Comunicação cooperativa : uma alternativa para a resiliência em redes ad hoc sem fio

Abstract

As redes ad hoc sem fio constituem uma alternativa de baixo custo e de fácil implementação para o suporte a ações temporárias ou emergenciais em locais onde uma infraestrutura de comunicação convencional encontra-se indisponível. Apesar da sua capacidade de se adaptar a alterações na topologia, manter ou mesmo reforçar a conectividade da rede torna-se fundamental para o sucesso de diversas aplicações, em particular as de resgate e salvamento. Diversos trabalhos abordam esta questão no intuito de prover mecanismos para mitigar eventuais falhas na topologia que possam inviabilizar a conectividade da rede. Esta tese demonstra que a Comunicação Cooperativa pode ser efetivamente utilizada para aumentar a conectividade das redes ad hoc sem fio. Em uma CC, os nós portadores de uma única antena se beneficiam da diversidade espacial de forma semelhante a um sistema Multiple-Input Multiple-Output. Esta técnica permite ampliar o raio de comunicação dos nós devido à sua característica de combater o desvanecimento de sinal e os enlaces cooperativos podem ser empregados para reforçar a conectividade da rede. Contudo, as soluções existentes são, em sua maioria, centralizadas e apresentam um alto custo computacional, o que as tornam inviáveis no contexto da recuperação de conectividade. Ao aplicar o conhecimento global da topologia, o melhor enlace cooperativo, entre componentes isolados da rede, tem um custo computacional de O(|V | 2 • Λ), onde |V | corresponde ao número de nós da rede e Λ equivale ao custo para selecionar os nós auxiliares em um enlace cooperativo. Esta tese propõe duas soluções distribuídas que aplicam conhecimento localizado da topologia e permitem aumentar a conectividade da rede com objetivo de reforçar a conectividade por meio da utilização de enlaces cooperativos. As articulações, também conhecidas como nós críticos ou vértices de corte, são utilizadas para identificar possíveis pontos de segmentação da rede. A primeira solução requer O(∆(G) 2 • Λ) unidades de tempo para determinar, a partir das articulações, o melhor enlace cooperativo localizado a dois saltos, onde ∆(G) representa o grau da rede. Na segunda solução, os vizinhos das articulações computam o enlace cooperativo de reserva com um custo total de O(∆(G) • Λ). Em caso de segmentação da rede, estas soluções permitem que enlaces cooperativos sejam ativados para reestabelecer a conectividade. Da mesma forma, os enlaces cooperativos podem ser exploradas para manter a biconectivividade da rede e permitir o balanceamento de carga. Esta tese também apresenta uma alternativa distribuída para a localização de articulações. Comparado com soluções existentes, a alternativa proposta utiliza um volume de mensagens significativamente inferior. Uma abordagem incremental, e diferente das existentes na literatura, é utilizada para determinar as pontes e os componentes biconectados.