Resumo sobre estimadores de estado de enlace

Resumo artigo estimador estado de link

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O estimador de estado de link de radios no WSN tem um impacto fundamental na performance de rede e também afeta o design de protocolo da camada superior. Este artigo fornece uma pesquisa abrangente sobre literatura relacionada, abrangendo características dos links de baixa potência, os conceitos fundamentais de estimativa de qualidade de links em RSSFs, uma taxonomia de estimadores de qualidade de link existentes e sua análise de desempenho.

A propagação dos sinais de rádio são afetados por muitos fatores que contribuem para a degradação do sinal. Os efeitos desses fatores são mais significantes se tratando de propagação sinal wireless com baixa potência, tipicamente usados em WSN. De fato, sua qualidade é instável e a conectividade é assimétrica.

Hoje em dia sabe-se que temos três fatores que levam a links inseguros:

• O ambiente, no qual causam efeitos de propagação de multi-percursos, contribuindo com os ruídos.
• Interferência, que resulta em transmissões simultâneas dentro de uma rede sem fio.
• hardwares transmissores, que podem distorcer os sinais enviados e recebidos devido ao seu ruído interno. No WSN, esses tranmissores transmitem sinais de baixa potência, no qual são mais propensos à ruido, interferência e distorção de multipercursos.

Na literatura, muitos estudos focam na caracterização estatística de links de baixa potência através de uma teoria de estimação, que é comumente conhecida como Estimador de qualidade do link, para estudar os comportamentos analisados até então. Entregar dados através de links com alta qualidade melhora o rendimento da rede, limitando a perda de pacotes e maximizando vida útil, minimizando o número de retransmissões e evitando a reprogramação de rotas desencadeada pela falha dos links. A estimativa da qualidade dos links também desempenha um papel crucial para mecanismos de controle para manter a estabilidade da topologia.

Interferência interna x externa

- Interferência externa pode ocorrer em redes que operam na mesma banda de frequência que o WSN; - Interferência interna pode ocorrer pela transmissão simultânea de nós pertencentes ao mesmo WSN. Interferência externa tem um forte impacto no desempenho das comunicações WSN porque aumenta a taxa de perda de pacotes, que por sua vez aumenta o número de retransmissões e, portanto, a latência das comunicações.

Passos para a estimação da qualidade do link

Basicamente, o LQE consiste em avaliar uma métrica, isto é, uma expressão, dentro de uma janela de estimativa w (por exemplo, a cada w segundos, ou com base em w pacotes recebidos / enviados). Nos referimos a essa métrica como o Estimador de qualidade de link (LQE). A avaliação de LQE requer medições de link. Por exemplo, para avaliar o estimador de PRR, medições de link consistem em extrair o número de seqüência de cada recebido pacote. O monitoramento de links define uma estratégia para ter tráfego sobre o link, permitindo medições de link. Portanto, o processo de estimativa da qualidade do link envolve três etapas: monitoramento de link, medições de link e avaliação métrica.

- Monitoramento de links. Existem três tipos de monitoramento de link: (i) monitoramento de link ativo, (ii) monitoramento de link passivo e (iii) monitoramento de link híbrido.

• (i) Monitoramento de link ativo. No monitoramento de link ativo, um nó monitora os links para seus vizinhos enviando pacotes de teste. Os pacotes de sonda podem ser enviados por transmissão, ou por unicast.
• (ii) Monitoramento de link passivo. Ao contrário do monitoramento de link ativo, as explorações de monitoramento de link passivo tráfego existente sem incorrer em sobrecarga adicional de comunicação. De fato, um nó ouve os pacotes transmitidos, mesmo que esses pacotes não sejam endereçados a ele . Ele também pode ouvir os ACK de mensagens enviadas por diferentes vizinhos. Monitoramento de link passivo tem sido amplamente usado em RSSFs devido a sua eficiência energética comparado ao monitoramento de link ativo.
• (iii) Monitoramento de link híbrido. O uso de um mecanismo híbrido combinando ativos e monitoramento passivo pode produzir um equilíbrio eficiente entre medições de link atualizadas e eficiência energética.

- Medições de link 4.1.2. Medidas de Link. As medições de links são realizadas recuperando informações úteis: (i) de pacotes recebidos / confirmações ou (ii) de pacotes enviados. Dados recuperados de pacotes / confirmações recebidos, como números sequenciais, timestamp, O RSSI e o LQI são usados para calcular os estimadores de qualidade de link do lado do receptor. Por outro lado, os dados recuperados de pacotes enviados, por exemplo, números de seqüência, timestamp, e contagem de retransmissão de pacotes, permite o cálculo do link do lado do remetente estimadores de qualidade.

- Avaliação Métrica. Com base nas medições de link, uma métrica é avaliada para produzir uma estimativa da qualidade do link. Geralmente, essa métrica é projetada de acordo com certa técnica de estimação, que pode ser uma média simples ou mais sofisticada técnica como filtragem, aprendizagem, regressão, lógica difusa, etc.

REQUISITOS PARA A ESTIMAÇÃO DO ESTADO DE LINK

A estimativa eficiente da qualidade do link possui vários requisitos, que são descritos a seguir.

- Eficiência energética. Como a energia pode ser uma grande preocupação em RSSFs, os LQEs devem envolver baixa sobrecarga de computação e comunicação. Consequentemente, algumas técnicas de estimativas complexas podem não ser apropriadas em RSSFs. Além disso, os LQEs também deve envolver baixa sobrecarga de comunicação. Normalmente, um monitoramento ativo com alta taxa de beacons deve ser evitada, pois consome energia.

- Precisão. Refere-se à capacidade do LQE para caracterizar corretamente o estado do link, isto é, capturar o comportamento real do link. A precisão da estimativa da qualidade do link impacta grandemente a eficácia dos protocolos de rede.

- Reatividade. Refere-se à capacidade de reagir rapidamente a mudanças persistentes na qualidade do link. Por exemplo, um LQE reativo permite protocolos de roteamento e mecanismos de controle de topologia para se adaptar rapidamente às mudanças na conectividade subjacente.

- Estabilidade

Uma pesquisa sobre estimadores de qualidade de link

LQEs em WSNs podem ser classificados em duas categorias: baseadas em hardware e software.

LQE baseado em hardware

Três LQEs pertencem à família de LQEs baseados em hardware: LQI, RSSI e SNR. Estes estimadores são diretamente lidos a partir do transceptor de rádio2 (por exemplo, o CC2420). Sua vantagem é que eles não exigem nenhum cálculo adicional.

• O RSSI pode fornecer uma estimativa rápida e precisa de se um link é de muito boa qualidade (região conectada). O RSSI mostrou-se muito estável (desvio padrão inferior a 1 dBm) ao longo de um curto intervalo de tempo (2 s), assim, uma única leitura RSSI (através de uma recepção de pacotes) é suficiente para determinar se a ligação está na região de transição ou não.
• O LQI pode determinar se o link é de muito boa qualidade ou não. No entanto, não é um bom indicador de ligações de qualidade intermédia devido à sua alta variação,

a menos que seja calculada a média de um certo número de leituras.

• A SNR é um bom indicador e até um preditor da PRR, mas não é precisa,

especialmente para links intermediários.