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UNIVERSIDADE FEDERAL FLUMINENSE INSTITUTO DE COMPUTAÇÃO HAR: Hierarchy-Based Anycast Routing Protocol for Wireless Sensor Networks (Niwat Thepvilojanapong,

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1 UNIVERSIDADE FEDERAL FLUMINENSE INSTITUTO DE COMPUTAÇÃO 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 UNIVERSIDADE FEDERAL FLUMINENSE INSTITUTO DE COMPUTAÇÃO Agenda Introdução Modelo de Rede Proposto HAR: Hierarchy-Based Anycast Routing Avaliação de Performance Conclusão

3 UNIVERSIDADE FEDERAL FLUMINENSE INSTITUTO DE COMPUTAÇÃO Introdução Avanços Tecnológicos 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 UNIVERSIDADE FEDERAL FLUMINENSE INSTITUTO DE COMPUTAÇÃO Introdução Rede de Sensores 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 UNIVERSIDADE FEDERAL FLUMINENSE INSTITUTO DE COMPUTAÇÃO Agenda Introdução Modelo de Rede Proposto HAR: Hierarchy-Based Anycast Routing Avaliação de Performance Conclusão

6 UNIVERSIDADE FEDERAL FLUMINENSE INSTITUTO DE COMPUTAÇÃO 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 UNIVERSIDADE FEDERAL FLUMINENSE INSTITUTO DE COMPUTAÇÃO Agenda Introdução Modelo de Rede Proposto HAR: Hierarchy-Based Anycast Routing Avaliação de Performance Conclusão

8 UNIVERSIDADE FEDERAL FLUMINENSE INSTITUTO DE COMPUTAÇÃO HAR: Hierarchy-Based Anycast Routing Utilização de árvores hierárquicas Raiz – estação base Nós internos / Folhas – sensores Formato do pacote Type ID src ID dst ID grp Sequence Length Data

9 UNIVERSIDADE FEDERAL FLUMINENSE INSTITUTO DE COMPUTAÇÃO Árvores Hierárquicas – Inserção de Nós 1) Construção da Árvore Hieráquica CREQ Área de Alcance BS envia CREQ Sensor cria a PC BS Sensor aguarda T creq Sensor envia CREP CREP Sensor aguarda T cacp BS envia CACP CACP Sensor inserido 2) Sensor envia CREQ CREQ Área de Alcance S1S1 S2S2 S3S3 S4S4 S5S5 S6S6 S7S7 Sensor recebe CREQ

10 UNIVERSIDADE FEDERAL FLUMINENSE INSTITUTO DE COMPUTAÇÃO 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 > T capt ) Retransmissão do CREQ (até 2 vezes) Seleciona outro nó pai Nó filho inserido Envio de CREQ

11 UNIVERSIDADE FEDERAL FLUMINENSE INSTITUTO DE COMPUTAÇÃO Árvores Hierárquicas – Inserção de Nós 1) Rede em funcionamento DATA Sensores S 1 e S 2 enviando pacotes 2) Novo sensor ligado Sensor envia PREQ Sensor aguarda T creq DATA CREQ Sensor recebe CREQ Sensor cria a PC Sensor envia CREP para S 5 Sensor aguarda T cacp Sensor inserido 3) Sensor envia CREQ Área de Alcance PREQ CACP CREQ S5S6S5S6 S6S6 S4S4 S3S3 S2S2 S1S1 S5S5 S 5 envia CACP para sensor S7S7 CREP S5S5

12 UNIVERSIDADE FEDERAL FLUMINENSE INSTITUTO DE COMPUTAÇÃO 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 > T capt ) Nó filho inserido Sem resposta Aguarda pacote CREQ Envio periódíco de PREQ

13 UNIVERSIDADE FEDERAL FLUMINENSE INSTITUTO DE COMPUTAÇÃO 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 Recebimento de CACP 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 UNIVERSIDADE FEDERAL FLUMINENSE INSTITUTO DE COMPUTAÇÃO Roteamento Anycast e Mudança de Estados Anycast Envio de um pacote para um receptor dentro de um grupo Mudança de Estados

15 UNIVERSIDADE FEDERAL FLUMINENSE INSTITUTO DE COMPUTAÇÃO Agenda Introdução Modelo de Rede Proposto HAR: Hierarchy-Based Anycast Routing Avaliação de Performance Conclusão

16 UNIVERSIDADE FEDERAL FLUMINENSE INSTITUTO DE COMPUTAÇÃO Avaliação de Performance Metodologia 50, 70 e 100 sensores fixos Área de 250 m 2 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) T creq =0,1s e T capt =0,3s

17 UNIVERSIDADE FEDERAL FLUMINENSE INSTITUTO DE COMPUTAÇÃO Avaliação de Performance Taxa de Envio de Pacotes (PDR)

18 UNIVERSIDADE FEDERAL FLUMINENSE INSTITUTO DE COMPUTAÇÃO Avaliação de Performance Latência Média

19 UNIVERSIDADE FEDERAL FLUMINENSE INSTITUTO DE COMPUTAÇÃO Avaliação de Performance Quantidade de Saltos

20 UNIVERSIDADE FEDERAL FLUMINENSE INSTITUTO DE COMPUTAÇÃO Agenda Introdução Modelo de Rede Proposto HAR: Hierarchy-Based Anycast Routing Avaliação de Performance Conclusão

21 UNIVERSIDADE FEDERAL FLUMINENSE INSTITUTO DE COMPUTAÇÃO Conclusão Performance superior 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 UNIVERSIDADE FEDERAL FLUMINENSE INSTITUTO DE COMPUTAÇÃO Conclusão Questões: Periodicidade de envio de CREQs pela BS Determinação do T creq dos sensores


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