1. O documento discute o uso de codificação de rede com cooperação em redes de sensores sem fio industriais. Apresenta conceitos sobre redes de sensores sem fio e redes industriais e como a codificação de rede pode aumentar a confiabilidade dessas redes.
2. O documento também discute desafios específicos de redes sem fio em ambientes industriais, como interferência, e a importância de caracterizar ruídos industriais para o desenvolvimento de protocolos para essas redes.
3. A codificação de rede com cooper
PROJETO DE EXTENSÃO I - AGRONOMIA.pdf AGRONOMIAAGRONOMIA
Cooperação e Codificação de Rede Aplicadas as RSSF Industriais
1. Introdução
Redes de Sensores Sem Fio
Redes Industriais
Codificação de Rede com Cooperação
Cooperação e Codificação de Rede Aplicadas
as RSSF Industriais
Odilson T. Valle
odilson@ifsc.edu.br
Universiade Federeal
de Santa Catarina
IFSC – UFSC
RSSF industriais com Codificação
1 / 27
2. Introdução
Redes de Sensores Sem Fio
Redes Industriais
Codificação de Rede com Cooperação
Sumário
1
Introdução
2
Redes de Sensores Sem Fio
Conceitos
IEEE 802.15.4
3
Redes Industriais
Especificidades das redes industriais
Redes industriais sem fio
4
Codificação de Rede com Cooperação
Cooperação
Codificação de Rede
IFSC – UFSC
RSSF industriais com Codificação
2 / 27
3. Introdução
Redes de Sensores Sem Fio
Redes Industriais
Codificação de Rede com Cooperação
O Futuro
Futuro da Internet
(fixa e móvel)
Redes
Futuras
IWSN
Serviços Cientes
do Contexto
Domínio das Redes
de Sensores Sem Fio
VANETs
IFSC – UFSC
BWSN
BAN
RSSF industriais com Codificação
3 / 27
4. Introdução
Redes de Sensores Sem Fio
Redes Industriais
Codificação de Rede com Cooperação
Áreas Envolvidas Nesta Apresentação
IFSC – UFSC
RSSF industriais com Codificação
4 / 27
5. Introdução
Redes de Sensores Sem Fio
Redes Industriais
Codificação de Rede com Cooperação
Conceitos
IEEE 802.15.4
Formação da Rede
Fonte: Loureiro 2003
IFSC – UFSC
RSSF industriais com Codificação
5 / 27
6. Introdução
Redes de Sensores Sem Fio
Redes Industriais
Codificação de Rede com Cooperação
Conceitos
IEEE 802.15.4
RSSF – A Origem
Confiabilidade – Conceito
A ideia intuitiva de confiabilidade de redes pode ser entendida como
a probabilidade de uma rede continuar funcionando mesmo na
ocorrência de falhas nos enlaces e/ou nodos
IFSC – UFSC
RSSF industriais com Codificação
6 / 27
7. Introdução
Redes de Sensores Sem Fio
Redes Industriais
Codificação de Rede com Cooperação
Conceitos
IEEE 802.15.4
RSSF – A Origem
Confiabilidade – Conceito
A ideia intuitiva de confiabilidade de redes pode ser entendida como
a probabilidade de uma rede continuar funcionando mesmo na
ocorrência de falhas nos enlaces e/ou nodos
Nodos não são confiáveis, podem
“morrer” por exaustão de energia
Sensores não são exatos: medidas das
grandezas não são precisas
Domínio das Redes
de Sensores Sem Fio
Comunicação sem fio não é confiável (?)
A rede DEVE ser confiável! Como?
IFSC – UFSC
RSSF industriais com Codificação
6 / 27
8. Introdução
Redes de Sensores Sem Fio
Redes Industriais
Codificação de Rede com Cooperação
Conceitos
IEEE 802.15.4
RSSF – A Origem
Confiabilidade – Conceito
A ideia intuitiva de confiabilidade de redes pode ser entendida como
a probabilidade de uma rede continuar funcionando mesmo na
ocorrência de falhas nos enlaces e/ou nodos
Nodos não são confiáveis, podem
“morrer” por exaustão de energia
Sensores não são exatos: medidas das
grandezas não são precisas
Domínio das Redes
de Sensores Sem Fio
Comunicação sem fio não é confiável (?)
A rede DEVE ser confiável! Como?
Rede Autônoma com alto grau de cooperação na execução de
tarefas: auto-configuração, auto-cura, fusão de dados . . .
IFSC – UFSC
RSSF industriais com Codificação
6 / 27
9. Introdução
Redes de Sensores Sem Fio
Redes Industriais
Codificação de Rede com Cooperação
Conceitos
IEEE 802.15.4
Aumentando a confiabilidade
Técnicas tradicionais para aumentar a confiabilidade na troca
de pacotes, seja em redes cabeadas seja em redes sem fio:
CRC – Cyclic Redundancy Check – Descarta pacotes com
indícios de erro
FEC – Forward Error Correction – Envia bits redundantes
para recuperar até certo nível de erros nos pacotes
ARQ – Automatic Repeat reQuest – Reencaminha
pacotes não ou incorretamente recebidos
As técnicas podem ser complementares, dependendo do grau
de confiabilidade exigido pela aplicação
IFSC – UFSC
RSSF industriais com Codificação
7 / 27
10. Introdução
Redes de Sensores Sem Fio
Redes Industriais
Codificação de Rede com Cooperação
Conceitos
IEEE 802.15.4
Modelo de um nodo
IFSC – UFSC
RSSF industriais com Codificação
8 / 27
11. Introdução
Redes de Sensores Sem Fio
Redes Industriais
Codificação de Rede com Cooperação
Conceitos
IEEE 802.15.4
Modelo de um nodo
Sistemas Embarcados:
SO
Aplicação
IFSC – UFSC
RSSF industriais com Codificação
8 / 27
12. Introdução
Redes de Sensores Sem Fio
Redes Industriais
Codificação de Rede com Cooperação
Conceitos
IEEE 802.15.4
Modelo de um nodo
Sistemas Embarcados:
SO
Aplicação
Protocolos de comunicação
IFSC – UFSC
RSSF industriais com Codificação
8 / 27
13. Introdução
Redes de Sensores Sem Fio
Redes Industriais
Codificação de Rede com Cooperação
Conceitos
IEEE 802.15.4
Modelo de um nodo
Sistemas Embarcados:
SO
Aplicação
Protocolos de comunicação
Cuidado com consumo energético
Roteamento: múltiplos saltos ⇒ sink
Confiabilidade (?)
IFSC – UFSC
RSSF industriais com Codificação
8 / 27
14. Introdução
Redes de Sensores Sem Fio
Redes Industriais
Codificação de Rede com Cooperação
Conceitos
IEEE 802.15.4
IEEE 802.15.4
Padrão IEEE 802.15.4
Camada física e de controle de acesso ao meio para redes sem fio
pessoais com baixas taxas de transmissão (LR-WPANs)
IFSC – UFSC
RSSF industriais com Codificação
9 / 27
15. Introdução
Redes de Sensores Sem Fio
Redes Industriais
Codificação de Rede com Cooperação
Conceitos
IEEE 802.15.4
IEEE 802.15.4
Padrão IEEE 802.15.4
Camada física e de controle de acesso ao meio para redes sem fio
pessoais com baixas taxas de transmissão (LR-WPANs)
Camada Física:
Frequências(MHz)/canais: 868/0, 915/1-10, 2450/11-26
Taxa de transferência: 20, 40, 100 e 250 kbps
IEEE 802.15.4
IEEE 802.11
Fonte:
Bertocco2008
IFSC – UFSC
RSSF industriais com Codificação
9 / 27
16. Introdução
Redes de Sensores Sem Fio
Redes Industriais
Codificação de Rede com Cooperação
Conceitos
IEEE 802.15.4
MAC IEEE 802.15.4
Sem Beacon : CSMA-CA (Carrier Sense Multiple Access
with Collision Avoidance)
Com Beacon:
Beacon
Beacon
CAP
CFP
GTS
GTS
Inativo
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15
SD = aBaseSuperframeDuration x 2 SO Símbolos
Ativo
BI = aBaseSuperframeDuration x 2 BO Símbolos
0 ≤ SO ≤ BO ≤ 14
15, 36ms ≤ SuperframeDuration ≤ 4, 2min
IFSC – UFSC
RSSF industriais com Codificação
10 / 27
17. Introdução
Redes de Sensores Sem Fio
Redes Industriais
Codificação de Rede com Cooperação
Conceitos
IEEE 802.15.4
Exemplos de Superquadros
BO
SO
BI
(ms)
SD
(ms)
Compartimento
(ms)
(bytes)
0
0
15,36
15,36
0,96
30
1
0
30,72
15,36
0,96
30
8
8
3932,16
3932,16
245,76
7680
14
0
251658,24
15,36
0,96
30
14
14
251658,24
251658,24
15728,64
491520
IFSC – UFSC
RSSF industriais com Codificação
11 / 27
18. Introdução
Redes de Sensores Sem Fio
Redes Industriais
Codificação de Rede com Cooperação
Especificidades das redes industriais
Redes industriais sem fio
Redes Industriais/Chão de Fábrica – A Origem
Compartilhamento de recursos
Heterogeneidade
Garantia de tempo de resposta médio ou máximo (Tempo real)
IFSC – UFSC
RSSF industriais com Codificação
12 / 27
19. Introdução
Redes de Sensores Sem Fio
Redes Industriais
Codificação de Rede com Cooperação
Especificidades das redes industriais
Redes industriais sem fio
Redes Industriais/Chão de Fábrica – A Origem
Compartilhamento de recursos
Heterogeneidade
Garantia de tempo de resposta médio ou máximo (Tempo real)
Confiabilidade dos equipamentos e da informação
(exatidão nos dados)
Conectividade e interoperabilidade
Evolutividade e flexibilidade
IFSC – UFSC
RSSF industriais com Codificação
12 / 27
20. Introdução
Redes de Sensores Sem Fio
Redes Industriais
Codificação de Rede com Cooperação
Especificidades das redes industriais
Redes industriais sem fio
Redes Industriais/Chão de Fábrica – A Origem
Compartilhamento de recursos
Heterogeneidade
Garantia de tempo de resposta médio ou máximo (Tempo real)
Confiabilidade dos equipamentos e da informação
(exatidão nos dados)
Conectividade e interoperabilidade
Evolutividade e flexibilidade
Network Control System – NCS
Monitoramento – Predictive Maintenance (PdM)
IFSC – UFSC
RSSF industriais com Codificação
12 / 27
21. Introdução
Redes de Sensores Sem Fio
Redes Industriais
Codificação de Rede com Cooperação
Especificidades das redes industriais
Redes industriais sem fio
Redes Industriais/Chão de Fábrica – A Origem
Compartilhamento de recursos
Heterogeneidade
Garantia de tempo de resposta médio ou máximo (Tempo real)
Confiabilidade dos equipamentos e da informação
(exatidão nos dados)
Conectividade e interoperabilidade
Evolutividade e flexibilidade
Network Control System – NCS
Monitoramento – Predictive Maintenance (PdM)
Redes Fieldbus
HART
ISA
...
IFSC – UFSC
RSSF industriais com Codificação
12 / 27
22. Introdução
Redes de Sensores Sem Fio
Redes Industriais
Codificação de Rede com Cooperação
Especificidades das redes industriais
Redes industriais sem fio
Redes Industriais/Chão de Fábrica – A Origem
Compartilhamento de recursos
Heterogeneidade
Garantia de tempo de resposta médio ou máximo (Tempo real)
Confiabilidade dos equipamentos e da informação
(exatidão nos dados)
Conectividade e interoperabilidade
Evolutividade e flexibilidade
Network Control System – NCS
Monitoramento – Predictive Maintenance (PdM)
Redes Fieldbus
HART
ISA
...
Redes Sem Fio?
IFSC – UFSC
RSSF industriais com Codificação
12 / 27
23. Introdução
Redes de Sensores Sem Fio
Redes Industriais
Codificação de Rede com Cooperação
Especificidades das redes industriais
Redes industriais sem fio
Redes Sem Fio na Industria
Transição
Coexistência de redes cabeadas e sem fio por vários anos
Problemas do meio sem fio
Desvanecimento
Propagação por vários caminhos
Sombreamento
Segurança: captura de pacotes e/ou inserção de pacotes
maliciosos
Interferência, com mais intensidade na Industria:
Soldas
Motores elétricos
Inversores de Frequência
Outras redes sem fio . . .
IFSC – UFSC
RSSF industriais com Codificação
13 / 27
24. Introdução
Redes de Sensores Sem Fio
Redes Industriais
Codificação de Rede com Cooperação
Especificidades das redes industriais
Redes industriais sem fio
Caracterização do ruído na industria
Para facilitar o desenvolvimento de novos protocolos faz-se uso
de simuladores e/ou ensaios em laboratórios. Para antever o
comportamento dos mesmo na industria deve-se ter um
modelo realista dos ruídos lá presentes.
IFSC – UFSC
RSSF industriais com Codificação
14 / 27
25. Introdução
Redes de Sensores Sem Fio
Redes Industriais
Codificação de Rede com Cooperação
Especificidades das redes industriais
Redes industriais sem fio
Caracterização do ruído na industria
Para facilitar o desenvolvimento de novos protocolos faz-se uso
de simuladores e/ou ensaios em laboratórios. Para antever o
comportamento dos mesmo na industria deve-se ter um
modelo realista dos ruídos lá presentes.
Em rajadas
Modelo Gilbert–Elliott
BER (CRC/FEC), PER (ARQ)
Altamente dependente da distância entre comunicantes
IFSC – UFSC
RSSF industriais com Codificação
14 / 27
26. Introdução
Redes de Sensores Sem Fio
Redes Industriais
Codificação de Rede com Cooperação
Especificidades das redes industriais
Redes industriais sem fio
RSSF Industriais
Mudança de paradigma
Nodos devem ser confiáveis
Sensores devem ser exatos
Tempo Real
Periodicidade
IFSC – UFSC
RSSF industriais com Codificação
15 / 27
27. Introdução
Redes de Sensores Sem Fio
Redes Industriais
Codificação de Rede com Cooperação
Especificidades das redes industriais
Redes industriais sem fio
RSSF Industriais
Mudança de paradigma
Nodos devem ser confiáveis
Sensores devem ser exatos
Tempo Real
Periodicidade
Permanece
Cuidado com consumo energético
Alta densidade/empregabilidade ⇒ nodos ainda são
baratos quando comparados com tecnologia tradicional
IFSC – UFSC
RSSF industriais com Codificação
15 / 27
28. Introdução
Redes de Sensores Sem Fio
Redes Industriais
Codificação de Rede com Cooperação
Especificidades das redes industriais
Redes industriais sem fio
RSSF Industriais
Mudança de paradigma
Nodos devem ser confiáveis
Sensores devem ser exatos
Tempo Real
Periodicidade
Permanece
Cuidado com consumo energético
Alta densidade/empregabilidade ⇒ nodos ainda são
baratos quando comparados com tecnologia tradicional
RSSF Industriais
WirelessHART
ISA 100.11a
IEEE 802.15.4/ZigBee – IEEE802.15.4e
...
IFSC – UFSC
RSSF industriais com Codificação
15 / 27
29. Introdução
Redes de Sensores Sem Fio
Redes Industriais
Codificação de Rede com Cooperação
Especificidades das redes industriais
Redes industriais sem fio
Classes de Uso - ISA
Classe
0
1
Controle
2
3
4
Monitoramento
5
Aplicação
Ações emergenciais
Circuito
fechado
para controle regulamentar
Circuito
fechado
para controle de
supervisão
Controle em malha
aberta
Alerta
Registro e downloading/uploading
IFSC – UFSC
Descrição
(sempre crítica)
(muitas vezes crítica)
(geralmente não crítica)
(humano na malha)
Consequências operacionais de
curto prazo (por exemplo, a manutenção baseada em eventos)
Sem consequências operacionais imediatas (por exemplo, coleta de história, sequência de
eventos, manutenção preventiva)
RSSF industriais com Codificação
6
Importância da atualidade da mensagem
<—————– Redes Sem Fio ————–>
Categoria
Segurança
16 / 27
30. Introdução
Redes de Sensores Sem Fio
Redes Industriais
Codificação de Rede com Cooperação
Cooperação
Codificação de Rede
Cooperação em RSSF
As redes cooperativas, que visam a utilização dos dispositivos
ativos na rede como retransmissores obtendo desta forma
diversidade semelhante à encontrada em dispositivos MIMO,
são capazes de propiciar transmissões mais confiáveis, com
redução dos efeitos de canal e melhoria em termos taxa de
erro e throughput
IFSC – UFSC
RSSF industriais com Codificação
17 / 27
31. Introdução
Redes de Sensores Sem Fio
Redes Industriais
Codificação de Rede com Cooperação
Cooperação
Codificação de Rede
Conceitos
Diversidade Temporal
Cada caminho em diferentes instantes de tempo tem diferente
comportamento
Retransmissão de mensagens em tempos distintos
Diversidade Espacial
Cada caminho percorrido por uma onda sofre diferentes
atenuações
MIMO em RSSF é caro
Múltiplos nodos fazem o papel de MIMO
IFSC – UFSC
RSSF industriais com Codificação
18 / 27
32. Introdução
Redes de Sensores Sem Fio
Redes Industriais
Codificação de Rede com Cooperação
Cooperação
Codificação de Rede
Conceitos
Diversidade Temporal
Cada caminho em diferentes instantes de tempo tem diferente
comportamento
Retransmissão de mensagens em tempos distintos
Diversidade Espacial
Cada caminho percorrido por uma onda sofre diferentes
atenuações
MIMO em RSSF é caro
Múltiplos nodos fazem o papel de MIMO
IFSC – UFSC
RSSF industriais com Codificação
18 / 27
33. Introdução
Redes de Sensores Sem Fio
Redes Industriais
Codificação de Rede com Cooperação
Cooperação
Codificação de Rede
Conceitos
Diversidade em Frequência – A propagação de sinais
em diferentes frequências experimenta diferenças em
reflexão, difração e espalhamento (Salto de canal –
WirelessHART, ISA 100.11a, IEEE 802.15.4e)
IFSC – UFSC
RSSF industriais com Codificação
19 / 27
34. Introdução
Redes de Sensores Sem Fio
Redes Industriais
Codificação de Rede com Cooperação
Cooperação
Codificação de Rede
Conceitos
Diversidade em Frequência – A propagação de sinais
em diferentes frequências experimenta diferenças em
reflexão, difração e espalhamento (Salto de canal –
WirelessHART, ISA 100.11a, IEEE 802.15.4e)
Diversidade por Multiusuário – O aumento global da
taxa de transmissão do sistema cresce com o número de
usuários e com ganho na variação do canal
IFSC – UFSC
RSSF industriais com Codificação
19 / 27
35. Introdução
Redes de Sensores Sem Fio
Redes Industriais
Codificação de Rede com Cooperação
Cooperação
Codificação de Rede
Conceitos
Diversidade em Frequência – A propagação de sinais
em diferentes frequências experimenta diferenças em
reflexão, difração e espalhamento (Salto de canal –
WirelessHART, ISA 100.11a, IEEE 802.15.4e)
Diversidade por Multiusuário – O aumento global da
taxa de transmissão do sistema cresce com o número de
usuários e com ganho na variação do canal
Diversidade por Multipercurso – Em uma rede sem fio
de múltiplos saltos, um determinado par emissor-receptor
pode ser conectado por meio de múltiplos percursos na
rede. As propriedades desses percursos variam de
diversas maneiras, tais como: comprimento do salto,
largura de banda, atraso total, atraso na fila etc
IFSC – UFSC
RSSF industriais com Codificação
19 / 27
36. Introdução
Redes de Sensores Sem Fio
Redes Industriais
Codificação de Rede com Cooperação
Cooperação
Codificação de Rede
Conceitos
Diversidade em Frequência – A propagação de sinais
em diferentes frequências experimenta diferenças em
reflexão, difração e espalhamento (Salto de canal –
WirelessHART, ISA 100.11a, IEEE 802.15.4e)
Diversidade por Multiusuário – O aumento global da
taxa de transmissão do sistema cresce com o número de
usuários e com ganho na variação do canal
Diversidade por Multipercurso – Em uma rede sem fio
de múltiplos saltos, um determinado par emissor-receptor
pode ser conectado por meio de múltiplos percursos na
rede. As propriedades desses percursos variam de
diversas maneiras, tais como: comprimento do salto,
largura de banda, atraso total, atraso na fila etc
Técnicas podem explorar várias diversidades
IFSC – UFSC
RSSF industriais com Codificação
19 / 27
37. Introdução
Redes de Sensores Sem Fio
Redes Industriais
Codificação de Rede com Cooperação
Cooperação
Codificação de Rede
Retransmissão em RSSF
Modelo predominante – ARQ – Automatic Repeat reQuest
Baixa diversidade temporal
Nenhuma diversidade espacial
IFSC – UFSC
RSSF industriais com Codificação
20 / 27
38. Introdução
Redes de Sensores Sem Fio
Redes Industriais
Codificação de Rede com Cooperação
Cooperação
Codificação de Rede
Retransmissão em RSSF
Modelo predominante – ARQ – Automatic Repeat reQuest
Baixa diversidade temporal
Nenhuma diversidade espacial
Uso de vizinhos retransmissores (Cooperação)
Aumento da diversidade espacial
Aumento do consumo energético? Depende dos objetivos
da aplicação
Escolha do(s) vizinho(s)?
Todos
IFSC – UFSC
RSSF industriais com Codificação
20 / 27
39. Introdução
Redes de Sensores Sem Fio
Redes Industriais
Codificação de Rede com Cooperação
Cooperação
Codificação de Rede
Retransmissão em RSSF
Modelo predominante – ARQ – Automatic Repeat reQuest
Baixa diversidade temporal
Nenhuma diversidade espacial
Uso de vizinhos retransmissores (Cooperação)
Aumento da diversidade espacial
Aumento do consumo energético? Depende dos objetivos
da aplicação
Escolha do(s) vizinho(s)?
Todos ⇒ inundação na rede
IFSC – UFSC
RSSF industriais com Codificação
20 / 27
40. Introdução
Redes de Sensores Sem Fio
Redes Industriais
Codificação de Rede com Cooperação
Cooperação
Codificação de Rede
Retransmissão em RSSF
Modelo predominante – ARQ – Automatic Repeat reQuest
Baixa diversidade temporal
Nenhuma diversidade espacial
Uso de vizinhos retransmissores (Cooperação)
Aumento da diversidade espacial
Aumento do consumo energético? Depende dos objetivos
da aplicação
Escolha do(s) vizinho(s)?
Todos ⇒ inundação na rede
Alguns
IFSC – UFSC
RSSF industriais com Codificação
20 / 27
41. Introdução
Redes de Sensores Sem Fio
Redes Industriais
Codificação de Rede com Cooperação
Cooperação
Codificação de Rede
Retransmissão em RSSF
Modelo predominante – ARQ – Automatic Repeat reQuest
Baixa diversidade temporal
Nenhuma diversidade espacial
Uso de vizinhos retransmissores (Cooperação)
Aumento da diversidade espacial
Aumento do consumo energético? Depende dos objetivos
da aplicação
Escolha do(s) vizinho(s)?
Todos ⇒ inundação na rede
Alguns : qual o critério?
IFSC – UFSC
RSSF industriais com Codificação
20 / 27
42. Introdução
Redes de Sensores Sem Fio
Redes Industriais
Codificação de Rede com Cooperação
Cooperação
Codificação de Rede
Retransmissão em RSSF
Modelo predominante – ARQ – Automatic Repeat reQuest
Baixa diversidade temporal
Nenhuma diversidade espacial
Uso de vizinhos retransmissores (Cooperação)
Aumento da diversidade espacial
Aumento do consumo energético? Depende dos objetivos
da aplicação
Escolha do(s) vizinho(s)?
Todos ⇒ inundação na rede
Alguns : qual o critério?
Nodos atuadores: sem problemas energéticos!
IFSC – UFSC
RSSF industriais com Codificação
20 / 27
43. Introdução
Redes de Sensores Sem Fio
Redes Industriais
Codificação de Rede com Cooperação
Cooperação
Codificação de Rede
Retransmissão em RSSF
Modelo predominante – ARQ – Automatic Repeat reQuest
Baixa diversidade temporal
Nenhuma diversidade espacial
Uso de vizinhos retransmissores (Cooperação)
Aumento da diversidade espacial
Aumento do consumo energético? Depende dos objetivos
da aplicação
Escolha do(s) vizinho(s)?
Todos ⇒ inundação na rede
Alguns : qual o critério?
Nodos atuadores: sem problemas energéticos!
Diversidade temporal?
IFSC – UFSC
RSSF industriais com Codificação
20 / 27
44. Introdução
Redes de Sensores Sem Fio
Redes Industriais
Codificação de Rede com Cooperação
Cooperação
Codificação de Rede
O que é Codificação de Rede
Um novo paradigma para comunicação em rede
Nas redes tradicionais os nós intermediários podem
somente rotear ou replicar os pacotes recebidos
Nas redes codificadas estes nós podem criar novos
pacotes com a combinação algébrica dos pacotes
recebidos
Potencial para:
Alcançar maiores taxas de transmissão
Simplificar algoritmos de roteamento
Otimizar as retransmissões
IFSC – UFSC
RSSF industriais com Codificação
21 / 27
45. Introdução
Redes de Sensores Sem Fio
Redes Industriais
Codificação de Rede com Cooperação
Cooperação
Codificação de Rede
Exemplo da NC
IFSC – UFSC
RSSF industriais com Codificação
22 / 27
46. Introdução
Redes de Sensores Sem Fio
Redes Industriais
Codificação de Rede com Cooperação
Cooperação
Codificação de Rede
Exemplo da NC
IFSC – UFSC
RSSF industriais com Codificação
22 / 27
47. Introdução
Redes de Sensores Sem Fio
Redes Industriais
Codificação de Rede com Cooperação
Cooperação
Codificação de Rede
Exemplo da NC
IFSC – UFSC
RSSF industriais com Codificação
22 / 27
48. Introdução
Redes de Sensores Sem Fio
Redes Industriais
Codificação de Rede com Cooperação
Cooperação
Codificação de Rede
Exemplo da NC
IFSC – UFSC
RSSF industriais com Codificação
22 / 27
49. Introdução
Redes de Sensores Sem Fio
Redes Industriais
Codificação de Rede com Cooperação
Cooperação
Codificação de Rede
Exemplo da NC
IFSC – UFSC
RSSF industriais com Codificação
22 / 27
50. Introdução
Redes de Sensores Sem Fio
Redes Industriais
Codificação de Rede com Cooperação
Cooperação
Codificação de Rede
Exemplo da NC
IFSC – UFSC
RSSF industriais com Codificação
22 / 27
51. Introdução
Redes de Sensores Sem Fio
Redes Industriais
Codificação de Rede com Cooperação
Cooperação
Codificação de Rede
Exemplo da NC
Quatro intervalos de tempo
IFSC – UFSC
Três intervalos de tempo.
RSSF industriais com Codificação
22 / 27
52. Introdução
Redes de Sensores Sem Fio
Redes Industriais
Codificação de Rede com Cooperação
Cooperação
Codificação de Rede
Codificação de mensagens
Por definição, todos os pacotes que trafegam pela rede são vetores
de tamanho m sobre um corpo finito Fq (pi = [pi1 . . . pim ], pij ∈ Fq ).
Cada nó fonte produz k pacotes originais (ordinários), definidos
como x1 , . . . , xk . Os nós que fazem a codificação, constroem novos
pacotes executando combinações lineares (sobre Fq ) dos pacotes
recebidos. Um nó qualquer recebe um conjunto de pacotes:
y1
g11 . . . g1k
x1
. .
. . = G(t) X
(t)
..
. = .
. .
Y = .
.
.
.
.
yN
gN1
...
gNk
xk
onde G(t) é chamada a matriz de transferência da rede para um
determinado destino t e k é o numero de pacotes codificados
recebidos. O destino recupera os pacotes originais X resolvendo o
sistema linear
IFSC – UFSC
RSSF industriais com Codificação
23 / 27
53. Introdução
Redes de Sensores Sem Fio
Redes Industriais
Codificação de Rede com Cooperação
Cooperação
Codificação de Rede
Codificação de mensagens na prática
Escolha do tamanho do corpo ⇒ 28
IFSC – UFSC
RSSF industriais com Codificação
24 / 27
54. Introdução
Redes de Sensores Sem Fio
Redes Industriais
Codificação de Rede com Cooperação
Cooperação
Codificação de Rede
Codificação de mensagens na prática
Escolha do tamanho do corpo ⇒ 28
Codificando mensagens:
Escolha do coeficiente
Multiplicar o coeficiente pela mensagem: toma-se de 8 em
8 bits (= corpo) da mensagem e multiplica-se
(deslocamento de bits) pelo coeficiente
Repete-se para todas a mensagens a codificar
O resultado final é obtido pelo XOR de todas as
mensagens
Mensagem pronta para envio. Deve-se enviar os
coeficientes em anexo
IFSC – UFSC
RSSF industriais com Codificação
24 / 27
55. Introdução
Redes de Sensores Sem Fio
Redes Industriais
Codificação de Rede com Cooperação
Cooperação
Codificação de Rede
Codificação de mensagens na prática
Escolha do tamanho do corpo ⇒ 28
Codificando mensagens:
Escolha do coeficiente
Multiplicar o coeficiente pela mensagem: toma-se de 8 em
8 bits (= corpo) da mensagem e multiplica-se
(deslocamento de bits) pelo coeficiente
Repete-se para todas a mensagens a codificar
O resultado final é obtido pelo XOR de todas as
mensagens
Mensagem pronta para envio. Deve-se enviar os
coeficientes em anexo
Decodificando mensagens:
Monta-se um sistema linear com todas as mensagens
recebidas, codificadas ou não
Resolução de sistema linear: extrai-se as incógnitas
(mensagens) – deslocamento de bits.
IFSC – UFSC
RSSF industriais com Codificação
24 / 27
56. Introdução
Redes de Sensores Sem Fio
Redes Industriais
Codificação de Rede com Cooperação
Cooperação
Codificação de Rede
Retransmissão com Codificação de Rede
Prós
De uma mensagem codificada pode-se recuperar qualquer
mensagem perdida (?)
Menor ocupação do meio
Diversidade temporal e espacial
Um bom algoritmo pode aproveitar nodos em distâncias
intermediárias como retransmissores, aumentando a
probabilidade de sucesso
IFSC – UFSC
RSSF industriais com Codificação
25 / 27
57. Introdução
Redes de Sensores Sem Fio
Redes Industriais
Codificação de Rede com Cooperação
Cooperação
Codificação de Rede
Retransmissão com Codificação de Rede
Prós
De uma mensagem codificada pode-se recuperar qualquer
mensagem perdida (?)
Menor ocupação do meio
Diversidade temporal e espacial
Um bom algoritmo pode aproveitar nodos em distâncias
intermediárias como retransmissores, aumentando a
probabilidade de sucesso
Contras
Overhead na mensagem: ocupação do meio + energia
Over hear : energia
Over processing: custo
IFSC – UFSC
RSSF industriais com Codificação
25 / 27
58. Introdução
Redes de Sensores Sem Fio
Redes Industriais
Codificação de Rede com Cooperação
Cooperação
Codificação de Rede
Perguntas?
IFSC – UFSC
RSSF industriais com Codificação
26 / 27
59. Introdução
Redes de Sensores Sem Fio
Redes Industriais
Codificação de Rede com Cooperação
Cooperação
Codificação de Rede
Muito Obrigado!
IFSC – UFSC
RSSF industriais com Codificação
27 / 27