3.2 PROPOSTA DE UM NOVO PROTOCOLO MESH
4.1.5 CENÁRIO COM CRIPTOGRAFIA
4.1.5.4 CENÁRIO 4 – INTERVALO ENTRE PACOTES 180ms
Para o intervalo entre pacotes de 180 ms os dados obtidos foram:
Tabela 22 - Dados obtidos para Cenário 4
Módulo Geral 0013A20040A0F3A0 0013A20040A5062B 0013A20040A506D9
Taxa média (kbps) 33,2623 11,0990 11,0865 11,0604
Nº de pacotes perdidos 1 0 0 1
Fonte: o autor, 2013.
Diante da verificação do log de dados obtidos, foi possível observar que nas transmissões com ACK não foram necessárias retransmissões de dados, nos testes efetuados para este cenário e a média da Intensidade Média do Sinal ficou em -40 dBm.
Assim para cada intervalo de tempo, foi possível plotar um histograma com o atraso médio geral entre os pacotes com e sem ACK, conforme abaixo:
Figura 181 - Atraso Médio(0013A20040A506D9)
100 150 200 250 300 350
0 20 40 60 80 100 120 140
ATRASO MÉDIO (0013A20040A506D9) (d= 50m t=220 ms)
=0.23781, S.D.=0.028991,=0.00084047
tempo(ms)
quantidade de pacotes
Fonte: o autor, 2013. Fonte: o autor, 2013.
Na sequência, foi possível plotar o histograma com atraso médio para cada módulo, sem a confirmação de recebimento (ACK), conforme abaixo:
Fonte: o autor, 2013. Fonte: o autor, 2013.
0 50 100 150 200 250 300
ATRASO MÉDIO GERAL (d= 50m t=180 ms)
=0.0659, S.D.=0.045535,=0.0020735
tempo (ms)
quantidade de pacotes
Figura 182 - Atraso Médio Geral sem ACK
50 55 60 65 70 75 80
ATRASO MÉDIO GERAL (ACK)(d= 50m t=180 ms)
=0.0659, S.D.=0.045535,=0.0020735
tempo (ms)
quantidade de pacotes
Figura 183 - Atraso Médio Geral com ACK
100 150 200 250 300 350 400
0
ATRASO MÉDIO (0013A20040A0F3A0) (d= 50m t=180 ms)
=0.1975, S.D.=0.014602,=0.00021322
tempo(ms)
quantidade de pacotes
Figura 185 - Atraso Médio (0013A20040A0F3A0)
50 100 150 200 250 300 350
ATRASO MÉDIO (0013A20040A5062B) (d= 50m t=180 ms)
=0.19772, S.D.=0.016485,=0.00027176
tempo(ms)
quantidade de pacotes
Figura 184 - Atraso Médio (0013A20040A5062B)
50 100 150 200 250 300 350 0
10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
ATRASO MÉDIO (0013A20040A506D9) (d= 50m t=180 ms)
=0.19818, S.D.=0.038298,=0.0014667
tempo(ms)
quantidade de pacotes
Fonte: o autor, 2013
4.1.5.5 CENÁRIO 5 – INTERVALO ENTRE PACOTES 140ms
Para o intervalo entre pacotes de 140 ms os dados obtidos foram:
Tabela 23 - Dados obtidos para Cenário 5
Módulo Geral 0013A20040A0F3A0 0013A20040A5062B 0013A20040A506D9
Taxa média (kbps) 41,5657 13,8870 13,8434 13,8199
Nº de pacotes perdidos 6 1 2 3
Fonte: o autor, 2013.
Diante da verificação do log de dados obtidos, foi possível observar que nas transmissões com ACK não foram necessárias retransmissões de dados, nos testes efetuados para este cenário e a média da Intensidade Média do Sinal ficou em -40 dBm.
Assim para cada intervalo de tempo, foi possível plotar um histograma com o atraso médio geral entre os pacotes com e sem ACK, conforme abaixo:
Fonte: o autor, 2013. Fonte: o autor, 2013.
Na sequência, foi possível plotar o histograma com atraso médio para cada módulo, sem a confirmação de recebimento (ACK), conforme abaixo:
Fonte: o autor, 2013. Fonte: o autor, 2013.
0 20 40 60 80 100 120 140 160 180
ATRASO MÉDIO GERAL (d= 50m t=140 ms)
=0.052736, S.D.=0.033938,=0.0011518
tempo (ms)
quantidade de pacotes
Figura 187 - Atraso Médio Geral sem ACK
46 48 50 52 54 56 58
ATRASO MÉDIO GERAL (ACK)(d= 50m t=140 ms)
=0.052736, S.D.=0.033938,=0.0011518
tempo (ms)
quantidade de pacotes
Figura 188 - Atraso Médio Geral com ACK
0 100 200 300 400 500 600 700 800
ATRASO MÉDIO (0013A20040A0F3A0) (d= 50m t=140 ms)
=0.15784, S.D.=0.033437,=0.001118
tempo(ms)
quantidade de pacotes
Figura 189 - Atraso Médio (0013A20040A0F3A0)
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900
ATRASO MÉDIO (0013A20040A5062B) (d= 50m t=140 ms)
=0.15834, S.D.=0.037836,=0.0014316
tempo(ms)
quantidade de pacotes
Figura 190 - Atraso Médio (0013A20040A5062B)
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 0
50 100 150 200 250
ATRASO MÉDIO (0013A20040A506D9) (d= 50m t=140 ms)
=0.15861, S.D.=0.049508,=0.0024511
tempo(ms)
quantidade de pacotes
Fonte: o autor, 2013.
4.1.5.6 CENÁRIO 6 – INTERVALO ENTRE PACOTES 100ms
Para o intervalo entre pacotes de 100 ms os dados obtidos foram:
Figura 192 - Dados obtidos para Cenário 6
Módulo Geral 0013A20040A0F3A0 0013A20040A5062B 0013A20040A506D9
Taxa média (kbps) 55,5623 18,5605 18,5775 18,4211
Nº de pacotes perdidos 8 2 3 3
Fonte: o autor, 2013.
Diante da verificação do log de dados obtidos, foi possível observar que nas transmissões com ACK não foram necessárias retransmissões de dados, nos testes efetuados para este cenário e a média da Intensidade Média do Sinal ficou em -40 dBm.
Assim para cada intervalo de tempo, foi possível plotar um histograma com o atraso médio geral entre os pacotes com e sem ACK, conforme abaixo:
Figura 191 - Atraso Médio(0013A20040A506D9)
Fonte: o autor, 2013. Fonte: o autor, 2013.
Na sequência, foi possível plotar o histograma com atraso médio para cada módulo, sem a confirmação de recebimento (ACK), conforme abaixo:
Fonte: o autor, 2013. Fonte: o autor, 2013.
0 50 100 150 200 250
ATRASO MÉDIO GERAL (d= 50m t=100 ms)
=0.039451, S.D.=0.021812,=0.00047578
tempo (ms)
quantidade de pacotes
Figura 194 - Atraso Médio Geral sem ACK
30 35 40 45 50 55 60
ATRASO MÉDIO GERAL (ACK)(d= 50m t=100 ms)
=0.039451, S.D.=0.021812,=0.00047578
tempo (ms)
quantidade de pacotes
Figura 193 - Atraso Médio Geral com ACK
0 100 200 300 400 500 600
ATRASO MÉDIO (0013A20040A0F3A0) (d= 50m t=100 ms)
=0.1181, S.D.=0.045294,=0.0020516
tempo(ms)
quantidade de pacotes
Figura 196 - Atraso Médio (0013A20040A0F3A0)
0 100 200 300 400 500 600
ATRASO MÉDIO (0013A20040A0F3A0) (d= 50m t=100 ms)
=0.1181, S.D.=0.045294,=0.0020516
tempo(ms)
quantidade de pacotes
Figura 195 - Atraso Médio (0013A20040A5062B)
0 100 200 300 400 500 0
20 40 60 80 100 120 140 160 180
ATRASO MÉDIO (0013A20040A506D9) (d= 50m t=100 ms)
=0.11899, S.D.=0.063867,=0.004079
tempo(ms)
quantidade de pacotes
Fonte: o autor, 2013.
4.1.5.7 CENÁRIO 7 – INTERVALO ENTRE PACOTES 80ms
Para o intervalo entre pacotes de 80 ms os dados obtidos foram:
Tabela 24 – Dados obtidos para Cenário 7
Módulo Geral 0013A20040A0F3A0 0013A20040A5062B 0013A20040A506D9
Taxa média (kbps) 66,9436 22,4064 22,3462 22,1733
Nº de pacotes perdidos 8 2 2 4
Fonte: o autor, 2013.
Diante da verificação do log de dados obtidos, foi possível observar que nas transmissões com ACK não foram necessárias retransmissões de dados, nos testes efetuados para este cenário e a média da Intensidade Média do Sinal ficou em -40 dBm.
Assim para cada intervalo de tempo, foi possível plotar um histograma com o atraso médio geral entre os pacotes com e sem ACK, conforme abaixo:
Figura 197 - Atraso Médio(0013A20040A506D9)
Fonte: o autor, 2013. Fonte: o autor, 2013.
Na sequência, foi possível plotar o histograma com atraso médio para cada módulo, sem a confirmação de recebimento (ACK), conforme abaixo:
Fonte: o autor, 2013. Fonte: o autor, 2013.
0 50 100 150 200 250 300
ATRASO MÉDIO GERAL (d= 50m t=80 ms)
=0.032744, S.D.=0.017158,=0.0002944
tempo (ms)
quantidade de pacotes
Figura 198 - Atraso Médio Geral sem ACK
25 30 35 40 45 50 55 60
ATRASO MÉDIO GERAL (ACK)(d= 50m t=80 ms)
=0.032744, S.D.=0.017158,=0.0002944
tempo (ms)
quantidade de pacotes
Figura 199 - Atraso Médio Geral com ACK
0 100 200 300 400 500 600
0 50 100 150
ATRASO MÉDIO (0013A20040A0F3A0) (d= 50m t=80 ms)
=0.097829, S.D.=0.048793,=0.0023808
tempo(ms)
quantidade de pacotes
Figura 200 - Atraso Médio (0013A20040A0F3A0)
0 50 100 150 200 250 300 350 400 450
ATRASO MÉDIO (0013A20040A5062B) (d= 50m t=80 ms)
=0.098093, S.D.=0.050649,=0.0025653
tempo(ms)
quantidade de pacotes
Figura 201 - Atraso Médio (0013A20040A5062B)
0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 0
20 40 60 80 100 120 140
ATRASO MÉDIO (0013A20040A506D9) (d= 50m t=80 ms)
=0.098857, S.D.=0.066091,=0.004368
tempo(ms)
quantidade de pacotes
Fonte: o autor, 2013.
Após efetuados os testes nos cenários com e sem criptografia, foi possível plotar um gráfico contendo as taxas
Fonte: o autor, 2013.
De acordo com o estudo efetuado nos cenários Single-Hops onde foi habilitado a criptografia e no mesmo cenário onde este parâmetro não foi habilitado, foi possível verificar que praticamente não houve alteração na taxa de comunicação da rede, de acordo com o gráfico acima figura 203.
Figura 203 - Taxas de Transmissão Figura 202 - Atraso Médio(0013A20040A506D9)
1 2 3 4 5 6 7
0 10 20 30 40 50 60
70 TAXAS DE TRANSMISSÃO
Frequencia (Kbps)
Sem Criptografia Com criptografia
Distância (x50m)
4.2 PROPOSTA DE UM NOVO PROTOCOLO MESH
A arquitetura de rede Mesh é muito interessante, pois os dados são enviados nó-a-nó, criando caminhos alternativos quando um nó falha ou uma conexão for perdida, isto é, esta topologia de rede tem a capacidade de auto-regeneração, o que aumenta sua confiabilidade.
Um protocolo de rede Mesh popular é o ZigBee, que foi projetado especificamente para aplicações de baixas taxas de dados e também baixa potência. A empresa Digi (Digi, 2008) desenvolveu um protocolo mesh alternativo chamado DigiMesh. Ambos ZigBee e DigiMesh oferecem vantagens únicas importantes para diferentes aplicações em RSSF.
O protocolo ZigBee define três tipos de nós, Coordenadores, Roteadores e End Devices (dispositivos finais), com uma exigência de um coordenador por rede. É um padrão aberto, o que é uma caracteristica muito importante pois módulos criados por diversos fabricantes que seguem este padrão podem ser utilizados em uma mesma rede.
Fonte: o autor, 2013.
O protocolo de rede DigiMesh define apenas um tipo de nó, tendo em vista que todos os nós podem rotear dados. Em uma rede baseada neste padrão não há relações entre pais e filhos (robusta), tem uma maior flexibilidade para expansão da mesma, além de uma configuração simples e confiável em ambientes onde roteadores podem se desconectar da rede devido a interferências ou problemas de hardware.
Figura 204 – Exemplo de Topologia de Rede Mesh ZigBee
Fonte: o autor, 2013.
ZigBee e DigiMesh são excelentes protocolos de rede Mesh com vantagens distintas. De acordo com aplicação e o produto a ser desenvolvido deve se efetuar a escolha correta do protocolo a ser utilizado para um melhor desempenho da rede, levando em consideração as caracteristicas de cada protocolo citadas acima.
O módulo utilizado no presente projeto, alem do protocolo ZigBee possui também a opção de habilitar o protocolo que é proprietário da Digi: o DigMesh. A utilização de qualquer uma das opções apresentadas acima na criação de uma rede deveria ser levado em conta devido a facilidade da implementação e configuração da rede, tendo em vista que por exemplo, para criar uma rede utilizando o protocolo DigiMesh, deve se habilitar este parametro no menu de configuração dos módulos envolvidos na rede. Desta maneira, neste cenário, levando em consideração que a rede fosse constituida por varios nós, ao enviar um dado de um determinado nó com destino a um nó Gateway, o pacote seria roteado através dos nós intermediarios até que chegasse ao seu destino.
Fonte: o autor, 2013.
Figura 205 – Exemplo de Topologia de Rede Mesh
Figura 206 – Exemplo Rede mash Protocolo ZigBee
De acordo com a figura acima pode ser observado que não é possível prever o trajeto que um determinado pacote irá descrever até o seu destino. Isto pode se tornar um problema se por algum motivo for necessário efetuar algum tipo de intervenção na rede, quando, por exemplo os dados de um determinado módulo não estiverem sendo entregue conforme solicitado, levando em consideração que fica complicado de se verificar onde está sendo inserido o problema, quantos saltos na rede a informação sofreu até que chegasse ao seu destino. Sabendo que tanto no protocolo ZigBee quanto no DigiMesh só é possível a presença de um módulo Coordenador em uma rede com um mesmo identificador de rede, ficaria complicado em uma rede possuir um coordenador ou Gateway backup ou ainda um Gateway secundário para um melhor escoamento do trafego gerado pela rede.
Estes, entre outros motivos nos incentivaram e alimentaram a ideia da criação de um protocolo em que obtivéssemos um número maior de Gateways para escoar a informação onde o nó pudesse escolher qual o Gateway mais conveniente a ele, além de um maior controle dos dados (tráfego), em termos de métricas de roteamento, como número de saltos até o gateway e qualidade dos enlaces (RSSI).