos pr aticos mostraram que a coexist^encia de RSSFs com outros dispositivos que operam na faixa de frequ^encia de 2,4 GHz reduzem signi cativamente o desempenho dessas redes. A utiliza c~ao do prot otipo multirr adio, nos mesmos cen arios e sob as mesmas condi c~oes de interfer^encia dos n os tradicionais, proporcionou melhorias relevantes no desempenho da RSSF, atingindo taxas de entrega de pacotes superiores a 97%. As simula c~oes dos m etodos propostos mostraram que os protocolos DSCMAC e DSCMAC-AHP alcan caram taxas de entrega superiores ao T-MAC original, chegando a 63% e 59%, respectivamente.
Devido ao desenvolvimento e a populariza c~ao de dispositivos m oveis nos ultimos anos, a demanda por comunica c~ao sem o tem aumentado cada vez mais. Uma ampla variedade de aplica c~oes est a sendo desenvolvida para redes sem o, inclusive para redes de sensores sem o (RSSF). No entanto, as redes de sensores sem o e v arios outros sistemas atuais de comunica c~ao utilizam o mesmo espectro de frequ^encias livres, o ISM (Industrial, Scienti cal and Medical ). A faixa de frequ^encia de 2,4 GHz e amplamente utilizada em uma s erie de tecnologias sem o (redes de sensores sem o, redes WiFi, Bluetooth, telefones sem o, etc.) que devem coexistir. A interfer^ encia de sinais eletromagn eticos, intencional ou n~ao, representa uma grave amea ca a disponibilidade de servi cos em redes sem o (podendo at e mesmo inviabilizar o funcionamento delas), sendo uma das principais causas da sua perda de desempenho. Este trabalho prop~oe a avalia c~ao do comportamento de redes de sensores sem o na presen ca de fontes de interfer^encia em cen arios reais, a prototipa c~ao de um n o sensor multirr adio como alternativa para mitigar os problemas de interfer^encia e o desenvolvimento de dois protocolos de sensoriamento e decis~ao de espectro. Esses protocolos foram baseados no protocolo T-MAC (Time-out-MAC) e implementados no simulador Castalia, chamados de DSCMAC (Dynamic Selection Channel MAC) e DSCMAC-AHP (Dynamic Selection Channel MAC - AHP) que permitem a utiliza c~ao oportunista do meio de transmiss~ao. Os resultados dos experimentos pr aticos mostraram que a coexist^encia de RSSFs com outros dispositivos que operam na faixa de frequ^encia de 2,4 GHz reduzem signi cativamente o desempenho dessas redes. A utiliza c~ao do prot otipo multirr adio, nos mesmos cen arios e sob as mesmas condi c~oes de interfer^encia dos n os tradicionais, proporcionou melhorias relevantes no desempenho da RSSF, atingindo taxas de entrega de pacotes superiores a 97%. As simula c~oes dos m etodos propostos mostraram que os protocolos DSCMAC e DSCMAC-AHP alcan caram taxas de entrega superiores ao T-MAC original, chegando a 63% e 59%, respectivamente.
Abstract
Descrição
Dissertação apresentada a Universidade
Federal de Lavras, como parte das exigências do Programa de Pós-Graduação
em Ciência da Computação, área de concentração em Redes de Computadores e
Sistemas Embarcados, para a obtenção do
título de Mestre.
Área de concentração
Redes de Computadores e Sistemas Embarcados
Agência de desenvolvimento
Palavra chave
Marca
Objetivo
Procedência
Impacto da pesquisa
Resumen
ISBN
DOI
Citação
WYKRET, T. F. Coexistência em redes de sensores sem fio: técnicas de seleção dinâmicas de canais . 2014. 74 p. Dissertação (Mestrado em Ciência da Computação - Redes de Computadores e Sistemas Embarcados) - Universidade Federal de Lavras, Lavras, 2014.