Solução para Planejamento de Redes de Comunicação sem Fio em Ambiente Rural. COPEL - Dis PUCPR - ESCOLA POLITÉCNICA Abril/2017

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1 Solução para Planejamento de Redes de Comunicação sem Fio em Ambiente Rural COPEL - Dis PUCPR - ESCOLA POLITÉCNICA Abril/2017

2 Desafios para o projeto de uma rede de comunicação sem fio aplicada a Distribuição 1. Definição dos requisitos de desempenho e resiliência da rede 2. Definição de requisitos que restrinjam o risco de ataques a integridade e a disponibilidade da rede 3. Definição de requisitos que permitam a sobrevivência da rede operando em banda não licenciada no longo prazo

3 O que está envolvido na escolha da tecnologia? Aplicação (MOTE) Sistema Operacional (MOTE) Rádio COAP, MQTT DNP3, IEC 101/104 DLMS/COSEM Protocolo de Gerência TRANSPORTE: TCP/UDP DTLS Protocolo de Roteamento: RPL REDE: IPv4, IPv6, 6LowPan MAC: IEEE e PHY: IEEE g Separação lógica da rede usando múltiplas instâncias Uso da tecnologia de channel hopping Ajuste de potência Escolha do canal de operação Esquema de modulação

4 Requisitos importantes para soluções aplicadas a Distribuição Aplicação de medição e automação precisam ser separadas logicamente, por requisitos de segurança. O efeito de falhas dos nós de comunicação deve ser limitado. O efeito de interferência entre os nós da rede deve ser limitado. Religador de rede Medidor Medidor Sensor de faltas Centro operação Centro de medição recursos de conectividade compartilhado múltiplas tabelas roteamento

5 Ferramenta de apoio ao planejamento e avaliação de desempenho de redes de comunicação sem fio Desenvolvida em Wolfram Mathematica. Interface totalmente gráfica (GUI) que permite operar a ferramenta sem conhecer a linguagem de programação Possibilidade de criação de interfaces gráficas customizadas para aplicações específicas (e.g., Distribuição: medição e automação) Ambiente expansível para suportar novos algoritmos de planejamento, protocolos e tecnologias É formada por dois módulos totalmente integrados: Analytical Tools Criação e otimização de topologias de rede Packet Simulator Teste de protocolos em topologias de rede

6 Analytical Tools Utiliza modelos analíticos para estimativa instantânea da: Capacidade da rede (taxa líquida de transmissão) Identificação de pontos de congestionamento Qualidade de comunicação (ETX, FER, BER, etc) Inclui diversos algoritmos para otimização dos parâmetros de configuração da rede: Otimização dos pontos de conexão com a rede backbone Valores ótimos de ajuste de potência Planejamento ótimo da alocação de canal

7 Packet Simulator Permite simular o funcionamento de: Tecnologias MAC, efeito da interferência entre rádios no mesmo canal Protocolos de roteamento e aplicação Permite obter informações sobre: Atraso, Jitter e perdas de pacote em diferentes condições de carga. Permite testar o efeito de falhas de nós e fontes interferentes: Capacidade dos protocolos de recompor a rede Degradação da rede devido a fontes interferentes externas Impacto de múltiplas falhas simultâneas na conectividade da rede

8 Definição da tecnologia de rádio e Estimativa da qualidade em função da distância

9 Algoritmos de otimização de potência para ajuste de conectividade

10 Ajuste de canais e efeito da interferência

11 Estimativa da capacidade e qualidade de fluxos de dados

12 Visualização instantânea de gargalos e da qualidade da rede

13 Simulador de protocolos de roteamento Teste de carga com importação automática de fluxo do modelo analítico

14 Simulação completa de protocolos DODAG RPL

15 Análise individual de cada nós da rede

16 Itens Entregáveis: Primeiro Ano 1. Planejamento da conectividade com suporte ao ambiente rural, levando em conta informações de topografia 3D. 2. Algoritmos de otimização de potência, alocação de canal e dos pontos de conectividade com o backbone em fibra. 3. Suporte a tecnologia IEEE (g e e) e ao protocolo de roteamento RPL. 4. Treinamento do uso da ferramenta com interface customizada para Distribuição.

17 Itens Entregáveis: Segundo Ano 1. Ajuste automático do modelo de propagação usando medidas em campo. 2. Suporte a outras tecnologias de rádio, protocolos MAC e roteamento. 3. Implementação de protocolos de aplicação de automação e medição.

18 Itens Entregáveis: Terceiro Ano 1. Estudo de ajuste dinâmico de potência no simulador para benchmarking com outras tecnologias 2. Estudo de ajuste dinâmico de canais em channel hopping no simulador para benchmarking com outras tecnologias 3. Refinamento de benchmarking em campo com protocolos embarcados

19 Inovações 1. Algoritmos de otimização de potência, alocação de canal e dos pontos de conectividade com o backbone em fibra. 2. Suporte a múltiplos modelos de propagação para descrições de regiões com topologia complexa. 3. Ajuste automática dos múltiplos modelos de propagação usando medidas parciais em campo.

20 Inovações 4. Protocolo dinâmico para ajuste de potência para aumento da resiliência da rede e redução da interferência entre nós da rede. 5. Algoritmos para configuração do mecanismo de channel hopping de forma estática e dinâmica para resolver problemas de interferência.

21 OBRIGADO!