Submitted by Emanuel Varela Cardoso (emanuel.varela@ufcg.edu.br) on 2018-08-24T20:51:57Z No. of bitstreams: 1 RUAN DELGADO GOMES – TESE (PPGEEI) 2017.pdf: 20190080 bytes, checksum: c170f5c01c9d6fd739d197414aee12e7 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-08-24T20:51:57Z (GMT). No. of bitstreams: 1 RUAN DELGADO GOMES – TESE (PPGEEI) 2017.pdf: 20190080 bytes, checksum: c170f5c01c9d6fd739d197414aee12e7 (MD5) Previous issue date: 2017-06-14 / O uso de Redes de Sensores sem Fio Industriais (RSSFIs) para implementar aplicações de monitoramento ou controle apresenta vantagens em comparação ao uso de redes cabeadas, como a maior flexibilidade e o menor custo de implantação. No entanto, é necessário lidar com problemas típicos das redes sem fio, como interferência e o alto nível de atenuação em pequena e larga escala. Além disso, as características do canal sem fio variam com o tempo e uma RSSFI deve ser capaz de se adaptar a essas variações para manter boa qualidade de serviço durante sua operação. Estratégias adaptativas, como a alocação dinâmica de canais, permitem lidar com os problemas mencionados. Para isso, o primeiro passo é estimar a qualidade dos enlaces, de modo que os nós da rede possam decidir se uma mudança de canal é necessária. Esta tese apresenta como contribuição um novo estimador de qualidade de enlace (LQE) e um novo tipo de nó, o nó LQE, que estima a qualidade dos enlaces em tempo real, usando informações obtidas a partir do transceptor, e informações extraídas de pacotes de dados recebidos. O estimador proposto considera problemas causados pelo perfil de multipercurso do ambiente na qualidade do canal,interferência e assimetria. Um protótipo foi desenvolvido e a solução foi validada por meio de experimentos em um ambiente industrial real. Diferente de outros LQEs encontrados na literatura, a solução proposta não gera tráfego extra na rede e não causa sobrecarga nos nós finais. Com base no LQE proposto, um novo protocolo de acesso ao meio foi desenvolvido. O protocolo usa adaptação de canal para a transmissão de pacotes de dados e salto em frequência para a transmissão de pacotes em broadcast. A taxa de recepção de pacote média na camada de aplicação permaneceu perto do pico para todos os cenários avaliados com o protocolo proposto, mesmo considerando as variações na qualidade dos canais ao longo do tempo. Os resultados indicam que o protocolo proposto apresenta desempenho superior aos protocolos de acesso ao meio definidos pelos padrões para RSSFI, em termos de confiabilidade e determinismo. Vários resultados experimentais obtidos em ambientes industriais também são descritos e é proposto um novo modelo para simulação de protocolos multicanais. O modelo é capaz de capturar os efeitos de atenuação por multipercurso, sombreamento, assimetria, as características não estacionárias do canal sem fio e a descorrelação entre diferentes canais. / Industrial Wireless Sensor Networks (IWSNs), that is used to implement monitoring and control applications, presents certain advantages when compared to wired networks, including higher flexibility and lower deployment costs. However, it is necessary to deal with typical problems of wireless networks, such as interference and a high attenuation, in small and large scale. In addition, the characteristics of the wireless channel may change over time, and an IWSN needs to self adapt to these variations to maintain a good quality of service during its operation. Adaptive mechanisms, such as, dynamic channel allocation, are used to deal with the aforementioned problems. For this, the first step is to estimate the link quality, so that the network nodes can decide if a channel change is needed. This thesis presents as a contribution a novel Link Quality Estimator (LQE), and a new type of node, the LQE node, that estimates the quality of the links in real-time, using information obtained from the transceiver, and information obtained from received data packets. The proposed LQE deals with the problems caused by the multipath profile of the environment in channel quality, interference and asymmetry. A prototype was developed and the LQE was validated by experiments in an actual industrial environment. Different from other LQEs in the literature, the solution proposed in this thesis does not cause overhead at the end-nodes and on the network. Based on the proposed LQE, a novel MAC protocol was developed. The protocol uses channel adaptation for the transmission of unicast data packets, and frequency hopping for the transmission of broadcast packets. The packet reception rate at the application layer was at the peak for all scenarios that were evaluated using the proposed protocol, even considering the variations in channel quality over time. The results indicate that the proposed protocol presents a better performance in comparison to the MAC protocols defined by the standards for IWSN, in terms of reliability and determinism. Several experimental results obtained in industrial environments are also described, and a new model for simulation of multi-channel protocols is proposed. The model includes the effects of multipath fading, shadowing, asymmetry, the non-stationary characteristics of the channel, and the uncorrelation of the different channels.