AIGA: um ambiente integrado de gerência para redes em malha sem fio IEEE 802.11s

A Wireless Mesh Network (WMN - Wireless Mesh Network) IEEE 802.11s standard to become operational it is necessary to configure the parameters that meet the demands of its users, as regards, for example, the frequency channels, the power antennas, IPs addresses, meshID, topology, among others. This configuration can be done via a CLI (Command - Line Interface) or a remote interface provided by the equipment manufacturer, both are not standardized and homogeneous, like black boxes for the developers, a factor that hinders its operation and standardization. The WMN, as a new standard, is still in the testing phase, and tests are necessary to evaluate the performance of Path Discovery Protocol, as in this case of HWMP (Hybrid Wireless Mesh Protocol), which still has many shortcomings. The configuration and test creation in a WMN are not trivial and require a large workload. For these reasons this work presents the AIGA, a Management Integrated Environment for WMN IEEE 802.11s, which aims to manage and perform testbeds for analyzes of new Path Discovery Protocols in a WMN

Uma nova métrica para protocolos de roteamento em redes em malha sem fio.

Este trabalho propõe uma nova métrica denominada AP (Alternative Path), a ser utilizada para o cálculo de rotas em protocolos de roteamento em redes em malha sem fio. Esta métrica leva em consideração a interferência causada por nós vizinhos na escolha de uma rota para um destino. O desempenho da métrica AP é avaliado e comparado com o da métrica ETX (Expected Transmission Count) e com o da métrica número de saltos (Hop Count). As simulações realizadas mostram que a métrica AP pode propiciar desempenho superior à rede quando comparada com as outras duas métricas. A métrica AP apresenta melhor desempenho em cenários com maior diversidade de caminhos alternativos.

Controle de qualidade para 3D-vídeo streaming em redes em malha sem fio

Redes em Malha sem Fio ( do inglês Wireless Mesh Networks - WMNs) são previstas serem uma das mais importantes tecnologias sem fio no que se refere ao fornecimento do acesso de última milha em redes multimídia futuras. Elas vão permitir que milhares de usuários fixos e móveis acessem, produzam e compartilhem conteúdo multimídia de forma onipresente. Neste contexto, vídeo 3D está previsto atrair mais e mais o mercado multimídia com a perspectiva de reforçar as aplicações (vídeos de vigilância, controle demissões críticas, entretenimento, etc). No entanto, o desafio de lidar com a largura de banda optante, escassez de recursos e taxas de erros variantes com o tempo destas redes, ilustra a necessidade da transmissão de vídeos 3D mais resistentes a erros. Dessa forma, alternativas como abordagens de Correção Antecipada de Erros (FEC) se tornam necessárias para fornecer a distribuição de aplicações de vídeo para usuários sem fio com garantia de melhor qualidade de serviço (QoS) e Qualidade de Experiência (QoE). Esta dissertação apresenta um mecanismo baseado em FEC com Proteção Desigual de Erros (UEP) para melhorar a transmissão de vídeo 3D em WMNs, aumentando a satisfação do usuário e permitindo uma melhoria do uso dos recursos sem fio. Os benefícios e impactos do mecanismo proposto serão demonstrados usando simulação e a avaliação será realizada através de métricas de QoE objetivas e subjetivas.

Design & Implementation of IEEE 802.11s Mesh Nodes with enhanced features

This paper describes the implementation of wireless mesh nodes based on the IEEE 802.11s draft where the motivation is to build a real life mesh network. The mesh nodes developed have mesh, mesh access point and mesh portal functionalities simultaneously. The mesh nodes use different radios for mesh and access point functionalities, thus giving better service to client stations. Both reactive and proactive modes of HWMP are supported. The paper also suggests some measures to enhance the performance of the overall network by reducing the number of PREQs.

Cooperative communications in multi-rate IEEE 802.11 networks

Esta tese apresenta um estudo sobre alguns dos protocolos de cooperação MAC para redes sem fios utilizando o sistema IEEE 802.11 multi-débito. É proposto um novo modelo de arquitetura para a categorização e análise da cooperação em redes sem fios, tendo este modelo sido aplicado a protocolos cooperativos existentes para camada MAC. É investigado como as características do meio físico, assim como os requisitos de níveis superiores podem ser aplicados ao processo de cooperação, com vista a melhorar as características de funcionamento da rede de comunicações. Para este propósito são exploradas as métricas mais relevantes para o processo de cooperação. São igualmente estudados os limites impostos pelos protocolos da camada MAC e as limitações práticas impostas por protocolos da família de normas que compõem o IEEE 802.11. Neste trabalho foi criada uma métrica multicamada, que permite considerar os requisitos aplicacionais de performance e o tipo de tráfego, assim como a mobilidade dos dispositivos, no funcionamento dos mecanismos de cooperação. Como forma de validação, e para corretamente avaliar o impacto da métrica, um novo protocolo de cooperação foi desenvolvido e implementado. O seu funcionamento é descrito de forma analítica assim como validado através de a um ambiente de simulação. Os resultados obtidos mostram que a utilização de uma métrica multicamada é uma técnica robusta, fornecendo melhorias consistentes no contexto de redes IEEE 802.11. São igualmente demonstradas várias outras características de funcionamento com impacto para as comunicações. Estes dados fornecem uma visão real e encorajadora para a realização de mais pesquisas para a melhoria da performance dos protocolos cooperativos, assim como a sua utilização num variado número de aplicações futuras. No final do documento são apresentados alguns desafios para a continuação da investigação deste tópico.

Desenvolvimento de um software de comunicação sem fio aplicado à instrumentação de unidade de elevação de petróleo tipo Plunger Lift

This dissertation aims to develop a software applied to a communication system for a wireless sensor network (WSN) for tracking analog and digital variables and control valve of the gas flow in artificial oil s elevation units, Plunger Lift type. The reason for this implementation is due to the fact that, in the studied plant configuration, the sensors communicate with the PLC (Programmable and Logic Controller) by the cables and pipelines, making any changes in that system, such as changing the layout of it, as well as inconveniences that arise from the nature of the site, such as the vicinity s animals presence that tend to destroy the cables for interconnection of sensors to the PLC. For software development, was used communication polling method via SMAC protocol (Simple Medium Access ControlIEEE 802.15.4 standard) in the CodeWarrior environment to which generated a firmware, loaded into the WSN s transceivers, present in the kit MC13193-EVK, (all items described above are owners of Freescale Semiconductors Inc.). The network monitoring and parameterization used in its application, was developed in LabVIEW software from National Instruments. The results were obtained through the observation of the network s behavior of sensors proposal, focusing on aspects such as: indoor and outdoor quantity of packages received and lost, general aspects of reliability in data transmission, coexistence with other types of wireless networks and power consumption under different operating conditions. The results were considered satisfactory, which showed the software efficiency in this communication system

Análise de desempenho de estratégias de retransmissão para o mecanismo HCCA do padrão de redes sem fio IEEE 802.11e

This paper presents the performanee analysis of traffie retransmission algorithms pro¬posed to the HCCA medium aeeess meehanism of IEEE 802.11 e standard applied to industrial environmen1. Due to the nature of this kind of environment, whieh has eleetro¬magnetic interferenee, and the wireless medium of IEEE 802.11 standard, suseeptible to such interferenee, plus the lack of retransmission meehanisms, refers to an impraetieable situation to ensure quality of service for real-time traffic, to whieh the IEEE 802.11 e stan¬dard is proposed and this environment requires. Thus, to solve this problem, this paper proposes a new approach that involves the ereation and evaluation of retransmission al-gorithms in order to ensure a levei of robustness, reliability and quality of serviee to the wireless communication in such environments. Thus, according to this approaeh, if there is a transmission error, the traffie scheduler is able to manage retransmissions to reeo¬ver data 10s1. The evaluation of the proposed approaeh is performed through simulations, where the retransmission algorithms are applied to different seenarios, whieh are abstrae¬tions of an industrial environment, and the results are obtained by using an own-developed network simulator and compared with eaeh other to assess whieh of the algorithms has better performanee in a pre-defined applieation

WI-BIO: redes de monitoramento de pacientes em ambientes de automação hospitalar utilizando o padrão IEEE 802.11

The monitoring of patients performed in hospitals is usually done either in a manual or semiautomated way, where the members of the healthcare team must constantly visit the patients to ascertain the health condition in which they are. The adoption of this procedure, however, compromises the quality of the monitoring conducted since the shortage of physical and human resources in hospitals tends to overwhelm members of the healthcare team, preventing them from moving to patients with adequate frequency. Given this, many existing works in the literature specify alternatives aimed at improving this monitoring through the use of wireless networks. In these works, the network is only intended for data traffic generated by medical sensors and there is no possibility of it being allocated for the transmission of data from applications present in existing user stations in the hospital. However, in the case of hospital automation environments, this aspect is a negative point, considering that the data generated in such applications can be directly related to the patient monitoring conducted. Thus, this thesis defines Wi-Bio as a communication protocol aimed at the establishment of IEEE 802.11 networks for patient monitoring, capable of enabling the harmonious coexistence among the traffic generated by medical sensors and user stations. The formal specification and verification of Wi-Bio were made through the design and analysis of Petri net models. Its validation was performed through simulations with the Network Simulator 2 (NS2) tool. The simulations of NS2 were designed to portray a real patient monitoring environment corresponding to a floor of the nursing wards sector of the University Hospital Onofre Lopes (HUOL), located at Natal, Rio Grande do Norte. Moreover, in order to verify the feasibility of Wi-Bio in terms of wireless networks standards prevailing in the market, the testing scenario was also simulated under a perspective in which the network elements used the HCCA access mechanism described in the IEEE 802.11e amendment. The results confirmed the validity of the designed Petri nets and showed that Wi-Bio, in addition to presenting a superior performance compared to HCCA on most items analyzed, was also able to promote efficient integration between the data generated by medical sensors and user applications on the same wireless network

Instalação de uma rede mesh metropolitana utilizando o padrão IEEE 802.11a e implementação do serviço Voip (Wman-Voip)

Pós-graduação em Engenharia Elétrica - FEIS

Processo markoviano de decisão para alocação dinâmica de recursos e controle de admissão de conexão em redes IEEE 802.16

Este trabalho apresenta uma solução para o problema de controle admissão de conexão e alocação dinâmica de recursos em redes IEEE 802.16 através da modelagem de um Processo Markoviano de Decisão (PMD) utilizando o conceito de degradação de largura de banda, o qual é baseado nos requisitos diferenciados de largura de banda das classes de serviço do IEEE 802.16. Para o critério de desempenho do PMD é feita a atribuição de diferentes retornos a cada classe de serviço, fazendo assim o tratamento diferenciado de cada fluxo. Nesse sentido, é possível avaliar a política ótima, obtida através de um algoritmo de iteração de valores, considerando aspectos como o nível de degradação médio das classes de serviço, utilização dos recursos e probabilidades de bloqueios de cada classe de serviço em relação à carga do sistema. Resultados obtidos mostram que o método de controle markoviano proposto é capaz de priorizar as classes de serviço consideradas mais relevantes para o sistema.

Modelo de simulação NS-2 para o protocolo DNP3 sobre o protocolo de rede sem fio IEEE 802.15.4 para simulação de baixo custo de aplicação smart grid

Pós-graduação em Engenharia Elétrica - FEIS

Análise de desempenho sobre redes IEEE 802.3/PM-AH: protoclo multicilos para automação hospitalar

Com a incorporação de conceitos da automação em ambientes hospitalares surge uma série de novos requisitos pertinentes a área médica. Dentre esses requisitos, um que merece destaque é a necessidade do estabelecimento de uma rede de comunicação segura e eficiente entre os elementos do ambiente hospitalar, visto que, os mesmos encontram-se de maneira distribuída. Nesse sentido, existe uma série de protocolos que podem ser utilizados no estabelecimento dessa rede, dentre os quais, um que merece destaque é o PM-AH (Protocolo Multiciclos para Automação Hospitalar) justamente por ser voltado a automatização de ambientes hospitalares tanto no que diz respeito ao cumprimento dos requisitos impostos nesse tipo de ambiente, como pelo fato de ser projetado para funcionar sobre a tecnologia Ethernet, padrão esse que é comumente utilizado pela rede de dados dos hospitais. Em decorrência disso, o presente trabalho aborda uma análise de desempenho comparativa entre redes PM-AH e puramente Ethernet visando atestar a eficiência do primeiro no que diz respeito ao cumprimento dos requisitos impostos pela automação hospitalar

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.

Análise de desempenho experimental de redes IEEE 802.3.

The Ethernet technology dominates the market of computer local networks. However, it was not been established as technology for industrial automation set, where the requirements demand determinism and real-time performance. Many solutions have been proposed to solve the problem of non-determinism, which are based mainly on TDMA (Time Division Multiple Access), Token Passing and Master-Slave. This work of research carries through measured of performance that allows to compare the behavior of the Ethernet nets when submitted with the transmissions of data on protocols UDP and RAW Ethernet, as well as, on three different types of Ethernet technologies. The objective is to identify to the alternative amongst the protocols and analyzed Ethernet technologies that offer to a more satisfactory support the nets of the industrial automation and distributed real-time application

Modelagem IEEE 1815 DNP3 em VHDL e análise de comunicação SG via IEEE 802.15.4 e IEEE 802.11

Pós-graduação em Engenharia Elétrica - FEIS