Procedimentos de Testes para Medição do RSSI

Para determinar o comportamento do RSSI do sinal em função da distância, foram realizados diversos testes de transmissão/recepção entre dois dispositivos com o objetivo de levantar as características da comunicação via rádio entre eles. Foram programados dois nós sensores de forma que um deles ficasse transmitindo periodicamente mensagens via rádio enquanto o outro, instalado em uma estação base conectada via serial a um notebook, ficasse apenas no estado de recepção coletando os dados a cada mensagem recebida, conforme esquematizado na figura 5.1. A lógica funcional da programação do nó transmissor (nóTx) e do nó receptor (nóRx) está representada nas figuras 5.4 e 5.5, respectivamente. NóRx NóTx mensagem AM_RSSI_RX (21 bytes) mensagem AM_COUNTER (36 bytes) coleta das medições Serial _{5 m 10 m 15 m . . . ~110 m}

Figura 5.1: Esquema das medições do RSSI em função da distância dos nós O rádio do nóTx foi programado para transmitir na potência máxima (+5 dBm),

já que para o sistema de localização proposto quanto maior o alcance da comunicação, maior será a cobertura de cada nó e, consequentemente, menos nós de referência serão necessários para montar a infraestrutura do sistema.

Os experimentos foram realizados em ambiente externo, mantendo-se o nóRx fixo e movendo-se o nóTx numa mesma direção em intervalos de 5 m até que fosse alcançado a distância limite de comunicação entre eles. Para avaliar o efeito da altura de instalação dos dispositivos nas característica do sinal do rádio, os testes foram repetidos para os nós posicionados a 0,20 m e a 1,5 m do solo. As medições foram realizadas em uma área plana composta por gramado e calçamento de pedra. Em- bora houvesse linha de visada entre o transmissor e o receptor, havia alguns obstáculos dentro do alcance de comunicação dos dispositivos, conforme esquematizado na figura 5.2.

Para cada par (distância, altura) foram transmitidas 3 mil mensagens, em intervalos de 100 ms cada uma, resultando em um tempo total de aproximadamente 5 minutos de medições em cada experimento. Esses valores de número de mensagens e tempo de testes (3 mil / 5 min) foram escolhidos sem nenhum rigor teórico, mas apenas com a expectativa de serem representativos do comportamento do sinal longo do tempo. Para validarmos a representatividade desses valores, os testes foram repetidos para algumas distâncias em dias distintos e em horas diferentes do dia. Vimos que o valor médio do RSSI obtido para uma mesma (distância, altura) variou cerca de 3% no pior caso e apenas 0,2% na melhor situação.

Essa observação está de acordo com o trabalho realizado por Reijers, et. al [43], que verificou que o comportamento da comunicação via rádio entre os dispositivos sensores, para uma mesma topologia da rede, sofre pouca alteração ao longo do tempo e também não sofre impactos significativos em função das diferenças individuais dos dispositivos, conforme observado em seus experimentos onde foram realizadas diversas medições em intervalos de poucos minutos, horas e dias entre elas e alterando os dispositi-

               6m 5m 45m 15m ESCADA Obstáculos (árvores) 25m 10m Região plana Área com calçamento de pedra ~110m Área gramada 15m Posição do NóRx (0 m) 6m Obstáculo entre as distâncias de 30m e 35m Sentido de deslocamento do NóTx Obstáculos (árvores)

Figura 5.2: Esquema da área utilizada no levantamento da relação RSSI x distância vos receptores. Assim, esperamos que as análises do comportamento do sinal permaneçam válidas ao longo do tempo ou quando tivermos diversos dispositivos instalados no sistema.

A estrutura das mensagens transmitidas via rádio (AM_COUNTER) e das utilizadas para coleta dos dados via serial (AM_RSSI_RX) está apresentada na figura 5.3. É importante ressaltar que na mensagem “Active Message” utilizada pelo TinyOs, os últimos 7 bytes apresentados figura (“Valor ADC do RSSI da mensagem” até “modo segurança RX”) não são transmitidos via rádio, mas sim preenchidos pelo nó receptor após a chegada da mensagem. Dessa forma, a mensagem efetivamente transmitida via rá- dio terá no máximo 36 bytes (“endereço destino” até “CRC”), sendo 29 bytes para os dados.

Conforme observado na estrutura da mensagem AM_COUNTER, foram utiliza- dos bytes de estofamento para que a mensagem ficasse com o maior tamanho possível (36 bytes). Esperamos com isso que as análises posteriores, principalmente a de qualidade da comunicação, apresentem os resultados para o pior caso, já que se espera uma probabili- dade menor de erros de CRC e perdas de mensagens à medida que diminuímos o tamanho das mensagens utilizadas na comunicação. Para cada mensagem recebida pelo nóRx, os seguintes dados foram coletados:

• RSSI do sinal recebido;

• RSSI do ruído do meio imediatamente após a recepção da mensagem; • Tensão da bateria do nó;

• Contador do número de mensagens com erros de CRC

Os dados coletados nos experimentos foram analisados no Matlab 6.5 devido à facilidade desse aplicativo na manipulação de dados numéricos e das ferramentas dispo- níveis para análise. Para uma melhor avaliação dos resultados, os valores medidos para a tensão da bateria do nó e do RSSI do sinal e do ruído foram convertidos para unidades de engenharia através das equações obtidas em [1], apresentadas abaixo:

Vbat= 1, 223 × 1024/ADCV bat [V ] (5.1)

VRSSI = Vbat× ADCRSSI/1024 [V ] (5.2)

RSSIdBm = −50, 0 × VRSSI− 45, 5 [dBm] @ 915M Hz (5.3)

onde Vbat é a tensão em Volts da bateria, ADCV bat é o valor ADC (analogical/digital

converter) medido correspondente à tensão da bateria, VRSSI é a tensão em Volts

equivalente à potência do sinal recebido, ADCRSSI é o valor ADC medido correspondente

ao RSSI e RSSIdBm é o valor do RSSI em dBm.

A seguir seguem as análises dos dados medidos, visando caracterizar o comporta- mento da comunicação via rádio para o dispositivo Mica2 Motes.

Figura 5.3: Estrutura das mensagens utilizadas no levantamento da relação RSSI x dis- tância (em octetos)