Técnica de mapeamento adaptativo de canais para redes sem fio industriais

Abstract

O uso de redes sem fio em ambientes industriais é uma realidade nos dias atuais devido às suas vantagens como facilidade de instalação, custo de manutenção, entre outras. Porém, com o uso compartilhado do espectro de rádio frequência, o problema de coexistência entre redes sem fio torna-se inevitável. Este trabalho apresenta um sistema para diminuir os problemas ocasionados pela coexistência entre redes e com isso evitar a redu- ção na robustez que problemas deste tipo trazem. É proposto um sistema de mapeamento adaptativo de canais em redes industriais que utilizam a técnica Time Slotted Channel Hopping, onde é realizada a análise do espectro de frequências, e na sequência é realizada a remoção dos canais ocupados do mapa de possíveis canais a serem utilizados nas comunicações. Com o uso deste sistema, são reduzidos os problemas de colisão durante a realização das comunicações, garantindo desta forma a robustez da rede, um dos requisitos básicos quando se trata de redes industriais sem fio. O aumento da robustez da rede consequentemente irá impactar no consumo de energia dos dispositivos da rede, devido a redução da necessidade de retransmissões. Como forma de escolha dos canais a serem evitados, é proposto o uso de técnicas estatísticas utilizadas como mecanismo de seleção, de tal forma que o número de canais removidos é adaptável. É apresentado um estudo de caso do sistema de mapeamento adaptativo de canais em uma rede WirelessHART, onde é realizada uma análise da taxa de falhas de transmissão em situações sem e com o uso do sistema de mapeamento proposto.

The use of wireless networks in industrial environments is a reality today due to its advantages such as, ease of installation, maintenance cost, among others. However, with the shared use of radio frequency spectrum, the problem of network coexistence becomes inevitable. This work presents a system to reduce the problems caused by the coexistence between networks and thus avoid the reduction in the robustness that problems of this type brings. An adaptive channel mapping system is proposed in industrial networks using the Time Slotted Channel Hopping technique, where the frequency spectrum analysis is performed and the busy channels are removed from the map of possible channels to be used in communications. This avoids collision problems during communications, thus ensuring network robustness, one of the basic requirements when it comes to industrial wireless networks. Increased network robustness will consequently impact the power consumption of network devices due to the reduced need for retransmissions. As a way of choosing the channels to be avoided, it is proposed to use statistical techniques used as a selection mechanism, so that the number of removed channels is adaptable. A case study of the adaptive channel mapping system in a WirelessHART network is presented, where an analysis of the transmission failure rate in situations without and with the use of the proposed mapping system is performed.