|
Abstract:
|
El projecte ha estat realitzat al laboratori d’investigació CITI(Center for Innovations in Telecommunication and services Integration) que forma part de l'INSA de Lyon (Institut National de Sciences Appliquées).
L’objectiu del meu projecte ha estat la implementació realista d’una interfaç ràdio, utilitzant la tecnologia MIMO en un simulador de xarxes de sensors. El simulador en qüestió és diu WSNet.
WSNet és un simulador d’esdeveniments que presenta les característiques següents: simulació dels nodes, simulació d’entorn i simulació del medi ràdio. Com es pot veure a la figura 1, cada node està format per diferents blocs que representen les diferents capes MAC. També hi trobem un bloc que ens simula l’energia, i un altre que ens simula la mobilitat dels nodes.
El mode de funcionament del simulador WSNet és el següent: Per llençar una simulació, es crea un fitxer XML on s’especifica la topologia que utilitzarem per a la simulació. També es defineixen els diferents paràmetres corresponents als protocols utilitzats i a les característiques dels sensors. Per exemple, al preparar una simulació podem escollir les diferents característiques de la xarxa i dels nodes: el tipus de propagació ràdio (pathloss, rayleigh fading,..), la característica de moviment dels sensors, la modulació utilitzada (bpsk, oqpsk...), el protocol de direcció utilitzat (estàtic, greedy) i l’aplicació utilitzada (CBR, GHT).
L’objectiu del meu projecte consisteix en la implementació d’una nova interfaç ràdio qui permet simular la utilització multi antenes en emissió i recepció. Originalment aquest simulador no estava pensat per utilitzar un sistema MIMO de sensors.
Un sistema MIMO permet la utilització de diverses antenes en emissió i recepció per així poder obtenir d’una banda dèbits més elevats i de l’altra un enllaç més robust. En el desenvolupament d’aquest sistema per a WSNet, he considerat el cas maximal de 4 antenes en TX i 4 antenes en RX perquè donada la talla dels sensors avui en dia no sembla possible d’utilitzar-ne més .
Per a la realització del projecte he treballat en un entorn de treball Linux, i el llenguatge de programació utilitzat ha estat el C.
Abans de començar el projecte, he separat el treball en quatre grans blocs :
Estudi teòric de la tecnologia MIMO.
Estudi del simulador WSNET.
Modelitzacio del sistema multi antenes adaptat al simulador WSNet.
Preparació de diferents escenaris i extracte de conclusions.
En totes les etapes, des de l’estudi teòric fins als diferents escenaris proposats per veure les millores obtingudes he començat estudiant un sistema SIMO (single nput – single Output) passant per un sistema MISO (Multiple Input – single Output fins arribar al sistema que volíem realment modelitzar el MIMO.
La base del meu estudi teòric s’ha centrat en com modelitzar la recepció multi-antena de manera que fos precisa en els resultats i desenvolupar a nivell de programació en C. La idea que proposo en el meu projecte, consisteix en calcular el BER (Bit Error rate) de la recepció del paquet a partir de les dos o més antenes. La solució adoptada ha estat trobar una expressió que ens permet calcular aquest BER a partir de la SiNR (relació senyal útil – senyal interferent) del paquet rebut. Aquestes expressions varien en funció de la modulació aplicada en la transmissió. A nivell del simulador, transmetrem de node a node el BER i la SiNR, de manera que al arribar al node final tindrem un BER global de tota la xarxa de sensors.
A tot això que acabem d’esmentar, cal afegir-hi també la modelització del canal. Per al càlcul de la SiNR considerarem només l’atenuació del senyal rebut, mentre que per al càlcul del BER aplicarem “la Base band BER performance” del canal Rayleigh. En resum:
1. Càlcul de la SiNR -> 2. Apliquem la modulació en recepció -> 3. Càlcul del BER -> 4. Enviem el paquet amb el nou BER.
Un cop realitzat l’estudi analític, he implementat en C les modificacions a fer en el WSnet, ja sigui introduint noves funcions o modificant les funcions existents. Per poder modificar els blocs de WSNet ha estat indispensable l’ajuda de Guillaume Chelius, el creador del simulador, qui m’ha permès agilitzar l’estudi del programa, dels diferents blocs i de les diferents funcions que utilitza. El detall del codi es pot veure a l’ANNEX del projecte, amb explicacions per les modificacions efectuades.
En la última etapa, m’he dedicat a preparar els escenaris de simulació per obtenir els resultats del treball realitzat. Els resultats que podreu trobar en format gràfic ens els apartats 6 i 7 han estat totalment satisfactoris. Hem pogut comprovar que utilitzant les modificacions per a un sistema MIMO, el BER mig del paquet rebut en el node final disminuïa considerablement comparant-lo amb un sistema SISO (Single Input – Single Output).
Abans de validar el meu PFE, l’etapa de simulació m’ha permès donar-me compte que calia introduir una millora en el tractament del senyal, el rebuig d’interferents. Tot i que el BER millorava, podíem trobar una gran potència de soroll en recepció deguda als senyals interferents dels altres nodes que transmetien al mateix temps. Avui en dia, la utilització de les anomenades antenes adaptatives o intel•ligents permet treure un o diversos senyals interferents del senyal útil en recepció. La modificació introduïda ha estat en l’etapa del càlcul del SiNR.
Un cop modelitzat l’ús d’aquest tipus d’antenes i amb la implementació d’aquest sistema MIMO ara el simulador WSNet ofereix ja les noves possibilitats de simulació aprofitant de les evolucions que presenten en l’actualitat les xarxes de sensors.
Si a nivell tècnic el projecte m’ha donat l’oportunitat d’ampliar els meus coneixements sobre les xarxes de sensors, la tecnologia MIMO i el llenguatge de programació en C, a nivell humà, l’administració personal d’un projecte i el participar en el dia a dia del funcionament d’un laboratori d’investigació n’han estat els fets més destacats. |
