Submitted by Bruno Monteiro Pires null (brunomonteiropires@gmail.com) on 2017-03-26T17:30:46Z No. of bitstreams: 1 [ExemplarDefinitivo]Dissertacao_BrunoMonteiroPires.pdf: 2266231 bytes, checksum: a2a20d6564dd53026d68385939001d1c (MD5) / Approved for entry into archive by Luiz Galeffi (luizgaleffi@gmail.com) on 2017-03-29T18:43:55Z (GMT) No. of bitstreams: 1 pires_bm_me_sjrp.pdf: 2266231 bytes, checksum: a2a20d6564dd53026d68385939001d1c (MD5) / Made available in DSpace on 2017-03-29T18:43:55Z (GMT). No. of bitstreams: 1 pires_bm_me_sjrp.pdf: 2266231 bytes, checksum: a2a20d6564dd53026d68385939001d1c (MD5) Previous issue date: 2017-03-03 / Redes de sensores sem fios possibilitam o monitoramento dos mais diversos fenômenos e processos, além de abrir caminho para a criação de uma nova geração de dispositivos inteligentes, dinâmicos e interconectados. A diversidade das aplicações as quais se destinam estes sistemas, no entanto, impõe uma série de restrições de projeto, o que favorece iniciativas de desenvolvimento orientadas à aplicação. Embora esta abordagem leve à criação de soluções eficazes para aplicações específicas, estabelece um padrão de desenvolvimento restrito e desconsidera possibilidades de otimização mais abrangentes. Atualmente existem iniciativas de padronização bastante ativas para esta categoria de sistemas, como é o caso do IEEE 802.15.4, no entanto ainda restam questões não resolvidas, comuns à maioria das redes de sensores sem fios, como é o caso da instabilidade inerente aos links de rádio de baixa potência. Este trabalho tem como objetivo utilizar mecanismos disponibilizados por padrões bem estabelecidos como o IEEE 802.15.4 para mitigar os problemas de instabilidade relacionados aos links de comunicação nas redes de sensores sem fios, criando uma plataforma de desenvolvimento robusta e versátil, alinhada com os esforços de padronização que se encontram em andamento. Este trabalho apresenta uma proposta para a arquitetura de nodos de sensores sem fios, a qual busca complementar o modelo genérico comumente utilizado, através da adição de suporte à diversidade de interfaces. Também é introduzida uma proposta de extensão para a camada MAC do padrão IEEE 802.15.4, capaz de abstrair as particularidades relacionadas à transmissão de dados em nodos dotados de múltiplas interfaces de comunicação. A fim de validar as propostas realizadas, são descritos e executados experimentos utilizando protótipos reais, construídos com base na arquitetura sugerida anteriormente. Os resultados obtidos demonstram que a grande variedade de interfaces disponibilizada pelo IEEE 802.15.4 é suficiente para implementação de sistemas de comunicação robustos, baseados na técnica de diversidade de interfaces. Também conclui-se que as camadas inferiores da pilha de protocolos são capazes de fornecer informações suficientes para que se possa prever com precisão razoável a qualidade dos links de comunicação. Por fim constata-se, que através da utilização de algoritmos de estimativa de qualidade dos links, em conjunto com técnicas de diversidade de interfaces, pode-se obter links de comunicação mais robustos, com baixo overhead energético. / Wireless Sensor Networks enable the monitoring of various process and fenomena, also leading the way to the creation of a new generation of smart, dynamic and interconected devices. The great diversity of applications to which these systems are intended for, however, put several constraints on it’s projects, motivating the use of application oriented solutions. Although this approach might lead to effective solutions for targeted applications, it also ignores wider optimization possibilities. Currently there are some very active ongoing standardization efforts related to low-power wireless sensor networks, like the IEEE 802.15.4 standard, however there are still unresolved issues, common to the vast majority of these systems like, for example, the inherent unstability of low power wireless comunication links. This paper’s main goal is to provide solutions to mitigate link stability issues related to most of the common wireless sensor network’s radio communication systems. By utilizing mechanisms provided by well established standards, like IEEE 802.15.4, a robust and flexible development platform, aligned with the ongoing standardization processes, will be created. This paper proposes a wireless sensor node architecture that intends to complement most common generic models by adding suport to interface diversity. It also proposes an amendment to IEEE 802.15.4 MAC layer, by adding the capabilities needed to handle interface diversity specifics. In order to validate the previously made proposals, prototipes based on the sugested architecture were built and real-life experiments were conducted. The results indicate firstly that the great number of interfaces supported by IEEE 802.15.4 is enough to allow for the use of frequency based interface diversity technics. It is also possible to conclude that the lower layers of the protocol stack are able to provide enough information to predict link quality with reasonable accuracy. Finally we conclude that through the use link quality estimation algorithms in conjunction with interface diversity techniques it is possible to attain more robust communication links, without incurring in great power consumption overhead.

Orientador: Alexandro José Baldassin / Coorientador: Alex Roschildt Pinto / Banca: Juliana Freitag Borin / Banca: Ivan Rizzo Guilherme / Resumo: Redes de sensores sem fios possibilitam o monitoramento dos mais diversos fenômenos e processos, além de abrir caminho para a criação de uma nova geração de dispositivos inteligentes, dinâmicos e interconectados. A diversidade das aplicações as quais se destinam estes sistemas, no entanto, impõe uma série de restrições de projeto, o que favorece iniciativas de desenvolvimento orientadas à aplicação. Embora esta abordagem leve à criação de soluções eficazes para aplicações específicas, estabelece um padrão de desenvolvimento restrito e desconsidera possibilidades de otimização mais abrangentes. Atualmente existem iniciativas de padronização bastante ativas para esta categoria de sistemas, como é o caso do IEEE 802.15.4, no entanto ainda restam questões não resolvidas, comuns à maioria das redes de sensores sem fios, como é o caso da instabilidade inerente aos links de rádio de baixa potência. Este trabalho tem como objetivo utilizar mecanismos disponibilizados por padrões bem estabelecidos como o IEEE 802.15.4 para mitigar os problemas de instabilidade relacionados aos links de comunicação nas redes de sensores sem fios, criando uma plataforma de desenvolvimento robusta e versátil, alinhada com os esforços de padronização que se encontram em andamento. Este trabalho apresenta uma proposta para a arquitetura de nodos de sensores sem fios, a qual busca complementar o modelo genérico comumente utilizado, através da adição de suporte à diversidade de interfaces... / Abstract: Wireless Sensor Networks enable the monitoring of various process and fenomena, also leading the way to the creation of a new generation of smart, dynamic and interconected devices. The great diversity of applications to which these systems are intended for, however, put several constraints on it's projects, motivating the use of application oriented solutions. Although this approach might lead to effective solutions for targeted applications, it also ignores wider optimization possibilities. Currently there are some very active ongoing standardization efforts related to low-power wireless sensor networks, like the IEEE 802.15.4 standard, however there are still unresolved issues, common to the vast majority of these systems like, for example, the inherent unstability of low power wireless comunication links. This paper's main goal is to provide solutions to mitigate link stability issues related to most of the common wireless sensor network's radio communication systems. By utilizing mechanisms provided by well established standards, like IEEE 802.15.4, a robust and flexible development platform, aligned with the ongoing standardization processes, will be created. This paper proposes a wireless sensor node architecture that intends to complement most common generic models by adding suport to interface diversity. It also proposes an amendment to IEEE 802.15.4 MAC layer, by adding the capabilities needed to handle interface diversity specifics. In order to ... / Mestre