Arquitetura de canais para rádios definidos por software de múltiplas camadas

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-graduação em Engenharia de Automação e Sistemas, Florianópolis, 2010Nos últimos anos, foram criados diversos padrões de redes sem fio para garantir o cumprimento de diferentes requisitos de alcance, vazão de dados, segurança e consumo de energia. Muitas vezes isso obriga a integração de componentes que suportam diversas redes sem fio para criação de equipamentos multipadrões. Essa solução tradicional, apesar de robusta, impõe uma série de limitações relacionadas com o espaço físico, consumo de energia e custo dos sistemas integrados, além da falta de flexibilidade para modificações. Uma alternativa a esse cenário tem sido o uso de Rádios Definidos por Software (SDR), os quais possuem a camada física completamente reconfigurável, permitindo flexibilidade em vários parâmetros de comunicação como faixa de freqüência, tipo de modulação e potência de transmissão. Atualmente, existem várias propostas para implementação de SDRs, destacando-se o GNU Radio em conjunto com a placa USRP como opção de baixo custo, que possibilita a criação de rádios funcionais a partir de modelos de alto nível utilizando computadores pessoais. Entretanto, existe uma lacuna no suporte nativo à implementação de múltiplas camadas físicas compartilhando a mesma interface física, o que causa um overhead maior que o desejado na criação de sistemas multipadrões. Para superar tal desafio, este trabalho apresenta a concepção de uma arquitetura de canais para múltiplas camadas físicas que se destaca por propor uma interface genérica que atende a todos os tipos de camadas físicas e pode ser suportada por diversos hardwares de SDR. Visando a melhor utilização dos recursos a arquitetura proposta permite o deslocamento do estágio de separação de múltiplos canais para o hardware sem a perda de flexibilidade. Para validar a arquitetura proposta foi desenvolvido um protótipo baseado no GNU Radio e USRP2, além das implementações de dois cenários de testes, com múltiplas camadas físicas iguais (IEEE802.15.4) e com múltiplas camadas diferentes (IEEE802.15.4 e IEEE802.11b). Os testes demonstraram uma melhora significativa no desempenho global do sistema e uma simplificação na interface com a camada física, uma vez que não há necessidade de configurar as variáveis relacionadas com os ajustes do próprio hardware

Dynamic Physical Layers for Wireless Networks Using Software Radio

The communication parameters in mobile ad-hoc networks, such as the distance between nodes, channel characteristics, and user demands can vary quickly. Using traditional design techniques and creating a static physical layer designed to meet worst case conditions will result in poor performance and resource utilization under most operating conditions. Software radios, which implement their physical layer processing in software, provide a solution to this problem by enabling the physical layer to be modified to best meet the current conditions. This paper describes the initial work on a software radio-based ad-hoc network that allows the physical layer to be modified on a per packet basis. 1