Resultados Experimentais

Nesta seção é apresentado o estudo de caso adotado durante os experimentos executados em um ambiente de Interferência Eletromagnética (EMI). Os principais objetivos destes experimentos são os seguintes: (1) demonstrar o impacto do ruído eletromagnético na Ef de uma RSSF e (2) demonstrar a efetividade da técnica CPTA.

O estudo de caso adotado foi composto por um nodo Mestre e oito nodos escravos. O nodo Mestre e quatro dos escravos utilizam módulos XBee PRO, enquanto que os outros quatro nodos Escravos adotam um módulo de comunicação Xbee [Xbee, 2010]. Eles executam as seguintes tarefas:

• Nodo Mestre : inicia a comunicação, executa a tarefa de fusão de dados e é responsável por enviar os parâmetros necessários para a otimização da potência de transmissão pelos nodos Escravos.

• Nodo Escravo: executa o algoritmo CPTA a fim de otimizar a potência de transmissão baseado nos parâmetros enviados pelo mestre e envia as mensagens contendo os dados sensoriados para o mestre. Os módulos XBee e os XBee PRO adotam o protocolo de rede IEEE 802.15.4.

A potência de transmissão tanto do XBee quanto do XBee PRO pode ser configurada para operar utilizando cinco diferentes níveis de potência de transmissão que correspondem aos níveis 0 a 4. A Tabela 7.1 demonstra os níveis de potência de transmissão dos dois diferentes módulos de comunicação que foram adotados nos experimentos.

Tabela 7.1 Níveis de potência de transmissão. Nível Xbee [dBm] XBee PRO [dBm]

0 -10 10

1 -6 12

2 -4 14

3 -2 16

4 0 18

Durante os experimentos no ambiente com EMI, foi definido que cada experimento teria uma duração de 50 sessões, cada uma composta por 10 mensagens (requisito de entrega de cada nodo escravo). O tempo de MA foi configurado para 10s e o tempo de otimização para 0.5 s. Estes experimentos foram executados dentro de uma câmara anecóica3 _{e uma antena de rádio, sendo} que a antena irradiava ruído sobre a RSSF.

Figura 7.2 demonstra o ambiente de EMI adotado onde é possível observar a antena e a RSSF implantada sobre uma mesa de acordo com a Figura 7.2. Desta forma, a RSSF foi exposta a EMI de acordo com as seguintes configurações de ruído:

• Frequência de 2.0493 GHz (canal 11 do IEEE 802.15.4);

• Modulação AM/FM simultânea; • Desvio da modulação FM : 20 KHz; • Sinal modulado AM: 20 KHz;

• Potência do gerador de -20 dBm a -10 dBm;

Figura 7.2: Ambiente EMI utilizado.

7.2.2. Resultados Experimentais

O principal objetivo dos experimentos da primeira fase foi definir o impacto do ruído EMI na Ef da RSSF. Logo, dois diferentes cenários foram considerados durante a primeira fase:

• Cenário 1: Composto por 5 experimentos sendo que cada um adota um dos diferentes níveis de potência de transmissão de 0 a 4 de acordo com a tabela I. Estes experimentos foram executados sem ruído EMI. • Cenário 2: similar ao Cenário 1, porém durante os experimentos a

RSSF foi exposta ao ruído EMI.

A Figura 7.3 apresenta os resultados obtidos durante a primeira fase dos experimentos. Cada ponto do gráfico é associado com uma potência de transmissão específica dos níveis 0 a 4 e representa o valor médio de consumo energético (eixo X) durante as 50 sessões e a Ef da RSSF (eixo Y).

Figura 7.3. Influência da EMI na Ef de uma RSSF.

A Ef da RSSF foi calculada através da média das 50 Ef de cada MA, o mesmo foi considerado para o consumo energético. Quando o nível 0 da potência da transmissão é considerado, nota-se que o ruído afeta drasticamente a Ef da RSSF, que é reduzida de 93,96% para 36,8% quando esta é exposta ao ruído EMI. Porém nota-se que a redução da Ef é menor quando os nodos foram configurados para transmitir utilizando a potência de transmissão máxima. Neste caso, a redução foi de 93,72% para 67%.

A Figura 7.4 apresenta a comparação da Ef da RSSF com e sem EMI quando a potência de transmissão foi configurada para o nível máximo.

Figura 7.4 Comparação da Ef de uma RSSF com e sem EMI. Observando-se a Figura 7.4 é possível notar que durante as 50 sessões a Ef da RSSF sempre oscilou em uma faixa de 20%. Comparando os dois gráficos é possível concluir que a EMI causa um declínio da Ef da RSSF. O aumento da potência de transmissão consegue manter um determinado nível de Ef. Entretanto, a EMI não é constante. Portanto, podemos concluir a importância da técnica CPTA que regula a potência de transmissão de acordo com o nível de Ef requerido enquanto economiza energia.

Durante a segunda fase dos experimentos, o principal objetivo foi avaliar a efetividade da técnica CPTA quando a RSSF era exposta a ruído EMI. Logo, o objetivo era manter uma Ef alvo para a rede enquanto que o consumo energético era otimizado. Seria importante ressaltar que durante as 50 sessões de cada teste o ruído somente foi aplicado durante metade do tempo de cada experimento. Desta forma, durante os MIs 0 a 24 o gerador de ruído foi desligado e durante os MIs 25 a 49 o gerador de ruído foi ligado e aplicou um ruído AM/FM de –20 dBm.

A Figura 7.5 demonstra a comparação por cada um dos cinco níveis de potência de transmissão e da RSSF adotando a técnica CPTA sendo que Ef e consumo energético são adotados como métricas. Cada ponto verde no gráfico é associado a uma Ef média e consumo energético considerando cada nível de potência de transmissão (o primeiro conjunto de pontos). O segundo conjunto de pontos (laranja) representam a média de Ef e consumo energético quando foi aplicada a técnica CPTA, sendo que as Ef alvos foram: 60%, 70%, 75%, 80% e 90%. Em outras palavras, cada ponto representa a Ef média assim como o consumo energético considerando os cinco níveis de potência de transmissão fixos e as cinco diferentes Ef alvo. Considerando ainda o gráfico da figura 7.7, nota-se que uma RSSF que utiliza a técnica CPTA atinge níveis de Ef mais

altos do que uma RSSF utilizando uma potência de transmissão fixa e ainda consome menos energia durante a transmissão dos dados.

Figura 7.5. Avaliação da abordagem CPTA considerando Ef e energia consumida de uma RSSF submetida a um ruído de – 20 dBM.

7.3. Abordagem RSSFCE (Abordagem Descentralizada Ciente de