r mac protocolo de acesso ao meio para consumo eficiente de energia em redes de sensores sem fio
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Guilherme Frederico Rohde Mestrando [email protected] Eduardo Augusto Bezerra

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R-MAC : Protocolo de Acesso ao Meio para Consumo Eficiente de Energia em Redes de Sensores Sem Fio. Guilherme Frederico Rohde Mestrando [email protected] Eduardo Augusto Bezerra Professor Orientador [email protected] Tópicos. Introdução Conceitos Básicos Trabalhos Relacionados

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Presentation Transcript
r mac protocolo de acesso ao meio para consumo eficiente de energia em redes de sensores sem fio

R-MAC: Protocolo de Acessoao Meio para ConsumoEficiente de Energia emRedes de Sensores Sem Fio.

Guilherme Frederico Rohde

Mestrando

[email protected]

Eduardo Augusto Bezerra

Professor Orientador

[email protected]

t picos
Tópicos
  • Introdução
  • Conceitos Básicos
  • Trabalhos Relacionados
  • Proposta de Protocolo R-MAC
  • Validação e Análise dos Resultados
  • Conclusões
introdu o aplica es
Introdução – Aplicações
  • Monitoramento Ambiental;
  • Monitoramento de estruturas em construções (Pontes, Vigas);
  • Monitoramento de tráfego;
  • Sistemas de vigilância e segurança;
  • Computação Pervasiva (casas inteligentes);
  • Máquinas e Equipamentos (Prensas).
arquitetura de um nodo
Arquitetura de um nodo

Domínio da Comunicação

Domínio do Processamento

Domínio do Sensoriamento

Domínio da Alimentação

conceitos b sicos
Conceitos Básicos

Camada de Protocolo em RSSF

MAC

conceitos b sicos1
Conceitos Básicos
  • Técnicas de Acesso
    • FDMA – Frequency Division Multiple Access
    • TDMA – Time Division Multiple Access
    • CDMA – Code Division Multiple Access
    • CSMA/CA – Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance
conceitos b sicos2
Conceitos Básicos
  • FDMA – Frequency Division Multiple Access
conceitos b sicos3
Conceitos Básicos
  • TDMA – Time Division Multiple Access
conceitos b sicos4
Conceitos Básicos
  • CDMA – Code Division Multiple Access
conceitos b sicos5
Conceitos Básicos
  • CSMA/CA – Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance
conceitos b sicos6
Conceitos Básicos
  • Período Listen/Sleep
conceitos b sicos7
Conceitos Básicos
  • Sincronização
conceitos b sicos8
Conceitos Básicos
  • Sincronização
conceitos b sicos9
Conceitos Básicos
  • Problema do terminal escondido
conceitos b sicos10
Conceitos Básicos
  • Problema da estação exposta
proposta de protocolo r mac
Proposta de Protocolo R-MAC
  • Visão Geral
    • DCF Distributed Coordination Function
    • Interframes e Janela de contenção
    • Pacotes de controle com tamanho reduzido
    • Ciclo reduzido de operação
    • Limite inferior de energia de transmissão para sem conectar na RSSF.
    • Lista de vizinhos
    • Ajuste da energia de transmissão
proposta de protocolo r mac1
Proposta de Protocolo R-MAC

Máquina de

estados da

camada

Física

Registradores de configuração

proposta de protocolo r mac2
Proposta de Protocolo R-MAC

Máquina de

estados da

camada de

Enlace

proposta de protocolo r mac3
Proposta de Protocolo R-MAC
  • Envio de mensagem
  • Recebimento de mensagem
proposta de protocolo r mac4
Proposta de Protocolo R-MAC
  • Recebimento de mensagem
slide26

Proposta de Protocolo R-MAC

  • Funcionalidades do R-MAC
    • Auto-gerência
      • Função SN
      • Energia de Transmissão
    • Comunicação
      • Interframes Space
      • Janela de contenção
      • Detecção de Erros
    • Economia de Energia
      • Listen/Sleep
      • Função CNO
fun o sn lista de vizinhos
Função SN – Lista de Vizinhos

ADD[F,D]

SN

ADD[F,D]

SN

ADD[B,J,D,C]

ADD[B,J]

ADD[F,C]

SN

SN

ADD[F,D]

ADD[B,J,D,C]

ADD[B, J]

ADD[F,C]

SN

ADD[J, F]

J

ADD[B, F]

SN

SN

SN

ADD[B,J,D,C]

ADD[B,J]

ADD[J, F]

F,D

ADD[F,C]

SN

ADD[B, F]

F

SN

SN

SN

B

ADD[J, F]

B, J

B, F, D,C

ADD[B, F]

SN

SN

SN

F,C

D

C

A

F, J

B, F, D

fun o energia de transmiss o na forma o da rede
Função energia de transmissão Na formação da rede

RETr

ADD[F,C,A]

RET

ADD[B]

RETr

ADD[F,C,A]

RET

RETr

J

RET

RET

ADD[B]

ADD[F,C,A]

RETr

F,D

RET

F

B

RET

ADD[B]

B, F, D,C

B, F, D,C

B, J

RET

F,C,A

F,C

D

C

C

A

F, J

B, F, D

B, F, D

B

ret para tra ar novos caminhos
RET – para traçar novos caminhos.
  • Identifica sub-rede
  • Recebe comandos da camada superior
slide30

M

M

D

D

A

A

F

F

K

K

fun o controlador de nodos ouvintes cno1
Função Controlador de nodos ouvintes - CNO

F

G

ACK

RTS

Frame

CTS

D

D

D

ACK

RTS

Frame

CTS

ACK

RTS

Frame

CTS

H

ACK

RTS

Frame

CTS

A

B

E

E

C

C

interframe spacing e janela de conten o
InterFrame Spacing e Janela de contenção
  • DIFS (DCF interframe space): é o tempo mínimo que serviços Contention-based devem esperar para ocupar o meio.
  • SIFS (Short interframe Space) : é um período curto de tempo em que apenas transmissões de alta prioridade, tal como frames RTS/CTS e ACK, podem transmitir.
detec o de erros
Detecção de erros
  • Feita somente em mensagens unicast;
  • Quando a estação retransmitir o pacote o contador retry é incrementado;
  • Quando retry alcança um limite determinado o frame é descartado.
    • O retryé zerado quando:
      • Um frame CTS é recebido em resposta a um RTS.
      • Um frame broadcastou multicasté recebido.
      • A camada de Enlace reconhece que o pacote deve ser descartado
formato dos frames
Formato dos Frames

Preâmbulo

PLCP

R-MAC header

CRC

8 bits

8 bits

Synch

SFD

10 10 10 10

11 10 00 11

Synch - identifica o início de uma mensagem

SFD - sinalizam o início do delimiter

formato dos frames1

PLW

PSF

Formato dos Frames

Preâmbulo

PLCP

R-MAC header

CRC

12 bits

4 bits

PSF - Taxa de recebimento do pacote.

PLW - PCLP Length Word (PLW) número de Bytes a partir de Delimiter (0-4095)

PSF- PCLP Signaling Field (PSF) taxa de recebimento do pacote.

formato dos frames2
Formato dos Frames

Preâmbulo

PLCP

R-MAC header

CRC

Frame

Control

Address 1

Address 2

Address 3

Address 4

Frame

Body

1 byte

6 bytes

6 bytes

6 bytes

6 bytes

0 - 3867 bytes

Frame Control – informações para interpretar a seqüência do campo MAC header

Address - endereços de 48 bits

Frame Body – pacote de dados

formato dos frames3
Formato dos Frames

Frame

Control

Address 1

Address 2

Address 3

Address 4

Frame

Body

  • Type – Identifica o tipo de mensagem

Type

To

From

Retry

CNO

3 bits

1 bits

1 bits

1 bits

2 bits

formato dos frames4
Formato dos Frames

Frame

Control

Address 1

Address 2

Address 3

Address 4

Frame

Body

Destination Address (DA) Source Address (SA)

Receiver Address (RA) Transmitter ddress (TA)

Basic Service Set ID (BSSID)

Type

To

From

Retry

CNO

3 bits

1 bits

1 bits

1 bits

2 bits

formato dos frames5
Formato dos Frames

Frame

Control

Address 1

Address 2

Address 3

Address 4

Frame

Body

  • Retry – Identifica se o pacote foi enviado pela primeira vez ou se foi retransmitido

Type

To

From

Retry

CNO

3 bits

1 bits

1 bits

1 bits

2 bits

formato dos frames6
Formato dos Frames

Frame

Control

Address 1

Address 2

Address 3

Address 4

Frame

Body

  • CNO – Apresenta o contador CNO da função Contador de Nodos Ouvintes

Type

To

From

Retry

CNO

3 bits

1 bits

1 bits

1 bits

2 bits

valida o e an lise dos resultados
Validação e Análise dos Resultados
  • Cenário
    • RSSF dirigida a eventos;
    • Nodos com Módulo RF “CC1100”;
    • Freqüência 915MHz;
    • Energia de transmissão -10dBm;
    • Taxa de transferência 38,4KHz.
valida o e an lise dos resultados modelo de energia
Validação e Análise dos ResultadosModelo de energia

Consumo do módulo RF CC1100

915MHz, -10dBm. Tensão base 3V

valida o e an lise dos resultados comunica o direta
Validação e Análise dos ResultadosComunicação Direta

Frações que o nodo fica no estado ocioso com a taxa de 38,4Kbps:

fra es de tempo dos nodos receptor e emissor em cada estado
Frações de tempo dos nodos receptor e emissor em cada estado:

Validação e Análise dos ResultadosComunicação Direta

A

B

Frame

RTS

CTS

ACK

B

Estado Ocioso

A

Estado TX

Estado RX

slide46

Validação e Análise dos ResultadosComunicação Direta

Tempo de transmissão do quadro completo Tqc :

Valores de tDadospara diferentes tamanhos de pacotes:

slide47

Validação e Análise dos ResultadosComunicação Direta

Fração de tempo dos nodos pelo tamanho dos pacotes:

slide48

Validação e Análise dos ResultadosComunicação Direta

Cálculo da potência média consumida:

Pm de consumo do nodo emissor :

Pm de consumo do nodo Receptor :

slide49

Validação e Análise dos ResultadosComunicação Direta

Cálculo da potência média consumida

com ciclo de operação reduzido:

Pm de consumo do nodo emissor :

Pm de consumo do nodo Receptor :

slide50

Validação e Análise dos ResultadosComunicação Direta

Cálculo do tempo de vida média:

Cálculo do Tvsem o ciclo reduzido:

Cálculo do Tvcom o ciclo reduzido em 10%:

slide52

Validação e Análise dos ResultadosEnergia nos Nodos Ouvintes

Potência média para o nodo ouvinte OER sem CNO:

Potência média para o nodo ouvinte OR sem CNO:

Potência média para o nodo ouvinte OE sem CNO:

slide53

Validação e Análise dos ResultadosEnergia nos Nodos Ouvintes

Potência média para o nodo ouvinte OER com CNO:

Potência média para o nodo ouvinte OR com CNO:

Potência média para o nodo ouvinte OE com CNO:

slide54

Validação e Análise dos ResultadosEnergia nos Nodos Ouvintes

Potência média para os nodos ouvinte durante a comunicação:

conclus es
Conclusões
  • Aumento do tempo de operação da RSSF:
    • Controlador de nodos ouvintes (CNO)
    • Ciclo reduzido de operação Liste/Sleep
  • Aumento do tempo de operação do Nodo na RSSF
    • Ajuste da energia de transmissão RET
  • Facilidades para os protocolos das camadas superiores.
slide56

Obrigado!!

Perguntas?!?

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