Guilherme Frederico Rohde Mestrando Eduardo Augusto Bezerra

Apresentação em tema: "Guilherme Frederico Rohde Mestrando Eduardo Augusto Bezerra"— Transcrição da apresentação:

1 R-MAC: Protocolo de Acesso ao Meio para Consumo Eficiente de Energia em Redes de Sensores Sem Fio.
Guilherme Frederico Rohde Mestrando Eduardo Augusto Bezerra Professor Orientador

2 Tópicos Introdução Conceitos Básicos Trabalhos Relacionados
Proposta de Protocolo R-MAC Validação e Análise dos Resultados Conclusões

3 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).

4 Introdução – Aplicações

5 Introdução – Aplicações

6 Introdução – Estrutura da Rede

7 Arquitetura de um nodo Domínio da Comunicação Domínio do Sensoriamento
Domínio do Processamento Domínio do Sensoriamento Domínio da Alimentação

8 Introdução

9 Conceitos Básicos Camada de Protocolo em RSSF MAC

10 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

11 Conceitos Básicos FDMA – Frequency Division Multiple Access

12 Conceitos Básicos TDMA – Time Division Multiple Access

13 Conceitos Básicos CDMA – Code Division Multiple Access

14 Conceitos Básicos CSMA/CA – Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance

15 Conceitos Básicos Período Listen/Sleep

16 Conceitos Básicos Sincronização

17 Conceitos Básicos Sincronização

18 Conceitos Básicos Problema do terminal escondido

19 Conceitos Básicos Problema da estação exposta

20 Trabalhos Relacionados
Protocolo Características Vantagem Desvantagem S-MAC [1] Ciclo de operação reduzido. Prolonga consideravelmente o tempo de vida da rede. Aumento da latência devido ao período sleep. T-MAC [2] Ciclo de operação reduzido, com incremento de um temporizado que permite encerrar o ciclo listen mais cedo. Consegue um consumo mais eficiente que o S-MAC, devido ao incremento do temporizado. É extremamente limitado com relação à largura de banda da rede. DE-MAC [3] Ciclo de operação reduzido, utiliza um algoritmo distribuído para balanceamento da carga na rede O balanceamento de carga serve para obter um tempo de vida uniforme para todos os nodos da RSSF O algoritmo de balanceamento pode comprometer no caso de uma rede dirigida a eventos. Alta taxa de mensagens de controle. ARC [4] Provê fairness adaptando a taxa de transmissão do tráfego. Provê fairness e mantém uma razoável largura de banda adaptando a taxa de transmissão. Não é eficiente para redes com um tráfego alto. TRAMA [5] Utiliza um algoritmo de eleição distribuído para evitar colisões em comunicações unicast, broadcast ou multicast, alterna acessos aleatórios e escalonados. Acomoda mudanças de topologia da rede, adição de nodos a rede e tolerância a falhas. Devido seu algoritmo de eleição há uma grande troca de informações na rede, desfavorecendo a economia de energia.

21 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

22 Proposta de Protocolo R-MAC
Máquina de estados da camada Física Registradores de configuração 1 1

23 Proposta de Protocolo R-MAC
Máquina de estados da camada de Enlace

24 Proposta de Protocolo R-MAC
Envio de mensagem Recebimento de mensagem

25 Proposta de Protocolo R-MAC
Recebimento de mensagem

26 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

27 Função SN – Lista de Vizinhos
ADD[F,D] SN ADD[F,D] 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] ADD[B,J,D,C] ADD[J, F] F,D SN ADD[F,C] ADD[B, F] SN SN SN F 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

28 Função energia de transmissão Na formação da rede
ADD[F,C,A] RETr ADD[B] RET RETr ADD[F,C,A] RET RETr J RET RET ADD[B] ADD[F,C,A] RETr F,D RET F B ADD[B] RET B, J B, F, D,C B, F, D,C RET F,C,A F,C D C C A F, J B, F, D B, F, D B

29 RET – para traçar novos caminhos.
Identifica sub-rede Recebe comandos da camada superior

30 M M D D A A F F K K

31 Função Controlador de nodos ouvintes - CNO

32 Função Controlador de nodos ouvintes - CNO
G RTS Frame ACK CTS D D D RTS Frame CTS ACK RTS Frame ACK CTS H RTS Frame ACK CTS A B E E C C

33 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.

34 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 retry é zerado quando: Um frame CTS é recebido em resposta a um RTS. Um frame broadcast ou multicast é recebido. A camada de Enlace reconhece que o pacote deve ser descartado

35 Formato dos Frames Preâmbulo PLCP R-MAC header CRC Synch SFD 8 bits
Synch - identifica o início de uma mensagem SFD - sinalizam o início do delimiter

36 Formato dos Frames Preâmbulo PLCP R-MAC header CRC PLW PSF 12 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.

37 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 bytes Frame Control – informações para interpretar a seqüência do campo MAC header Address - endereços de 48 bits Frame Body – pacote de dados

38 Formato dos Frames Frame Control Address 1 Address 2 Address 3
Body Type To From Retry CNO 3 bits 1 bits 1 bits 1 bits 2 bits Type – Identifica o tipo de mensagem

39 Formato dos Frames Frame Control Address 1 Address 2 Address 3
Body Type To From Retry CNO 3 bits 1 bits 1 bits 1 bits 2 bits Destination Address (DA) Source Address (SA) Receiver Address (RA) Transmitter ddress (TA) Basic Service Set ID (BSSID)

40 Formato dos Frames Frame Control Address 1 Address 2 Address 3
Body Type To From Retry CNO 3 bits 1 bits 1 bits 1 bits 2 bits Retry – Identifica se o pacote foi enviado pela primeira vez ou se foi retransmitido

41 Formato dos Frames Frame Control Address 1 Address 2 Address 3
Body Type To From Retry CNO 3 bits 1 bits 1 bits 1 bits 2 bits CNO – Apresenta o contador CNO da função Contador de Nodos Ouvintes

42 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.

43 Validação e Análise dos Resultados Modelo de energia
Consumo do módulo RF CC1100 915MHz, -10dBm. Tensão base 3V

44 Validação e Análise dos Resultados Comunicação Direta
Frações que o nodo fica no estado ocioso com a taxa de 38,4Kbps:

45 Frações de tempo dos nodos receptor e emissor em cada estado:
Validação e Análise dos Resultados Comunicação Direta Frações de tempo dos nodos receptor e emissor em cada estado: A B RTS Frame CTS ACK Estado Ocioso B A Estado TX Estado RX

46 Validação e Análise dos Resultados Comunicação Direta
Tempo de transmissão do quadro completo Tqc : Valores de tDados para diferentes tamanhos de pacotes:

47 Validação e Análise dos Resultados Comunicação Direta
Fração de tempo dos nodos pelo tamanho dos pacotes:

48 Validação e Análise dos Resultados Comunicação Direta
Cálculo da potência média consumida: Pm de consumo do nodo emissor : Pm de consumo do nodo Receptor :

49 Validação e Análise dos Resultados Comunicação Direta
Cálculo da potência média consumida com ciclo de operação reduzido: Pm de consumo do nodo emissor : Pm de consumo do nodo Receptor :

50 Validação e Análise dos Resultados Comunicação Direta
Cálculo do tempo de vida média: Cálculo do Tv sem o ciclo reduzido: Cálculo do Tv com o ciclo reduzido em 10%:

51 Validação e Análise dos Resultados Energia nos Nodos Ouvintes

52 Validação e Análise dos Resultados Energia 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:

53 Validação e Análise dos Resultados Energia 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:

54 Validação e Análise dos Resultados Energia nos Nodos Ouvintes
Potência média para os nodos ouvinte durante a comunicação: Sem CNO Com CNO

55 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.

56 Obrigado!! Perguntas?!?