Universidade Federal de Pernambuco Centro de Informática Construção de modelos simuláveis para avaliação do consumo de energia de protocolos de roteamento em redes de sensores sem fio Cláudio Oliveira MSc candidate crao@cin.ufpe.br Ricardo Massa Orientador Abril/2011

REDE SENSORES SEM FIO - WSN

PROBLEMA Qual protoloco de roteamento implantar visando à otimização do consumo de energia?

RELEVÂNCIA Limitação suprimento de energia Tempo de vida da rede => Inoperabilidade Implantação da WSN em áreas de difícil acesso Manutenção e substituição de baterias Abordagem tradicional de análise Medições após instalação do protocolo na WSN

VANTAGENS DA MODELAGEM Não é necessária a implantação física da rede Permite avaliar diversas configurações e cenários rapidamente. Reduz os custos Possibilita determinar previamente conjunto de características com objetivo de otimizar o consumo de energia

FERRAMENTA DE MODELAGEM Redes de Petri Coloridas

TRABALHOS RELACIONADOS Modelos matemáticos simplificados Topologias específicas Protocolos específicos Aplicações específicas O foco desta proposta de trabalho é a construção de um modelo simulável parametrizável

MODELAGEM

(id, nó origem, nó destino, medida, eResidual) MODELAGEM DOS DADOS Id Nó Origem Sensoriamento Nó Destino Roteamento Medida coletada Energia residual SENSORIAMENTO TRANSMISSÃO RECEPÇÃO INUNDAÇÃO (id, nó origem, nó destino, medida, eResidual)

Evolua para uma modelagem dinâmica MODELAGEM DA BATERIA MODELAGEM LINEAR Cbateria = 2.460 mA•s (Pilha alcalina AA) Cf : Capacidade final (mA.s) Ci : Capacidade inicial (mA.s) I : Corrente (mA) T : Tempo operação (s) Cf = Ci – It Evolua para uma modelagem dinâmica

MODELAGEM DO CONSUMO (ESTADOS OPERAÇÃO) SENSORIAMENTO TRANSMISSÃO RECEPÇÃO Corrente Operação (mA) Duração (ms) DATASHEETS ou MEDIÇÃO

MÉTRICAS Tempo de vida da rede Consumo médio de energia por nó da rede Desvio padrão da energia residual média por nó da rede (mapa de energia)

LIMITAÇÕES ATUAIS DA MODELAGEM (Questões não consideradas) Colisões na camada MAC Taxa de falhas de canal de comunicação (*) Taxa de falhas do nó sensor (*) Mobilidade dos nós

NÓ SENSOR - CPN TOOLS

Módulo Bateria

Módulo Recepção

Módulo Sensoreamento

Módulo Descarte

Módulo Transmissão

ROTEAMENTO Topologia REDE Próximo Nó Protocolo Roteamento Modelo da REDE

RESULTADOS TEÓRICOS (Datasheets) Bateria : Transmissão : Recepção : Sensoriamento : 2460000 216 80 10 Valores em mA.ms

REDE WSN

RESULTADO Único sensor Todos Sensores

EM DESENVOLVIMENTO

CENÁRIOS SIMULAÇÃO TOPOLOGIA REDE SENSORIAMENTO Nº sensores e gateways Distribuição dos nós Distância entre nós TOPOLOGIA REDE Ativo e Reativo Distribuição dos eventos SENSORIAMENTO

MEDIÇÃO CONSUMO NÓ SENSOR Sensoriamento/Transmissão/Recepção (Utilizando Osciloscópio: consumo x distância entre nós) Medição 1 Medição 2

PROTOCOLOS ROTEAMENTO Selecionar e implementar os protocolos de roteamento MODELO – EM JAVA REDE WSN

Como medir a capacidade residual VALIDAÇÃO DO MODELO COMPARAR COM OUTROS MODELOS EXISTENTES COMPARAR COM MEDIÇÃO NA REDE IMPLANTADA Como medir a capacidade residual das baterias?

BIBLIOGRAFIA [1] Yu, L. and Ephremides, A. “Chapter 6: Detection, Energy, and Robustness in Wireless Sensor Networks”, in Mobile, Wireless, and Sensor Networks. IEEE Press. 2006. [2] S. Lee, C. Kim C. and S. Kim, “Constructing energy efficient wireless sensor networks by variable transmission energy level control”, IEEE international conference and information technology (2006). [3] Chang, C., Nagel, D.J., Muftic, S., Measurement of Energy Costs of Security in Wireless. Sensor Nodes”. In: The 16th IEEE ICCCN (2007). [4] S. Zairi, B. Zouari and E.Niel. “Configuration of sensor networks by energy minimization”. The 2th IEEE ICSTA (2008). [5] Raja, J., Antonio,R. and Gregory, H., “Radio Sleep Mode Optimization in Wireless Sensor Networks”. IEEE transactions on mobile computing, vol. 9, no. 7, july 2010. [6] Geoff, M.,Neil, W., Nick, H. and Bashir, “Energy-Aware Simulation for Wireless Sensor Networks”. IEEE Communications 2009. [7] Min, M., Xiaoling, W., Hui, X., Byeong-Soo J., Sungyoung L. ,Young-Koo L. “Energy Efficient Routing in Multiple Sink Sensor Networks”. 5th International Conference on Computational Science and Applications. IEEE 2007. [8] Walid, C., Mohamed, M., and Walid, F. “A Behavioural Study of Nodes to Conserve Energy in Wireless Sensor Networks”. International Conference on Design & Technology of Integrated Systems in Nanoscale 2010. [9] Jamal, A., Ahmed, K., “Routing techniques in wireless sensor networks: a survey”. IEEE Wireless Communications. 2004.

SUGESTÕES E QUESTIONAMENTOS