De seguida apresentam-se dois trabalhos relacionados com redes com recolha de energia sem fios (eletromagnética), mais especificamente protocolos de controlo de acesso ao meio (MAC) adaptados para a técnica de recolha de energia. Os protocolos MAC são o fator de inovação neste tipo de redes, pois é no controlo de acesso ao meio que se analisa a disponibilidade do meio e o estado do nó, dependendo da energia acumulada e dos dados disponíveis.
A tecnologia de recolha de energia que se pode integrar nas redes de sensores sem fios consegue apenas fornecer energia intermitente. Como tal, [7] mostra que um conjunto vastamente utilizado de protocolos MAC se revelam pouco adequados a estas novas con- dições. Estes protocolos baseiam-se essencialmente em agendamento de slots e definição de duty cycles e estes parâmetros “temporais” são difíceis de aplicar/configurar quando a quantidade de energia a ser recolhida não é previsível.
2.2.2.1 LEB- MAC (Load and Energy balancing MAC Protocol)
Em [22] é proposto um protocolo MAC para redes de sensores sem fios que permite balan- ceamento de carga (dados) e de energia entre os nós pertencentes à rede, em função das suas caraterísticas de recolha de energia. Neste protocolo é utilizada a técnica de “trans- missão iniciada pelo recetor “receiver-initiated transmission”, com o objetivo de eliminar o desperdício de energia quando se transmite e o nó recetor não está ativo. O duty-cycle de cada nó é determinado através do seu perfil de recolha de energia: quanto maior for a capacidade/probabilidade de recolha de energia, mais tempo o nó permanece “acordado”. São adotadas técnicas de controlo difuso para determinar os duty-cycles ótimos para os nós.
O protocolo LEB-MAC consiste genericamente em quatro operações:
• Transmissão iniciada pelo recetor: É escolhida esta técnica por encurtar os duty cycles do recetor e emissor, mas também porque num protocolo com “duty-cycle” existe o estado inativo no qual é possível realizar a recolha de energia. Nesta etapa o recetor envia um “beacon” informando os seus vizinhos de que está disponível para receber dados. Para enviar dados para o recetor o emissor tem que ouvir o beacon e sincronizar-se com o mesmo. Para o emissor receber o beacon com su- cesso e para se sincronizar com o recetor e enviar pacotes de dados tem que “acor- dar” antes da transmissão do beacon. Desta forma, um emissor necessita de in- formação sobre os agendamentos de ativação do recetor, que podem ser obtidos a partir de beacons anteriores ou previstos utilizando agendamentos de ativação fixos ou pseudo-aleatórios. Quando os dados são recebidos com sucesso é enviado um pacote ACK para o emissor, caso contrário este recebe um NACK e executa o procedimento de resolução de colisão de dados.
• “Energy-aware duty-cycle”: O LEB-MAC determina o ciclo de trabalho (ativo/ina- tivo) de acordo com os níveis de energia presentes nos nós recetores, o que depende das características de recolha de energia do nó e das caraterísticas do ambiente cir- cundante. Desta forma, um nó define dinamicamente o seu duty cycle de acordo com a energia que possui armazenada: mais energia implica mais tempo ativo. É através deste mecanismo que por um lado é realizada a distribuição de carga/dados através dos nós da rede e, por outro, é reduzida a probabilidade de existência de falhas
energéticas nos nós da rede. É neste processo que é utilizada a lógica de controlo difuso.
• "Automatic Load/Energy Balancing:”: Um pacote, enviado por um nó emissor, pode atingir o nó recetor por várias rotas. O protocolo LEB-MAC realiza distri- buição automática de carga/dados/pacotes entre todos os vizinhos do nó emissor, que façam parte das rotas possíveis, de acordo com a energia que cada um possui;
• "Collision Resolution": Existem dois tipos de colisões possíveis, colisão de dados e colisão de beacons. O protocolo LEB-MAC gere e resolve estas colisões com mecanis- mos bastante semelhantes aos utilizados nos protocolos MAC convencionais para redes de sensores sem fios. No primeiro caso, colisão de dados, utiliza-se o meca- nismo de exponential backoff, quando o emissor transmite pela primeira vez para o recetor. Caso o emissor já tenha comunicado anteriormente com o recetor, é enviado pelo recetor um beacon dedicado para o emissor de forma a reservar o próximo ciclo para o mesmo. Quando ocorre colisão de beacons, o emissor mantêm-se acordado à espera do próximo beacon válido. Nesta situação o recetor como não recebe resposta ao seu beacon, passa para o estado sleep. Quando acorda transmite novamente um
beacon.
2.2.2.2 RF-MAC e CSMA
O protocolo RF-MAC [37] propõe uma nova métrica de desempenho, que consiste na atribuição de um taxa de alocação igual para todos os nós independentemente das suas distâncias. Este protocolo exibe um compromisso entre a transferência de energia e a transferência de dados, utilizando o mecanismo de controlo de acesso ao meio CSMA/CA. O objetivo deste protocolo RF-MAC é a recolha de energia do ambiente circundante, a gestão da energia recolhida e da disponível para recolha através da redução do consumo de energia e a maximização do débito da rede através da redução das colisões. Na Figura
2.7encontra-se representada a arquitetura do protocolo. Primeiro um nó realiza a difusão de um pedido de energia (RFE – Request For Energy). Depois aguarda pela resposta dos emissores de energia (ETs - Energy Transmitters), que consistem em “blocos” de energia. Depois de ter terminado o processo de recolha de energia, o nó possui mais energia e consequentemente os seus pacotes de dados são considerados prioritários no acesso ao meio, pelo que envia o pacote imediatamente se o canal está livre, ou aguarda um tempo aleatório caso contrário. O pacote de ACK é utilizado para dar a conhecer ao emissor que os dados foram recebidos com sucesso. É utilizado o mecanismo de CSMA/CA para evitar colisões durante a transferência de dados.
Fig.1. RF-MAC Protocol Architecture
Figura 2.7: Arquitetura do protocolo RF-MAC (adaptada de [37]).