Medic¸ ˜ao das perdas de pacotes

A medic¸ ˜ao da perdas foi executada mediante topologia do tipoend-to-end en-tre dois n ´os xbees (XBEE-PRO; MODULES, 2013). O N ´o 1 foi parametrizado como n ´o controlador e o n ´o 2 foi parametrizado como n ´o sensor. Sobre esta topologia foi inserido um n ´o de captac¸ ˜ao de dados (Packet Sniffer) com dispositivo SmartRF da Texas Instruments (INSTRUMENTS, 2010). Este dispositivo foi utilizado para analisar a quantidade de pacotes perdidos durante a transmiss ˜ao e tamb ´em para analisar o n ´umero de retransmiss ˜oes efetuada pelo n ´o sensor. A FIGURA 5.1 exp ˜oe o cen ´ario utilizado para coletar as informac¸ ˜oes comportamentais de transmiss ˜ao do protocolo.

Na FIGURA 5.1 observa-se que o dispositivoSmart RF utilizado para analisar o tr ´afego de pacotes localiza-se pr ´oximo do n ´o controlador. O motivo deste posiciona-mento consiste em analisar se os dados do n ´o sensor eram enviados e recebidos pelo n ´o controlador. Este posicionamento foi utilizado para garantir que os dados enviados e os ACKs fossem percebidos pelo opacket sniffer. A comunicac¸ ˜ao entre os n ´os da malha foi desenvolvida mediante a configurac¸ ˜ao de alguns par ˆametros dos m ´odulos (n ´o sensor e n ´o coordenador) que s ˜ao apresentados na Tabela 5.1.

Figura 5.1: Cen ´ario para realizac¸ ˜ao dos ensaios.

Tabela 5.1: Configurac¸ ˜ao dos N ´os na rede M ´odulo controlador M ´odulo Sensor

CH C CH C

ID 3332 ID 3332

DH 01 DH 02

DL 02 DL 01

MM 0 MM 0

RR 0 RR 0

Os par ˆametros referenciados na tabela consistem respectivamente ao: Canal, enderec¸o de destino high, enderec¸o de destino low, modo MAC, n ´umero de retrans-miss ˜oes que neste caso foram restritas aodefault de repetic¸ ˜oes do protocolo, no caso 3. Outro par ˆametro modificado para an ´alise foi PL (power Level), este par ˆametro con-figura a pot ˆencia do sinal de transmiss ˜ao que para a an ´alise e quest ˜ao foi utilizado da configurac¸ ˜ao em lowerst (baixa pot ˆencia) com intuito de provocar um estresse no comportamento da transmiss ˜ao de dados. Para esta etapa foi utilizado o soft-ware XCTU (CONFIGURATION, 2008). Este software possibilita a configurac¸ ˜ao dos m ´odulos Xbees e conex ˜ao para testes de transmiss ˜ao.

Mediante configurac¸ ˜ao e cen ´ario montado, os n ´os foram submetidos a variac¸ ˜oes m ´etricas em ambiente indoor para a avaliac¸ ˜ao do n ´umero de pacotes perdidos. Tais variac¸ ˜oes consistiram em dist ˆancias, que apresentavam uma distribuic¸ ˜oes aproxima-das de peraproxima-das de pacotes conforme Tabela 5.2.

Nesta an ´alise os dispositivos eram alocados em dist ˆancias que apresentas-sem perdas percentuais conforme a tabela mostrada anteriormente, ap ´os esta alocac¸ ˜ao

Tabela 5.2: Perda de pacote aproximada para cada dist ˆancia Dist ˆancia(m) Raz ˜ao de Perdas (%)

1 10

3 20

7 30

9 40

13 50

e montagem da rede entre os n ´os foi realizada a comunicac¸ ˜ao. Na an ´alise em quest ˜ao os pacotes foram enviados sobre intervalos constantes de 100ms para cada trans-miss ˜ao de pacote.

A partir das transmiss ˜oes era avaliado o comportamento dos dados via soft-wareXCTU ePacket Sniffer. O total de pacotes enviados para cada perda percentual foi de 200.000 pacotes que se dividem em: 20 repetic¸ ˜oes de 10.0000 pacotes para cada percentual de perda analisado. A Tabela 5.3 mostra o padr ˜ao dos dados utiliza-dos para a an ´alise.

Tabela 5.3: Configurac¸ ˜ao da transmiss ˜ao de pacotes

Raz ˜ao Dimens ˜ao Intervalo Pacotes

de Perdas(%) do pacote (bytes) de transmiss ˜ao(ms) enviados

10 22 100 10.000

20 22 100 10.000

30 22 100 10.000

40 22 100 10.000

50 22 100 10.000

Com base nos dados transmitidos foi desenvolvido via plataforma Matlab um algoritmo para efetuar a leitura dos dados. O algoritmo em quest ˜ao foi utilizado sobre as informac¸ ˜oes obtidas pelopacket sniffer, conforme mostra a Figura 5.2.

A FIGURA 5.2 mostra o formato dos dados para o padr ˜ao IEEE 802.15.4, onde o primeiro campo mostra um n ´umero de controle dopacket sniffer representado pelos 8 primeiros bytes. O segundo campo consiste no tempo que o pacote foi recebido (time µs), o qual ´e representado por 8 bytes. O terceiro campo mostra a dimens ˜ao do pacote onde nota-se a diferenc¸a de tamanho entre os pacotes de dados e pacotes ACK. O quarto campo consiste no quadro de controle com flags. O quinto campo mostra o n ´umero de sequ ˆencia dos pacotes.

Figura 5.2: An ´alise dos dados peloPACKET SNIFFER.

O n ´umero de sequ ˆencia dos pacotes consiste em um valor que ´e repetido em casos de retransmiss ˜ao de dados ou incrementado em casos de transmiss ˜ao. Desse modo este campo foi utilizado para analisar os pacotes perdidos durante a transmiss ˜ao entre os n ´os. Na sequ ˆencia observa-se a PAN (Personal Area Network), enderec¸o de destino, payload, LQI (Link Quality Indicator) e o FCS (Frame Control Status). O tracereal obtido mediante transmiss ˜oes foi processado em umscript desenvolvido no Matlab, que calculava o n ´umero de pacotes perdidos durante a transmiss ˜ao.

A seguir a FIGURA 5.3 mostra um exemplo da transmiss ˜ao analisada medi-antepacket sniffer, onde o primeiro pacote cont ´em os dados enviados pelo n ´o sensor.

Nestes dados nota-se que o FCF (Frame Control Field) possui a requisic¸ ˜ao de umACK e o Sequence Number do pacote possui o valor de 0x65(hexadecimal). O segundo pacote consiste em um ACK do pacote anterior, pois este pacote possui o mesmo Se-quence Number e um valor zero no FCF. A an ´alise em quest ˜ao mostra que o pacote 0x65 foi recebido com sucesso pelo n ´o controlador. A terceira e quarta linha da an ´alise mostram o pacote 0x66(hexadecimal) e na quinta linha o seuACK, este fato significa que houve uma retransmiss ˜ao no envio, mas o pacote foi entregue com sucesso.

A FIGURA 5.4 mostra uma an ´alise de transmiss ˜ao com perdas de pacotes,

Figura 5.3: An ´alise de pacotes sem perdas e com retransmiss ˜ao.

nesta transmiss ˜ao o n ´o sensor tenta enviar o pacote quatro vezes. A partir da quarta tentativa como n ˜ao houve ACK recebido, o pacote foi considerado perdido e um novo pacote foi enviado ao n ´o controlador. Na FIGURA 5.4 este fato ocorre com o pacote 0x68(hexadecimal) que ´e retransmitido por quatro vezes sem sucesso. Ap ´os as quatro tentativas o pacote 0x69(hexadecimal) ´e enviado ao n ´o controlador.

Figura 5.4: An ´alise ds pacotes com retransmiss ˜ao e perdas.

A verificac¸ ˜ao da variabilidade das perdas dos 10.000 pacotes enviados foi efe-tuada mediante a repetic¸ ˜ao destas transmiss ˜oes para cada dist ˆancia, onde foram rea-lizadas 20 repetic¸ ˜oes das transmiss ˜oes. A Figura 5.5 mostra umboxplot, o qual exibe o comportamento das perdas durante as transmiss ˜oes. Desta an ´alise pode-se obser-var a raz ˜ao m ´edia das perda de pacotes (Centro da caixa), o valor da mediana (linha

central), o quartil inferior e superior e oWhisker que representa os valores m´ınimos e m ´aximos. Pode ser visto atrav ´es da an ´alise que o trac¸ado de dados da an ´alise pr ´atica foi consistente e mostrou pouca variac¸ ˜ao para cada uma das dist ˆancias analisadas.

0.5

Distâncias entre nó sensor e nó controlador (m)

Razão de perdas de pacotes

Figura 5.5: Resultado do comportamento das perdas sobre o cen ´ario real utilizado.