M2M-TEE : um Protocolo MAC Multicanal Energeticamente Eficiente de Comunicação Muitos-para-Muitos para Redes de Sensores sem Fio

• Ano de defesa: 2025
• Autor(a) principal: ADAUTO, Daniel Alexandro Rêgo
• Tipo de documento: Dissertação
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Universidade Federal de Pernambuco; UFPE; Brasil; Programa de Pos Graduacao em Ciencia da Computacao
• Palavras-chave em Português: Protocolo MAC; Redes de Sensores Sem Fio; IEEE 802.15.4; TDMA; MIMO; Multicanal
• Link de acesso: https://repositorio.ufpe.br/handle/123456789/64376

O IEEE 802.15.4 é um dos padrões mais utilizados pelas Redes de Sensores Sem Fio (RS- SFs), sendo uma das principais normas para as redes LR-WPAN. Porém, as RSSFs enfrentam alguns desafios como a subutilização dos canais de frequência, e o desperdício de energia de seus dispositivos devido à colisão de pacotes e à escuta ociosa do canal. Além disso, muitos de seus protocolos perdem a oportunidade de utilizarem técnicas como Múltiplas Entradas e Múl- tiplas Saídas (MIMO) e Transmissão e Recepção de Múltiplos Pacotes (MPTR), que poderiam proporcionar grandes vantagens tais como a redução do atraso fim a fim e o aumento da capa- cidade de transmissão de dados. Portanto, faz-se necessário apresentar novos protocolos que solucionem estes desafios, e que sejam compatíveis com os critérios estabelecidos pela norma IEEE 802.15.4. Alguns protocolos MAC para RSSFs garantem a troca de pacotes de dados sem colisões com a utilização de técnicas como o TDMA, ao custo de uma maior latência da rede. Este trabalho apresenta um novo Protocolo MAC Multicanal Energeticamente Eficiente para Comunicação Muitos-para-Muitos (M2M-TEE) para RSSFs baseadas no padrão IEEE 802.15.4, e que permite a transmissão e recepção simultânea de múltiplos pacotes de dados sem colisão, possibilitando a diminuição do atraso fim a fim em detrimento de um aumento discreto na sobrecarga (overhead) para intervalos entre chegadas de mensagens maiores. O M2M-TEE funciona em ciclos de trabalho com períodos de ativação e dormência das estações. A eficiência do M2M-TEE foi avaliada e comparada com outros protocolos correlatos, sendo eles o Protocolo MAC Energeticamente Eficiente e Livre de Colisões (DyTEE), o Sensor-MAC (S-MAC) e o Slotted ALOHA. As simulações foram realizadas por meio de eventos temporais discretos com base nos indicadores de consumo de energia, vazão (throughput), sobrecarga e latência. Também foi apresentado um modelo de consumo de energia para o protocolo pro- posto. Os resultados mostraram que, para um intervalo médio entre chegadas de mensagens igual ou próximo a zero, o M2M-TEE alcançou uma vazão 4,5 vezes maior, e uma latência média por mensagem 8 vezes menor se comparado com o protocolo DyTEE. Contudo, para um intervalo médio entre chegadas de mensagens maior que 2200ms, a sobrecarga da rede é superior em relação aos demais protocolos. Como o M2M-TEE opera com fluxos simultâneos em múltiplos canais, o agendamento das transmissões torna-se mais extenso.