Protocolo LPRT

O protocolo LPRT [47] é um protocolo orientado às redes de sensores sem fios, sendo concebido para permitir um baixo consumo energético para os dispositivos terminais, baixa latência na entrega dos dados, fiabilidade na transmissão dos dados e uma utilização eficiente da largura de banda. É um protocolo que utiliza CSMA/CA e TDMA como técnicas de acesso e não define uma camada física própria, usando a camada física do IEEE 802.15.4.

O acesso por contenção permite o envio de dados assíncronos por parte das estações, bem como a troca de mensagens de controlo. O principal problema é a probabilidade de colisões, mesmo sem o problema da estação oculta6_{, e o}

consequente overhead necessário para evitá-las, que reduz o débito que se pode obter.

No acesso por TDMA, o tempo é dividido em pequenos intervalos, mini-slots, que são atribuídos às estações que pretendem transmitir dados. Para permitir o acesso por TDMA e respetiva sincronização temporal, primeiramente é enviada uma mensagem periódica (beacon), que contém a informação de sincronização. O tempo entre dois beacons é denominado por superframe. Cada superframe está dividida num número fixo de mini-slots, que são atribuídos às estações quando estas necessitam de alocação.

6 Ocorre quando uma estação (A) deteta o meio livre e tenta enviar uma mensagem para uma estação (B) que está a receber uma transmissão de uma terceira estação (C), cujo alcance não atinge a estação original (A). Diz-se que A está oculta da transmissão entre B e C.

O mecanismo GTS (Guaranteed Time Slot) do IEEE 802.15.4 permite apenas 16 slots para um máximo de 7 alocações de transmissões periódicas. Em contraste, o protocolo LPRT apresenta uma maior granularidade, com um maior número de slots disponíveis, permitindo aumentar a eficiência na utilização da largura de banda, bem como a possibilidade de alocação de um número muito maior de transmissões periódicas. A Figura 4.9 representa a estrutura de uma superframe usada no protocolo LPRT.

Figura 4.9 - Estrutura da superframe do protocolo LPRT (adaptado de [11]).

O início de uma superframe é marcado pela transmissão do beacon (B), iniciando-se de seguida o período de contenção (CP), durante o qual as estações se associam com o coordenador (estação base) e requisitam mini-slots para transmissão durante o período livre de contenção (CFP). As transmissões durante o CP são efetuadas sob as regras do CSMA/CA. No CFP, as transmissões de mensagens pelas estações são reguladas pela estação base. Este período é subdividido em dois períodos distintos: período de retransmissões (RP) e período de transmissão normal (NTP). O RP, de tamanho variável, surge como uma nova oportunidade para a estação base receber as mensagens que não foram recebidas com sucesso durante a superframe anterior. Caso não haja retransmissões pendentes, este período pode simplesmente não existir. De modo a manter a ordem cronológica das mensagens, o RP é colocado antes do NTP. Por fim, o NTP é o período onde são colocadas as alocações requisitadas pelas estações terminais durante o período de associação. De notar que todas as alocações do RP e do NTP são efetuadas de modo a impedir a

fragmentação da superframe e para que a duração do CAP possa ser maximizada, levando assim a um aumento da eficiência na utilização da largura de banda.

O acesso por CSMA/CA é utilizado para a transmissão de mensagens durante o CP. Um dispositivo que queira transmitir mensagens durante este período tem de esperar um tempo de backoff gerado aleatoriamente. Caso o meio esteja ocupado após este tempo, tem de esperar novamente outro tempo de backoff aleatório. Este processo é repetido até que o meio esteja desimpedido.

Existem outras melhorias do protocolo LPRT sendo elas o iLPRT (Improved LPRT) [48] e eLPRT (Enhanced LPRT) [27]. No que diz respeito ao iLPRT, os principais melhoramentos propostos baseiam-se na utilização de beacons mais pequenos, alocação de múltiplas retransmissões e também retransmissões de dados no período CP com a finalidade de aumentar a eficiência do protocolo. Ao contrário deste protocolo, que sofreu melhoramentos, mas sempre em vista a sua aplicação em redes homogéneas, o eLPRT surgiu como um protocolo que se poderia aplicar sem o condicionamento a um tipo de aplicação específica. Os melhoramentos introduzidos basearam-se num novo mecanismo de reserva proposto como alternativa à camada MAC do IEEE 802.15.4. O mecanismo original, GTS, que permite dar suporte a aplicações que requerem uma largura de banda dedicada e atraso limitado, revela alguns pontos negativos como a utilização ineficiente da largura de banda e suporte para um máximo de 7 dispositivos. O eLPRT introduz melhoramentos em certas características aumentando a taxa de transmissão de dados, melhora a utilização da largura de banda e aumenta o número de dispositivos suportados.

4.7.1 Número de escravos suportados

De modo a estabelecer um paralelismo com o BLE, no que diz respeito ao número de escravos suportados numa rede baseada em LPRT, apresentam-se de seguida uma análise, baseada em equações, que permitem obter o número de nós suportados (NNosLPRT) em função da duração da superframe (TSF) e do tamanho do

A taxa de transmissão de dados do LPRT (RLPRT) é de 250 kbps. O tempo de

transmissão de um PDU é expresso pela equação (23). 𝑇_{𝑇𝑟𝑎𝑛𝑠𝑚𝑖𝑠𝑠ã𝑜}= 𝑃𝑃𝐷𝑈

𝑅𝐿𝑃𝑅𝑇 (23)

A uma determinada duração de superframe corresponde um número de mini- slots que podem ser usados em todos os períodos na mesma (NMiniSlotsTotal). O

número de mini-slots necessários para a transmissão de uma mensagem com tamanho PPDU numa superframe é dado pela equação (24).

𝑁_{𝑀𝑖𝑛𝑖𝑆𝑙𝑜𝑡𝑠𝑀𝑒𝑛𝑠𝑠𝑎𝑔𝑒𝑚 =} 𝑇𝑇𝑟𝑎𝑛𝑠𝑚𝑖𝑠𝑠𝑎𝑜∗𝑁𝑀𝑖𝑛𝑖𝑆𝑙𝑜𝑡𝑠𝑇𝑜𝑡𝑎𝑙 𝑇𝑆𝐹

(24) Para determinar o número de nós que podem transmitir os seus dados durante o período destinado ao efeito (CFP) é necessário saber o número de mini-slots reservados para tal (NMiniSlotsCFP). Deste modo o número máximo de transmissões que

podem ocorrer durante o período CFP é dado pela equação (25). 𝑁_{𝑁𝑜𝑠𝐿𝑃𝑅𝑇 = 𝑁𝑀𝑖𝑛𝑖𝑆𝑙𝑜𝑡𝑠𝐶𝐹𝑃}

𝑁𝑀𝑖𝑛𝑖𝑆𝑙𝑜𝑡𝑠𝑀𝑒𝑛𝑠𝑠𝑎𝑔𝑒𝑚