Using the ethernet protocol for real-time communications in embedded systems

Doutoramento em Engenharia ElectrotécnicaOs Sistemas Computacionais de Controlo Distribuído (SCCD) estão muito disseminados em aplicações que vão desde o controlo de processos e manufactura a automóveis, aviões e robôs. Muitas aplicações são de natureza tempo-real, ou seja, impõem fortes restrições às propriedades subjacentes aos sistemas de controlo, gerando a necessidade de fornecer um comportamento temporal previsível durante períodos alargados de tempo. Em particular, dependendo da aplicação, uma falha em garantir as restrições pode causar importantes perdas económicas ou mesmo pôr vidas humanas em risco. Actualmente, a quantidade e funcionalidade dos modernos SCCD têm crescido firmemente. Esta evolução é motivada por uma nova classe de aplicações que requer maior demanda de recursos tais como aplicações de multimedia (por exemplo visão), bem como pela tendência em usar grande número de processadres simples e interconectados, em vez de poucos e poderosos processadores, encapsulando cada funcionalidade num único processador. Consequentemente, a quantidade de informação que deve ser trocada entre os nós da rede também cresceu drasticamente nos últimos anos e está agora atingindo os limites que podem ser obtidos por tradicionais barramentos de campo, como por exempo CAN, WorldFIP, PROFIBUS. Outras alternativas são pois requeridas para suportar a necessidade de largura de banda e a manutenção de exigências dos sistemas de comunicação tempo-real: previsibilidade, pontualidade, atraso e variação de período limitados. Uma das linhas de trabalho tem apostado na Ethernet, tirando vantagem dos baixos custos dos circuitos, da elevada largura de banda, da fácil integração com a Internet, e da simplicidade em promover expansões e compatibilidade com redes usadas na estrutura administrativa das empresas industriais. Porém, o mecanismo padronizado de acesso ao meio da Ethernet (CSMA/CD) é destrutivo e não determinístico, o que impede seu uso directo ao nível de campo ou pelo menos em aplicações de comunicação tempo-real. Apesar disso, muitas abordagens diferentes têm sido propostas e usadas para obter comportamento tempo-real em Ethernet. As abordagens actuais para dotar de comportamento tempo-real Ethernet partilhada apresentam desvantagens tais como: exigência de hardware especializado, fornecimento de garantias temporais estatísticas, ineficiência na utilização da largura de banda ou na reposta tempo-real. São ainda por vezes inflexíveis com respeito às propriedades de tráfego bem como com as políticas de escalonamento. Podem exigir processadores com elevado poder de cálculo. Finalmente não permitem que estações tempo-real possam coexistir com estações Ethernet standard no mesmo segmento. Uma proposta recente, o algoritmo hBEB, permite a coexistência de estações tempo-real e standard no mesmo segmento. Contudo, apenas uma estação tempo-real pode estar activa, o que é inaceitável para aplicações de automação e controlo. Esta tese discute uma nova solução para promover tempo-real em Ethernet partilhada, baseando-se na passagem implícita de testemunho de forma similar à usada pelo protocolo P-NET. Esta técnica é um mecanismo de acesso ao meio físico pouco exigente em termos de processamento, sendo portanto adequada para implementar uma rede de dispositivos baseados em processadores de baixo poder de cálculo e controladores Ethernet standard. Esta tese apresenta ainda uma proposta de implementação do VTPE em IP core para superar algumas dificuldades derivadas de funcionalidades que não são suportadas por controladores standard, nomeadamente a arbitragem do meio físico durante a transmissão de uma trama. Esta nova proposta pode aumentar muito a eficiência do VTPE no uso da largura de banda. O VTPE, assim como P-NET ou protocolos similares, permite a uma estação apenas comunicar uma vez por cada circulação do testemunho. Esta imposição pode causar bloqueios de comunicação por períodos inaceitáveis em aplicações com tráfego isócrono, por exemplo multimedia. Uma solução proposta permite que uma estação possa aceder ao meio físico mais de uma vez por cada circulação do token. Os resultados experimentais a as análises desenvolvidas mostram que o bloqueio pode ser drasticamente reduzido. Por último esta tese discute uma variante do protocolo VTPE, o VTPE/h- BEB, que permite que mais de uma estação hBEB possa coexistir com diversas estações Ethernet standard num mesmo segmento partilhado. Um demonstrador para prova de conceito bem como uma aplicação foram também implementados.Distributed Computer-Control Systems (DCCS) are widely disseminated in applications ranging from automation and control to automotive, avionics and robotics. Many of these applications are real-time, posing stringent constraints to the properties of underlying control systems, which arise from the need to provide predictable behaviour during extended time periods. Depending on the particular type of application, a failure to meet these constraints can cause important economic losses or can even put human life in risk. Currently the number and functionality of modern DCCSs have been increasing steadily. This evolution has been motivated for a new class of applications of more resource demanding applications, such as multimedia (e.g. machine vision), as well as by the trend to use large numbers of simple interconnected processors, instead of a few powerful ones, encapsulating each functionality in one single processor. Consequently, the amount of information that must be exchanged among the network nodes has also increased dramatically and is now reaching the limits achievable by traditional fieldbuses. Therefore, other alternatives are required to support higher bandwidth demands while keeping the main requirements of a real-time communication system: predictability, timeliness, bounded delays and jitter. Efforts have been made with Ethernet to take advantage of the low cost of the silicon, high bandwidth, easy integration with the Internet, easy expansion and compatibility with the networks used at higher layers in the factory structure. However its standardized media access control (CSMA/CD) is destructive and not deterministic, impairing its direct use at field level at least for real-time communication. Despite this, many solutions have been proposed to achieve real-time behavior in Ethernet. However they present several disadvantages: requiring specialized hardware, providing statistical timeliness guarantees only, being bandwidth or response-time inefficient, being inflexible concerning traffic properties and/or scheduling policy, or finally not allowing real-time stations to coexist with standard Ethernet stations in the same segment. A recent proposal, the hBEB algorithm, allows the coexistence of real-time and standard Ethernet stations in the same shared segment. However hBEB limits at most one real-time station per segment which is unacceptable for applications in industrial automation and process control. This thesis discusses a new real-time shared Ethernet solution based on the virtual token passing technique similarly to the one used by the P-NET protocol. This technique is a medium access control mechanism that requires small processing power, being suitable to implement devices based on processors with small processing power. The solution is called Virtual Token Passing Ethernet or VTPE. This proposal discusses the modifications required in the Ethernet frame format, the temporal analysis to guarantee real-time communication and the implementation of two demonstrators based on microcontrollers and standard Ethernet controllers. This thesis also presents a proposal to implement VTPE in an IP Core to overcome some difficulties derived from limitations of standard Ethernet controllers, namely to allow medium access control during a frame transmission. This proposal can increase the bandwidth efficiency of VTPE. VTPE, as well as P-NET or any other protocol based on circular token rotation technique, only allows a station to communicate once for each token round. This design imposition can cause unacceptable communication blocking in applications with isochronous traffic such as multimedia. An improvement in the VTPE proposal enables a station to access the medium more than once per token round. The experimental results as well as the temporal analysis show that the blocking can be drastically reduced. This improvement can also be used in the P-NET protocol. Finally this thesis proposes a variant of VTPE, named VTPE/hBEB, to be implemented in Ethernet controllers that are able to support the hBEB algorithm. The VTPE/hBEB allows more than one hBEB station to coexist with several standard Ethernet stations in the same shared Ethernet segment. A demonstrator for the VTPE/hBEB validation, as well as an application, are also presented and discussed

FTT-Ethernet: A Flexible Real-Time Communication Protocol that Supports Dynamic QoS Management on Ethernet-based Systems

Ethernet was not originally developed to meet the requirements of real-time industrial automation systems and it was commonly considered unsuited for applications at the field level. Hence, several techniques were developed to make this protocol exhibit real-time behavior, some of them requiring specialized hardware, others providing soft-real-time guarantees only, or others achieving hard real-time guarantees with different levels of bandwidth efficiency. More recently, there has been an effort to support quality-of-service (QoS) negotiation and enforcement but there is not yet an Ethernet-based data link protocol capable of providing dynamic QoS management to further exploit the variable requirements of dynamic applications. This paper presents the FTT-Ethernet protocol, which efficiently supports hard-real-time operation in a flexible way, seamlessly over shared or switched Ethernet. The FTT-Ethernet protocol employs an efficient master/multislave transmission control technique and combines online scheduling with online admission control, to guarantee continued real-time operation under dynamic communication requirements, together with data structures and mechanisms that are tailored to support dynamic QoS management. The paper includes a sample application, aiming at the management of video streams, which highlights the protocol’s ability to support dynamic QoS management with real-time guarantees

Interference caused by the insertion of an h-BEB station in standard shared-Ethernet networks: simulation analysis

In this paper, it is presented the simulation analysis of an enhanced algorithm for the collision resolution in shared Ethernet networks. Such algorithm, referred as high priority Binary Exponential Backoff (h-BEB), provides high priority traffic separation, enabling the Support of real-time communications. One of the main features of the h-BEB algorithm is to enable the coexistence in the same network segment of Ethernet standard stations with h-BEB modified stations, by imposing higher priority for the transfer of h-BEB messages (privileged traffic). The simulation analysis shows that the proposed traffic separation guarantees a predictable and significantly smaller access delay for the h-BEB station, when compared with the access delay for standard Ethernet stations. The simulation analysis also shows that the h-BEB traffic must be tightly controlled, as it has a high interference level over the non-real-time traffic. Otherwise, if the load generated by the h-BEB station is not closely controlled, the standard Ethernet stations may experience extended access delays

Real-time communication in unconstrained shared ethernet networks: The virtual token-passing approach

Traditional shared Ethernet networks have a non-deterministic behaviour, which impairs the support of real-time communication. In this paper, it is proposed a shared Ethernet deterministic architecture, able to interconnect sensors, controllers and actuators at the field level, allowing the coexistence of standard devices with enhanced (real-time). devices. Such solution is based on the control of the medium access right, by means of a virtual token passing procedure among enhanced stations, complemented by an underlying prioritization mechanism. Such underlying mechanism guarantees that, whenever an enhanced (real-time) station is contending for the bus access, it will be able to access the bus prior to any other station. Thus, it enables the traffic separation between standard and enhanced (real-time) stations, being able to guarantee real-time communication in unconstrained traffic environments

Supporting Real-Time Communication in CSMA-Based Networks : the VTP-CSMA Virtual Token Passing Approach

Tese de doutoramento. Engenharia Electrotécnica e de Computadores. Faculdade de Engenharia. Universidade do Porto. 200

Uma plataforma experimental para a análise de desempenho de redes sem fio padrão IEEE 802.11

TCC (graduação) - Universidade Federal de Santa Catarina. Campus Araranguá. Curso de Tecnologias da Informação e Comunicação.Uma forte tend^encia atual na area de automa c~ao industrial, residencial e hospitalar, e o da transfer^encia de tempo real, atrav es de uma estrutura de redes sem o, de dados relacionados a sensores, atuadores e diagn ostico dos sistemas. Por em, as tecnologias e t ecnicas atuais ainda s~ao incapazes de controlar tarefas com requisitos temporais (dead lines) cr ticos utilizando estas redes. Este trabalho de conclus~ao de curso (TCC) est a enquadrado nesta area de pesquisa e durante o seu desenvolvimento, um cen ario experimental para avaliar a comunica c~ao de tempo real em redes sem o, compat veis com o padr~ao IEEE 802.11, foi constru do. Experimentos foram realizados para avaliar o desempenho de uma rede composta de esta c~oes tempo real (TR) que compartilha o canal de comunica c~ao com esta c~oes n~ao tempo real (NTR). O conjunto de esta c~oes NTR transmite tr afego de fundo para simular um ambiente real que e aberto. Neste TCC, apresentam-se resultados preliminares para alguns valores das janelas de conten c~ao (CW) no qual e um dos mecanismos respons aveis para fornecer prioridades na fun c~ao EDCA, onde foi poss vel veri car que os valores de nidos no padr~ao n~ao s~ao adequados em ambientes de comunica c~ao abertos. Os resultados experimentais obtidos demonstram que h a uma alta taxa de perda de dados.A strong current trend in the automation industrial, residential and hospital areas is the real-time transmission, through a wireless network of data related to sensors, actuators and systems diagnosis. However, current techniques and technologies are still unable to control tasks with critical deadlines requirements using these networks. This work has been developed in this research issue, and during its development, an experimental scenario to evaluate the real-time communication in wireless networks compatible with the IEEE 802.11 was built. Experiments have been conducted to evaluate the performance of a network composed of real-time (RT) stations that shares the communication channel with no real-time (NRT) stations. The set of NRT transmits background tra c to simulate a real open communication environment. In this work, some preliminary results for a set of values of contention window (CW), in which that is one of the mechanisms responsible for provide priorities in EDCA function, where it was possible to conclude that the de ned values of the IEEE 802.11e are not adequate to work in open communication environments. The obtained experimental results shows that there are a high packet lost rate

Comunicações sem-fios de tempo-real para ambientes abertos

Doutoramento em Engenharia InformáticaWireless communication technologies have become widely adopted, appearing in heterogeneous applications ranging from tracking victims, responders and equipments in disaster scenarios to machine health monitoring in networked manufacturing systems. Very often, applications demand a strictly bounded timing response, which, in distributed systems, is generally highly dependent on the performance of the underlying communication technology. These systems are said to have real-time timeliness requirements since data communication must be conducted within predefined temporal bounds, whose unfulfillment may compromise the correct behavior of the system and cause economic losses or endanger human lives. The potential adoption of wireless technologies for an increasingly broad range of application scenarios has made the operational requirements more complex and heterogeneous than before for wired technologies. On par with this trend, there is an increasing demand for the provision of cost-effective distributed systems with improved deployment, maintenance and adaptation features. These systems tend to require operational flexibility, which can only be ensured if the underlying communication technology provides both time and event triggered data transmission services while supporting on-line, on-the-fly parameter modification. Generally, wireless enabled applications have deployment requirements that can only be addressed through the use of batteries and/or energy harvesting mechanisms for power supply. These applications usually have stringent autonomy requirements and demand a small form factor, which hinders the use of large batteries. As the communication support may represent a significant part of the energy requirements of a station, the use of power-hungry technologies is not adequate. Hence, in such applications, low-range technologies have been widely adopted. In fact, although low range technologies provide smaller data rates, they spend just a fraction of the energy of their higher-power counterparts. The timeliness requirements of data communications, in general, can be met by ensuring the availability of the medium for any station initiating a transmission. In controlled (close) environments this can be guaranteed, as there is a strict regulation of which stations are installed in the area and for which purpose. Nevertheless, in open environments, this is hard to control because no a priori abstract knowledge is available of which stations and technologies may contend for the medium at any given instant. Hence, the support of wireless real-time communications in unmanaged scenarios is a highly challenging task. Wireless low-power technologies have been the focus of a large research effort, for example, in the Wireless Sensor Network domain. Although bringing extended autonomy to battery powered stations, such technologies are known to be negatively influenced by similar technologies contending for the medium and, especially, by technologies using higher power transmissions over the same frequency bands. A frequency band that is becoming increasingly crowded with competing technologies is the 2.4 GHz Industrial, Scientific and Medical band, encompassing, for example, Bluetooth and ZigBee, two lowpower communication standards which are the base of several real-time protocols. Although these technologies employ mechanisms to improve their coexistence, they are still vulnerable to transmissions from uncoordinated stations with similar technologies or to higher power technologies such as Wi- Fi, which hinders the support of wireless dependable real-time communications in open environments. The Wireless Flexible Time-Triggered Protocol (WFTT) is a master/multi-slave protocol that builds on the flexibility and timeliness provided by the FTT paradigm and on the deterministic medium capture and maintenance provided by the bandjacking technique. This dissertation presents the WFTT protocol and argues that it allows supporting wireless real-time communication services with high dependability requirements in open environments where multiple contention-based technologies may dispute the medium access. Besides, it claims that it is feasible to provide flexible and timely wireless communications at the same time in open environments. The WFTT protocol was inspired on the FTT paradigm, from which higher layer services such as, for example, admission control has been ported. After realizing that bandjacking was an effective technique to ensure the medium access and maintenance in open environments crowded with contention-based communication technologies, it was recognized that the mechanism could be used to devise a wireless medium access protocol that could bring the features offered by the FTT paradigm to the wireless domain. The performance of the WFTT protocol is reported in this dissertation with a description of the implemented devices, the test-bed and a discussion of the obtained results.As tecnologias de comunicação sem fios tornaram-se amplamente adoptadas, surgindo em aplicações heterógeneas que vão desde a localização de vítimas, pessoal médico e equipamentos em cenários de desastre à monitorização da condição física de máquinas em ambientes industrials. Muito frequentemente, as aplicações exigem uma resposta limitada no tempo que, geralmente, em sistemas distribuídos, é substancialmente dependente do desempenho da tecnologia de comunicação utilizada. Estes sistemas tendem a possuir requisitos de tempo-real uma vez que a comunicação de dados tem de ser conduzida dentro de limites temporais pré-definidos que, quando não cumpridos, podem comprometer o correcto funcionamento do sistema e resultar em perdas económicas ou colocar em risco vidas humanas. A potencial adopção de tecnologias sem-fios para um crescente número de cenários traduz-se num aumento da complexidade e heterogeneidade dos requisitos operacionais relativamente às tecnologias cabladas. A acompanhar esta tendência verifica-se uma crescente procura de sistemas distribuídos, caracterizados quer por uma boa relação custo-eficácia, quer pela simplicidade de instalação, manutenção e adaptação. Ao mesmo tempo, estes sistemas tendem a requerer flexibilidade operacional, que apenas pode ser assegurada se a tecnlogia de comunicação empregue supportar transmissões de dados dispoletadas quer por eventos (event-triggered), quer por tempo (timetriggered) e se, ao mesmo tempo, em funcionamento, permitir a alteração dos parâmetros de comunicação correspondentes. Frequentemente, as aplicações com comunicações sem fios caracterizam-se por exigências de instalação que apenas podem ser endereçadas usando alimentação através de baterias e/ou mecanismos de recolha de energia do ambiente envolvente. Estas aplicações têm tipicamente requisitos exigentes de autonomia e de tamanho, impedindo o recurso a baterias de grande dimensão. Dado que o suporte de comunicações pode representar uma parte significativa dos requisitos de energia da estação, o uso de tecnologias de comunicação de elevado consumo não é adequado. Desta forma, nestas aplicações, as tecnologias de comunicação de curto-alcance tornaram-se amplamente adoptadas uma vez que, apesar de se caracterizarem por taxas de transmissão inferiores, consomem apenas uma fracção da energia das tecnologias de maior alcance. resumo Em geral, os requisitos de pontualidade da comunicação de dados podem ser cumpridos através da garantia da disponibilidade do meio no instante em que qualquer estação inicie uma transmissão. Em ambientes controlados esta disponibilidade pode ser garantida, na medida em que existe um controlo de quais as estações que foram instaladas na área e qual a sua função. Contrariamente, em ambientes abertos, tal controlo é difícil de garantir uma vez que não existe conhecimento a priori de que estações ou tecnologias podem competir pelo meio, tornando o suporte de comunicações de temporeal um desafio difícil de implementar em cenários com estações de comunicação não controladas. As comunicações de baixo consumo têm sido o foco de um esforço de investigação bastante amplo, por exemplo, no domínio das redes de sensores sem fios. Embora possam permitir uma maior autonomia a estações baseadas em baterias, estas tecnologias são reconhecidas como sendo negativamente influenciadas por tecnologias semelhantes competindo pelo mesmo meio e, em particular, por tecnologias que utilizem níveis de potência de transmissão mais elevados em bandas de frequências comuns. De forma cada vez mais acentuada, a banda industrial, científica e médica (ISM) dos 2.4 GHz tem-se tornado mais saturada com tecnologias que competem entre si pelo acesso ao meio tais como, por exemplo, Bluetooth e ZigBee, dois padrões de comunicação que são a base de vários protocolos de tempo-real. Apesar destas tecnologias aplicarem mecanismos para melhorar a sua coexistência, são vulneráveis a transmissões de estações não controladas que usem as mesmas tecnologias ou que usem tecnologias com níveis de potência de transmissão mais elevados, impedindo, desta forma, o suporte de comunicações de tempo-real fiáveis em ambientes abertos. O protocolo de comunicação sem fios flexível disparado por tempo (WFTT) é baseado numa arquitectura mestre/múltiplo escravo alavancado na flexibilidade e pontualidade promovidas pelo paradigma FTT e na captura e manutenção determinística do meio suportadas pela técnica de bandjacking (captura de banda). Esta tese apresenta o protocolo WFTT e argumenta que este permite suportar serviços de comunicação de tempo-real com requisitos elevados de fiabilidade em ambientes abertos onde várias tecnologias de comunicação baseadas em contenção disputam o acesso ao meio. Adicionalmente, esta tese reivindica que é possível suportar comunicações sem-fios simultaneamente flexíveis e pontuais em ambientes abertos. O protocolo WFTT foi inspirado no paradigma FTT, do qual importa os serviços de alto nível como, por exemplo, o controlo de admissão. Após a observação da eficácia da técnica de bandjacking em assegurar o acesso ao meio e a correspondente manutenção, foi reconhecida a possibilidade de utilização deste mecanismo para o desenvolvimento de um protocolo de acesso ao meio, capaz de oferecer as funcionalidades do paradigma FTT em meios de comunicação sem-fios. O desempenho do protocolo WFTT é reportado nesta tese com uma descrição dos dispositivos implementados, da bancada de ensaios desenvolvida e dos resultados obtidos

B-live wireless: a real-time protocol for home automation

Mestrado em Engenharia Electrónica e TelecomunicaçõesA tendência de envelhecimento da população tem-se vindo a agravar causando uma pressão significativa ao nível das organizações que suportam os serviços de saúde e de acção social. Uma solução para este problema consiste em permitir que a população idosa ou com limitações funcionais possa continuar a viver no conforto das suas habitações. Neste cenário, a habitação terá de integrar um sistema de automação “inteligente” que, além de ajudar as pessoas nas suas actividades diárias, monitorize a sua condição de saúde. O projecto Living Usability Lab tem como objectivo o uso de interfaces multimodais, redes de sensores sem-fios, redes de nova geração e computação distribuída para melhorar a qualidade de vida da população idosa nas suas habitações. No âmbito deste projecto será desenvolvida uma rede heterogénea de sensores e actuadores que permitirá monitorizar o ambiente, a ocorrência de eventos, a localização e movimento de pessoas, e a sua saúde. A Micro I/O é o parceiro do projecto que desenvolve a infra-estrutura de comunicação sem-fios local, detendo know-how em domótica devido à experiência anterior no desenvolvimento de uma solução chamada B-Live. Esta dissertação é enquadrada no desenvolvimento de um protocolo de comunicações que permite não só potenciar as funcionalidades originais do B-Live, utilizando comunicações sem-fios, como também satisfazer os requisitos da rede de sensores e actuadores a desenvolver no âmbito do projecto Living Usability Lab. Assim, esta dissertação apresenta um protocolo sem fios capaz de suportar fluxos de tráfego com requisitos de qualidade de serviço diferenciados, mesmo em ambientes abertos em que outras tecnologias de contenção competem pelo meio.The trend of the elderly population aging has been increasing, putting a significant pressure on the organizations supporting health care and social services. One solution for this problem consists in allowing the elderly and the impaired population to continue living in the comfort of their homes. In this scenario, the home will integrate an “intelligent” automation system that, besides helping them in their daily activities, will monitor their health condition and trigger an alarm whenever an abnormal condition is detected. The Living Usability Lab project has the goal of using multimodal interfaces, wireless sensor networks, new generation networks and distributed computing to improve the quality of life of the elderly population in their homes. In the scope of this project, a heterogeneous network of sensors and actuators will be developed, allowing to monitor the environment, to detect the occurrence of events, to perform the localization and movement of people as well as to watch their health. Micro I/O is the project partner responsible for developing the local wireless communication infrastructure, having know-how on the development of home automation systems due to previous experience in the B-Live project, a solution for domotics. This thesis results from the development of a protocol that, besides allowing fueling the original features of B-Live with wireless communications, can satisfy the requirements of the sensor and actuator network to be developed under the scope of the Living Usability Lab project. As such, it presents a wireless communication protocol capable of supporting data flows with differentiated QoS requirements, even in open environments, where other contention technologies may compete for the medium

Analysis, evaluation and improvement of RT-WMP for real-time and QoS wireless communication: Applications in confined environments

En los ultimos años, la innovación tecnológica, la característica de flexibilidad y el rápido despligue de las redes inalámbricas, han favorecido la difusión de la redes móviles ad-hoc (MANETs), capaces de ofrecer servicios para tareas específicas entre nodos móviles. Los aspectos relacionados al dinamismo de la topología móvil y el acceso a un medio compartido por naturaleza hacen que sea preciso enfrentarse a clases de problemas distintos de los relacionados con la redes cableadas, atrayendo de este modo el interés de la comunidad científica. Las redes ad-hoc suelen soportar tráfico con garantía de servicio mínimo y la mayor parte de las propuestas presentes en literatura tratan de dar garantías de ancho de banda o minimizar el retardo de los mensajes. Sin embargo hay situaciones en las que estas garantías no son suficientes. Este es el caso de los sistemas que requieren garantías mas fuertes en la entrega de los mensajes, como es el caso de los sistemas de tiempo real donde la pérdida o el retraso de un sólo mensaje puede provocar problemas graves. Otras aplicaciones como la videoconferencia, cada vez más extendidas, implican un tráfico de datos con requisitos diferentes, como la calidad de servicio (QoS). Los requisitos de tiempo real y de QoS añaden nuevos retos al ya exigente servicio de comunicación inalámbrica entre estaciones móviles de una MANET. Además, hay aplicaciones en las que hay que tener en cuenta algo más que el simple encaminamiento de los mensajes. Este es el caso de aplicaciones en entornos subterráneos, donde el conocimiento de la evolución de propagación de la señal entre los diferentes nodos puede ser útil para mejorar la calidad de servicio y mantener la conectividad en cada momento. A pesar de ésto, dentro del amplio abanicos de propuestas presente en la literatura, existen un conjunto de limitaciones que van de el mero uso de protocolos simulados a propuestas que no tienen en cuenta entornos no convencionales o que resultan aisladas desde el punto de vista de la integración en sistemas complejos. En esta tesis doctoral, se propone un estudio completo sobre un plataforma inalámbrica de tiempo real, utilizando el protocolo RT-WMP capaz de gestionar trafíco multimedia al mismo tiempo y adaptado al entorno de trabajo. Se propone una extensión para el soporte a los datos con calidad de servicio sin limitar las caractaristícas temporales del protocolo básico. Y con el fin de tener en cuenta el efecto de la propagación de la señal, se caracteriza el entorno por medio de un conjunto de restricciones de conectividad. La solución ha sido desarrollada y su validez ha sido demostrada extensamente en aplicaciones reales en entornos subterráneos, en redes malladas y aplicaciones robóticas