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PublicouHeitor Monterroso Alterado mais de 9 anos atrás
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Energy-Efficient Communication Protocol for Wireless Microsensor Networks (LEACH) Wendi Heinzelman, Anantha Chandraskasan e Hari Balakrishnan Massachucets Institute of Technology Apresentado por: Sávio Cavalcanti
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Sumário Objetivo Introdução Modelo do Rádio Análise de protocolos LEACH Conclusão Comentários
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Objetivo do Artigo Protocolo de Comunicação Redes de Sensores; Micro-sensores. Analisar protocolos existentes Eficiente em energia; Impacto dissipação de energia; e Tempo de vida do sistema. Propor protocolo adequado
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Introdução Tecnologia baseada MEMS: Micro-sensores: Mais baratos; Maior quantidade: Qualidade de sensoriamento; e Tolerância à falhas. Necessidades: Projetos de Protocolos; Melhor consumo de energia; e Melhor utilização da banda passante.
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Modelo de Rádio Transmissão de uma mensagem com k bits a uma distância d: E Tx (k,d) = E Tx-elec (k) + E Tx-amp (k,d) = E elec * k + Є amp * k * d 2 Recepção desta mesma mensagem: E Rx (k) = E Rx-elec (k) = E elec * k E Tx-elec = Energia dissipada/bit no Transmissor E Rx-elec = Energia dissipada/bit no Receptor Є amp = Energia dissipada/bit para amplificar
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Pressuposições Estação base é fixa e está longe dos nós; Os nós são limitados em energia e homogêneos; Todos os nós conseguem se comunicar com a estação base em um salto; e Nós podem se comunicar entre si e com a estação base.
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Análise de protocolos Comunicação direta com a base Sensor manda diretamente para a base; Base distante: Grande perda de energia para transmitir; Morte rápida; e Tempo de vida do sistema curto. Base próxima: Apenas uma recepção; e Boa solução (possivelmente ótima)
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Análise de protocolos (2) Comunicação Múltiplos Saltos “Minimum Energy” routing protocol (MTE); Comunicação com a base através de nós intermediários; Roteadores; e n recepções e n transmissões. Pode ser mais oneroso que comunicação direta.
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Análise de protocolos (3) Supondo esta rede linear; a energia gasta para transmitir uma mensagem de k bits a uma distância de nr da estação base é de: Comunicação direta: E Direta = E Tx (k,d = (n * r)) = = k ( E elec + Є amp n 2 r 2 ) MTE: E MTE = n * E Tx (k,d = r) + (n-1) * E Rx-elec (k) = = k ((2n-1) E elec + Є amp nr 2 ) E direta < E MTE Desta forma, a comunicação direta gasta menos energia se: E elec +* Є amp n 2 r 2 < (2n-1) E elec + Є amp nr 2 E elec Є amp 2 > r 2 n
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Resultado da simulação 100 nós; Pacotes de 2000 bits; Nó considerado morto: quantidade de energia ultrapassou um determinado limite mínimo MTE Nós começam a morrer mais cedo Direta Tempo de vida do sistema é menor
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Resultado da Simulação Comunicação Direta MTE Após 180 rodadas; 100 nós; Mensagens com 2000 bits; e Nós vivos = círculos e Nós Mortos = pontos. Morte dos nós mais distantes da Base Morte dos nós mais próximos da Base
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Análise de protocolos (3) Ambos possuem vantagens e desvantagens; Protocolo mais eficiente: Depende da arquitetura de rede; e Dos parâmetros de rádio do sistema.
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Análise de protocolos (4) Protocolo de grupo (clustering) como solução; Nós organizados em grupos: Um líder por grupo (estação base local); Nós do grupo conversam apenas com o líder; e Somente o líder do grupo conversa com estação base. Reduz consideravelmente o gasto de energia; e Problema: Nó líder é fixo.
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LEACH – Low-Energy Adaptive Clustering Hierarchy Protocolo de grupo (clustering protocol): Auto-Organizável; Trabalha com “rodadas”; Distribui o consumo de energia aleatoriamente. Mestre do grupo não é fixo: Eleição; Nós se comunicam com o mestre do grupo (cluster head); Nó mestre do grupo se comunica com a base fixa. Nós organizam os grupos: Grupos dinâmicos.
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LEACH (2) Tempo t 1 C nós se elegem Mestre de Grupo. Tempo t 1 + d Novo grupo C’ de nós se elegem Mestre de Grupo.
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LEACH (3) Número ótimo de mestres de grupo Varia de acordo com topologia; Custo de computação x comunicação; e Percentual da quantidade de nós da rede. 5% dos nós
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LEACH - Detalhamento Quatro fases: Anúncio; Criação do grupo; Criação do escalonamento; e Transmissão dos dados. Fase Transiente Fase Estacionária
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LEACH – Detalhamento (2) Anúncio Eleição do Mestre (Cluster Head); Decisão de cada nó; Escolhe um número aleatório (x) entre 0 e 1; Se x Nó Mestre do Grupo. T(n) = P 1 – P * (r mod 1/P), se n Є G 0, caso contrário Percentual desejado de Mestres de Grupo Rodada corrente Grupo de Nós que não foram Mestre de Grupo nas 1/P rodadas.
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LEACH – Detalhamento (3) Anúncio Cada nó eleito Mestre de Grupo: Envia esta informação a todos os nós não eleitos Nó não eleito: Mantém seus receptores ligados; Ao receber o anúncio dos líderes definem qual grupo vão participar; Potência do sinal recebido. Término da fase.
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LEACH – Detalhamento (4) Fase de Criação do Grupo: Cada nó não eleito Mestre de Grupo: Envia informação a Mestre de Grupo escohido sobre sua participação no seu grupo. Fase de Criação do Escalonamento: Mestre do Grupo: Recebe informação dos participantes do seu grupo; e Cria escalonamento de comunicação entre os participantes - TDMA.
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LEACH – Detalhamento (5) Fase de Transmissão dos Dados: Nós mestres recebem os dados de todos os participantes do grupo; Comprimem os dados; e Encaminham à Estação Base. Grupos Hierárquicos.
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Simulação - Resultados Matlab Total de Mestre de Grupo = 5% do total de nós Total de energia dissipadaTempo de vida do sistema
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Conclusão Mais eficiente em consumo de energia global; Totalmente distribuído; Sem necessidade de um controle centralizado. Redução do consumo: Entre 7x e 8x se comparado com Comunicação Direta. Entre 4x e 8x se comparado com MTE. Mais que o dobro do tempo de vida do sistema Comparado com outros protocolos
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Comentários Necessidade de sincronismo entre os nós; Número maior do valor ótimo de nós eleitos; e Segurança Buraco Negro Seleção de líder malicioso; Modelos de confiança. Invasão de sensores maliciosos Contagem de nós; Fase de Iniciação do grupo. Sybil Métodos de autenticação. Etc.
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Energy-Efficient Communication Protocol for Wireless Microsensor Networks (LEACH) Dúvidas
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