M2M-TEE: Um Protocolo MAC Multicanal Energeticamente Eficiente de
Comunicação Muitos-para-Muitos para Redes de Sensores Sem Fio
Protocolo MAC; Redes de Sensores Sem Fio; IEEE 802.15.4;
TDMA; MIMO; Multicanal.
O IEEE 802.15.4 é um dos padrões mais utilizados pelas Redes de Sensores
Sem Fio (RSSFs), sendo uma das principais normas para as redes LR-WPAN.
Porém, as RSSFs enfrentam alguns desafios como a subutilização dos canais
de frequência, e o desperdício de energia de seus dispositivos devido à
colisão de pacotes e à escuta ociosa do canal. Além disso, muitos de seus
protocolos perdem a oportunidade de utilizarem técnicas como Múltiplas
Entradas e Múltiplas Saídas (MIMO) e Transmissão e Recepção de Múltiplos
Pacotes (MPTR), que poderiam proporcionar grandes vantagens tais como a
redução do atraso fim a fim e o aumento da capacidade de transmissão de
dados. Portanto, faz-se necessário apresentar novos protocolos que
solucionem estes desafios, e que sejam compatíveis com os critérios
estabelecidos pela norma IEEE 802.15.4. Alguns protocolos de Controle de
Acesso ao Meio (MAC) para RSSFs garantem a troca de pacotes de dados sem
colisões com a utilização de técnicas como o Acesso Múltiplo por Divisão de
Tempo (TDMA), ao custo de uma maior latência da rede. Este trabalho
apresenta um novo Protocolo MAC Multicanal Energeticamente Eficiente para
Comunicação Muitos-para-Muitos (M2M-TEE) para Redes de Sensores Sem Fio
baseadas no padrão IEEE 802.15.4, e que permite a transmissão e recepção
simultânea de múltiplos pacotes de dados sem colisão, possibilitando a
diminuição do atraso fim a fim em detrimento de um aumento discreto na
sobrecarga (overhead) para intervalos entre chegadas de mensagens maiores.
O M2M-TEE funciona em ciclos de trabalho com períodos de ativação e
dormência das estações. A eficiência do M2M-TEE foi avaliada e comparada
com outros protocolos correlatos, sendo eles o Protocolo MAC
Energeticamente Eficiente e Livre de Colisões (DyTEE), o Sensor-MAC (S-MAC)
e o Slotted ALOHA. As simulações foram realizadas por meio de eventos
temporais discretos com base nos indicadores de consumo de energia, vazão
(throughput), sobrecarga e latência. Os resultados mostraram que, para um
intervalo médio entre chegadas de mensagens igual ou próximo a zero, o
M2M-TEE alcançou uma vazão 4,5 vezes maior, e uma latência média por
mensagem 8 vezes menor se comparado com o protocolo DyTEE. Contudo, para um
intervalo médio entre chegadas de mensagens maior que 2200𝑚s, a sobrecarga
da rede é superior em relação aos demais protocolos. Como o M2M-TEE opera
com fluxos simultâneos em múltiplos canais, o agendamento das transmissões
torna-se mais extenso.