Design implementation and analysis of wireless model based predictive networked control system over cooperative wireless network

Owing to their distributed architecture, networked control systems are proven to be feasible in scenarios where a spatially distributed control system is required. Traditionally, such networked control systems operate over real-time wired networks over which sensors, controllers and actuators interact with each other. Recently, in order to achieve the utmost flexibility, scalability, ease of deployment and maintainability, wireless networks such as IEEE 802.11 LANs are being preferred over dedicated wired networks. However, basic networked control systems cannot operate over such general purpose wireless networks since the stability of the system is compromised due to unbounded delays and unpredictable packet losses that are typical in the wireless medium. Approaching the wireless networked control problem from two perspectives, this thesis proposes a novel wireless networked control system and a realistic cooperative medium access control protocol implementation that work jointly to achieve decent control even under unbounded delay, bursts of packet loss and ambient wireless traffic. The proposed system is implemented and thoroughly evaluated on a dedicated test platform under numerous scenarios and is shown to be operational under bursts of packet loss and ambient wireless traffic levels which are intolerable for basic networked control systems while not being hindered by restraining assumptions of existing methods

Hierarchical fault tolerance in wireless networked control systems

Wireless Networked Control Systems (WNCS) have recently emerged as a replacement for wired control networks. Wireless networked control systems are more suitable for environments that require higher flexibility and robustness. In previous literature a wireless manufacturing line was proposed. The work-cells communication was through IEEE 802.11 technologies and a switched Ethernet backbone. This thesis is aiming to improve the current solution by adding a supervisor to the existing system. The supervisor could be either in passive or active mode. Passive supervisor would intervene when all controllers in the network fail, while active supervisor would act once any controller on the line fail. The system was simulated using OPNET software with 95% confidence analysis. The ability of the system to withstand external interference was assessed through adding a single band jammer to the OPNET simulation. The system was able to hold up to 8KB interfering file sent from a single band jammer affecting the full Wi-Fi spectrum. All results were subjected to a 95% confidence analysis The performability of passive and active supervisor systems was compared. A Markov model of both systems was built. It was shown that by time, the performability of a passive supervisor system is enhanced while that of an active supervisor system degraded. However, the active supervisor showed a better performability in all cases

Adaptación del protocolo EDCA para sistemas en tiempo real

El Control de Acceso al Medio (MAC) del estándar 802.11e, EDCA (Enhanced Distributed Channel Access), proporciona cuatro niveles diferenciados de calidad de servicio (QoS) que, si bien es una mejora importante de su mecanismo MAC, no garantiza un retardo limitado en el envío de paquetes. Los sistemas de control de red (NCS) en redes inalámbricas (WNCS) son muy sensibles a las características impredecibles tales como latencia, jitter y pérdida de paquetes. En este trabajo se propone una alternativa que limita la latencia de transmisión y la pérdida de paquetes haciendo un manejo adecuado de la ventana de contención (CW), contador backoff y arbitraje-inter-frame-espacio (AIFS) de EDCA. Las simulaciones fueron realizadas en ns-2.Sociedad Argentina de Informática e Investigación Operativ

Adaptación del protocolo EDCA para sistemas en tiempo real

El Control de Acceso al Medio (MAC) del estándar 802.11e, EDCA (Enhanced Distributed Channel Access), proporciona cuatro niveles diferenciados de calidad de servicio (QoS) que, si bien es una mejora importante de su mecanismo MAC, no garantiza un retardo limitado en el envío de paquetes. Los sistemas de control de red (NCS) en redes inalámbricas (WNCS) son muy sensibles a las características impredecibles tales como latencia, jitter y pérdida de paquetes. En este trabajo se propone una alternativa que limita la latencia de transmisión y la pérdida de paquetes haciendo un manejo adecuado de la ventana de contención (CW), contador backoff y arbitraje-inter-frame-espacio (AIFS) de EDCA. Las simulaciones fueron realizadas en ns-2.Sociedad Argentina de Informática e Investigación Operativ

Comunicaciones en tiempo real adecuando el protocolo 802.11e (EDCA)

Las tecnologías inalámbricas representan una alternativa deseable a ser utilizadas en ambientes industriales, para interconectar sistemas móviles o bien evitar el cableado de sensores y controladores en planta. Un sistema de control basado en red (NCS) requiere que el controlador interactúe en tiempo real con los sensores y actuadores por medio de una red de comunicaciones. Sin embargo, las redes inalámbricas presentan problemas de confiabilidad y temporizado inherentes a las características de los canales de radio, los mecanismos de control de acceso al medio (MAC), etc., que provocan latencias impredecibles y pérdida de paquetes. El mecanismo MAC de EDCA (Enhanced Distributed Channel Access), definido en el estándar 802.11e, provee cuatro niveles de Calidad de Servicio (QoS) diferenciados, que no garantizan un retardo acotado para el envío de paquetes. Este trabajo propone un mecanismo de MAC inalámbrico apto para Tiempo Real, basado en controlar adecuadamente la Ventana de Contención (CW), el contador de retroceso (backoff) y los espacios entre tramas para el arbitraje (AIFS) del esquema EDCA, a fin de evitar la pérdida de paquetes y acotar la latencia de transmisión. Los resultados se compararon con los obtenidos utilizando los parámetros por defecto de EDCA, simulados ambos sobre ns-2.Sociedad Argentina de Informática e Investigación Operativ

Adaptación del protocolo EDCA para sistemas en tiempo real

El Control de Acceso al Medio (MAC) del estándar 802.11e, EDCA (Enhanced Distributed Channel Access), proporciona cuatro niveles diferenciados de calidad de servicio (QoS) que, si bien es una mejora importante de su mecanismo MAC, no garantiza un retardo limitado en el envío de paquetes. Los sistemas de control de red (NCS) en redes inalámbricas (WNCS) son muy sensibles a las características impredecibles tales como latencia, jitter y pérdida de paquetes. En este trabajo se propone una alternativa que limita la latencia de transmisión y la pérdida de paquetes haciendo un manejo adecuado de la ventana de contención (CW), contador backoff y arbitraje-inter-frame-espacio (AIFS) de EDCA. Las simulaciones fueron realizadas en ns-2.Sociedad Argentina de Informática e Investigación Operativ

Evaluación de EDCA 802.11e en tiempo real con agrupamiento por clases de prioridad

Un sistema de control basado en red (NCS) sobre redes inalámbricas (WNCS) presenta problemas de confiabilidad y temporizado propios de los canales de radio y de los mecanismos de control de acceso al medio (MAC) que provocan latencias impredecibles y pérdida de paquetes. El MAC de EDCA (Enhanced Distributed Channel Access), del estándar 802.11e, provee cuatro niveles de Calidad de Servicio (QoS) diferenciados, que no garantizan un retardo acotado para el envío de paquetes. En [1] se propuso una variante de EDCA para tiempo real, denominada RT-EDCA (Real Time EDCA). RT-EDCA ofrece dos alternativas, la primera asigna una prioridad a cada mensaje y la segunda asigna una prioridad a un grupo de mensajes (agrupamiento por clases de prioridades). Este trabajo compara el rendimiento de RT-EDCA en sus dos alternativas y EDCA. El tiempo de respuesta y el periodo mínimo fueron los parámetros evaluados por medio de simulaciones realizadas en ns-2, para llevar acabo las comparaciones.Eje: Workshop Arquitectura, redes y sistemas operativos (WARSO)Red de Universidades con Carreras en Informática (RedUNCI