Edição das 09h43min de 30 de junho de 2017

Sobre o projeto

Resumo do projeto

Nome do Orientador do Projeto: Eraldo Silveira e Silva

Nome do Bolsista do Projeto: André Felippe Weber

A disciplina de Avaliação de Desempenho de Sistemas da Engenharia de Telecomunicações tem como foco a avaliação de redes de telecomunicações usando as três abordagens clássicas: simulação, análise e experimentação. Este projeto visa o desenvolvimento de um conjunto de experimentos para a disciplina de Avaliação de Desempenho de Sistemas da Engenharia de Telecomunicações com fins de melhor adequar a disciplina ao perfil do profissional previsto no PPC, que prevê um foco no desenvolvimento de sistemas. Pretende-se usar a tecnologia de rede IEEE802.15.4, resgatando dispositivos (nodos MICAZ) já adquiridos anteriormente, para desenvolver experimentos que combinem a tríade: análise, simulação e experimentação, permitindo transitar entre ferramentas do tipo Cadeias de Markov para realizar predição de desempenho da rede, projeto de experimento real de avaliação de desempenho usando nodos MICAZ a e simulação da estrutura contemplando a questão de escalabilidade e extensibilidade de cenários.

Plano de trabalho

As seguintes atividades serão desenvolvidas no decorrer da bolsa, não necessáriamente na ordem em que são citadas.

1) Participação na definição preliminar dos experimentos. (2 semanas)

2) Preparação dos nodos MICAZ para uso na disciplina (4 semanas)

2.1- Estudo do Hardware e Software pré-instalado no nodo

2.2-Familiarização com a placa de captura de pacotes

2.3-Familiarização com a placa e software de programação

2.4-Estudo de sistemas operacionais e pilhas de protocolos alternativos

2.5-Seleção e instalação final do sistema nos nodos.

3) Seleção e implementação de modelos de referência MAC para CSMA-CA e IEEE802.15.4(6 semanas)

3.1-Estudo de cadeias de Markov

3.2-Seleção e verificação de modelos de Markov para CSMA-CA e IEEE802.15.4

4) Implementação dos cenários selecionados em (3) em um simulador de rede

5) Implementação de experimentos no MICAZ para reproduzir resultados em de (3)

6) Organização dos roteiros de experimentos e documentação adicional

7) Relatório Final

Horários do bolsista

Horários	Segunda-Feira	Terça-Feira	Quarta-Feira	Quinta-Feira	Sexta-Feira
7:30 às 9:20	Sim	Não	Sim	Não	Sim
9:40 às 11:30	Sim	Sim	Não	Sim	Sim
13:30 - 15:30	Sim	Não	Não	Não	Não
15:40 - 17:40	Não	Sim	Não	Sim	Sim

Semana 1

Semana 1 - 19/06/2017 - 23/06/2017

Estudo do Hardware e Software pré-instalado no nodo
- Hardware do MICAZ (versão 1)

Antes de iniciar o estudo do MICAz é interessante situar o ambiente para o qual ele foi criado. As redes de sensores sem fio (WSN - do inglês wireless sensor network) é uma rede composta por dispositivos autônomos (também conhecidos como Motes) espacialmente distribuídos com o intuito de monitorar fenômenos físicos e ambientais como temperatura, umidade, luz, etc. “Comparado com soluções cabeadas, as WSNs oferecem maiores facilidades de implementação e mais flexibilidade de dispositivos. Com a rapidez do desenvolvimento tecnológico dos sensores as WSNs virarão a tecnologia chave para IoT (internet das coisas)”.[1]

Um dos padrões mais respeitados no mundo do IoT e seguido pelos fabricantes do MICAz é o zigbee. A Zigbee Alliance, que foi formado por um grupo de empresas de tecnologia, decidiu criar um padrão que garantisse a interoperabilidade entre seus produtos. Para isso, utilizaram como base para o zigbee o padrão IEEE 802.15.4 que define as camadas física e de acesso ao meio objetivando o baixo custo de implementação e baixo consumo de energia. A camada MAC oferece acesso ao meio através do CSMA-CA e a camada física proporciona taxas de transmissão de no máximo 250 Kbps quando operando na faixa dos 2.4 GHz resultando em um raio de alcance que, em média, fica entre 10m e 75m em ambientes fechados. Sobre as camadas física e de acesso ao meio foram definidas as camadas de rede e de aplicação seguindo outras especificações da Zigbee Alliance, como por exemplo o uso da arquitetura de rede Mesh e a capacidade de autogerenciamento da rede.

O MICAz utilizado nesta bolsa é um transceiver RF produzido pela Crossbow technology que opera na faixa dos 2.4 GHz e é utilizado para criar redes WSN com baixo consumo de energia. Equipado com o microcontrolador de baixa potência ATmega128L, o MICAz é compatível com o MoteWorks (plataforma de desenvolvimento de redes WSN) diretamente de sua memória flash interna e vem com o TinyOS (Ver sessão Software) por padrão de fábrica. Outras características do MICAz podem ser encontradas no datasheet dele e na imagem abaixo que é um print do datasheet.

TinyOS (http://tinyos.stanford.edu/tinyos-wiki/index.php/TinyOS_Documentation_Wiki)

O sistema operacional TinyOS desenvolvido para sensores que compoẽm uma WSN e já vem por padrão no MICAz. Este sistema operacional é basicamente um escalonador de tarefas e possui em sua biblioteca alguns protocolo de rede, drivers para sensoriamento e ferramentas para aquisição de dados. Para criar e programar o TinyOS utilizou-se uma nova linguagem chamada nesC que é baseada no C, e por isso apresenta algumas semelhanças com essa linguagem (O manual de referência do nesC pode ser encontrado em [5]). O código abaixo, retirado da wiki do TinyOS, é um exemplo em nesC de como um driver para LEDs pode ser implementado:


 configuration Led {
   provides {
     interface LedControl;
   }
    uses {
     interface Gpio;
   }
 }
 implementation {
 
   command void LedControl.turnOn() {
     call Gpio.set();
   }
 
   command void LedControl.turnOff() {
     call Gpio.clear();
   }
 }

</syntaxhighlight>
Referências
[1] http://www.iec.ch/whitepaper/pdf/iecWP-internetofthings-LR-en.pdf
[2] http://www.openautomation.net/page/productos/id/22/title/MICAz-2.4-GHz
[3]http://disalw3.epfl.ch/teaching/signals_instruments_systems/ay_2011-12/exercises/lab06/SIS_11-12_lab06_assignment.pdf
[4]https://repositorio-aberto.up.pt/bitstream/10216/71311/1/000143823.pdf
[5]http://nescc.sourceforge.net/papers/nesc-ref.pdf

Semana 2

Semana 2 - 26/06/2017 - 30/06/2017

IEEE 802.15.4e

O Task group 4e foi criado para rever e adicionar melhorias e novas funcionalidades para a camada MAC do padrão IEEE 802.15.4 e atender requisições da indústria. Essas novidades visaram a melhoria na capacidade (escalabilidade) do sistema e diminuir a susceptibilidade do padrão à interferências de outros dispositivos que operam na mesma faixa de frequência que o IEEE 802.15.4 (868 MHz/915MHz/2.4).

Para isso o 4e introduziu alguma variações nos métodos de acesso ao meio da camada de enlace do 802.15.4. O DSME (Deterministic and Synchronous Multi-channel Extension) extende o superframe a aumenta a quantidade de canais de frequência disponíveis para transmissão. O LLDN (Low Latency Deterministic Network) foi criado para redes com topologia estrela. O TSCH (Timeslotted Channel Hopping), que utiliza técnicas de sincronização temporal para melhorar o consumo energético e saltos de frequência para diminuir a vulnerabilidade à interferências do meio é o método mais aclamado por usuários do 802.15.4e. Resultados da comparação entre o 802.15.4 e o 802.15.4e podem ser encontrados em [1] e mais informações sobre o TSCH em [2].

Referências: [1] On MAC Layer protocols towards internet of things: From IEEE802.15.4 to IEEE802.15.4e

[2] http://www.simonduquennoy.net/papers/duquennoy17tsch.pdf

Hello World com o MICAz

Semana 3

preparar o exemplo do Hello World (um nodo comanda outro nodo acender LED) com as seguintes opções:
- CSMA/CA normal (beaconless)
- Slotted CSMA
- GTS

Vericar a possibilidade de executar com um nodo MICAZ e com PC usando hardware do ZigBEE

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+*preparar o exemplo do Hello World (um nodo comanda outro nodo acender LED) com as seguintes opções:
+**CSMA/CA normal (beaconless)
+**Slotted CSMA
+**GTS
+Vericar a possibilidade de executar com um nodo MICAZ e com PC usando hardware do ZigBEE

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