Modelo de perda de pacote para projeto e simulação de sistemas de controle em rede sem fio

Abstract

Resumo: A compreensão da dinâmica intr?nseca em um sistema de controle de rede sem fios (WNCS - Wireless Networked Control System) é relevante para o desenvolvimento e análise de estratégias de controle que proporcionem o funcionamento do sistema em condições adversas, como em casos onde ocorre uma alta taxa de perda de pacotes durante a comunicação. A perda de pacotes é uma das principais deficiências presentes na transmissão de dados sem fios, as quais afetam diretamente a qualidade do sistema de controle. Desse modo um modelo de perda de pacotes preciso é muito importante para o projeto e simulação de WNCS. Neste sentido o presente trabalho analisou o comportamento de um processo, em diferentes níveis de perda de pacotes utilizando o protocolo IEEE (Institute of Electrical and Electronic Engineers) 802.15.4. Foram comparados dois modelos de perda de pacotes, a fim de verificar qual o modelo pode representar melhor esse comportamento em um WNCS. O comportamento real da transmissão foi obtido mediante comunicação entre dois n'os xbees modelo s1. Sobre as perdas reais foram ajustados dois modelos de perdas de pacotes, sendo estes os modelos de Bernoulli, modelo utilizado em softwares de simulação de WNCS/NCS, tal qual TRUETIME e o modelo de Gilbert-Elliot. As análises mostraram em que condições os modelos de perdas diferem na representação do comportamento real do WNCS. Ambos os modelos representaram bem baixas taxas de perdas, mas o modelo de Gilbert-Elliot mostrou ser uma melhor representação para taxas de perdas mais elevadas.

Abstract: The understanding of intrinsic dynamics of a wireless networked control system (WNCS) is relevant to the development and analysis of control strategies to enable the operation of the system under adverse conditions. Packet loss is one of the main deficiencies present in wireless data transmission. An accurate packet loss model is very important to WNCS design and simulation. We analyzed the behavior of a plant under different levels of packet loss using the IEEE 802.15.4 protocol. We compared two models of packet loss in order to check which model can better represent this behavior in a WNCS. The results demonstrate in which conditions the Gilbert-Elliot and Bernoulli models differ in the representation of packet loss for a WNCS. Gilbert model showed to be a better representation specially for higher loss ratios.