Arquitetura de canais para rádios definidos por software de múltiplas camadas

Abstract

Nos últimos anos, foram criados diversos padrões de redes sem fio para garantir o cumprimento de diferentes requisitos de alcance, vazão de dados, segurança e consumo de energia. Muitas vezes isso obriga a integração de componentes que suportam diversas redes sem fio para criação de equipamentos multipadrões. Essa solução tradicional, apesar de robusta, impõe uma série de limitações relacionadas com o espaço físico, consumo de energia e custo dos sistemas integrados, além da falta de flexibilidade para modificações. Uma alternativa a esse cenário tem sido o uso de Rádios Definidos por Software (SDR), os quais possuem a camada física completamente reconfigurável, permitindo flexibilidade em vários parâmetros de comunicação como faixa de freqüência, tipo de modulação e potência de transmissão. Atualmente, existem várias propostas para implementação de SDRs, destacando-se o GNU Radio em conjunto com a placa USRP como opção de baixo custo, que possibilita a criação de rádios funcionais a partir de modelos de alto nível utilizando computadores pessoais. Entretanto, existe uma lacuna no suporte nativo à implementação de múltiplas camadas físicas compartilhando a mesma interface física, o que causa um overhead maior que o desejado na criação de sistemas multipadrões. Para superar tal desafio, este trabalho apresenta a concepção de uma arquitetura de canais para múltiplas camadas físicas que se destaca por propor uma interface genérica que atende a todos os tipos de camadas físicas e pode ser suportada por diversos hardwares de SDR. Visando a melhor utilização dos recursos a arquitetura proposta permite o deslocamento do estágio de separação de múltiplos canais para o hardware sem a perda de flexibilidade. Para validar a arquitetura proposta foi desenvolvido um protótipo baseado no GNU Radio e USRP2, além das implementações de dois cenários de testes, com múltiplas camadas físicas iguais (IEEE802.15.4) e com múltiplas camadas diferentes (IEEE802.15.4 e IEEE802.11b). Os testes demonstraram uma melhora significativa no desempenho global do sistema e uma simplificação na interface com a camada física, uma vez que não há necessidade de configurar as variáveis relacionadas com os ajustes do próprio hardware.