• JoomlaWorks Simple Image Rotator
  • JoomlaWorks Simple Image Rotator
  • JoomlaWorks Simple Image Rotator
  • JoomlaWorks Simple Image Rotator
  • JoomlaWorks Simple Image Rotator
  • JoomlaWorks Simple Image Rotator
  • JoomlaWorks Simple Image Rotator
  • JoomlaWorks Simple Image Rotator
  • JoomlaWorks Simple Image Rotator
  • JoomlaWorks Simple Image Rotator
 
  Bookmark and Share
 
 
Thèse de Doctorat
DOI
https://doi.org/10.11606/T.3.2020.tde-17122020-103717
Document
Auteur
Nom complet
Renan Cerqueira Afonso Alves
Adresse Mail
Unité de l'USP
Domain de Connaissance
Date de Soutenance
Editeur
São Paulo, 2020
Directeur
Jury
Margi, Cíntia Borges (Président)
Carvalho, Marcelo Menezes de
Lejbman, Alfredo Goldman Vel
Moraes, Renato Mariz de
Silveira, Regina Melo
Titre en anglais
Achieving efficient routing in constrained networks with unidirectional links through Software Defined Networking.
Mots-clés en anglais
Communication protocols
Distributed systems
Internet of things
Wireless
Resumé en anglais
Wireless Sensor Networks are composed of constrained devices subjected to low energy budget, limited processing capability, and reduced memory availability. A wireless communication link between two devices may become unidirectional due to transmission power disparity, non-isotropic antennas, or device heterogeneity; using such links holds the potential to shorten communication routes, saving resources. Our objective is to design a set of protocols that enable routing in a network with unidirectional links, while attending the requirements imposed by the limited resources available. We used the Software Defined Networking paradigm to solve this challenge, as the centralized control enables calculating routes with unidirectional links in a general fashion without relying on flooding-based techniques. We designed the underlying Neighbor Discovery and Controller algorithms required by Software Defined Wireless Sensor Networks. First we designed simple discovery algorithms to demonstrate the feasibility of our approach; next, we provided enhanced discovery algorithms that dealt with scalability issues. We executed experiments to check the occurrence of unidirectional links in a testbed, and implemented and tested our algorithms in a simulated/emulated environment. The discovery algorithms were tested on networks containing from 16 to 100 nodes, deployed randomly or as a grid. Each topology was tested in four link configurations: bidirectional links only, randomly selected unidirectional links, randomly selected nodes with increased range, and unidirectional links from the network controller to all other nodes. As a baseline, we considered a standard discovery algorithm used in Software Defined Wireless Sensor Networks, the Collect-based discovery. Employing unidirectional links yielded at least 90% packet delivered, whereas the Collectbased discovery yielded less 50% delivery on most cases, considering our experiments on topologies with unidirectional links. The final contribution is an asynchronous Radio Duty Cycling algorithm, to the best of our knowledge, the first to work under unidirectional links. When Radio Duty Cycling is present, the analysis showed that using unidirectional links is beneficial mostly in scenarios with long-reaching links.
Titre en portugais
Roteamento eficiente em redes restritas com enlaces unidirecionais através de Redes Definidas por Software.
Mots-clés en portugais
Internet das coisas
Protocolos de comunicação
Sistemas distribuídos
Wireless
Resumé en portugais
As Redes de Sensores Sem Fio são compostas por dispositivos restritos, sujeitos a baixa oferta de energia, capacidade de processamento limitada e quantidade de memória reduzida. O enlace de comunicação entre dois dispositivos pode se tornar unidirecional devido a diferenças de potência de transmissão, antenas não isotrópicas ou heterogeneidade de dispositivos; contudo, o uso destes enlaces pode reduzir o tamanho de rotas de comunicação, economizando recursos. O objetivo desta pesquisa é projetar protocolos que permitam usar estes enlaces, atendendo aos requisitos impostos pela limitação de recursos dos dispositivos. O paradigma de Redes Definidas por Software foi utilizado para solucionar este desafio, uma vez que o controle centralizado deste paradigma facilita o cálculo de rotas com enlaces unidirecionais, de forma genérica e sem recorrer a estratégias de inundação de pacotes. Para tanto, foram projetados algortimos de descoberta de vizinhos e descoberta de controlador necessários para o funcionamento de Redes de Sensores Definidas por Software. Primeiramente, algoritmos simples foram projetados para demonstrar a viabilidade da proposta; em seguida, estes algortimos foram aprimorados para proporcionar escalabilidade. Experimentos com dispositivos foram executados para verificar a ocorrência de enlaces unidirecionais, enquanto que os algoritmos propostos foram implementados e testados em um ambiente simulado/emulado. Os testes foram realizados em redes de 16 até 100 nós, dispostos em grade ou aleatoriamente. Cada cenário foi variado de quatro formas: todos os enlaces bidirecionais, enlaces unidirecionais selecionados aletoriamente, dispositivos com alcance aumentado e controlador da rede com alcance para todos os dispositivos da rede. Como base de comparação, foi utilizado o algoritmo de descoberta baseado no protocolo Collect, comumente utilizado em Redes de Sensores Definidas por Software. O uso de enlaces unidirecionais proporcionou taxa de entrega de pacotes de ao menos 90%, enquanto que o protocolo Collect apresentou taxa de entrega inferior a 50%, considerando os cenários com enlaces unidirecionais contemplados pelos experimentos executados. Por fim, um algoritmo de ciclo de trabalho de rádio assíncrono foi projetado, tanto quanto sabemos, o primeiro a oferecer suporte a enlaces unidirecionais. A análise dos experimentos contemplando ciclo de trabalho de rádio revelou que o uso de enlaces unidirecionais traz benefícios se os enlaces forem de longo alcance.
 
AVERTISSEMENT - Regarde ce document est soumise à votre acceptation des conditions d'utilisation suivantes:
Ce document est uniquement à des fins privées pour la recherche et l'enseignement. Reproduction à des fins commerciales est interdite. Cette droits couvrent l'ensemble des données sur ce document ainsi que son contenu. Toute utilisation ou de copie de ce document, en totalité ou en partie, doit inclure le nom de l'auteur.
Date de Publication
2020-12-17
 
AVERTISSEMENT: Apprenez ce que sont des œvres dérivées cliquant ici.
Tous droits de la thèse/dissertation appartiennent aux auteurs
CeTI-SC/STI
Bibliothèque Numérique de Thèses et Mémoires de l'USP. Copyright © 2001-2021. Tous droits réservés.