Análise experimental da topologia mesh do bluetooth 5 em redes de sensores sem fio para veículos do transporte público

Abstract

Atualmente as redes de sensores sem fio veiculares (RSSFV) estão cada vez mais sendo utilizadas por fabricantes de veículos por reduzirem os gastos com cabeamento elétrico, diminuírem o tempo de instalação na linha de montagem e também por permitirem um menor peso no veículo, ajudando na economia de combustível. Não existe uma tecnologia de rede sem fio própria para utilização em RSSFV, pois cada uma possui suas próprias características e diferenças e, provavelmente, este é um dos motivos para a sua tímida utilização na indústria automotiva. Uma lacuna identificada nas RSSF para o domínio automotivo é que a atual literatura é focada somente em carros pequenos na topologia em estrela e poucos destes na topologia mesh. Esta pesquisa visa preencher essa lacuna apresentando um estudo experimental com a nova tecnologia Bluetooth 5, em uma topologia de rede mesh, aplicada em um ônibus do transporte público. Mensurando as métricas de qualidade do serviço (QoS) da rede, o sistema foi instalado em um ônibus articulado em pleno funcionamento no sistema de transporte público de Caxias do Sul, sendo sujeito a condições adversas durante o trajeto para determinar a influência das pessoas e do ambiente na transmissão de dados. Os resultados obtidos indicam o Bluetooth 5 em uma topologia mesh como promissor candidato para RSSFV devido à robustez que apresentou, perdendo somente 0,16% dos pacotes de dados no pior caso, como também mostrou uma maior cobertura da rede sem fio comparado à sua versão anterior, além de um melhor RSSI e jitter com um consumo de energia menor comparado à topologia estrela. Os resultados para o roud trip time podem contribuir para uma análise em aplicações de tempo crítico.

Nowadays In-Vehicle Wireless Sensor Networks (IVWSN) are taking place in car manufacturers because it saves time in the assembling process, saves costs in harness and after-sales, and represents less weight on vehicles helping in diminishing fuel consumption. There is no definition for wireless solution technology for IVWSN, because each one has its own characteristics, and probably this is one of the reasons for its smooth usage in the automotive industry. A gap identified in Wireless Sensor Networks (WSN) for the automotive domain is that the related literature focuses only on ordinary cars with a star topology and few of them with mesh topology. This research aims to cover this gap by presenting an experimental study performed on verifying the new Bluetooth 5 technology working in a mesh topology applied to public transportation systems (buses). In order to perform this evaluation, a setup to emulate an IVWSN was deployed in a working city bus. Measuring the network metrics, the bus was placed under work in a variety of conditions during its trajectory to determine the influence of the passengers and the whole environment in the data transmission. The results suggest Bluetooth 5 in a mesh topology as a promising candidate for IVWSN because it showed the robustness of losing only 0.16% packets in the worst test, as well as its ability to cover a wider range compared to its previous version, indeed a better RSSI and jitter, with lower transmission power, compared to a star topology. The round trip time results can support the analysis for time-critical applications.