Guilherme Frederico Rohde Mestrando grohde@inf.pucrs.br Eduardo Augusto Bezerra

1. R-MAC: Protocolo de Acessoao Meio para ConsumoEficiente de Energia emRedes de Sensores Sem Fio. Guilherme Frederico Rohde Mestrando grohde@inf.pucrs.br Eduardo Augusto Bezerra Professor Orientador eduardob@inf.pucrs.br

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 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

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

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] 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

28. 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

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 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

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 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

35. 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

36. 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.

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 0 - 3867 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 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

39. 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

40. 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

41. 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

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 ResultadosModelo de energia Consumo do módulo RF CC1100 915MHz, -10dBm. Tensão base 3V

44. Validação e Análise dos ResultadosComunicação 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 ResultadosComunicação Direta A B Frame RTS CTS ACK B Estado Ocioso A Estado TX Estado RX

46. Validação e Análise dos ResultadosComunicação Direta Tempo de transmissão do quadro completo Tqc : Valores de tDadospara diferentes tamanhos de pacotes:

47. Validação e Análise dos ResultadosComunicação Direta Fração de tempo dos nodos pelo tamanho dos pacotes:

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

49. 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 :

50. 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%: