Mobility Impact on IEEE Network through a Simulation Platform

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1 Mobility Impact on IEEE Network through a Simulation Platform L. F. Silva, O.. Branquinho and R. M. Assumpção Abstract The IEEE network standard is being used as a suitable solution for wireless sensor networks in many environments and areas of expertise. They differ from other types of wireless networks because of its specific features. This work intends to analyse the mobility impact on IEEE networks. For this reason it was developed a simulation platform with the requirements necessary to evaluate and compare environments with and without mobility. The results show that the mobility of elements in the scenarios evaluated caused signal degradation at short distances, but improvement in the rate of transmission for distances between 30 and 40 meters, as well as at distances greater than 60 meters. This is due to the fact that at intermediate distances the network presents high rate of collisions, making the technique SMA/A improve network performance in environments with more variability of the signal. Keywords IEEE , Mobility, Simulation, Weibull. I. INTRODUÇÃO S REDES de sensores sem fio apresentam um novo ramo Ade redes que vem ganhando. As características apresentadas por esse tipo de rede as tornam atrativas em diversas aplicações. Existem muitos estudos para determinar como as redes de sensores sem fio influenciarão o cotidiano das pessoas [1] e quais são suas características e áreas de atuação [2]. Apesar desse esforço, muito pouco é discutido sobre como essa rede comporta-se em ambientes com mobilidade. Esse estudo mostra-se interessante, uma vez que os sensores tornam-se cada vez mais presentes e o ambiente com mobilidade é certamente um ambiente em que este tipo de rede pode ser utilizado. Para analisar o comportamento das redes de sensores sem fio, especificamente do padrão IEEE [3] em ambientes com mobilidade é necessário utilizar uma quantidade variável de elementos e cenários. Trabalhar com uma quantidade variável de elementos e encontrar cenários propícios para os testes não é uma tarefa trivial e algumas vezes inviabiliza os estudos. Nesse contexto entram os simuladores de rede que podem ser utilizado para criar Os autores agradecem à Financiadora de Estudos e Projetos - FINEP pelo apoio financeiro dado através do Laboratório de Pesquisa em Sistemas Rádio (LPSiRa). L. F. da Silva, Pontifícia Universidade atólica de ampinas, ampinas, Brasil, O.. Branquinho, Pontifícia Universidade atólica de ampinas, ampinas, Brasil, R. M. da Assumpção, Pontifícia Universidade atólica de ampinas, ampinas, Brasil, cenários com diversos tipos de elementos e características do ambiente. Este é um recurso que tem grande aceitação por economia de tempo e resultados concretos, podendo embasar o desenvolvimento de soluções reais. O padrão IEEE apresenta características que o tornam robusto em relação à capacidade de comunicação em ambientes com interferências [4]. Em uma análise superficial, a robustez pode fazer com que o padrão IEEE seja também robusto diante de elementos com mobilidade. Nem sempre este procedimento pode ser verdadeiro, pois é necessária uma análise mais aprofundada do impacto da mobilidade de elementos dentro da rede. Quanto à propagação, o ambiente com mobilidade pode ser modelado através de diversas distribuições [5]. Em [6] foi proposto à distribuição de Weibull para caracterizar um ambiente fechado, sendo uma distribuição bastante aceita para essa análise [7]. Portanto, esta será a distribuição utilizada. O objetivo desse trabalho foi investigar o impacto da mobilidade de elementos na rede IEEE utilizando para isso uma plataforma de simulação desenvolvida para esse fim. Uma vez definido os cenários que melhor caracterizasse a utilização de uma rede de sensores, foram definidos as métricas de avaliação de desempenho para diferentes condições. Através do simulador desenvolvido, foram analisadas todas as condições de contorno estabelecidas para esse trabalho, chegando às conclusões sobre o impacto da mobilidade na rede IEEE omo contribuição a plataforma de simulação desenvolvida foi disponibilizada para que outros trabalhos possam ser elaborados e outros cenários possam ser analisados. Este artigo está dividido como se segue. Na próxima seção são apresentadas as características das redes de sensores sem fio, apresentado o padrão IEEE Na Seção III, serão apresentados os efeitos do ambiente e mobilidade. Na Seção IV, será mostrada a plataforma de simulação desenvolvida para análise de redes IEEE em ambientes com mobilidade. A Seção V apresentada os resultados da investigação do impacto da mobilidade de elementos nas redes IEEE para diferentes cenários e a Seção VI encerra o artigo com as conclusões e sugestões para trabalhos futuros. II. REDE DE SENSOR SEM FIO As redes de sensores sem fio estão se tornando cada vez mais comuns em vista da compactação e diminuição do valor dos elementos sensores. om isso, o que antes era controlado

2 por processos não automatizados, hoje é viável controlar através desse tipo de rede, quebrando paradigmas e conseguindo aumentar a eficiência desses processos [8]. A. aracterísticas da Rede de Sensor sem fio Neste trabalho foi determinado que um elemento sensor é formado por: um transdutor, que transforma alguma grandeza não elétrica em um sinal elétrico, podendo ser interpretado e assim gerar um dado sobre seu estado; uma unidade de processamento local, onde o dado referente ao estado do sensor pode ser analisado e transformado em informação para ser enviado de acordo com o protocolo utilizado; um transceptor, que tem a capacidade de enviar e receber informações através de um meio de comunicação, no caso, sem fio; alimentação; Estes elementos possuem características distintas que os diferem de outros tipos de elementos que compõem outros tipos de redes sem fio. Algumas características gerais são: Tempo de vida prolongado, sendo possível através da limitação de consumo de energia, determinando maior tempo de duração da fonte de energia para elementos alimentados por baterias; Tolerância à falha, sendo capaz de estabelecer vários caminhos possíveis para que a transmissão seja feita com sucesso; Protocolo de comunicação de baixa complexidade, pelo fato dos equipamentos normalmente terem baixa capacidade de processamento e baixa quantidade de memória; Tamanho reduzido; Baixo alcance de transmissão; Baixa taxa de transmissão; Facilidade de escalabilidade, sendo que os elementos podem ser ajustados através de reprogramação para efetuar diferentes tarefas ao longo do seu tempo de vida; Facilidade de escalonamento, uma vez que os equipamentos que formam esse tipo de rede têm baixa complexidade e a rede pode ser formada por milhares de sensores; Alta densidade de elementos; Facilidade de manutenção, sendo muitas vezes papel de um elemento central verificar se a rede está funcionando de acordo com o planejado e reorganizando formas de acesso e funcionalidade dos elementos; Uma rede de sensores sem fio é composta basicamente por quatro componentes: o sensor; a interconexão de rede, no caso sem fio; um elemento central coordenando os sensores; um equipamento capaz de coletar os dados e processá-los. B. Padrão IEEE O padrão IEEE [3] surgiu em Dezembro de 2000, sendo chamado como IEEE LR-WPAN (Low-Rate Wireless Personal Area Networks). Esse padrão tem como objetivo estabelecer uma rede com características de baixa complexidade, baixo custo e baixo consumo de energia [9]. O escopo do padrão é definir a camada física (Phisical - PHY) e a subcamada de controle de acesso ao meio (Media Access ontrol - MA), como tradicionalmente faz os grupos de trabalho IEEE 802 nos padrões de solução de rede. Para facilitar a implementação e garantir uma maior interoperabilidade de fabricantes, foi formada uma aliança de empresas chamada Zigbee Alliance que estabeleceu um padrão com o mesmo nome [10] que defini o protocolo da camada de aplicação acima do padrão de rede IEEE Pelo padrão IEEE não estabelecer um protocolo de aplicação, coube à aliança Zigbee definir a implementação de aplicações para redes de sensores. Por se tratar somente do protocolo da camada de aplicação, o Zigbee não foi objeto de estudo para este artigo, restringindo-se somente camada PHY e sub-camada MA. O padrão Zigbee muitas vezes não apresenta facilidade na sua implementação, e isso muitas vezes impossibilita a sua implementação. Para este tipo de rede, a facilidade na implementação é peça fundamental para o sucesso. São definidas três bandas de freqüência não licenciadas para operação das redes IEEE : ,6 MHz (Europa) MHz (América do Norte e Brasil) ,5 MHz (Mundialmente) No Brasil são permitidas as faixas de 2400 MHz e a faixa de 900 MHz é dividida em dois intervalos, de MHz e MHz devido à utilização da faixa de MHz para o Serviço Móvel Pessoal (SMP). Este trabalho utilizou a banda de freqüência de 2400 MHz. Nela a camada PHY utiliza a modulação offset quadrature phase-shift keying (O-QPSK) com espalhamento espalhamento espectral por seqüência direta (DSSS). A MA é definida para poder trabalhar de duas maneiras em relação à sincronização dos elementos: modo Síncrono e modo assíncrono. No modo síncrono é determinado um tempo chamado de superquadro que serve de referência para o sincronismo da rede. Ao final de cada tempo de superquadro é enviado um pacote de beacon. Esse beacon é um conjunto de informações de sincronismo. Dentro do período de um superquadro, tem-se a divisão em pequenos intervalos de tempo, definindo a unidade de tempo para que cada elemento possa se comunicar. No modo assíncrono, os elementos não recebem a informação de sincronismo e não existe uma divisão por tempo para cada elemento. Todos os elementos podem acessar o meio de forma assíncrona. Neste trabalho é tratado somente o modo assíncrono, visto que esse modo apresenta maiores taxas de transmissão e pode ser utilizado em uma variedade maior de aplicações. As características do modo assíncrono tornam a rede mais susceptível a colisões e maior disputa pela utilização do meio [11]. Tanto no modo síncrono quanto no modo assíncrono é função da MA determinar como que o elemento deverá

3 acessar o meio de comunicação. Este controle no envio dos dados é feito através da técnica de acesso randômica denominada arrier Sense Multiple Access with ollision Avoidance (SMA/A). No padrão IEEE a técnica SMA/A foi adaptada de uma maneira mais simples para que pudesse ser implementada em equipamentos menores e com capacidade de processamento reduzido. No modo síncrono o SMA/A só é utilizado durante o período em que os elementos estão autorizados a disputar o meio sem reserva de tempo para cada elemento. No modo assíncrono o SMA/A é utilizado em todas as transmissões. Todo o processo de SMA/A utilizado pelo padrão está definido no fluxograma mostrado na Figura 1 e serviu de base para o desenvolvimento da plataforma de simulação. mostra as duas topologias definidas pelo padrão mais a terceira topologia resultante da junção das duas primeiras. PAN oordenator Full Function Device Reduced Function Device (a) (b) (c) Figura 2. Topologias possíveis para redes IEEE a) ponto multiponto b) peer-to-peer e c) mesh ou cluster-tree. O padrão IEEE define dois tipos de comunicação: direta e indireta. No tipo de comunicação direta, o elemento comum inicia o processo de comunicação com o coordenador. Já no tipo de comunicação indireta, esta só é iniciada quando o elemento comum requisita ao coordenador os pacotes que estejam aguardando por ele. Esse tipo de comunicação indireta é necessário, pois existe a preocupação em diminuir o consumo de energia nos RFDs. Esses elementos, para diminuir o consumo de energia, podem entrar em modo sleep. Durante o modo de economia de energia o coordenador não conseguirá se comunicar com esse elemento, mas após sair do modo sleep o elemento solicita os dados para o coordenador. Na Figura 3 podemos ver a diferença entre comunicação com o coordenador e o elemento final. oordenator Network Device oordenator Network Device Data Acknowledgment Data Request Acknowledgment Data Acknowledgment Figura 1. Fluxograma da técnica SMA/A utilizada no padrão IEEE No padrão IEEE são definidos dois tipos de topologias de rede. A primeira delas é a ponto multiponto, onde há um elemento central sendo o coordenador e vários elementos comuns comunicando somente com o coordenador. A segunda topologia é ponto a ponto (peer-to-peer), onde existe ainda um elemento central como sendo o coordenador, mas os vários elementos comuns que formam a rede podem, além de comunicar com o coordenador, comunicar com outro sensor comum mais próximo. Nessa topologia, os elementos comuns vão atuar também como roteadores. Esse papel de roteador é realizado pelos elementos comuns FFD, roteando pacotes de outros elementos RFD até o coordenador. Existe ainda uma terceira topologia possível, mas que o padrão não estabelece. Essa topologia talvez seja a mais interessante, pois é uma junção da topologia ponto multiponto com a topologia ponto a ponto. Muitos autores chamam essa topologia de mesh ou cluster tree. om esta topologia é possível acrescentar elementos comuns RFD que se comunicam com elementos comuns FFD até chegar ao coordenado, prolongando o alcance da rede. A Figura 2 (a) Figura 3. Tipos de comunicação entre os elementos da rede IEEE a) comunicação direta b) comunicação indireta. A estrutura dos pacotes definido no padrão IEEE é mostrada na Figura 4. Nesta figura é possível verificar que a estrutura é bem simples e com tamanho reduzido se comparado com outros padrões de redes sem fio [12]. Isso se deve a rede IEEE ser voltada para elementos sensores que geralmente não necessitam enviar grandes quantidades de dados em um mesmo pacote. aso os campos de endereços de origem e destino sejam utilizados, eles podem variar de 4 até 20 bytes, uma vez que a rede pode utilizar endereços curtos de 2 bytes até endereços longos de 8 bytes. PHY layer MA sublayer Preamble sequence Start of Frame Delimet er Synchronization header Frame control Frame length PHY header Sequence Number Address info 4 bytes 1 byte 1 byte 127 bytes PHY protocol data unit (PPDU) (b) 2 bytes 1 byte 0-20 bytes Variable 2 bytes MA header Application Payload MA Service Data Unit (MSDU) MA Protocol Data Unit (MPDU) Payload PHY Service Data Unit (PSDU) Figura 4. Estrutura dos pacotes para o padrão IEEE Frame check sequence MA footer

4 . Desempenho das redes IEEE O padrão IEEE apresenta taxa de transmissão menor que outras redes sem fio, principalmente redes de computadores. Porém, por se tratar de uma rede de sensores, a taxa de transmissão é suficiente para atender às necessidades específicas da rede de sensor. Esse paradigma tende a ser alterado com a criação de outros padrões, como no caso do padrão IEEE a. Neste padrão as taxas são maiores e tem como objetivo atender a demanda de taxas pelas aplicações multimídias. Em relação a desempenho, o padrão IEEE apresenta relação de taxa de erro de bits (BER) melhor se comparado a outros padrões de redes sem fio [13]. Na Figura 5 é possível analisar a diferença de BER do padrão IEEE em relação a outros padrões de redes sem fio [3]. Figura 5. Resultados de BER para os padrões IEEE , IEEE b, IEEE e IEEE Para a análise e comparação do BER entre os padrões de redes sem fio, levando em consideração a faixa de freqüência de 2400 MHz e modulação O-QPSK, foi utilizado a equação [3]: j 16 1 P ( ) b = 1 exp 20 SNR 1 (1) j= 2 j j Essa análise de desempenho utilizando o BER como fator determinante foi feito utilizando um canal de ruído gaussiano branco adicionado (AWGN). O modelo de canal AWGN foi utilizado como referência em comunicações sem fio, mas não contempla os efeitos causados pela mobilidade dos elementos, e mesmo em ambientes fixos, mas com movimentação ao redor dos elementos, como no caso de uma praça de alimentação. Essa análise só é válida para ambientes sem mobilidade e sem variabilidade do sinal, onde as questões de multipercurso, desvanecimento e outros efeitos não são considerados. III. EFEITOS DO AMBIENTE E MOBILIDADE Ao contrário de redes cabeadas, onde as condições de conectividade é praticamente determinística, ou seja, estando conectado é garantido um certo desempenho, em redes sem fio não existe a mesma garantia, sendo uma rede tratada de forma estatística quanto ao seu desempenho, em função de considerar os efeitos de atenuação do sinal e multipercurso. Para explorar esta questão neste trabalho foi considerado o modelo de Shadowing para determinação do comportamento do sinal em função da distância. Nesta seção é feita uma revisão do comportamento da atenuação do sinal utilizando as formas clássicas de análise da atenuação do sinal. Outra questão tratada foi à incerteza do sinal uma vez que o tipo de ambiente leva a um certo grau de incerteza, que comumente é tratado na literatura como log-normal. Finalmente, existe a instabilidade do meio causada pela movimentação aleatória de pessoas e objetos, e do próprio elemento. A. Modelo Log-Distance O modelo de Log-Distance é largamente utilizado para caracterizar ambiente de propagação, principalmente ambientes fechados. Este modelo parte do princípio que a potência recebida a uma distância (d) pode ser calculada considerando um fator de atenuação e uma potência de referência recebida a uma distância d 0, entre o transmissor e o receptor [14]. À distância d 0 deve ser pelo menos 10 vezes menor que à distância d [14]. Esta é uma consideração prática confirmada na realização de medidas. Assim, a potência a uma distância d pode ser determinada considerando a potência recebida a uma distância d 0 pela relação: γ Pr ( d o ) d = (2) Pr ( d) d o Onde γ é o fator de atenuação que define o ambiente. É mais comum calcular a relação (2) em db, P r ( d) d = 10γ log (3) Pr ( d o ) d o db B. Modelo de Shadowing No item anterior, os cálculos da atenuação do sinal em função do ambiente utilizaram informações determinísticas como potência, ganho de antena, fator de atenuação. Estes são parâmetros determinísticos e dependem essencialmente do tipo de ambiente. Entretanto, como mostrado em [14] existe um grau de incerteza em relação ao ambiente. Para completar a caracterização do ambiente é necessário considerar a variação em função de cada ponto devido às condições do ambiente. om isto chega-se na expressão do modelo de Shadowing, dada por: Pr ( d) d = 10γ log + X db Pr d o d (4) ( ) db o Onde XdB é uma variável aleatória log-normal [7] cujo desvio padrão caracteriza diversos tipos de ambientes.. Instabilidade em função da mobilidade A instabilidade da rede é provocada por alterações no

5 ambiente. Em [6] foi caracterizado um ambiente fechado e foi demonstrado que a instabilidade em ambientes internos pode ser caracterizada através de uma distribuição de Weibull dada pela expressão [15]: f α β α x β α 1 ( x) = x e α (5) Onde α é o fator de forma e β o fator de escala. Outros modelos são analisados para descrever a instabilidade da rede em ambientes internos em [6], como o caso da distribuição de Rayleigh [7], mas esta distribuição é muito severa como será mostrado no próximo item. Por esse motivo, a distribuição de Weibull foi utilizada nesse trabalho, descrevendo o efeito da mobilidade dos elementos. D. Desempenho das redes IEEE com mobilidade Para analisar desempenho de redes IEEE com mobilidade, é necessário analisar o comportamento da BER diante das características da mobilidade. O sinal resultante de uma transmissão com mobilidade será de acordo com a Figura 6, onde existe a multiplicação pelos efeitos do ambiente e mobilidade e a soma as componentes da AWGN para chegar no sinal que será recebido. Sinal transmitido X Efeitos do Ambiente e Mobilidade Σ AWGN Sinal recebido Figura 6. Modelo do canal. Analisando a variação da intensidade do sinal descrito pela Fórmula (1) de Weibull e considerando os valores definido em [6] para ambientes fechados como sendo α igual a 5,33 e β igual a 1,09, o gráfico da Figura 7 representa a BER para os casos em que os elementos se encontram sob as características de transmissões feitas por elemento com mobilidade. Também foi avaliado o a distribuição de Weibull considerando α igual a 2 e β igual a 1, situação em que a distribuição de Weibull se iguala à distribuição de Rayleigh [6]. IV. PLATAFORMA DE SIMULAÇÃO Para as redes IEEE existem poucas implementações de simuladores e que não contemplam todas as necessidades desse trabalho. Um simulador interessante é o NS [16] para redes IEEE [17], mas para a implementação dos efeitos da mobilidade dos elementos o código necessário é de extrema complexidade. Outra limitação desse simulador é que não existe a implementação do modo un-slotted. Somente o modo slotted, que não é objeto de estudo desse trabalho, possui implementação dentro do NS. Outros simuladores, como o caso do Georgia Tech Network Simulator (GTNetS) [18], possuem implementação, mas não disponibilizam o código para que possam ser feitas as mudanças necessárias para a simulação de ambientes com mobilidade. Em vista dessas dificuldades foi necessário desenvolver uma plataforma de simulação para redes IEEE Assim, foi implementada a estrutura necessária do protocolo para envio de pacotes, implementando a camada PHY e a subcamada MA, juntamente com o controle das transmissões necessárias para simular ambientes com mobilidade. A plataforma de simulação foi desenvolvida utilizando como base a ferramenta SciLab [19]. Essa ferramenta é muito utilizada para análise matemática em diferentes problemas e se mostrou adequada para suportar o desenvolvimento de uma plataforma de simulação para redes IEEE Através dessa ferramenta foi possível realizar operações matemáticas com matrizes e processar rapidamente as informações obtidas através das simulações. Para a criação dos cenários a ferramenta fornece várias rotinas para determinar o posicionamento dos elementos de acordo com alguma função específica ou de acordo com algum resultado na forma de vetores obtido de outras fontes, como por exemplo, um arquivo tabulado [19]. A plataforma de simulação desenvolvida se baseia em um simulador de evento discreto, onde a preocupação é tratar o acontecimento de eventos, no caso, dados a serem enviados no formato de um pacote válido, que ocorreram durante o tempo de simulação. O fluxograma da estrutura básica do simulador está descrita na Figura 8. Início 1,0E+00 1,0E-01 1,0E-02 1,0E-03 sem fading α = 5,33 e β = 1,09 α = 2 e β = 1 (Rayleigh) Definições (1) NT = 0 Bit Error Rate 1,0E-04 1,0E-05 1,0E-06 NT < Tentativas Sim Tentativa de envio de pacote (2) Registro do envio de pacote (3) NT = NT + 1 Não 1,0E-07 1,0E-08 1,0E-09 Análise dos resultados (4) SNR(dB) Figura 7. Variação da taxa de erro de bit (BER) simulado considerando mobilidade. Fim Figura 8. Fluxograma básico da plataforma de simulação.

6 A plataforma foi desenvolvida para poder receber qualquer tipo de modelo de mobilidade. Para isso foi necessário determinar um vetor das posições de cada elemento ao longo do tempo. Para avaliação de desempenho foram determinados dois cenários de simulação. Para ambos foi utilizado o coeficiente de perda de percurso γ com o valor 3, sendo este um valor característico para ambiente indoor sem obstáculos [14]. Para desvio padrão σ de Shadowing foi utilizado o valor 2, que não causa grande degradação do sinal ao longo da distância propagada visando não prejudicar a análise principal da mobilidade. O cenário 1 é sem mobilidade. O cenário 2 com mobilidade, onde é utilizado Weibull com fator de forma α igual a 5,33 e o fator escala β igual a 1,09. Estes valores representam um ambiente indoor com movimentação de pessoas conforme descrito em [6]. Embora estes cenários não esgotem as possibilidades encontradas em cenários reais para redes de sensores sem fio eles foram definidos para estabelecer um comparativo fácil entre ambientes sem e com mobilidade, determinando o impacto da mobilidade para este tipo de rede. As disposições dos elementos ao longo dos testes foram consideradas como sendo de elementos dispostos em circunferências ao redor do coordenador. Desta maneira os elementos mantiveram a distância fixa em relação ao coordenador ao longo das simulações. Entre os elementos a distância também foi calculada para que fosse igualmente distribuída ao longo da circunferência. Na Figura 9 vê-se exemplos da disposição dos elementos ao longo das simulações. Esta disposição utilizada mantém a simetria e tornou possível uma analise mais apurada do impacto das transmissões ao longo das distâncias, uma vez que através desta disposição foi possível encontrar condições onde os elementos estão distantes uns dos outros a ponto de não se comunicarem, mas conseguem se comunicar com o coordenador, situação em que existe grande quantidade de colisões. (1) (2) (a) (b) (4) (d) V. RESULTADOS Para avaliar o desempenho da rede nos dois cenários foi necessário estabelecer as métricas para avaliação de desempenho. O primeiro indicador utilizado foi à taxa de transmissão da rede de acordo com a carga útil dos pacotes enviado. O segundo indicador utilizado foi à taxa de transmissão da rede de acordo com a distância dos elementos. E como terceiro indicador utilizado foi analisada a taxa de pacotes errados de acordo com a distância dos elementos. Analisando o indicador de taxa de transmissão de acordo com a carga útil, foi possível notar que a mobilidade causou uma perturbação nas transmissões cujos dados foram maior que 60 bytes e a quantidade de elementos maior que 2, considerando a distância de transmissão de 10 metros, como pode ser analisada melhor na Figura 10 a seguir. 250 Taxa de transmissão (kbps) Figura 10. Taxa de transmissão em relação à carga útil. A análise feita para 10 elementos e distância de 10 metros. Analisando a taxa de transmissão pela distância dos elementos em relação ao coordenador, foi possível verificar que a degradação por causa do aumento da distância é maior no cenário com mobilidade do que no cenário sem mobilidade. omo mostrado na Figura 11, foi possível notar a degradação menor no enário 1 comparada com o enário 2. Se analisado a uma distância de 40 metros, a rede apresentou taxa de transmissão de 120 kbps para o enário 1 e 100 kbps para o enário 2. Taxa de transmissão (kbps) enário Tamanho arga Útil (bytes) 50 enário 1 enário 1 enário 2 (3) (c) Distância (m) Figura 9. Exemplo da disposição dos elementos ao longo das simulações. Nas condições (1)(2)(3) e (4) os elementos mantém a distância constante de (a)(b)(c) e (d), respectivamente, em relação ao coordenador. Figura 11. Taxa de transmissão pela distância entre elementos e o coordenador para carga útil de 55 bytes com 1 elemento.

7 Se analisado para 2 elementos, como mostrado na Figura 12, foi possível verificar que a mobilidade nessas condições provocou uma melhora na taxa de transmissão na região próxima de 35 metros. No enário 1 a taxa de transmissão para 35 metros foi de 30 kbps. Já no enário 2, a taxa de transmissão para 35 metros foi de 50 kbps. Foi possível verificar também uma pequena melhora em distâncias maiores que 60 metros, mas essa região não apresentou significativo aumento da taxa de transmissão, variando 5 kbps entre os cenários, devido a alta taxa de erro de pacote. Taxa de transmissão (kbps) enário 1 enário Distância (m) Figura 12. Taxa de transmissão pela distância entre elementos e coordenador com carga útil de 55 bytes e 2 elementos. Em relação à porcentagem de colisões, a avaliação de impacto foi à mesma do indicador de taxa de transmissão já analisada. O impacto analisado na taxa de transmissão estava diretamente ligada à variação da porcentagem de colisões entre os dois cenários. omo último indicador, foi analisada a porcentagem de pacotes errados. Este indicador estava relacionado com a maior variação do sinal para o enário 2, onde os elementos tinham mobilidade, provocando uma degradação maior se comparado ao enário 1. Na Figura 13 vê-se a porcentagem de erros de pacote nos dois cenários para carga útil de 55 bytes e distância variada. Foi possível notar que, por exemplo, na distância de 40 metros a porcentagem de pacotes errados no enário 1 foi de aproximadamente 5%. Já no enário 2 essa porcentagem foi de aproximadamente 20%, degradação considerável se comparada com o enário 1. Porcentagem de pacotes errados (%) 100% 80% 60% 40% 20% enário 1 enário 2 0% Distância (m) Figura 13. Porcentagem de pacotes errados pela distância entre elemento e o coordenador com carga útil de 55 bytes para 1 elemento. VI. ONLUSÃO Após a análise de todos os indicadores propostos como métricas para avaliação do impacto da mobilidade de elementos em redes IEEE foi possível avaliar que a mobilidade causa um impacto significativo nas comunicações de elementos da rede IEEE Mas esse impacto pôde ser considerado positivo em muitas situações, como foi o caso de regiões intermediárias entre 30 e 40 metro de distância, onde no cenário com mobilidade, as taxas de transmissões foram maiores. Já em regiões muito próximas do coordenador, como analisado nas regiões de 10 metros, a mobilidade não provocou impacto significativo. Isso se deve ao fato das características de modulação e tamanho de pacotes pequenos se mostrarem robustas em situações de oscilação da relação sinal-ruído acima da sensibilidade dos equipamentos. Quando consideradas distâncias maiores, como no caso 60 metros, a rede apresentou nos cenários propostos um aumento de somente 5 kbps na taxa de transmissão para cenário com mobilidade em relação ao cenário sem mobilidade. A partir deste trabalho, foi gerada a plataforma de simulação que pode ser utilizada para futuras análises e avaliação de cenários mais complexos. A plataforma de simulação foi uma das maiores contribuições desse trabalho, uma vez que foi desenvolvida de uma maneira que pôde avaliar cenários e características das mais diversas possíveis. Essa plataforma foi disponibilizada [20] e pode ser utilizada de forma livre para avaliar o impacto da mobilidade nos mais diversos cenários. REFERÊNIAS [1] hong, -Y; Kumar, S.P., Sensor networks: evolution, opportunities, and challenges, Proceedings of the IEEE, vol.91, no.8, pp , Aug [2] Timmons, N.F.; Scanlon, W.G., Analysis of the performance of IEEE for medical sensor body area networking, Sensor and Ad Hoc ommunications and Networks, IEEE SEON First Annual IEEE ommunications Society onference on, vol., no., pp , 4-7 Oct [3] IEEE Std , IEEE Standard for Wireless Medium Access ontrol (MA) and Physical Layer (PHY) Specifications for Low-Rate Wireless Personal Area Networks (LR-WPANs), [4] Sikora, A.; Groza, V.F., oexistence of IEEE with other Systems in the 2.4 GHz-ISM-Band, Instrumentation and Measurement Technology onference, IMT Proceedings of the IEEE, vol.3, no., pp , May [5] avers, J.K. Mobile hannel haracteristics, Kluwer Academic Publishers, [6] Lino, F. aracterização da distribuição de Weibull em ambientes indoor f. Dissertação (Mestrado profissional em Gestão de redes Telecomunicações) Pós-Graduação em Engenharia Elétrica, entro de iências Exatas, Ambientais e de Tecnologias, Pontifícia Universidade atólica de ampinas, ampinas, [7] Yacoub, M. D. Foundations of mobile radio engineering. R Press, [8] Sohraby, K.; Minoli, D.; Znati, T. WIRELESS SENSOR NETWORKS Technology, Protocols, and Applications, John Wiley, [9] Adams, J.T., An introduction to IEEE STD , Aerospace onference, 2006 IEEE, vol., no., pp. 8 pp.-, 4-11 March [10] Zigbee, ZigBee Alliance, ZigBee Specification Version 1.0, [11] Latré, B.; De Mil, P.; Moerman, I.; Dhoedt, B.; Demeester, P.; Dierdonck, N.V., Throughput and Delay Analysis of Unslotted IEEE , Journal of Networks. vol. 1. no

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