MacBee- Protocolo MAC baseado em zigbee para Redes de Sensores suportados em motes MICAz

Enquadramento: O baixo custo dos microprocessadores, sensores e comunicações sem fios, criou uma nova classe de sistemas, as redes de sensores sem fios (Wireless Sensor Networks-WSN). Estes sistemas baseados em microprocessadores simples, com um ou vários sensores para medir grandezas físicas do ambiente em que estão integrados (temperatura, pressão, humidade, luz, etc.), são interligados entre si por um sistema de comunicações sem fios. São alimentados por baterias e o seu tempo de vida deve poder prolongar-se por meses ou até anos, o que faz com que a gestão do respectivo consumo energético seja um dos aspectos chave no projecto deste tipo de sistemas. Nesta gestão de energia estão envolvidos inúmeros aspectos, desde a alimentação selectiva dos diferentes componentes de cada nó da rede (apenas os componentes activos precisam de ser alimentados), até à redução do custo energético da comunicação rádio.
Assim, no sistema de comunicação rádio usam-se mecanismos de acesso ao meio que privilegiem a poupança de energia, mas que, simultaneamente, permitem manter a simplicidade e o desempenho que lhe são requeridos. Mecanismos típicos das redes locais usam esquemas de acesso ao meio em contenção que, como se sabe, estão sujeitos a colisões. Em redes onde o consumo de energia é problemático, cada colisão representa um desperdício de energia, uma vez que essa informação terá de ser retransmitida. Por outro lado, esquemas livres de contenção não têm este problema mas constituem geralmente sistemas mais complexos e requerem usualmente coordenação centralizada, aspectos que têm igualmente impacto nas redes de sensores. O IEEE normalizou o protocolo 802.15.4 que constitui o actual standard para as redes pessoais sem fios de baixo débito, podendo, devido às suas características, ser adoptado para as redes de sensores e redes domésticas, entre outras. O standard IEEE 802.15.4 foi especificamente concebido para ser energeticamente eficiente visto que é espectável que a maior parte dos dispositivos que o usem sejam exclusivamente alimentados por baterias. Todavia, existem problemas de concepção do seu mecanismo de acesso ao meio que se traduzem numa menor eficiência na transmissão downlink devido a colisões, mesmo em situações de reduzido tráfego neste sentido.

Objectivos: Pretende-se desenvolver um Protocolo MAC baseado em Zigbee para redes de sensores. O sistema corre sobre a plataforma de hardware da Crossbow MICAz e deve suportar a pilha de comunicação do sistema operativo TinyOS.

Descrição: O trabalho irá ser desenvolvido sobre a plataforma de hardware tipo MICAz (XBow micaZ ou mote-IST). Este hardware já tem um uma interface rádio Zigbee concertizado pelo C.I. CC2420 que implementa os níveis mais baixos do protocolo 802.15.4. Esta plataforma executa o SO TinyOS, um sistema desenvolvido para redes de sensores. Sobre esta plataforma será então implementado o Protocolo MAC baseado em Zigbee. Este protocolo terá de ser desenvolvido tendo em conta os recursos de processamento limitados e a gestão de energia, muito importantes neste tipo de dispositivos.

Orientação: Rui M. Rocha, Rui F. Neves