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

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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).


Introdu o aplica es1

Introdução – Aplicações


Introdu o aplica es2

Introdução – Aplicações


Introdu o estrutura da rede

Introdução – Estrutura da Rede


Arquitetura de um nodo

Arquitetura de um nodo

Domínio da Comunicação

Domínio do Processamento

Domínio do Sensoriamento

Domínio da Alimentação


Introdu o

Introdução


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


Trabalhos relacionados

Trabalhos Relacionados


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


Guilherme frederico rohde mestrando grohde inf pucrs br eduardo augusto bezerra

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


Guilherme frederico rohde mestrando grohde inf pucrs br eduardo augusto bezerra

M

M

D

D

A

A

F

F

K

K


Fun o controlador de nodos ouvintes cno

Função Controlador de nodos ouvintes - CNO


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


Guilherme frederico rohde mestrando grohde inf pucrs br eduardo augusto bezerra

Validação e Análise dos ResultadosComunicação Direta

Tempo de transmissão do quadro completo Tqc :

Valores de tDadospara diferentes tamanhos de pacotes:


Guilherme frederico rohde mestrando grohde inf pucrs br eduardo augusto bezerra

Validação e Análise dos ResultadosComunicação Direta

Fração de tempo dos nodos pelo tamanho dos pacotes:


Guilherme frederico rohde mestrando grohde inf pucrs br eduardo augusto bezerra

Validação e Análise dos ResultadosComunicação Direta

Cálculo da potência média consumida:

Pm de consumo do nodo emissor :

Pm de consumo do nodo Receptor :


Guilherme frederico rohde mestrando grohde inf pucrs br eduardo augusto bezerra

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 :


Guilherme frederico rohde mestrando grohde inf pucrs br eduardo augusto bezerra

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%:


Guilherme frederico rohde mestrando grohde inf pucrs br eduardo augusto bezerra

Validação e Análise dos ResultadosEnergia nos Nodos Ouvintes

O

ER

E

R

O

O

E

R


Guilherme frederico rohde mestrando grohde inf pucrs br eduardo augusto bezerra

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:


Guilherme frederico rohde mestrando grohde inf pucrs br eduardo augusto bezerra

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:


Guilherme frederico rohde mestrando grohde inf pucrs br eduardo augusto bezerra

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.


Guilherme frederico rohde mestrando grohde inf pucrs br eduardo augusto bezerra

Obrigado!!

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