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The autonomy of a communication device, together with its form of operation, is related to its energy consumption. In ad hoc and sensor wireless networks we seek that the device can operate with high efficiency and with minimum human interference as possible during its operation. In this paper, a study was carried out on the energy expended to perform the communication at one hopE1hop (energy consumption per bit for one-hop successful transmission) employing slotted Aloha medium access control protocol in order to provide, at the physical and link layer level, the optimization of the transmission power (Pt) as a function of packet length (Nb) and data transmission rate (R). Our results indicate that there are possible optimum values of operations for Pt as a function of Nb and R which result in reduced energy consumption for such networks. Resumo. O aumento da autonomia de um dispositivo de comunicação, aliado à sua forma de operação, está relacionado com seu consumo de energia. Em redes ad hoc e de sensores sem fio deseja-se que o dispositivo possa operar com a melhor eficiência possı́vel e com o mı́nimo de interferência humana durante seu funcionamento. Neste artigo, um estudo foi realizado sobre a energia gasta para realização da comunicação em um salto E1hop (energia consumida por bit para transmissão com sucesso em um salto) empregando slotted Aloha como protocolo de acesso ao meio a fim de proporcionar, na camada fı́sica e de enlace, a otimização da potência de transmissão (Pt) em função do número de bits do pacote (Nb) e da taxa de transmissão de dados (R). Nossos resultados indicam que é possı́vel se obter valores ótimos de Pt em função de Nb e R que resultam em reduzido consumo de energia nestas redes. 1. Introdução A causa predominante do consumo de energia em redes sem fio ad hoc e também de sensores está relacionada à comunicação. Esse consumo de energia, contudo, é em geral diretamente relacionado a diversos parâmetros das camadas fı́sica e de enlace. Por outro lado, deseja-se que os dispositivos destas redes consigam se autoajustar às diversas condições de operações de forma a resultar no melhor desempenho dentre as diversas métricas de funcionamento. Em redes ad hoc e de sensores que operam com bateria, o consumo de energia é uma das principais medidas de desempenho, pois está diretamente ligada à duração (ou longevidade) de operação dos dispositivos que a compõem [Gupta e Shekokar 2016], [Mobin et al. 2017]. Em [Gupta e Shekokar 2016] um novo modelo é proposto a fim de promover o tempo de vida de um nó sensor por otimização do tamanho do pacote, de modo que não haja perdas. Considerando que o consumo de energia é diretamente proporcional ao tamanho do pacote e a distância entre os vários nós participantes na comunicação, os autores propuseram um algoritmo que consiste de quatro fases. Nesse contexto, o tempo de vida da rede é usado como um parâmetro para analisar e mostrar que a rede pode ser energeticamente eficiente. Porém, esse trabalho focou apenas no tamanho do pacote. Para [Abdulhadi et al. 2013] a eficiência energética é usada como uma métrica de otimização cujo problema é formulado como não linear, ou seja, cuja definição consiste em um sistema de equações e desigualdades, coletivamente denominadas restrições, por meio de um conjunto desconhecido de variáveis reais que, juntamente a uma função objetivo, podem ser maximizadas ou minimizadas. Em seu trabalho o autor formula a eficiência energética e o problema da otimização do pacote, buscando um tamanho de pacote ótimo que maximiza a eficiência energética em redes ad hoc sem fio de comunicação cooperativa. Novamente o foco do estudo foi o tamanho do pacote. Diante do estudo desenvolvido por [Akbas et al. 2016], mostrou-se que há um tamanho de pacote ótimo para cada cenário especificado onde o tempo de vida da rede é maior. No entanto, este resultado é observado apenas se o nı́vel de sensibilidade do receptor é baixo a ponto de permitir que transceptores sejam capazes de operar em uma parcela significativa da região de transição tal como especificado em [Zuniga e Krishnamachari 2004]. O principal objetivo do trabalho foi caracterizar o impacto do tamanho do pacote e dos nı́veis da potência de transmissão no que diz repeito ao tempo de vida da rede. Assim, motivados pela necessidade de explorar novas abordagens que considerem não apenas o tamanho do pacote, mas também outros importantes parâmetros como a taxa de transmissão e a potência de transmissão, que podem ser automaticamente ajustáveis pelos próprios dispositivos, o presente trabalho busca analisar o consumo de energia para a realização da comunicação a um salto em função desses parâmetros, considerando também o protocolo de acesso ao meio. Aqui, para simplificar a análise, todos os nós estão ao alcance dos demais, não sendo portanto considerado o efeito do terminal oculto, caracterizando assim uma rede de um único salto. Este trabalho está dividido conforme descrito a seguir. A Seção 2 aborda os trabalhos relacionados. A Seção 3 revisita a formulação de [Zhang e Gorce 2008] e em seguida a ampliamos para incluir o efeito do protocolo de comunicação Aloha e agora com foco no consumo de energia em função da taxa de transmissão de dados (R), do tamanho do pacote (Nb) para uma potência ótima de transmissão. Os resultados e discussão são apresentados na Seção 4 e a Seção 5 conclui o artigo. 2. Trabalhos Relacionados Tendo em vista que geralmente a distribuição dos nós em redes ad hoc e de sensores são nos mais variados ambientes e que lá permanecerão por tempo indeterminado, sem que ocorra recarga de suas baterias, é de fundamental importância que possuam um consumo de energia mı́nimo a fim de que se conservem ativos pelo máximo de tempo possı́vel. Uma vez que esses nós sejam utilizados, por exemplo, para aplicações de monitoramento e sensoriamento, é primordial a realização de estudos do consumo de energia de cada um dos componentes dessa rede [Rana e Zaveri 2011], [Stankovic e He 2012], [Ye et al. 2002], [Feeney e Nilsson 2001]. Por se tratar de redes que apresentam seu desempenho relacionado com o consumo de energia, contenção e colisão de pacotes, o tema abordado neste trabalho vem sendo amplamente discutido. Em [Tang et al. 2017] um estudo é desenvolvido com base em métodos de redução do consumo de energia de protocolos de roteamento geográficos. Esses tipos de protocolo roteiam um pacote salto-a-salto até que se chegue ao destino. Neste contexto, o nó transmissor precisa obter a informação de sua posição geográfica, da posição de seus vizinhos de um salto e do nó receptor. Destaca, ainda, o consumo de energia na transmissão de um pacote de dados, a um salto, do nó transmissor para o nó receptor, incluindo as retransmissões. Contudo, o trabalho não considera a taxa de erro de bit (BER, do inglês Bit Error Rate) e nem a energia gasta para enviar um bit com sucesso. Também não faz análises referentes ao tamanho do pacote de dados e nem à taxa de transmissão. [Ito et al. 2016], por sua vez, desenvolve um protocolo para redes ad hoc utilizando BLE (do inglês Bluetooth Low Energy) e realiza seu experimento considerando a latência medida em um salto. Porém, também não é verificado em suas análises um estudo sobre a taxa de erro de bit, sobre a energia gasta para a realização da transmissão de um pacote de bits a um salto e nem sobre o efeito do tamanho do pacote nessa transmissão. Um algoritmo genético é utilizado em [Shehab et al. 2017] para maximizar a vazão e minimizar o consumo de energia em redes, cujo os nós de um mesmo cluster estão a um único salto um do outro. Considera como parâmetros a distância média entre os nós e o consumo esperado de energia. No entanto, não é feito um estudo sobre a influência de protocolos, a nı́vel de camada de enlace, que certifiquem a probabilidade de um dado nó transmitir com sucesso considerando o número de retransmissões necessárias em decorrência das eventuais colisões. Em [Sadiq et al. 2017] é feito um estudo na qual a camada de rede utiliza as informações da camada fı́sica e da camada de enlace a fim de encontrar um caminho para o envio de dados que promova uma comunicação energeticamente eficiente. Foram considerados parâmetros como o número de nós, a distância entre os nós, a taxa de erro de bit, o consumo de energia de cada nó, a potência de transmissão, dentre outros. É empregada uma análise em termos da taxa de transmissão de dados e do consumo de energia por bit. No entanto, não se faz um estudo detalhado em termos do tamanho do pacote, bem como da energia gasta para a realização em cada salto. Um esquema de otimização adaptativa do consumo dinâmico de energia foi proposto por [Liu et al. 2015]. Nesse contexto, a otimização do consumo de energia é feito em função do BER, da distância de referência em transmissão de sinais sem fio, do número de nós em um cluster, dos pacotes codificados na rede e do consumo de energia para enviar ou receber um bit. Por outro lado, não é explorada a probabilidade de sucesso na entrega do dado, não faz uso de nenhum protocolo de camada de enlace e nem verifica a influência da taxa de transmissão no consumo de energia da rede. [Goratti et al. 2014], em seu artigo, faz uso do protocolo slotted Aloha a fim de obter um sistema livre de colisão, uma vez que nesse tipo de protocolo, um nó transmite por vez. Em sua abordagem, considera o consumo de energia e toma como parâmetros a potência e a taxa de transmissão. No entanto, não considera parâmetros como o tamanho do pacote e a taxa de erro de bit. [Li et al. 2015], por sua vez, faz uso do protocolo slotted Aloha como objeto de comparação em redes de sensores. Faz análises do consumo de energia apenas baseadas na densidade da rede e não considera a influência de parâmetros como a taxa de transmissão e o tamanho do pacote. Em [Gao 2002], [Gorce et al. 2007] e [Zhang e Gorce 2008] foi desenvolvido um robusto modelo de consumo de energia para redes ad hoc e de sensore

Consumo de Energia em Função da Taxa de Transmissão e do Tamanho do Pacote em Redes Ad Hoc Aloha de um Salto