Redes de Sensores sem Fio Projeto Integrado: MAC e Roteamento Rafael Roque Aschoff Eduardo Souto - Djamel.

Apresentação em tema: "Redes de Sensores sem Fio Projeto Integrado: MAC e Roteamento Rafael Roque Aschoff Eduardo Souto - Djamel."— Transcrição da apresentação:

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2 Redes de Sensores sem Fio Projeto Integrado: MAC e Roteamento Rafael Roque Aschoff rra@cin.ufpe.brOrientadores Eduardo Souto - esouto@gprt.ufpe.br Djamel Sadok – jamel@gprt.ufpe.br Djamel Sadok – jamel@gprt.ufpe.br Grupo de Pesquisa em Redes e Telecomunicações www.gprt.ufpe.br

3 Agenda  Introdução  Aplicações  Desafios  Características  Simuladores  Plataforma de Desenvolvimento  Trabalhos Futuros  Projeto Integrado: MAC e Roteamento Algoritmo OPER Algoritmo OPER Interações X-Layer Interações X-Layer Simulação e Resultados Simulação e Resultados  Trabalhos futuros

4 Introdução  Físicos  Químicos  Biológicos  Dentre outros Sensores Estímulo Evolução Tecnológica Evolução Tecnológica  Na área de microprocessadores  Novos materiais de sensoriamento  Micro sistemas eletromecânicos (MEMS – Micro Eletro-Mecanical System)  Comunicação sem fio

5 Redes de Sensores sem Fio - RSSFs  Grande número de nodos distribuídos  Restrições de energia  Mecanismos de auto-configuração e adaptação  Autônomas  Alto grau de cooperação

6 Aplicações de RSSFs  Podem ser homogêneas ou heterogêneas em relação aos tipos, dimensões e funcionalidades dos nodos sensores  Dimensões físicas dos sensores são dependentes do tipo de aplicação AplicaçãoAplicação

7 Áreas de Aplicação de RSSFs Produção Industrial Linha de Montagem  Industrial

8 Áreas de Aplicação de RSSFs Monitoramento das Condições Físicas Circulatory Net  Medicina

9 Áreas de Aplicação de RSSFs Biologia Marinha Monitoramento de Floresta Monitoramento Sísmico  Meio Ambiente

10 Desafios  Aspectos dinâmicos do sistema O mundo físico é dinâmico O mundo físico é dinâmico Indisponibilidade de recursos, particularmente energia Indisponibilidade de recursos, particularmente energia Muitos dispositivos para fazer configuração manual Muitos dispositivos para fazer configuração manual  Projeto é fortemente dependente da aplicação  Energia é restrição  Pré-configuração e conhecimento global do sistema  Problemas específicos

11 Simuladores RSSFs  NS-2  Padrão para simulação de redes Padrão para simulação de redes Muita documentação Muita documentação Utiliza OTcl e C++. Utiliza OTcl e C++. Dificuldade de uso e aprendizado Dificuldade de uso e aprendizado Suporte simulações wireless ainda incipiente Suporte simulações wireless ainda incipiente Possui apenas um modelo primitivo de consumo de energia Possui apenas um modelo primitivo de consumo de energia Não trabalha bem com grandes topologias Não trabalha bem com grandes topologias

12 Simuladores RSSFs  SensorSim   Extensão para o NS-2 Extensão para o NS-2 Fornece modelos de bateria, modelos de rádio de propagação e modelos de canais de sensores Fornece modelos de bateria, modelos de rádio de propagação e modelos de canais de sensores Fornece uma leve pilha de protocolos Fornece uma leve pilha de protocolos Há suporte para simulação híbrida Há suporte para simulação híbrida Dificuldade de uso e aprendizado Dificuldade de uso e aprendizado Pouca documentação Pouca documentação

13 Simuladores RSSFs  TOSSIM Sistema Operacional baseado em componentes denominado de TinyOS Sistema Operacional baseado em componentes denominado de TinyOS Linguagem NesC – extensão ao C Linguagem NesC – extensão ao C Gera executável para o simulador em algumas plataformas (Mica, Mica2, Mica2Dot) Gera executável para o simulador em algumas plataformas (Mica, Mica2, Mica2Dot) Fornece modelos de bateria, modelos de rádio de propagação e modelos de canais de sensores Fornece modelos de bateria, modelos de rádio de propagação e modelos de canais de sensores Interface – único ponto e acesso ao componente Interface – único ponto e acesso ao componente Módulos – prover o código da aplicação Módulos – prover o código da aplicação Configuração – conecta as interfaces e suas implementações Configuração – conecta as interfaces e suas implementações

14 Simuladores RSSFs  TinyViz  Interface gráfica para o TOSSIM com código fonte aberto em Java Interface gráfica para o TOSSIM com código fonte aberto em Java Conecta-se ao TOSSIM via sockets TCP Conecta-se ao TOSSIM via sockets TCP Exibe os nodos participantes da simulação Exibe os nodos participantes da simulação Possibilita criação de Plugins que interagem com a rede. Possibilita criação de Plugins que interagem com a rede.

15 Simuladores RSSFs  TinyViz

16  Microprocessador ATmega103L 128k Memória de programa 128k Memória de programa 4k RAM Memória de dados 4k RAM Memória de dados 8 conversores AD 8 conversores AD  TR1000 915MHz radio 50kbps 50kbps Signal Strength interface Signal Strength interface  LEDS  51-pin expansion connector  2-AA for power + regulator Plataforma de Desenvolvimento Mica Main Board

17  Mica Sensor Board- MTS300CA/MTS310CA Light (Photo)-Clairex CL94L Light (Photo)-Clairex CL94L Temperature-Panasonic ERT-J1VR103J Temperature-Panasonic ERT-J1VR103J Acceleration-ADI ADXL202 Acceleration-ADI ADXL202 Magnetometer-Honeywell HMC1002 Magnetometer-Honeywell HMC1002 Microphone Microphone Tone Detector Tone Detector Sounder Sounder Plataforma de Desenvolvimento

18 Projeto Integrado: MAC e Roteamento  OPER - (On-Demand Power-Efficient Routing Protocols) Conjunto de protocolos de roteamento para redes de sensores sem fio. Conjunto de protocolos de roteamento para redes de sensores sem fio.  OPER-PE (Path Energy-Aware) Seleção de rotas é realizada através de heurísticas que avaliam o estado energético dos nós que compõem as rotas Seleção de rotas é realizada através de heurísticas que avaliam o estado energético dos nós que compõem as rotas

19 Mensagens do OPER-PE  Hello – descoberta de vizinhos  Route REQuest – requisição de rota  Route REPly – resposta de rota  Route ERRor – erro na rota

20 Mensagem Hello

21 Mensagem de Requisição de Rota (RREQ)

22 Mensagem de Resposta de Rota (RREP)

23 Mensagem de Erro de Rota (RERR)

24 Interações Cross-Layer  A camada de roteamento e a camada MAC possuem algumas funcionalidades semelhantes: Requisitos para a bidirecionalidade do link; Requisitos para a bidirecionalidade do link; Podem implementam testes para bidirecionalidade; Podem implementam testes para bidirecionalidade; Podem implementar mecanismos de confirmação de mensagens; Podem implementar mecanismos de confirmação de mensagens; Podem detectar problemas no link (enlace ou rota). Podem detectar problemas no link (enlace ou rota).

25 Propostas do trabalho atual  Atualizar de forma mais rápida e precisa a tabela de vizinhança dos nós;  Inferir sobre possíveis problemas de conectividade entre vizinhos.  Eliminar a mensagem de Hello;  Decidir se o enlace é simétrico para garantir o sucesso das transmissões de mensagens RREP.  Aplicação com conhecimento de rota

26 Simulação e Resultados  Métrica de Desempenho Taxa de Entrega Taxa de Entrega Número de Mensagens de Controle Número de Mensagens de Controle Energia Média Consumida Energia Média Consumida  Ambiente de Simulação 25, 50, 75 e 100 nós sensores estacionários e homogêneos 25, 50, 75 e 100 nós sensores estacionários e homogêneos Distribuídos uniformemente em um grid com pontos espaçados de 10 metros. Distribuídos uniformemente em um grid com pontos espaçados de 10 metros. Raio de Rtx= 10m. Raio de Rtx= 10m.

27 Taxa de entrega de pacotes

28 Número de Mensagens de Controle

29 Energia Consumida

30 Trabalhos Futuros  Sleep time relativo ao número de vizinhos  Predição de energia  Ajuste da potência do sinal  Qualidade do sinal

31 Referências  I.F. Akyildiz, W. Su, Y. Sankarasubramaniam, and E. Cayorci. “Wireless sensor networks: A survey”. Computer Networks, 38:393-422, March 2002  A. A. Loureiro, J. M. Nogueira, L. B. Ruiz, R. A. Mini, E. F. Nakamura, C. M. Figueiredo. “Redes de Sensores”. Minicurso, 179-226, XXI Simpósio Brasileiro de Redes de Computadores, Maio 2003  L. B. Ruiz, J. M. Nogueira and A. A. Loureiro. “Manna: a management architecture for wireless sensor network”. IEEE Communications Magazine, 41(2):116-125, Feb 2003  S. Park, A. Savvides and M. B. Srivastava, "Simulating Networks of Wireless Sensors“ to appear in the proceedings of the 2001 Winter Simulation Conference  SensorSim: A Simulation Framework for Sensor Network. http://nesl.ee.ucla.edu/projects/sensorsim http://nesl.ee.ucla.edu/projects/sensorsim  IEEE1451. Smart transducer interface for sensors and actuators. http://standards.ieee.org, 2003 http://standards.ieee.org  JPL Sensor Webs. http://sensorwebs.jpl.nasa.gov, 2003 http://sensorwebs.jpl.nasa.gov  WINS: Wireless Integrated Network Sensors. http://www.janet.ucla.edu/WINS/, 2003 http://www.janet.ucla.edu/WINS/  S. Cui, A. J. Goldsmith, and A. Bahai, “Modulation optimization under energy constraints” at Proceedings of ICC’03, Alaska, U.S.A, May, 2003.  S. Singh and C. Raghavendra, “Power efficient MAC protocol for multihop radio networks,” in The Ninth IEEE International Symposium on Personal, Indoor and Mobile Radio Communications, 1998, pp. 153–157.

32 Dúvidas ? Grupo de Pesquisa em Redes e Telecomunicações www.cin.ufpe.br/~gprt