Tese de Mestrado Integrado. Engenharia Electrotécnica e de Computadores. Faculdade de Engenharia. Universidade do Porto. 2012

Submitted by Automa??o e Estat?stica (sst@bczm.ufrn.br) on 2016-07-06T19:34:30Z No. of bitstreams: 1 MarceloHenriqueRamalhoNobre_TESE.pdf: 4355071 bytes, checksum: 05cf1b490e598685ec4e7b682423a8d9 (MD5) / Approved for entry into archive by Arlan Eloi Leite Silva (eloihistoriador@yahoo.com.br) on 2016-07-06T22:04:01Z (GMT) No. of bitstreams: 1 MarceloHenriqueRamalhoNobre_TESE.pdf: 4355071 bytes, checksum: 05cf1b490e598685ec4e7b682423a8d9 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-07-06T22:04:01Z (GMT). No. of bitstreams: 1 MarceloHenriqueRamalhoNobre_TESE.pdf: 4355071 bytes, checksum: 05cf1b490e598685ec4e7b682423a8d9 (MD5) Previous issue date: 2015-11-23 / Coordena??o de Aperfei?oamento de Pessoal de N?vel Superior (CAPES) / A comunica??o sem fios ? uma tend?ncia no ambiente industrial atualmente e nessa tend?ncia temos o WirelessHART como uma das principais tecnologias. Com essa situa??o, ? natural que melhorias no desempenho sejam buscadas e um dos principais caminhos para isso passa pelo desenvolvimento de algoritmos de escalonamento e roteamento. Nesta tese ? apresentado uma revis?o da literatura sobre as principais solu??es em escalonamento e roteamento desenvolvidas especificamente para a tecnologia WirelessHART. Al?m disso prop?e um novo Algoritmo de escalonamento chamando Escalonamento Flow que visa melhorar aspectos de flexibilidade e de utiliza??o do superframe. Para prop?sitos de valida??o, ? desenvolvido e utilizado um m?dulo de simula??o para o Network Simulator 3 (NS-3) que modela aspectos como posicionamento, atenua??o de sinal e consumo de energia al?m de prover simula??es mais exatas por meio de configura??es de erro individuais para cada link. Este m?dulo tamb?m possibilita a gera??o do superframe de escalonamento a partir do grafo de roteamento utilizando os algoritmos Flow e Han. Para a valida??o do novo algoritmo s?o realizados experimentos comparativos entre o algoritmo Han e algoritmo Flow, avaliando crit?rios de aloca??o de links, delay e taxa de ocupa??o de superframe. Para valida??o da camada f?sica do m?dulo de simula??o, o escalonamento e o roteamento s?o configurados estaticamente e s?o desenvolvidos experimentos de confiabilidade e consumo de energia com topologias validadas na literatura e com varia??es de probabilidades de erro. / Wireless Communication is a trend in the industrial environment nowadays and on this trend, we can highlight the WirelessHART technology. In this situation, it is natural the search for new improvements in the technology and such improvements can be related directly to the routing and scheduling algorithms. In the present thesis, we present a literature review about the main specific solutions for Routing and scheduling for WirelessHART. The thesis also proposes a new scheduling algorithm called Flow Scheduling that intends to improve superframe utilization and flexibility aspects. For validation purposes, we develop a simulation module for the Network Simulator 3 (NS-3) that models aspects like positioning, signal attenuation and energy consumption and provides an link individual error configuration. The module also allows the creation of the scheduling superframe using the Flow and Han Algorithms. In order to validate the new algorithms, we execute a series of comparative tests and evaluate the algorithms performance for link allocation, delay and superframe occupation. In order to validate the physical layer of the simulation module, we statically configure the routing and scheduling aspects and perform reliability and energy consumption tests using various literature topologies and error probabilities.

Made available in DSpace on 2014-12-17T14:54:54Z (GMT). No. of bitstreams: 1 ViegasJuniorR_TESE.pdf: 2611835 bytes, checksum: 668f48088b8bbf9b308f0cb4b0dd4535 (MD5) Previous issue date: 2010-02-11 / Coordena??o de Aperfei?oamento de Pessoal de N?vel Superior / This thesis proposes the specification and performance analysis of a real-time communication mechanism for IEEE 802.11/11e standard. This approach is called Group Sequential Communication (GSC). The GSC has a better performance for dealing with small data packets when compared to the HCCA mechanism by adopting a decentralized medium access control using a publish/subscribe communication scheme. The main objective of the thesis is the HCCA overhead reduction of the Polling, ACK and QoS Null frames exchanged between the Hybrid Coordinator and the polled stations. The GSC eliminates the polling scheme used by HCCA scheduling algorithm by using a Virtual Token Passing procedure among members of the real-time group to whom a high-priority and sequential access to communication medium is granted. In order to improve the reliability of the mechanism proposed into a noisy channel, it is presented an error recovery scheme called second chance algorithm. This scheme is based on block acknowledgment strategy where there is a possibility of retransmitting when missing real-time messages. Thus, the GSC mechanism maintains the real-time traffic across many IEEE 802.11/11e devices, optimized bandwidth usage and minimal delay variation for data packets in the wireless network. For validation purpose of the communication scheme, the GSC and HCCA mechanisms have been implemented in network simulation software developed in C/C++ and their performance results were compared. The experiments show the efficiency of the GSC mechanism, especially in industrial communication scenarios. / Esta tese prop?e a especifica??o e an?lise de desempenho de um mecanismo de comunica??o de tempo real compat?vel com o Padr?o IEEE 802.11/11e, chamado Group Sequential Communication (GSC). O GSC apresenta um melhor desempenho quando comparado ao mecanismo HCCA para tratar pequenos pacotes de dados, al?m de adotar uma abordagem descentralizada do controle de acesso ao meio baseado no conceito produtor/consumidor. O objetivo principal da proposta ? a redu??o de overheads da rede, oriundos de quadros de Polling, ACK e QoS Null trocados entre o controlador h?brido e as esta??es no HCCA padr?o. O mecanismo GSC elimina o uso de quadros de Polling utilizados pelo escalonador do HCCA, atrav?s de um procedimento de Virtual Token Passing entre os membros do grupo de tempo real, a quem ? garantida alta prioridade de acesso ao meio de forma sequencial. A fim de melhorar a confiabilidade da proposta em ambientes ruidosos ? apresentado um esquema de recupera??o de erro chamado algoritmo de segunda chance. Este esquema ? baseado em uma estrat?gia de reconhecimento em bloco das mensagens enviadas, com possibilidade de serem retransmitidas quando n?o recebidas com sucesso. Desta forma, o mecanismo GSC mant?m o tr?fego das esta??es de tempo real entre os diversos dispositivos compat?vel ao Padr?o IEEE 802.11/11e, com o uso otimizado da banda e varia??es m?nimas de atraso m?dio entre as entregas dos pacotes de dados pertencentes ? rede sem fio. Para prop?sito de valida??o da proposta, os mecanismos GSC e HCCA foram implementados atrav?s de softwares de simula??o de redes desenvolvido em C/C++ e os resultados de desempenho foram comparados. Os experimentos mostram a efici?ncia do mecanismo GSC, principalmente em cen?rios de comunica??es industriais.