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Implementação de um algoritmo de roteamento para grafos de broadcast em redes WirelessHART
Gustavo Pedroso Cainelli, Gustavo Kunzel

Última alteração: 17-10-2016

Resumo


A utilização de redes sem fio em ambientes industriais apresenta vantagens relacionadas a redução de custos, mobilidade e configuração. Entretanto, a aplicação de redes wireless em sistemas de controle apresenta requisitos rígidos no que diz respeito à confiabilidade, segurança e garantias de entrega de mensagens. O protocolo WirelessHART é um padrão de comunicação sem fio que busca atender a estes requisitos. Neste protocolo, um dispositivo conhecido como gerenciador da rede é responsável pela configuração e definição das rotas de mensagens. A definição de rotas é uma tarefa complexa, em função das características das redes sem fio, que devem ser levados em conta na criação das rotas. Este projeto de pesquisa  propõe  identificar os principais algoritmos de roteamento aplicáveis em redes sem fio WirelessHART, avaliar o desempenho dos mesmos em diferentes cenários e propor um algoritmo com melhorias em algumas características de confiabilidade. As etapas a fim de se atingir os objetivos propostos envolvem a revisão do estado da arte, a identificação de parâmetros disponíveis no protocolo WirelessHART para definição de rotas, a identificação de métricas e cenários para comparação e avaliação dos algoritmos, a implementação de algoritmos de roteamento em um ambiente de simulação, o desenvolvimento de uma proposta de melhoria de algoritmo e, por fim, a comparação de resultados. Um dos algoritmos estudados de construção do grafo de broadcast, utilizado para ampla divulgação de mensagens na rede, foi implementado e avaliado usando algumas das métricas identificadas. Os parâmetros utilizados para a construção do grafo de broadcast foram o número de saltos e o número de dispositivos com restrições de consumo de energia. Em seguida, o mesmo foi adaptado para utilizar o parâmetro RSL (Received Signal Level) na construção das rotas. Este parâmetro indica a intensidade do sinal nas comunicações entre os dispositivos. O algoritmo utilizado faz uso dos mesmos para a definição das rotas tendo pesos associados a eles, afim de atribuir prioridades a cada um. Foi proposta uma nova métrica que leva em conta a média de sinal na rede como forma de comparar os impactos desta adaptação na confiabilidade de entrega de mensagens. Para o cenário em que foram testados diferentes conjuntos de pesos, constatou-se um aumento de 6,71% na média de sinal da rede, tornando-a mais confiável. Observou-se também um aumento de até 23% no número de nodos roteadores. Este acréscimo mostra que existe um equilíbrio na distribuição da carga da rede.



Palavras-chave


WirelessHart; Redes sem fio industriais; Roteamento