Comunicação cooperativa em redes móveis ad hoc consciente em energia e atraso fim-a-fim

Abstract

O presente trabalho considera a utilização de técnicas de comunicação cooperativa em ambientes sem fio ad hoc como alternativa para aumentar a conectividade e, ao mesmo tempo, para reduzir o atraso e aumentar a eficiência energética das rotas para um sorvedouro. Neste contexto, são desenvolvidas duas novas técnicas: Cooperative Sink Communication (CSC) e Cooperative Sink Communication - Helper Set (CSC-HS). O CSC utiliza comunicação cooperativa para aumentar a conectividade entre os nós sensores e o nó sorvedouro e controle de topologia para diminuir o atraso fim-a-fim entre estes nós. A técnica CSC-HS utiliza comunicação cooperativa e controle de topologia para aumentar a conectividade e diminuir o atraso fim-a-fim mantendo a eficiência energética em redes ad hoc utilizando como métrica a quantidade de nós auxiliares que compõem a aresta cooperativa. Num primeiro momento, foi feita uma revisão teórica dos principais conceitos relativos ao entendimento deste trabalho: redes ad hoc, modelos de propagação em ambientes sem fio e vazão máxima teórica de redes ad hoc. Em um segundo momento, são apresentados os conceitos de comunicação cooperativa e é feita uma revisão bibliográfica sobre controle de topologia em redes ad hoc. Em seguida, as duas novas técnicas são propostas e são avaliadas por meio de comparação com outras técnicas da literatura e métricas definidas no escopo deste trabalho. O CSC, comparado com alternativas semelhantes, permite reduzir o atraso em até 50% nos cenários avaliados, enquanto o CSC-HS permite reduzir o atraso em até 45% mantendo uma eficiência energética por rota próxima de outras técnicas da literatura. _______________________________________________________________________________ ABSTRACT

This work considers the use of cooperative communication technique in mobile ad hoc networks as an alternative to increase connectivity and, simultaneously, reduce the delay and increase the energy efficiency of routes to a sink. In this context, two new techniques are developed: Cooperative Sink Communication (CSC) and Cooperative Sink Communication - Helper Set (CSC-HS). The CSC uses cooperative communication to increase connectivity between the sensor nodes and the sink node and topology control to reduce the end-to-end delay. CSC -HS technique uses cooperative communication and topology control to increase connectivity and reduce the delay by maintaining end-to-end energy efficiency in mobile ad hoc networks using as metric the number of helper nodes that compose the cooperative edge. At first, the main concepts of this work are briefly summarized: mobile ad hoc networks, propagation models and theoretical maximum throughput. In a second moment, the concepts of cooperative communications are presented and previous works in topology control in mobile ad hoc networks are reviewed. Then the two new techniques are proposed and evaluated by means of comparison with other techniques in the literature and metrics defined in this work. The CSC, compared to similar alternatives, can reduce delay by up to 50% in the evaluated scenarios, while the CSC -HS reduces delay by up to 45% maintaining the energy efficiency per route close to other techniques.