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dc.contributor.advisor1Luiz Filipe Menezes Vieirapt_BR
dc.contributor.advisor-co1Daniel Fernandes Macedopt_BR
dc.contributor.referee1Jose Marcos Silva Nogueirapt_BR
dc.contributor.referee2Luiz Henrique Andrade Correapt_BR
dc.contributor.referee3Paulo Jorge Coelho Marquespt_BR
dc.creatorJefferson Rayneres Silva Cordeiropt_BR
dc.date.accessioned2019-08-14T03:43:26Z-
dc.date.available2019-08-14T03:43:26Z-
dc.date.issued2017-02-21pt_BR
dc.identifier.urihttp://hdl.handle.net/1843/ESBF-ANJNW7-
dc.description.abstractCurrent wireless networks are very dynamic and have a wide variety of applications with very different requirements. As a consequence, there are many communication standards that deal with the specific problems and characteristics of each network, such as high interference, time varying channels and mobility. Moreover, applications with diverse requirements usually coexist within the same network. Applications such as voice and video, for example, require low latency to ensure quality in the transmission, but tolerate reasonable error rates. On the other hand, data applications such as web and message services have low error tolerance, however low latency is not an essential requirement. This diversity raises the need for more flexible equipment as well as networks that adapt to the context of the network. In the MAC sublayer, one of the problems that still persist is that the protocols are not efficient in all scenarios. Protocols based on TDMA (Time Division Multiple Access), for example, have good throughput when the medium is congested. However, due to the overhead of control messages used to allocate the slots, they are not suitable when the medium is not congested. In contrast, protocols based on CSMA (Carrier sense multiple access) are suitable for sparse networks because they have low overhead, but their performance decreases due to frequent message collisions when the medium is congested. This master thesis addresses proposes to increase the flexibility on the medium access control. We propose an architecture called FS-MAC (Flexible System for Me- dium Access Control), which is based on the working structure of cognitive radio. It allows more than one protocol to be used on the network, activating each one in the situation where it is most efficient. In addition, the solution uses a Fuzzy system to make decisions and allows new MAC protocols to be added to the existing set without changing the entire sublayer. We implemented a prototype of the architecture using Software Defined Radios (SDR), a technology that allows the programming of wireless protocols and applications with a high degree of flexibility. The prototype was tested in a testbed where we varied the load and number of connected stations. Regarding throughput, the results showed that FS-MAC was able to recognize the best scenario for each protocol and to activate each one when it is most efficient. We also performed tests where we modified the optimization objective, prioritizing the minimization of the number of retransmissions. In both cases, FS-MAC showed similar performance to the most efficient protocol at any given time, having an overhead of around 2%. In addition to the presented results, this work generated as contributions the following publications: FS-MAC: Uma Plataforma para a Flexibilização da Subcamada MAC em Redes Sem Fio [Cordeiro et al., 2017], Experimental Wireless Networking Research using Software-Defined Radios [Souza et al., 2017] and Introdução a Rádios Definidos por Software com aplicações em GNU Radio [Silva et al., 2015];.pt_BR
dc.description.resumoAs redes sem fio atuais são muito dinâmicas e abrigam uma grande diversidade de aplicações com necessidades bem diferentes. Como consequência, existem vários pa- drões para lidar com as características e problemas específicos dessas redes como alta interferência, meio variável com o tempo e mobilidade. Além disso, dentro da mesma rede podem conviver aplicações com necessidades diversas. Aplicações de voz e vídeo, por exemplo, exigem uma latência baixa para que haja qualidade na transmissão, mas suportam taxas razoáveis de erro. Por outro lado, aplicações de dados como serviços de mensagem e web são pouco tolerantes a erros, mas não possuem baixa latência como um requisito essencial. Esse cenário de diversidade faz surgir a necessidade por equipamentos e redes mais flexíveis, que se adaptem às características do contexto.Na subcamada MAC (Medium Access Control), um dos problemas que ainda per- sistem é o fato de os protocolos não serem eficientes em todos os cenários. Protocolos baseados em TDMA (Time Division Multiple Access), por exemplo, possuem boa vazão quando o meio é muito disputado, mas devido ao overhead das mensagens de controle usadas na alocação dos slots de tempo, não são adequados quando o meio está descon- gestionado. Já os protocolos baseados em CSMA (Carrier sense multiple access) são adequados para redes esparsas, pois não possuem esse overhead, mas perdem qualidade com o aumento de colisões de mensagens quando o meio está congestionado. O presente trabalho aborda esse problema flexibilizando o controle de acesso ao meio. Para isso propomos uma arquitetura chamada FS-MAC (Flexible System for Medium Access Control), FS-MAC foi baseada na estrutura de funcionamento de rádios cognitivos e seu objetivo é permitir que mais de um protocolo possa ser utilizado na rede, colocando cada um em atividade na situação em que é mais eficiente. Além disso, a solução utiliza um sistema Fuzzy para tomar decisões e permite que novos protocolos possam ser acrescentados ao conjunto já existente sem que para isso seja necessário refazer toda a subcamada. A partir da arquitetura, implementamos um protótipo utilizando SDR (Software Defined Radio), uma tecnologia que permite a programação de rádios, possibilitando a criação de protocolos e aplicações com alto grau de flexibilidade. O protótipo foi testado em um testbed onde variamos a carga e o número de estações transmitindo. Em relação à vazão, os resultados mostraram que FS-MAC foi capaz de reconhecer o melhor cenário para cada protocolo e colocar cada um em opera- ção no momento em que é mais eficiente. Realizamos também testes onde modificamos o objetivo da rede, priorizando a minimização do número de retransmissões. Nos dois casos, FS-MAC apresentou desempenho similar ao protocolo mais eficiente em cada momento, dispondo apenas de um overhead em torno de 2%. Além dos resultados apresentados, o trabalho gerou como contribuições as seguin- tes publicações: FS-MAC: Uma Plataforma para a Flexibilização da Subcamada MAC em Redes Sem Fio [Cordeiro et al., 2017], Experimental Wireless Networking Research using Software-Defined Radios [Souza et al., 2017] e Introdução a Rádios Definidos por Software com aplicações em GNU Radio [Silva et al., 2015];pt_BR
dc.languagePortuguêspt_BR
dc.publisherUniversidade Federal de Minas Geraispt_BR
dc.publisher.initialsUFMGpt_BR
dc.rightsAcesso Abertopt_BR
dc.subjectRedes sem fiopt_BR
dc.subjectSubcamada MACpt_BR
dc.subjectRádio Definido por Softwarept_BR
dc.subjectFlexibilizaçãopt_BR
dc.subject.otherComputaçãopt_BR
dc.subject.otherSubcamada MACpt_BR
dc.subject.otherRedes de sensores sem fiopt_BR
dc.subject.otherSistemas de computação sem fiopt_BR
dc.titleFs-mac: um sistema para flexibilização da subcamada mac em redes sem fiopt_BR
dc.typeDissertação de Mestradopt_BR
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