Redes de Sensores Sem Fio

Apresentação em tema: "Redes de Sensores Sem Fio"— Transcrição da apresentação:

1 Redes de Sensores Sem Fio
Disciplina 2º.semestre/2004 Aula 7 Redes de Sensores Sem Fio Linnyer Beatrys Ruiz Depto. Engenharia Elétrica UFMG

2 Arquitetura MANNA Linnyer Beatrys Ruiz
Gerenciamento de RSSF Arquitetura MANNA Linnyer Beatrys Ruiz

3 Atividades e Funções de Gerenciamento
Levantamento de Requisitos Planejamento Programação dos nós (config. Manual) Placement Deposição dos nós Área monitorada Tipo: Dimensões Fenômeno Definição dos Serviços Definição do número de nós Tipo de nós Organização da rede protocolos Determinista Aleatória Manual... Nodes Setup Network Bootup Operação Self-test (ex.: calibração) Self-configuration Descoberta de Localização Auto-organização Auto-configuração Negociação de Serviços Qos: sensing, processing, dissemination Self-service Self-optimization Sensoriamento Processamento Disseminação gerenciamento de energia: self-sustaining gerenciamento de área de cobertura gerenciamento de tarefas do nó Self-diagnosis Self-protection Self-healing Self-maintenance Self-Knowledge

4 Gerenciamento de Elemento de Rede
Função de estado operacional Função de estado administrativo Função de Comunicação Meio Vizinhos EB Ao elemento de rede são acrescentadas funções de gerenciamento

5 Construção de uma Aplicação de Gerenciamento Serviços de Gerenciamento
Serviço X Serviço Y MIB Função 1 Função 2 Função 3 Modelo # Modelo * Automáticos, semi-automáticos e manuais

6 Serviços de Gerenciamento (Self-management)
... Auto-organização Auto-configuração Auto-diagnóstico Auto-cura Auto-descoberta Auto-otimização Auto-serviço Auto-consciência Auto-conhecimento Auto-sustento Auto-manutenção ...

7 Funções de Gerenciamento
... Função de configuração de parâmetros Função de geração do mapa de topologia Função de cálculo da densidade Função de controle da densidade Função de definição da área de cobertura Automáticas, semi-automáticas e manuais

8 Mapa de área de cobertura
Modelo ou Mapas Mapa de energia Mapa de topologia  Higher Error Variance Lower  Mapa de conectividade Mapa de custo Mapa de área de cobertura

9 Desenvolvendo uma Solução de Gerenciamento
Aplicação que monitora a qualidade do ar utilizando 188 nós sensores (em média); Sensoriamento/disseminação contínuos; Utilizando parâmetros de nós reais; Selecionando serviços e funções de gerenciamento da lista proposta pela arquitetura. Objetivos: Avaliar o impacto da configuração sobre o desempenho da rede Avaliar o impacto do gerenciamento sobre a aplicação construída NOMS2004, WCSF2003

10 Cenários de Simulação RSSFs plana e hierárquica
# Organiza-ção Compo- sição Localização do Ponto de Acesso (PA) Gerencia-mento 1 Plana Homo Perímetro Sim 2 Não 3 Centro 4 5 Hierarq. 6 7 8 9 Hetero 10 RSSFs plana e hierárquica Hierárquica homogênea e heterogênea Com ponto de acesso localizado no perímetro ou no centro da rede 20% de redundância Gerenciamento centralizado

11 Cenários de Simulação Três tipos diferentes de configuração:
Número de clusters Número de nós/cluster Nós redundantes # Número de líderes Nós por grupo Nós backup Gerenciamento 10A 16 9 2 Sim 10B Não 10C 12 3 10D 10E 4 10F

12 Cenário Plana (A) (B) (C) Ponto de Acesso Ponto de Acesso

13 Cenários Hierárquicos Heterogêneos Simulados
Nós Comuns Nós Backups Ponto Acesso Gerente Cluster Head Coordenada Y 16 Cluster Heads 9 nós comuns por grupo Coordenada X

14 Cenários Hierárquicos Heterogêneos Simulados
Nós Comuns Nós Backups Ponto Acesso Gerente Cluster Head Coordenada Y 12 Cluster Heads 12 nós comuns por grupo Coordenada X

15 Cenários Hierárquicos Heterogêneos Simulados
Nós Comuns Nós Backups Ponto Acesso Gerente Cluster Head Coordenada Y 9 Cluster Heads 16 nós comuns por grupo Coordenada X

16 Parâmetros de Simulação
Valor Tipo dos Nós Mica-Motes Número de nós 176 em média Tamanho do Grupo nos cenários 5, 6, 7 e 8 16 grupos de 9 nós comuns Área Coberta 115mx95m Condições Ambientais Variações não são simuladas Energia Inicial Nó 1Joule Protocolo de Transporte UDP Protocolo de roteamento AODV Protocolo MAC IEEE Largura de Banda 100kbps Distribuição dos Nós Uniforme Alcance dos nós 15m Energia consumida TX 0.036J Energia consumida RX 0.0054J Energia cosumida no processamento J quando ativo J quando inativo J quando em “idle” Mobilidade dos nós Nenhuma Nós Redundantes 20% do total de nós

17 Agents Manager Common Node Received TRAPs Processing Aggregation
Sent TRAP Received SENSOR-REPORT Self-test Discover location State Management Sent TRAPs SENSING PROCESSING DISSEMINATION Received TRAPs Topology Map Energy Map Coverage Area Map Sent SET operation At network element level, there are some functions related to -deployment -self-test -discovery location -state management The common node executes this function and send TRAPS about your location and residual energy. The agent receives these TRAPS from all common nodes and processing. It executes aggregation and send the TRAPS to manager The manager receives this information, calculates the topology map and energy map. After this, the manager executes some management services defined as a case study. The management application receives some messages and builds automatically all needed WSN models.

18 Mapa de Topologia e Área de Cobertura
Sensing area 1 Sensing area 1 Node 3 Node 3 Node 1 Node 4 Node 2 Node 1 Node 4 Node 2 The main management services executed are: The coverage area maintenance service which can reduce system overall consumption, therefore increasing system lifetime, by turning off some redundant nodes in dense networks. This service preserves the sensing coverage with minimum sensing hole and maintain the system reliability. To execute this service, the manager executes the algorithms which identifies sensing intersection areas Node 5 Node 5 Sensing area 5

19 Principais Serviços de Gerenciamento
Coverage area maintenance management service … The main management services executed are: The coverage area maintenance service which can reduce system overall consumption, therefore increasing system lifetime, by turning off some redundant nodes in dense networks. This service preserves the sensing coverage with minimum sensing hole and maintain the system reliability. To execute this service, the manager executes the algorithms which identifies sensing intersection areas Coverage Area Map Topology Map

20 Principais Serviços de Gerenciamento
Quando o gerente identifica uma área descoberta ou prevê que isso vai ocorrer, ele reativa backup. When the manager identifies some uncover area, it tries to turn on a backup node. If not possible, it sends a QoS Notification to the observer. Coverage Area Map

21 Principais Serviços de Gerenciamento
2. Configuração dos parâmetros de operação O gerenciamento reduz a potência de transmissão do cluster-head de acordo com a distância da estação base The management application uses the topology map and adjust the transmission power (communication range) of the cluster-heads. The nearest cluster-heads from BS will have a reduce range, saving energy. The management applications uses the production map to manage the quality of service. If the manager detects a production problem, it sends a QoS Notification to the observer. Ponto de Acesso

22 Mapa de Produção 16 CH/9comuns Cenário 4 em T = 31 s Produzindo em A1
Não Produzindo Coordenada X

23 Trade off Lifetime (power) Rapidity (latency -1) Quality (coverage)
We evaluate the trade off among lifetime, latency and quality considering differente organizations, different configurations in terms of the number of cluster, number of common nodes per clusters. Rapidity (latency -1) Quality (coverage)

24 Resultados dos Experimentos Atraso Médio
Produção

25 Resultados dos Experimentos Mensagens Perdidas
Efeito AODV

26 Resultados dos Experimentos Consumo de Energia
16grupos - 9nós comuns Outros experimentos para RSSFs organizadas em 12 grupos de 12 nós comuns e 9 grupos de 16 nós comuns.

27 Resultados dos Experimentos com RSSF Hierárquicas Heterogêneas: Atraso Médio
16 grupos/9nós 12 grupos/12nós 9 grupos/16nós

28 Resultados dos Experimentos com RSSF Hierárquicas Heterogêneas: Mensagens Perdidas
16 grupos/9nós 12 grupos/12nós 9 grupos/16nós

29 Resultados dos Experimentos com RSSF Hierárquicas Heterogêneas: Energia Consumida
16 grupos/9nós 12 grupos/12nós 9 grupos/16nós

30 H.HET.SG H.HET.SG H.HET.SG

31

32 PA

33 Arquitetura MANNA MANNA prevê dois tipos de estratégias de gerenciamento: Estratégia Centralizada Estratégia Não Centralizada RSSF Auto-gerenciada auto-configuração, auto-organização, dentre outros G A G

34 Serviço de Auto-organização de RSSFs
Mudanças estruturais em sua organização sem intervenção humana Localizado Baseado em políticas Cooperação entre líderes para formação dos grupos Uma RSSF auto-organizada possui habilidade para realizar mudanças estruturais em sua organização sem intervenção humana Serviço de auto-organização não centralizado e baseado em políticas, desenvolvido para que líderes cooperem entre si formando os grupos da RSSF

35 Serviço de Manutenção da Área de Cobertura
RSSF densa  identifica nós redundantes  os retira de serviço temporariamente RSSF esparsa  identifica áreas sem cobertura  tenta ativar nós redundantes X

36 Serviço de Manutenção da Área de Cobertura
Identificação de nós redundantes: Algoritmo de Voronoi Calcula a Área de Voronoi (AV) para cada elemento ni de um dado conjunto de nós C = {n1, …,nm} O algoritmo de voronoi identifica a área de voronoi de cada nó. Esta área significa todos os pontos dentro Complexidade = n Log n

37 Coverage Maintenance Management Service
Topology Map Generation Function Scheduling Nodes Function Density Control Function Topology MAP Voronoi Diagram Energy Map Coverage Area Map

38 Definição das Políticas
P1: Nós com maior capacidade de hardware serão líderes 1 LÍDER 9 8 7 2 G1 G2 LÍDER 10 3 6 11 5 4

39 Definição das Políticas
P2: Nós comuns enviam ML para líderes dentro de seu alcance 1 9 8 7 2 G1 G2 10 3 6 5 11 4 ML: coordenada X, coordenada Y, Identificador

40 Definição das Políticas
P3: Líderes formam grupos iniciais, executam Voronoi e trocam MG entre si 1 Ativos: 1, 2, 3, 4, 6, 7 Redundantes: 5 9 8 7 2 G1 G2 10 3 6 5 11 4 Ativos: 6, 8, 9, 10, 11 Redundantes: 5, 7 MG: Lista ativos, Lista redundantes, Identificador, Coordenadas X e Y

41 Definição das Políticas
P3: Identificação dos conflitos 1 Conflito Ativo x Redundante 9 8 7 2 G1 G2 10 3 6 Conflito Ativo x Ativo 5 11 4 Conflito Redundante x Redundante

42 Definição das Políticas
P3: Resolução dos conflitos e envio de mensagens MN M3: Lista de nós solicitados 1 9 8 7 2 G1 G2 10 3 6 11 4 5 Perde: 7 Ganha: 5 e 6 Perde: 5 e 6 Ganha: 7

43 Definição das Políticas
P3 e P4: envio de mensagens MP e MD 1 9 8 7 2 G1 G2 10 3 6 11 4 5

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