Implementation of a Mobile Ad Hoc Network Communication Protocol for Human-Robot Search and Rescue Teams

Abstract

Mobile devices have become ubiquitous in recent years. Advances in computing and communication capacityhave greatly widened theirscope of application.Ranging frommilitary scenarios, to environmental monitoring, vehicular networks or search and rescue operations, the ability to deploy a dynamic communication platform on demandis not far from becoming commonplace.The thesis proposes the CHOPIN routing protocolfor mobile ad-­‐hoc networks (MANET). The implementation is inspired by OLSR and was developed in response to the requirements of Human and robotic cooperation in search and rescue scenarios(Project CHOPIN). Current operational guidelines follow a centralized approach, where a Command Center (CC) coordinates activities on the field.Cooperative mapping (group communication), hazardous materials detection, victim localization and landmarks(communication towards the CC)are possible contributions from robotic agents, effectively reducing risk to human lives and allowing for distributed operation.Tests where performed for comparison between the proposed protocoland OLSR, with positive results.Through the use of a flooding optimization technique, MultiPointRelaying (MPR), OLSR operation results in less control overhead. On the other hand, CHOPIN maintains lesser state information,resulting in a lower memory footprint.In regard to some relevant metrics like convergence time,latency and throughput, the protocols behave onpar, with CHOPIN slightly on the lead

A utilização de equipamentos móveis generalizou-­‐se nos últimos anos. Os avanços nas capacidades de computação e comunicação aumentaram enormemente o espectro de aplicação destes dispositivos, que têm hoje os mais variados domínios de aplicação. Desde cenários militares, sempre uma força motriz de avanços científicos, passando por monitorização ambiental ou redes de viaturas, até cenários de emergência, a capacidade de constituir uma rede de forma dinâmica é cada vez mais uma exigência para a realização de trabalho de forma distribuída. O presente trabalho propõe o protocolo de encaminhamento CHOPIN para redes móveis ad-­‐hoc (MANET), uma implementação inspirada pelo protocolo OLSR e desenvolvido para dar resposta aos requisitos de cenários de cooperação de equipas humanas e de robôs em situações de emergência (Projecto CHOPIN). Neste contexto, protocolos actuais funcionam de forma centralizada, onde um Centro de Comando Operacional (CCO) coordena as operações no terreno. Actividades de mapeamento do cenário (comunicação de grupo), detecção de materiais perigosos, identificação de vítimas e pontos de interesse (comunicação para o CCO) são contributos possíveis dos agentes robóticos, reduzindo o perigo para os agentes humanos e adicionando uma vertente distribuída que pode ser extremamente útil na capacidade de resposta. Foram realizados testes em que foi comparado o protocolo desenvolvido com o OLSR, sendo os resultados positivos. Uma vez que o OLSR inclui uma técnica de optimização de difusão de mensagens, o MultiPoint Relaying (MPR), ausente para já do CHOPIN, aquele necessita de enviar menos mensagens. Em contrapartida, o CHOPIN armazena muito menos estado da rede, sendo extremamente leve relativamente às exigências de memória. No que diz respeito às métricas de desempenho mais importantes, como a velocidade de convergência da rede, latência e throughput, os protocolos apresentam resultados semelhantes, com ligeira vantagem para o CHOPIN.