Modelo analítico para avaliação da estabilidade de links em redes industriais sem fio

Dória Neto, Adrião Duarte

2019-12-09

Redes de sensores sem fio industriais

Estabilidade de link

Sistemas de controle em rede

ISA 100.11a.

As redes de sensores sem fio surgiram no ambiente industrial com a finalidade de aumentar a flexibilidade e, principalmente, implantar elementos de medição e atuação em locais de difícil acesso. Contudo, devido às peculiaridades do meio de comunicação sem fio no ambiente industrial, é fundamental o uso de métricas para avaliar o desempenho dos enlaces de comunicação (link). Uma propriedade essencial para avaliação do comportamento da rede é a estabilidade dos links. Diversos estudos definem métricas para avaliação da estabilidade de links utilizando diferentes parâmetros. Este trabalho apresenta um modelo analítico para avaliação da estabilidade de link baseado na potência do sinal recebido e na taxa de entrega de pacotes. Os resultados obtidos através de testes realizados com diferentes cenários apresentaram que o modelo analítico consegue identificar situações de instalabilidade do link quando trata-se de alta variação na intensidade do sinal recebido e baixa entrega de pacotes. Em seguida, um sistema de controle em rede ISA 100.11a foi desenvolvido para validar o modelo proposto neste trabalho. Os resultados obtidos com a aplicação do modelo no sistema de controle de nível apresentaram valores de erro em regime permanente abaixo do limite máximo predeterminado, enquanto que nos testes de controle que não consideraram o fator de estabilidade dos links o erro ultrapassou o limite.

Wireless Sensor Networks (WSN) have emerged in the industrial environment with the purpose of increasing flexibility and deploying measurement and actuation elements in hard to reach areas. However, due to the peculiarities of wireless communication in the industrial environment, the use of metrics to evaluate the performance of communication links is crucial. An essential property for assessing network behavior is the stability of links. Several studies define metrics for evaluating link stability using different parameters. This thesis presents an analytical model for evaluating link stability based on received signal strength and packet delivery rate. The results obtained through tests performed with different scenarios showed that the analytical model can identify link installability situations when it comes to high variation in received signal strength and low packet delivery. Then, an ISA 100.11a network control system was developed to validate the model proposed in this work. The results obtained with the application of the model in the level control system presented steady state error values below the predetermined maximum limit, while in the control tests that did not consider the link stability factor the error exceeded the limit.