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 MAC para RSSFs
garantem a troca de pacotes de dados sem colisões com a utilização de
técnicas como o 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 RSSFs 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. Também foi apresentado um modelo de consumo de energia para o
protocolo proposto. 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.