Group Sequential Communication (GSC): Especificação e Análise de Desempenho de umMecanismo de Comunicação de Tempo Real Compatível ao Padrão IEEE 802.11/11e Aplicado à Automação Industrial

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.

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior

Esta tese propõe a especificação e análise de desempenho de um mecanismo de comunicação de tempo real compatível com o Padrão 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, além de adotar uma abordagem descentralizada do controle de acesso ao meio baseado no conceito produtor/consumidor. O objetivo principal da proposta é a redução de overheads da rede, oriundos de quadros de Polling, ACK e QoS Null trocados entre o controlador híbrido e as estações no HCCA padrão. O mecanismo GSC elimina o uso de quadros de Polling utilizados pelo escalonador do HCCA, através de um procedimento de Virtual Token Passing entre os membros do grupo de tempo real, a quem é garantida alta prioridade de acesso ao meio de forma sequencial. A fim de melhorar a confiabilidade da proposta em ambientes ruidosos é apresentado um esquema de recuperação de erro chamado algoritmo de segunda chance. Este esquema é baseado em uma estratégia de reconhecimento em bloco das mensagens enviadas, com possibilidade de serem retransmitidas quando não recebidas com sucesso. Desta forma, o mecanismo GSC mantém o tráfego das estações de tempo real entre os diversos dispositivos compatível ao Padrão IEEE 802.11/11e, com o uso otimizado da banda e variações mínimas de atraso médio entre as entregas dos pacotes de dados pertencentes à rede sem fio. Para propósito de validação da proposta, os mecanismos GSC e HCCA foram implementados através de softwares de simulação de redes desenvolvido em C/C++ e os resultados de desempenho foram comparados. Os experimentos mostram a eficiência do mecanismo GSC, principalmente em cenários de comunicações industriais.