dc.contributor |
Universitat Politècnica de Catalunya. Departament de Teoria del Senyal i Comunicacions |
dc.contributor |
Alonso Zárate, Luis Gonzaga |
dc.contributor.author |
Luz Fernandez, Sergio |
dc.contributor.author |
Sanchez Recuero, Eduardo |
dc.date |
2014-03-19 |
dc.identifier.uri |
http://hdl.handle.net/2099.1/24467 |
dc.language.iso |
spa |
dc.publisher |
Universitat Politècnica de Catalunya |
dc.rights |
Attribution-NonCommercial-ShareAlike 3.0 Spain |
dc.rights |
info:eu-repo/semantics/openAccess |
dc.rights |
http://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/3.0/es/ |
dc.subject |
Àrees temàtiques de la UPC::Enginyeria de la telecomunicació |
dc.subject |
Machine-to-machine communications |
dc.subject |
WSN |
dc.subject |
Wireless |
dc.subject |
Comunicacions |
dc.subject |
Protocols |
dc.subject |
Protocols de xarxes d'ordinadors |
dc.title |
Implementación y evaluación experimental de protocolos de control de acceso al medio basados en slotted-ALOHA y tree-splitting para redes de sensores inalámbricos |
dc.type |
info:eu-repo/semantics/bachelorThesis |
dc.description.abstract |
One of the main challenges in wireless communications networks between machines (M2M) is the need to provide large number of devices with access to a common communications channel. This is exacerbated in those applications in which the number of devices is unknown. To solve this problem, it is necessary to design medium access control (MAC) protocols responsible for managing the access of device communications to the shared channel efficiently. This project aims to implement and evaluate the performance of three protocols for M2M networks: Frame Slotted Aloha with feedback (FSA-FB), FSA without feedback (FSA-noFB) and Contention Tree Algorithm (CTA). The three protocols have been developed on Contiki OS, its functionality has been verified on Cooja simulator, and its performance has been evaluated experimentally on Z1 Zolertia wireless motes operating in the 2.4GHz frequency band. Z1 motes incorporate CC2420 radio transceivers Texas Instruments, whose physical layer complies with IEEE 802.15.4. Furthermore, Z1 motes have integrated sensors and include a Universal Serial Bus (USB) to be controlled from a computer and transfer the data to it. Z1 motes were programmed with the C programming language, which is compiled using a freeware application mounted on the Linux operating system called Contiki that is installed on the motes. The test scenario consists of a mote coordinator and a number of slave motes or "slaves". The coordinator sends a command to interrogate the slaves, which respond by running controlled MAC protocol rules. The motes are scheduled to execute the different MAC protocols, calculate the time (delay) they need to successfully complete all data transmissions to the coordinator, and measure their energy consumption during data transfer with the Contiki Powertrace tool. This work is focused on comparing the performance of the three protocols; FSA-FB, FSA-noFB and CTA; in terms of delay and energy consumption. We have obtained experimental measurements and compared them with computer-based simulation results with Cooja. These parameters have been evaluated based on the number of slave motes. Along the process, we have identified the limitations associated with the assumptions and models used in the software implementation, comparing the obtained results with both the theoretical and experimental results. Experimental results and the results obtained on the simulator show that the most efficient protocol in terms of delay is FSA-FB when you have a good estimation of the number of slaves. However, CTA and FSA-FB are more efficient in terms of energy consumption depending on the number of slots per frame. For experiments with a limited number of slots, 3 to 10, CTA ranks as the most efficient protocol, however, from 10 slots per frame FSA-FB becomes more efficient. Finally, we have identified the strengths and weaknesses of Contiki OS for implementation of MAC protocols in it. |
dc.description.abstract |
Una de las principales problemáticas en las redes de comunicaciones M2M
(Machine-to-Machine) es la gran cantidad de dispositivos que intentan acceder
al canal de comunicaciones simultáneamente. Esto se agrava en aquellas
aplicaciones en las que la cantidad de dispositivos es desconocida. Para
resolver esta problemática, es necesario diseñar protocolos de control de
acceso al medio (MAC) que se encarguen de gestionar el acceso de los
dispositivos al canal de comunicaciones de una manera eficiente.
Este proyecto tiene cómo objetivo implementar y evaluar el rendimiento de tres
protocolos adecuados para redes M2M: Frame Slotted Aloha con feedback
(FSA-FB), FSA sin feedback (FSA-noFB) y Contention Tree Algorithm (CTA).
Los tres protocolos se han desarrollado sobre Contiki OS, se ha verificado su
funcionalidad sobre el simulador Cooja, y se ha evaluado su rendimiento
experimentalmente sobre motas inalámbricas Zolertia Z1 que operan en la
banda frecuencial de 2.4GHz. Las motas Z1 incorporan transceptores radio
CC2420 de Texas Instruments, cuya capa física cumple con el estándar IEEE
802.15.4. Además, las motas Z1 tienen sensores integrados y disponen de un
puerto Universal Serial Bus (USB) para ser controlados desde un ordenador y
transferir los datos al mismo.
Las motas Z1 han sido programadas con el lenguaje de programación C, que
se compila usando una aplicación de libre distribución montada sobre el
sistema operativo Linux llamada Contiki y que se instala en las motas. El
escenario de pruebas está compuesto por una mota coordinadora y un
conjunto de motas esclavas o "slaves". El coordinador envía un comando para
interrogar a los esclavos, los cuales responden de manera controlada
ejecutando las reglas del protocolo MAC para enviar una cierta información de
prueba. Las motas están programadas para ejecutar los protocolos MAC,
medir el tiempo (retardo) que necesitan para finalizar con éxito todas las
transmisiones de datos al coordinador y su consumo de energía durante la
transferencia de datos. Este consumo se mide mediante la herramienta
powertrace de Contiki.
Este trabajo se ha centrado en comparar los protocolos FSA-FB, FSA-noFB y
CTA en términos de retardo y consumo energético. Se han obtenido y
comparado medidas experimentales y resultados de simulaciones hechas con
Cooja. A lo largo del proceso, se han identificado los problemas asociados a
la implementación software, comparando los resultados teóricos y los
simulados, y las complicaciones derivadas de la implementación real
observando las diferencias entre los resultados simulados y los de la
implementación real. Tanto los resultados obtenidos sobre el simulador Cooja
cómo los resultados experimentales demuestran que el protocolo más eficiente
en términos de retardo es FSA-FB cuando se dispone de una buena
estimación del número de esclavos. Sin embargo, CTA y FSA-FB son más
eficientes en términos de consumo energético en función del número de slots
por trama. Para experimentos con un número reducido de slots, de 3 a 10,
CTA se sitúa cómo el protocolo más eficiente, sin embargo, a partir de 10 slots
por trama FSA-FB pasa a ser el más eficiente |