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HAR: Hierarchy-Based Anycast Routing Protocol for Wireless Sensor Networks (Niwat Thepvilojanapong, Yoshito Tobe, Kaoru Sezaki) Prof. Dr. Célio V. N.

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1 HAR: Hierarchy-Based Anycast Routing Protocol for Wireless Sensor Networks (Niwat Thepvilojanapong, Yoshito Tobe, Kaoru Sezaki) Prof. Dr. Célio V. N. Albuquerque Etienne César R. de Oliveira Mestrando em Computação Abril de 2005

2 Agenda Introdução Modelo de Rede Proposto
HAR: Hierarchy-Based Anycast Routing Avaliação de Performance Conclusão

3 Introdução Avanços Tecnológicos Aplicações Limitações
MEMS-based (Micro-Electro-Mechanical Systems) Low-Power RF Desenho de novos de Sistemas Operacionais Aplicações Monitoramento de ambientes Sistemas de rastreamento Detecção de Falhas Detecção de Intrusos Limitações Poder Computacional Área de Armazenamento Banda de Transmissão Gerenciamento de Energia

4 Introdução Rede de Sensores Proposta do HAR
Monitoramento de tarefas específicas Envio de dados coletados de forma periódica ou espontânea Reconstrução de rotas em caso de falhas individuais ou coletivas de sensores Proposta do HAR Simplicidade Escalabilidade Robustez

5 Agenda Introdução Modelo de Rede Proposto
HAR: Hierarchy-Based Anycast Routing Avaliação de Performance Conclusão

6 Modelo de Rede Proposto
Estações Base Quantidade reduzida Recursos “ilimitados” Sensores Quantidade significativa Recursos limitados Antenas omni-direcionais Transmissão por RF Fixos Anycast Protocolo Multipoint-to-point N → conjunto de sensores BS → conjunto de estações base (s, d), s Є {N} e d Є {BS}

7 Agenda Introdução Modelo de Rede Proposto
HAR: Hierarchy-Based Anycast Routing Avaliação de Performance Conclusão

8 HAR: Hierarchy-Based Anycast Routing
Utilização de árvores hierárquicas Raiz – estação base Nós internos / Folhas – sensores Formato do pacote Type IDsrc IDdst IDgrp Sequence Length Data

9 Árvores Hierárquicas – Inserção de Nós
1) Construção da Árvore Hieráquica CACP CREQ Área de Alcance CREQ CREP Área de Alcance BS envia CREQ Sensor recebe CREQ Sensor cria a PC S6 Sensor aguarda Tcreq Sensor envia CREP Sensor aguarda Tcacp S1 BS envia CACP Sensor inserido 2) Sensor envia CREQ S5 BS S7 S2 S4 S3

10 Árvores Hierárquicas – Inserção de Nós
Recebimento de CREQs (child request) Construção da PC (parental candidate) Seleção do nó pai Menor crq_time (tempo de recebimento do CREQ pelo nó pai) Menor joined_time (tempo de recebimento de um pacote CACP pelo nó pai) Envio de CREP (child reply) para o nó pai eleito Aguarda CACP (child acceptance) Time-out (tempo de espera > Tcapt) Retransmissão do CREQ (até 2 vezes) Seleciona outro nó pai Nó filho inserido Envio de CREQ

11 Árvores Hierárquicas – Inserção de Nós
DATA Árvores Hierárquicas – Inserção de Nós CREQ 1) Rede em funcionamento DATA Sensores S1 e S2 enviando pacotes CREQ CACP 2) Novo sensor ligado Sensor envia PREQ PREQ CREP CREQ Área de Alcance Sensor aguarda Tcreq Sensor recebe CREQ S1 Sensor cria a PC Sensor envia CREP para S5 S6 Sensor aguarda Tcacp S5 envia CACP para sensor Sensor inserido S2 3) Sensor envia CREQ S5 S5 S5 S6 S7 S3 S4

12 Árvores Hierárquicas – Inserção de Nós
Envio de PREQs (parent request) em broadcast Recebimento de CREQ enviados em unicast Construção da PC (parental candidate) Seleção do nó pai Menor crq_time (tempo de recebimento do CREQ pelo nó pai) Menor joined_time (tempo de recebimento de um pacote CACP pelo nó pai) Envio de CREP (child reply) para o nó pai eleito Aguarda CACP (child acceptance) Time-out (tempo de espera > Tcapt) Nó filho inserido Sem resposta Aguarda pacote CREQ Envio periódíco de PREQ

13 Tratamento de Falhas On-demand Acknowledgement do protocolo MAC
Seleção de candidatos a partir da tabela PC Envio de CREQ Recebimento de CACP Tabela PC vazia ou sem resposta ao CREQ Envio de PREQ Prevenção de loop (descarte pelos nós filhos e netos) Recebimento de CREQ Envio CREP Tabela PC vazia e sem resposta ao CREQ e ao PREQ Envio de PQRY aos filhos Resposta de PREP Selecão aleatória de um candidado a nó pai Envio de REV em unicast Filho seleciona um novo nó pai Filhos sem candidatos ou sem resposta PREP Envio de REV a um nó de forma aleatória

14 Roteamento Anycast e Mudança de Estados
Envio de um pacote para um receptor dentro de um grupo Mudança de Estados

15 Agenda Introdução Modelo de Rede Proposto
HAR: Hierarchy-Based Anycast Routing Avaliação de Performance Conclusão

16 Avaliação de Performance
Metodologia 50, 70 e 100 sensores fixos Área de 250 m2 Capacidade de TX/RX de bps Tráfego CBR associado ao UDP: 128 bps (0,25 pps) 256 bps (0,5 pps) 512 bps (1 pps) 1024 bps (2 pps) Tcreq=0,1s e Tcapt=0,3s

17 Avaliação de Performance
Taxa de Envio de Pacotes (PDR)

18 Avaliação de Performance
Latência Média

19 Avaliação de Performance
Quantidade de Saltos

20 Agenda Introdução Modelo de Rede Proposto
HAR: Hierarchy-Based Anycast Routing Avaliação de Performance Conclusão

21 Conclusão Performance superior Consumo de energia Confiabilidade
Taxa de Envio de Pacotes (PDR) Latência Média Quantidade de Saltos Escalabilidade Redes maiores Maior quantidade de sensores Maior área Redes dinâmicas Quantidade de estações base Consumo de energia Confiabilidade Implementação em um ambiente real

22 Conclusão Questões: Periodicidade de envio de CREQs pela BS
Determinação do Tcreq dos sensores


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