Redução de sinalização e agendador de recursos periódicos para redes industriais M2M

Abstract

Devido à introdução de novas funcionalidades e aplicações M2M (Machine-to-Machine) na indústria, novos dispositivos precisarão ser conectados às redes de comunicação existentes, coexistindo com os atuais. As novas tecnologias de comunicação móvel, que ainda estão em processo de padronização, prometem cumprir com os requisitos de comunicação exigidos pelos sistemas de automação industrial. Portanto, esta tese tem como principal contribuição analisar a comunicação industrial M2M, sua viabilidade, implantação, características, limitações e se é adequada para os cenários, requisitos e exigências industriais. Além disso, também é realizado o desenvolvimento de um algoritmo de agendamento para dispositivos que necessitam de recursos periódicos de rede. Esse algoritmo tem o objetivo de reduzir a sinalização de rede, aumentar a capacidade de transmissão de dados, ou ainda, aumentar o número de dispositivos operantes na rede industrial. Os métodos propostos são validados usando uma estrutura de simulação LTE-A e métricas de rede tais como: atraso e jitter as quais são usadas para comparar o desempenho da abordagem proposta com os atuais agendadores de última geração. Os resultados mostram que a aplicação do agendador de recursos cíclicos e o esquema de redução de sinalização juntos podem melhorar a função de utilização do sistema bem como a satisfação dos usuários.

Due to the introduction of new M2M (Machine-to-Machine) functionalities and applications in the industry, new devices will need to be connected to existing communication networks, coexisting with current ones. The new mobile communication technologies, which are still in the standardization process, promise to comply with the communication requirements demanded by industrial automation systems. Therefore, this thesis has as its main contribution to analyze the M2M communication, its feasibility, implantation, characteristics, limitations and if it is adequate for the scenarios, requirements and industrial needs. In addition, it is also developed a scheduling algorithm for devices that use periodic network resources. This algorithm aims to reduce network signaling, increase data transmission capacity, or increase the number of devices operating in the industrial network. The proposed methods are validated using a LTE-A simulation framework and network metrics such as delay and jitter, which are used to compare the performance of the proposed approach with the current state-of-the-art schedulers. The results show that the application of the cyclic resource scheduler and the signaling reduction scheme together can improve the system’s utilization function as well as user satisfaction.