1 Redes de Sensores INE 5616 - Bancos de Dados II Professor Doutor Renato Fileto.

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1 1 Redes de Sensores INE 5616 - Bancos de Dados II Professor Doutor Renato Fileto

2 2 Redes de Sensores Jorge Gonzaga Junior Marcelo Cardoso Ricardo INE 5616 - Bancos de Dados II

3 3 Sensor Um sensor é um equipamento capaz de mensurar fisicamente um fenômeno e convertê-lo em um sinal que pode ser lido por um instrumento ou por um observador. Um sensor é um equipamento capaz de mensurar fisicamente um fenômeno e convertê-lo em um sinal que pode ser lido por um instrumento ou por um observador.

4 4 Rede de sensores Uma rede de sensores consiste de um grupo de sensores distribuídos espacialmente e cooperando entre si no monitoramento de algum fenômeno. Uma rede de sensores consiste de um grupo de sensores distribuídos espacialmente e cooperando entre si no monitoramento de algum fenômeno.

5 5 RSSF São formadas por sensores dotados de um emissor de sinal de rádio ou outro tipo de emissor de sinal sem fio, um microcontrolador e uma fonte autônoma de energia. São formadas por sensores dotados de um emissor de sinal de rádio ou outro tipo de emissor de sinal sem fio, um microcontrolador e uma fonte autônoma de energia.

6 Rede de Sensores Redes largamente distribuídas Redes largamente distribuídas Sensores Sensores – Armazenar – Processar – Transmitir Monitoram o ambiente – Rastreamento de produtos em um armazém – Controle do tráfego de veículos – Sistemas de Segurança – Detecção de enchentes 6

7 Rede de Sensores Recursos Restritos Recursos Restritos – Comunicação: Qualidade de serviço muito limitada – Consumo de Energia: Fornecimento limitado de energia – Processamento: Limitados poder de processamento e tamanho de memória – Incerteza em leituras de sensores: Sinais detectados herdam incertezas, e podem conter ruídos do ambiente 7

8 Modelos de envio de Dados modelo contínuo os sensores comunicam seus dados continuamente numa taxa pré-especificada. modelo contínuo os sensores comunicam seus dados continuamente numa taxa pré-especificada. modelo de dados orientado a eventos os sensores reportam informação somente se um evento de interesse ocorre. modelo de dados orientado a eventos os sensores reportam informação somente se um evento de interesse ocorre. 8

9 Modelos de envio de Dados modelo iniciado pelo observador (ou request-replay) os sensores somente reportam seus resultados em resposta a uma requisição explícita do observador (ou diretamente, ou indiretamente através de outros sensores). modelo iniciado pelo observador (ou request-replay) os sensores somente reportam seus resultados em resposta a uma requisição explícita do observador (ou diretamente, ou indiretamente através de outros sensores). modelo híbrido as três estratégias co-existem na mesma rede. modelo híbrido as três estratégias co-existem na mesma rede. 9

10 Dados com Segurança Para que uma rede de sensores forneça dados com segurança é necessário que os requisitos a seguir sejam cumpridos: Para que uma rede de sensores forneça dados com segurança é necessário que os requisitos a seguir sejam cumpridos: Confidencialidade dos dados: A estratégia padrão para manter os dados secretos é criptografar os dados com uma chave secreta que somente o receptor possua, garantindo confidencialidade. Confidencialidade dos dados: A estratégia padrão para manter os dados secretos é criptografar os dados com uma chave secreta que somente o receptor possua, garantindo confidencialidade. Autenticação de dados: O receptor precisa assegurar que os dados usados em qualquer processo de decisão se originam de fonte correta. Autenticação de dados: O receptor precisa assegurar que os dados usados em qualquer processo de decisão se originam de fonte correta. 10

11 Integridade de dados: Em comunicação, integridade de dados assegura ao receptor que o dado recebido não foi alterado durante seu trânsito. Integridade de dados: Em comunicação, integridade de dados assegura ao receptor que o dado recebido não foi alterado durante seu trânsito. Dados recentes: Garantir que os dados são recentes implica em assegurar que não houve interferência de mensagens antigas. Dados recentes: Garantir que os dados são recentes implica em assegurar que não houve interferência de mensagens antigas. 11 Dados com Segurança

12 Roteamento Abordagem centrada no endereço: Abordagem centrada no endereço: – Encontrar rotas curtas entre pares de nós endereçáveis. Abordagem centrada em dados Abordagem centrada em dados – Encontrar rotas de múltiplos nós para um único destino que permita a agregação de dados redundantes dentro da rede. 12

13 Algoritmos Center at Nearest Source (CNS) Center at Nearest Source (CNS) – Nó mais próximo ao sink é o ponto de agregação. Shortest Paths Tree Shortest Paths Tree – Cada nó utiliza uma rota de caminho mínimo. Rotas que se sobrepõem têm dados agregados. 13

14 Funções de Agregação Funções de Agregação Funções de Agregação – MIN, MAX, MEDIAN, AVERAGE, COUNT,... Propriedades: Propriedades: – Duplicate sensitivity. –A função de agregação retorna o mesmo resultado quando os conjuntos apresentam valores duplicados (MEDIAN, AVERAGE, COUNT). 14

15 Funções de Agregação Exemplary/Summary. Exemplary/Summary. – Exemplary retorna um valor representativo do conjunto de dados (MIN, MAX, MEDIAN). – Sumary realiza algum calculo sobre todo o conjunto de dados e retorna o valor calculado (AVERAGE, COUNT). Monotonic aggregates. Monotonic aggregates. – Permite teste de predicados na rede antes do envio dos dados (Ex.: Enquanto nós enviam seus valores para uma consulta MAX, outros nós só enviam seus próprios valores se forem maiores que MAX corrente). 15

16 Performance Fatores que influenciam a performance dos métodos de agregação: Fatores que influenciam a performance dos métodos de agregação: – Posição dos nós – Número de nós – Topologia de comunicação da rede Economia de energia x Atraso Economia de energia x Atraso 16

17 RS como um Banco de Dados RS podem ser vistas como um banco de dados. RS podem ser vistas como um banco de dados. Da mesma forma que tabelas de bancos de dados são consultadas, nós sensores podem ser consultados. Da mesma forma que tabelas de bancos de dados são consultadas, nós sensores podem ser consultados. 17

18 RS como um Banco de Dados Consultas a Data Streams são sempre aproximadas Data Streams não tem tamanho limitado, logo quantidade de armazenamento necessário cresce também de forma ilimitada. Consultas a Data Streams são sempre aproximadas Data Streams não tem tamanho limitado, logo quantidade de armazenamento necessário cresce também de forma ilimitada. – Sliding Windows: consulta a dados recentes da stream. – Batch Processing: Dados são armazenados em um buffer e consulta é realizada de tempos em tempos. – Sampling: Mais dados do que é possível processar – Faz uma amostragem dos dados e realiza a consulta. – Synopisis: Consulta realizada sobre uma aproximação dos dados (sinopse). 18

19 TinyDB TinyDB é um sistema processador de consultas para extração de informações de uma rede de sensores que utilizam o TinyOS. TinyDB é um sistema processador de consultas para extração de informações de uma rede de sensores que utilizam o TinyOS. Interface SQL-lite para especificar os dados a serem extraídos, especificando a taxa que essa consulta deve ser refeita. Interface SQL-lite para especificar os dados a serem extraídos, especificando a taxa que essa consulta deve ser refeita. Dada uma consulta a dados de interesse o TinyDB coleta os dados dos nós, os filtra, agrega e dissemina para um PC. Dada uma consulta a dados de interesse o TinyDB coleta os dados dos nós, os filtra, agrega e dissemina para um PC. 19

20 TinyDB Query 1: “Retorne repetidamente as temperaturas anormais mensuradas de todos os sensores” Query 1: “Retorne repetidamente as temperaturas anormais mensuradas de todos os sensores” – SELECT R.s.detectAlarmTemp(100) FROM R WHERE $every(); A expressão $every() é introduzida na contrução semântica para indicar que a query é por um longo tempo. 20

21 TinyDB Query 2: “A cada minuto, retorne a temperatura mensurada por todos os sensores do nível 3”. Query 2: “A cada minuto, retorne a temperatura mensurada por todos os sensores do nível 3”. – SELECT R.s.getTemp() FROM R WHERE R.floor = 3 AND $every(60); A expressão $every() possui um argumento de tempo em segundos contendo sucessivas saídas para o sensor. 21

22 TinyDB 22

23 TinyDB 23

24 TinyDB 24

25 25 Aplicações Militar Militar Prevenção de terremotos e tufões Prevenção de terremotos e tufões Detecção de Tsunamis e grandes marés Detecção de Tsunamis e grandes marés

26 26 Aplicações Militar Militar Prevenção de terremotos e tufões Prevenção de terremotos e tufões Detecção de Tsunamis e grandes marés Detecção de Tsunamis e grandes marés

27 27 Aplicações Prevenção de incêndios florestais Prevenção de incêndios florestais Projetos agropecuários Projetos agropecuários Biossensores Biossensores

28 28 Aplicações

29 29 Aplicações

30 30 Aplicações

31 31 Aplicações

32 32 Aplicações

33 33 Aplicações

34 34 Aplicações

35 35 Fontes www.dcc.ufmg.br/~linnyer/ Mainwaring, Alan. (2002) “Wireless Sensor Networks for Habitat Monitoring”. In:WSNA'02, Atlanta, Georgia, Setembro. Embrapa (Empresa Brasileira de Pesquisa Agropecuária) (2006). http://www.embrapa.br. Tadpole Technology. (2006) “Ste. Michelle Wine Estates Automates Vineyard Inspection with GO! Sync for ArcPad”. Disponível em: http://www.gisuser.com/content/view/8881/. Maio.

36 36 Fontes Wikipedia.com http://www.cs.virginia.edu/nest http://www.isi.edu/div7/scadds