Análise de Desempenho Avaliação do Wireless Sensor Networks Protocolos de roteamento no Smart Grids

Análise de Desempenho Avaliação do Wireless Sensor Networks Protocolos de roteamento no Smart Grids

Carlos Deyvinson Reges Bessa, Rodrigo Soares Semente, Xiankleber Cavalcante Benjamim, Talison Augusto Correia de Melo, Felipe Denis Mendonça de Oliveira, Daniel Holanda Noronha, Antônio Eduardo de Morais Silva, André Laurindo Maitelli, Andrés Ortiz Salazar

Laboratório de Automação em Petróleo

Universidade Federal do Rio Grande do Norte, UFRN Natal, Brasil

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Resumo- Este trabalho tem como objetivo estudar o protocolo de roteamento da rede de sensores sem fio é mais adequado para aplicações de Smart Grids, através de simulação de protocolos AODV, AOMDV, DSDV e HTR no ambiente de simulação NS2. Foi simulada uma rede baseada em uma área residencial com 47 residências, com um nó para cada residência e uma estação base, localizada a cerca de 25 metros dos outros nós. Vários parâmetros, tais como a perda de pacotes, o rendimento, atraso, jitter e o consumo de energia foram testados. A rede foi aumentada para 78 e 93 nós, a fim de avaliar o comportamento dos protocolos de redes maiores. Os testes comprovaram que o HTR é o protocolo de roteamento que tem os melhores resultados em termos de desempenho e segundo melhor no consumo de energia. O DSDV teve o pior desempenho de acordo com os testes.

Keywords- Smart Grid; Análise QoS; Wireless Sensor Networks; Protocolos de roteamento

I. INTRODUÇÃO

O aumento da quantidade de electrónica de todo o mundo causou um aumento no consumo de energia mundial. Estudos têm relatado que este aumento tende a continuar, causando efeitos nocivos, especialmente para o meio ambiente [1]. Hoje em dia casas e empresas consumo de energia é muito maior do que antes. Por outro lado, devido ao avanço de novas tecnologias e ferramentas dos sistemas de energia elétrica (EPS) existem novas tecnologias, como Smart Grid que ajuda a minimizar os custos de energia [2].

A construção de um sistema de comunicação com fios, de modo a controlar a rede de energia custa tempo e dinheiro, porque a configuração de equipamento e cabos adicional é necessária. Os avanços tecnológicos de sensores sem fio de baixo custo permitiu que a automação e monitoramento em tempo real da rede [3]. As RSSFs (redes de sensores sem fio) são amplamente utilizados em sistemas auto-organizados. Embora eles abrangem uma quantidade significativa de dispositivos que funcionam a um baixo custo operacional por minuto, estes dispositivos têm limitações, tais como processamento, memória, comunicações e recursos energéticos [4]. Devido a estas limitações, algumas técnicas de optimização, tais como a técnica de hibernação são utilizados. Hibernação visa reduzir os gastos de energia, colocando os nós em um estado de sono enquanto os dados são recolhidos [5]. Garantindo a entrega de dados entre sensores e a estação de base também é um pré-requisito importante para qualquer rede. Um protocolo fiável é normalmente implementado na rede, a fim de assegurar a transferência de dados de forma fiável entre a fonte e o destino para uma baixa razão de perda de pacote é conseguido [5].

Tecnologias como o Sistema Global para Comunicações Móveis (GSM), General Packet Radio Service (GPRS) e outras redes residenciais e industriais trabalhar com o IEEE 802.15.04 padrão. Estas tecnologias substituir ligações com e pode ser usado em redes inteligentes [6].

Este artigo tem como objetivo realizar uma análise de protocolos de roteamento desempenho em uma RSSF, procurando o protocolo que melhor se adapta a grade de rede inteligente em um condomínio residencial. Vários protocolos de roteamento foram apresentados na seção 2, e alguns protocolos de roteamento simples e hierárquicos foram escolhidos para verificar a sua eficácia a esta aplicação.

Alguns parâmetros de rede principais, como a porcentagem de perda de pacotes, o throughput, atraso fim-a-fim, jitter e consumo de energia foram analisados. A partir dos resultados, é possível determinar qual é o melhor protocolo de desempenho para esta aplicação. A avaliação do desempenho WSNs foi levada a cabo na NS2 (Network Simulator 2).

A principal contribuição deste trabalho é mostrar um conjunto mais detalhado de testes para RSSF, em um ambiente que reproduz um cenário que está mais próximo da realidade. Os trabalhos anteriores nesta área tendem a só usar ambientes pequenos e simétricos [7] ou não tomar o consumo de energia em consideração, quando se utiliza redes maiores [8] as antes.

II. Protocolos de roteamento PANORAMA

Um sistema inteligente de monitoramento de energia residencial é responsável por medir a tensão e frequência fornecida pela rede, bem como o consumo de corrente e potência da residência e os harmônicos destrutivas geradas pela rede e da residência. A conexão com a rede inteligente geralmente é feita através de protocolos com fio que usam a infra-estrutura elétrica (uso de cabos eléctricos combinados e cabos de informação), ou com outras redes de informação disponíveis (telefone, televisão por cabo ...) [9]. Os cabos combinados geralmente não estão disponíveis para o cliente, especialmente em condomínios residenciais. Também é importante notar que o uso de redes de informação já existentes geram custos mensais adicionais para o sistema, fazendo o tempo de recuperação do investimento do sistema mais [9]. Neste contexto, a utilização de redes de sensores sem fio, especialmente aqueles que trabalham com o padrão IEEE 802.15.4, torna-se uma boa alternativa devido à sua característica de baixo custo, baixo consumo de energia, confiabilidade, facilidade de instalação e reconfiguração [3].

Ao usar um WSN com um grande número de nós sensores distribuídos em um sistema de rede inteligente instalado em um condomínio residencial, o uso do protocolo de roteamento é necessária para garantir QoS (Quality of Service) para o monitoramento satisfatório de SMART GRID. protocolos de rede pode ser classificada como plana (reativa e pró-ativa), hierárquica, com base em localização, e híbrido [10].

protocolos de roteamento reativos, como DSR [11], AODV (Ad hoc On Demand Distance Vector) [12], AOMDV (Ad Hoc On-Demand Multipath Distance Vector Routing) [13], R3E (Reliable Reactive Routing Enhancement para Wireless Sensor Networks ) [14] eo HEER (eficiente protocolo reativa energia híbrida para redes de sensores sem fio) [15], a rota de processamento só acontece quando há informação a ser transmitida. Isso cria rotas adaptáveis ​​que se encaixam no ambiente e pode ser em constante mutação em um WSN (como inserir e remover nós). É importante notar que uma vez que cada nó atualiza sua tabela de rota individual, as mudanças na topologia da rede e novas rotas são criadas. Isto implica o processamento constante durante a transmissão de dados, aumentando o consumo de energia e latência [10].