Um Controle de acesso ao meio híbrido em redes sem-fio para coordenação de sistemas de tempo-real autônomos e móveis

Abstract

Esta tese propõe um protocolo MAC híbrido para redes ad hoc móveis denominado HCT-MAC (Hybrid Contention/TDMA MAC). A principal característica deste protocolo é o fato do mesmo suportar a mobilidade de nodos e ao mesmo tempo oferecer meios para atender prazos de entrega de mensagens. Para tanto, o HCT-MAC implementa um mecanismo de reserva de recursos oportunístico e de curto alcance, que se adapta continuamente às mudanças de topologia de uma rede com dispositivos móveis. A reserva de recursos se ampara na auto-organização dos dispositivos móveis em grupos denominados clusters, cujos membros realizam um acesso ao meio do tipo TDMA. No caso de dispositivos que não pertencem a clusters, o acesso ao meio se realiza com disputa do tipo CSMA. A formação de clusters é obtida com uma abordagem que agrupa iterativamente e de forma adaptativa dispositivos com base em suas estimativas de qualidade de enlace. O protocolo proposto foi testado e avaliado por meio de uma implementação prática e também de simulações. Os resultados dos experimentos mostraram que o uso do HCT-MAC proporcionou melhoras significativas na utilização do meio e taxa de mensagens entregues comparados a um protocolo CSMA, graças a reserva de recursos oportunística obtida com a auto-organização das redes simuladas. Outra contribuição deste trabalho é um método para analisar a capacidade tempo-real probabilística de uma rede em que o acesso ao meio funciona em ciclos de ativação e desativação, como no caso do uso do HCT-MAC em uma rede com dispositivos móveis.

This thesis proposes the HCT-MAC (Hybrid Contention/TDMA MAC), a hybrid MAC protocol for mobile ad hoc networks. The main characteristic of this protocol is to cope with mobility while also providing means to cope with message deadlines. Thereby it provides a short range and opportunistic resource-reservation mechanism, which adapts continuously to topology changes that occur in a network composed by mobile devices. Resourcereservation is supported by the fact that devices are self-organized in groups called clusters. Members of clusters access the medium in a contention-free manner similar to TDMA, and nodes which are not members of cluster access the medium with CSMA. Clusters are formed iteratively and adaptively based on measurements of link quality between nodes. The proposed protocol was tested and evaluated with simulations and a real prototype. Results of the simulation experiments showed that the HCT-MAC protocol provided a significant improvement in medium utilization and ratio of delivered messages compared to a CSMA protocol. That was related to the opportunistic resource-reservation in the self-organized networks of the experiments. Another contribution of this thesis is a method to analyze the probabilistic real-time capacity of a network which uses a MAC protocol with intermittent communication links, as is the case of the HCT-MAC protocol in a mobile network.