Técnicas de controle de potência para protocolos MAC em redes de sensores sem fio
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Editor
Universidade Federal de Minas Gerais
Descrição
Tipo
Tese de doutorado
Título alternativo
Primeiro orientador
Membros da banca
Djamel F.h. Sadok
José Ferreira de Rezende
Antonio Alfredo Ferreira Loureiro
Geraldo Robson Mateus
José Ferreira de Rezende
Antonio Alfredo Ferreira Loureiro
Geraldo Robson Mateus
Resumo
Nas redes de sensores sem fio (RSSFs), a comunicação é a atividade que, em geral, mais consome energia. A longevidade dessas redes é determinada pela capacidade das baterias e um dos grandes desafios é reduzir o consumo de energia durante a comunicação. Técnicas para economia de energia têm sido propostas em protocolos de roteamento por meio da redução do tráfego de dados, pela otimização no estabelecimento de rotas ou por técnicas de controle de topologia. Entretanto, é responsabilidade do protocolo de controle de acesso ao meio (MAC) o gerenciamento e operação dos dispositivos de comunicação dos elementos de rede. É nesta camada MAC que podemos obter os maiores ganhos na redução do consumo de energia.Na literatura atual encontramos vários protocolos MAC para RSSFs que visam reduzir o consumo de energia. Definimos uma taxonomia para avaliação e classificação das técnicas empregadas nesses protocolos. Uma das técnicas de economia de energia proposta nos protocolos MAC para redes móveis ad hoc tem sido o controle da potência de transmissão (CPT). Entretanto, não existem trabalhos na literatura que proponham técnicas de CPT para RSSFs. Além disso, os protocolos para redes móveis ad hoc não podem ser aplicados diretamente nas RSSFs devido às severas restrições de recursos destas redes.Este trabalho apresenta quatro novas técnicas para o controle da potência de transmissão para protocolos MAC em RSSFs. Essas técnicas são baseadas na interação entre os nós e levam em conta as limitações de recursos, como processamento, memória e energia, para o cálculo da potência mínima de transmissão. As técnicas propostas nos protocolos Iterativo e Híbrido calculam a potência mínima de transmissão por interações sucessivas entre os nós, que estimam a qualidade da comunicação e iteram sobre as potências de transmissão do rádio. Os protocolos Atenuação e AEWMA (Atennuation with Exponentially Weighted Moving-Average) mantêm a qualidade do enlace calculando a potência mínima de transmissão, considerando o desvanecimento do sinal no meio de transmissão.Os protocolos com CPT, Iterativo, Atenuação, AEWMA e Híbrido, foram avaliados por experimentos realizados na plataforma Mica Motes2. Os protocolos foram avaliados em diversos cenários, variando parâmetros tais como o tipo de ambiente interno e externo, a distância de comunicação entre os nós, a ocorrência de transmissões simultâneas, a comunicação em caminho multisaltos e a mobilidade. Os resultados mostram que os protocolos com CPT reduzem o consumo de energia em até 57% em relação aos protocolos com potência fixa de transmissão. Além disso, os protocolos com CPT aumentam a vazão da rede e incrementam a taxa de entrega para um valor próximo ao encontrado em protocolos sem CPT na máxima potência de transmissão.
Abstract
Assunto
Redes de computadores Protocolos, Computação móvel, Sistemas de comunicação móvel, Computação, Redes de computação, Sistemas de computação sem fio
Palavras-chave
Redes, MAC, Protocolos