Simulação realista de redes de sensores sem fio industriais

A Wireless Sensor Network (WSN) can be characterized by the use of sensor nodes in varied environments for many different applications, e.g., monitoring and control systems applications in industrial environments. The use of WSNs in industrial applications must deal with typical problems of wireless networks, such as high attenuation and obstructions. In these environments, different characteristics of the channels can be observed due to its multipath profile. Changes in the topology may also cause changes in the channel characteristics as the time goes on, and it may cause differences in the average value of the received power. An alternative to deal with it and with the variation of channel quality is the development of protocols that use multiple channels. Its use allows, e.g., to achieve better use of the channel, increasing the network transmission capacity. However, there is a difficulty in evaluating and comparing different approaches due to the lack of simulators which have more accurate models. To assess the real benefits of these protocols, one should take into account a more realistic propagation model. This work presents a realistic simulation model that captures the effects of fading on a large and small scale, log-normal shadowing, the non-stationary characteristics of the channel for a long time, and the different characteristics of the different IEEE 802.15.4 standard channels. The model was then built into the open-source discrete event simulator Castalia and tested, comparing it with the default stationary model of the simulator. After integration, the protocol Tree-based Multi-Channel Protocol (TMCP) was evaluated using the proposed model. In the experiments it was possible to identify good accuracy in both the model and the TMCP protocol.Uma Rede de Sensores sem Fio (RSSF) pode ser caracterizada pela utilização de nós sensores em variados ambientes para as mais diversas aplicações, por exemplo, para monitoramento e controle em ambiente industrial. O uso de RSSFs para implementar aplicações industriais precisa lidar com problemas típicos das redes sem fio, como alta atenuação e obstruções. Nesses ambientes, diferenças nas características dos canais podem ser observadas dado o seu perfil de multipercurso. Mudanças na topologia também podem provocar mudanças nas características dos canais ao longo do tempo, podendo causar diferença no valor médio da potência recebida. Uma alternativa para lidar com isso e com a variação da qualidade dos canais é o desenvolvimento de protocolos que utilizam múltiplos canais. Seu uso permite, por exemplo, alcançar uma melhor utilização do canal, aumentando a capacidade de transmissão da rede. No entanto, existe uma dificuldade em avaliar e comparar as diferentes abordagens devido à carência de simuladores que apresentem modelos mais precisos. Para avaliar os reais benefícios desses protocolos deve-se levar em consideração um modelo de propagação mais próximo da realidade. Esse trabalho apresenta um modelo de simulação que captura os efeitos de desvanecimento em larga escala, atenuação em pequena escala, sombreamento log-normal, as características não-estacionárias do canal em longos períodos de tempo, e as características distintas dos diferentes canais do padrão IEEE 802.15.4. O modelo foi então integrado ao simulador de eventos discretos de código aberto Castalia e testado, comparando-o com o modelo estacionário padrão do próprio simulador. A partir da integração, o protocolo Tree-based Multi-Channel Protocol (TMCP) foi implementado e avaliado utilizando o modelo proposto. Com os experimentos foi possível identificar uma ótima precisão do modelo e do protocolo TMCP