Industrial Internet of Things (IIoT) networks must meet strict reliability, latency, and low energy consumption requirements. However, traditional low-power wireless protocols are ineffective in finding a sweet spot for balancing these performance metrics. Recently, network flooding protocols based on Synchronous Transmissions (STX) have been proposed for better performance in reliability-critical IIoT, where simultaneous transmissions are possible without packet collisions. STX-based protocols can offer a competitive edge over routing-based protocols, particularly in dependability. However, they notably suffer from the beating effect, a physical layer phenomenon that results in sinusoidal interference across a packet and, consequently, packet loss. Thus, we introduce STX-Vote, an error correction scheme that can handle errors caused by beating effects. Importantly, we utilize transmission redundancy already inherent within STX protocols so do not incur additional on-air overhead. Through simulation, we demonstrate STX-Vote can provide a 40% increase in reliability. We subsequently implement STX-Vote on nRF52840-DK devices and perform extensive experiments. The results confirm that STX-Vote improves reliability by 25-28% for BLE 5 PHYs and 8% for IEEE 802.15.4; thus, it can complement existing error correction schemes.


翻译:工业物联网网络必须满足严格的可靠性、低延迟和低能耗需求。然而,传统低功耗无线协议难以在平衡这些性能指标时找到最优折中点。近年来,基于同步传输的网络泛洪协议被提出以在可靠性关键的工业物联网中实现更优性能,该协议支持同时传输且不会发生数据包碰撞。基于同步传输的协议在可靠性方面相比基于路由的协议具有竞争优势,但其显著受限于“拍频效应”——一种物理层现象,会导致数据包内产生正弦波干扰,从而引发丢包。为此,我们提出STX-Vote这一纠错方案,能够处理由拍频效应引起的错误。重要的是,我们利用了同步传输协议中固有的传输冗余,因此不会增加额外的空中开销。通过仿真,我们证明STX-Vote可将可靠性提升40%。随后,我们在nRF52840-DK设备上实现STX-Vote并开展大量实验。结果表明,对于BLE 5物理层,STX-Vote可将可靠性提升25-28%,对于IEEE 802.15.4则可提升8%;因此,该方案可作为现有纠错方案的补充。

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