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Reliability Analysis and Modeling of ZigBee Networks Análise de Confiabilidade e Modelagem de Redes ZigBee

Cheng-Min LIN

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Resumo:

A arquitetura das redes ZigBee concentra-se no desenvolvimento de comunicação onipresente de baixo custo e baixa velocidade entre dispositivos. A técnica ZigBee é baseada no IEEE 802.15.4, que especifica a camada física e o controle de acesso ao meio (MAC) para uma rede de área pessoal sem fio de baixa taxa (LR-WPAN). Atualmente, inúmeras redes de sensores sem fio adaptaram o padrão aberto ZigBee para desenvolver diversos serviços que promovam a melhoria da qualidade da comunicação em nosso dia a dia. O problema da confiabilidade do sistema e da rede no fornecimento de serviços estáveis ​​tornou-se mais importante porque esses serviços serão interrompidos se a confiabilidade do sistema e da rede for instável. O padrão ZigBee possui três tipos de redes; estrela, árvore e malha. O artigo modela a pilha de protocolos ZigBee desde a camada física até a camada de aplicação e analisa a confiabilidade dessas camadas e o tempo médio até a falha (MTTF). O uso de recursos de canal, a função do dispositivo, a topologia de rede e os objetos de aplicação são usados ​​para avaliar a confiabilidade nas camadas física, de controle de acesso ao meio, de rede e de aplicação, respectivamente. Nas redes em estrela ou em árvore, um sistema em série e a técnica de diagrama de blocos de confiabilidade (RBD) podem ser usados ​​para resolver seu problema de confiabilidade. Porém, uma tecnologia de divisão é aplicada aqui para superar o problema porque a complexidade da rede é maior que a das demais. Uma rede mesh usando tecnologia de divisão é classificada em vários sistemas em série não redutíveis e sistemas paralelos de borda. Conseqüentemente, a confiabilidade das redes mesh é facilmente resolvida usando sistemas série-paralelo através do esquema proposto. Os resultados numéricos demonstram que a confiabilidade aumentará para redes mesh quando o número de arestas em sistemas paralelos aumentar, enquanto a confiabilidade cairá rapidamente quando o número de arestas e o número de nós aumentarem para todas as três redes. O maior uso de recursos é outro fator que impacta na diminuição da confiabilidade. No entanto, ocorrerá menor confiabilidade da rede devido à complexidade da rede, maior uso de recursos e relacionamento complexo entre objetos.

Publicação
IEICE TRANSACTIONS on Information Vol.E93-D No.1 pp.68-78
Data de publicação
2010/01/01
Publicitada
ISSN online
1745-1361
DOI
10.1587/transinf.E93.D.68
Tipo de Manuscrito
PAPER
Categoria
Computação confiável

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Palavra-chave