Cross Layered Network Condition Aware Mobile-Wireless Multimedia Sensor Network Routing Protocol for Mission Critical Communication

The high pace emergence in wireless technologies have given rise to an immense demand towards Quality of Service (QoS) aware multimedia data transmission over mobile wireless multimedia sensor network (WMSN). Ensuring reliable communication over WMSN while fulfilling timely and optimal packet delivery over WMSN can be of great significance for emerging IoT ecosystem. With these motivations, in this paper a highly robust and efficient cross layered routing protocol named network condition aware mobile-WMSN routing protocol (NCAM-RP) has been developed. NCAM-RP introduces a proactive neighbour table management, congestion awareness, packet velocity estimation, dynamic link quality estimation (DLQE), and deadline sensitive service differentiation based multimedia traffic prioritization, and multi-constraints based best forwarding node selection mechanisms. These optimization measures have been applied on network layer, MAC layer and the physical layer of the protocol stack that eventually strengthen NCAM-RP to enable QoS-aware multimedia data transmission over WMSNs. The proposed NCAM-RP protocol intends to optimize real time mission critical (even driven) multimedia data (RTMD) transmission while ensuring best feasible resource allocation to the non-real time (NRT) data traffic over WMSNs. NCAM-RP has outperform RPAR based routing scheme in terms of higher data delivery, lower packet drops and deadline miss ratio. It signifies that NCAM-RP can ensure minimal retransmission that eventually can reduce energy consumption, delay and computational overheads. Being the mobility based WMSN protocol, NCAM-RP can play significant role in IoT ecosystem

Infraestrutura de comunicação sem fio para um veículo aéreo não tripulado de curto alcance

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Automação e Sistemas, Florianópolis, 2014.Essa dissertação descreve uma infraestrutura de comunicação sem fio projetada para uso em um Veículo Aéreo Não Tripulado (VANT) de pequena escala. A mesma tem como objetivo fornecer os links de comunicação entre o VANT e uma estação base (para fins de recebimento de comandos de controle) e entre o VANT e uma Rede de Sensores Sem Fio (RSSF) (para fins de coleta de dados). O desafio é utilizar o mesmo hardware para comunicar-se com dispositivos potencialmente heterogêneos e compartilhar diferentes protocolos e tipos de tráfego. O trabalho detalha a camada de software projetada para prover uma comunicação confiável com a estação de base, além de priorizar a economia de recursos com os nós de uma RSSF. Para ambos os casos, é usado apenas um transceiver IEEE 802.15.4 de longo alcance. Com o intuito de demonstrar a infraestrutura proposta, dois diferentes cenários foram implementados e testados. O primeiro consiste na comunicação do VANT com sensores esparsamente distribuídos sobre o solo. Já o segundo consiste na entrega dos dados coletados para a estação base. Ambos os cenários de comunicação diferem-se em tempo de conexão e outros requisitos. Os resultados obtidos mostram que a solução proposta atende os desafios relacionados.Abstract : This paper describes a wireless communication infrastructure designed for a small-scale Unmanned Aerial Vehicle (UAV). It aims at providing a communication link between the UAV and a base station and also additional links that may allow collecting data from a remote Wireless Sensor Network (WSN). The challenge here is using the same hardware to communicate with potential heterogeneous devices and using different protocols. The paper details the software layer designed to support a reliable communication with the base station, as well a highly efficient best-effort communication with nodes from a WSN. For both cases, a single IEEE 802.15.4 extended range transceiver is used. To demonstrate the proposed infrastructure, two different utilization scenarios were implemented and tested. The first consists of the UAV node communicating with spatially distributed sensors on the ground. In the second scenario, the UAV node delivers the collected data to the base station. Both communication scenarios are different in terms of connection time and other communication requirements. Obtained results show that the proposed solution meets the related challenges

Soluções para redes de sensores sem fio com mobilidade: protocolo de roteamento com priorização de mensagens e mecanismo de predição de conectividade local

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Automação e Sistemas, Florianópolis, 2013.As redes de sensores sem fio (RSSF) proporcionam uma ampla gama de aplicações em diversos setores da sociedade. A comunicação entre os nodos sensores é o elemento básico do funcionamento das redes de sensores. Por isso, o trabalho desta tese se concentra em duas questões essenciais para aperfeiçoamento de protocolos de rede. Primeiramente, uma arquitetura para protocolos de roteamento com garantia de qualidade de serviço foi proposta no escopo de cenárioscom mobilidade. O protocolo proposto utiliza métricas para tomada de decisão para realizar retransmissão de mensagens que refletem as condições da rede, sejam redes densas ou esparsas, com grande ou pouca carga de mensagem. A proposta do protocolo de comunicação foi avaliada sob a ótica de um cenário de aplicação envolvendo mobilidade e diferentes cargas de mensagens. Além disso, as métricas foram desagregadas e analisadas para verificar a sua influência para diferentes condições de rede. Em conjunto à análise das métricas, diversos trabalhos da literatura foram analisados sob os mesmos aspectos e condições de rede para melhor avaliar o ganho do protocolo proposto, o qual se mostrou hábil para o atendimento de requisitos de qualidade de serviço demandado pela aplicação. O segundo aspecto igualmente importante para o desempenho das redes de sensores trata-se do aspecto fundamental para realização da comunicação em ambientes com mobilidade, que é a conectividade. A conectividade foi estudada na sua característica essencial que se refere ao enlace entre dois nodos móveis. Dois modelos foram projetados para proporcionar a estimativa de conectividade por meio da qualidade de enlace para protocolos e aplicações. O primeiro modelo proposto se baseia no comportamento estatístico dos padrões de mobilidade para realizar a estimativa da qualidade de enlace. O segundo modelo proposto se baseia no método de aprendizado sistema classificador para aprender o comportamento do padrão de mobilidade. Ambos os modelos foram implementados e testados com diferentes padrões de mobilidade. Ademais, alguns trabalhos da literatura também foram implementados, avaliados e comparados com os modelos propostos. O método de aprendizado com sistema classificador se mostrou eficiente na estimação de conectividade, bem como capaz de se adaptar a mudanças no padrão de mobilidade.Abstract : Wireless sensor networks (WSN) provide a wide range of applications in various sectors of society. The communication among the sensor nodes is the basic element of sensor networks function. Given this premisse, this thesis focuses on two key issues for the improvement of network protocols. Firstly, an protocol for routing protocols with guaranteed quality of service was proposed to deal with mobility scenarios. The proposed protocol uses several metrics that reflect the network conditions in dense or sparse networks with small or large load of messages for routing decisions. The proposed communication protocol was evaluated from the perspective of an application scenario involving mobility and different loads of messages. Furthermore, the metrics were disaggregated and analyzed to check their influence with different network conditions. Moreover, several algorithms from the iii literature were analyzed under the same aspects and network conditions to better assess the gain of the proposed protocol. The proposed protocol proved to be able to fulfill the quality of service requirements demanded by the application. The second equally important aspect for the performance of WSN it is the fundamental aspect for achieving communication in environments with mobility: the connectivity. Two models were designed to provide connectivity estimation by means of link quality to improve protocols and applications. The first proposed model is based on statistical behavior mobility patterns to perform the estimation of link quality. The second proposed model is based on a learning method classifier system to learn the behavior of the mobility pattern. Both models were implemented and tested with different mobility patterns. Furthermore, other existing approaches have also been implemented, evaluated, and contrasted against the proposed models. The learning method with classifier system is efficient for estimation of connectivity, as well as able to adapt to changes in mobility pattern