Redes de Sensores sem Fio (RSSF). Por que estudar Redes de sensores sem fio?

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1 Redes de Sensores sem Fio (RSSF)

2 Por que estudar Redes de sensores sem fio?

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4 Sumário: ◇ 1. Introdução e motivação; ◇ 2. Arquitetura e componentes; ◇ 3. Protocolos de comunicação; ◇ 4. Estudos de caso; ◇ 5. Perguntas; ◇ 6. Créditos;

5 Introdução e Motivação Um pouco de história, aplicações e conceitos. 1

6 Aplicação – Meio Ambiente ◇ Detecção de queimadas; ◇ Monitoramento de vulcões, avalanches, deslizamentos; ◇ Controle de poluição;

7 Aplicação – Meio Ambiente ◇ Sistema para detecção de queimadas

8 Aplicação – Monitoramento ◇ Monitoramento de regiões diversas; ◇ Aplicações militares e de segurança;

9 Aplicação – Indústria ◇ Controle de processos e produção; ◇ Controle de ambiente (gases, temperatura,...); ◇ Auto monitoramento de máquinas;

10 Aplicação – Indústria

11 Aplicação – Medicina ◇ E-Health;

12 Aplicação – Tráfego

13 Um pouco de história ◇ RSSF surge como aplicação militar – década de 50; ◇ Projeto SOSUS (Sound Surveillance System); ◇ Criação do programa DSN (Distributed Sensor Network) pela DARPA impulsionando o avanço das RSSF; ◇ Evolução natural para aplicações modernas;

14 Características ◇ Agregação e sumarização de dados ◇ Base station ou sink.

15 Características ◇ Mobilidade dos sensores; ◇ Limitação de Energia; ◇ Tolerância a falhas; ◇ Auto-organização da rede;

16 Arquitetura A estrutura e componentes de uma RSSF. 2

17 Nodos Sensores ◇ Componente básico e principal de uma RSSF; ◇ Estruturas de: ￭ Sensoriamento; ￭ Computação e processamento; ￭ Comunicação; ￭ Energia; ￭ Gateways;

18 Protocolos Wi-fi, Bluetooth, ZigBee e outros mecanismos de comunicação. 3

19 Conceitos necessários ◇ Rede móvel ad hoc (MANET):

20 Conceitos necessários ◇ Transmissão Multi-hop

21 IEEE 802.11 ◇ Trasmissão Half-duplex ◇ Grande utilização → variações ProtocoloFrequêcia (GHz) Taxa de transmissão (Mbits/s) Alcance aproximado (m) 802.11a5 6,9, 12, 18, 24, 36, 48, 54 120 802.11b2,42, 5.5, 11140 802.11g2,4 6,9, 12, 18, 24, 36, 48, 54 140 802.11n2,4/565 a 300250

22 Problema Alta demanda de energia!

23 Bluetooth ◇ Usa frequências de rádio de curto alcance; ◇ Trabalha no modo full-duplex; ◇ Faixa ISM de frequência (2.4 a 2.5 GHz); ◇ Possui modo de economia de energia (stand-by) ◇ Topologias de rede: Piconet e Scatternet

24 Bluetooth ◇ Possuí diversos protocolos de controle interno; ◇ Principal: Protocolos de núcleo ou transporte; ◇ Modelo OSI de camadas para Bluetooth

25 ZigBee ◇ Protocolo atualmente mais utilizado; ◇ Baixa potência de operação; ◇ Baixo custo de implementação; ◇ Redes com grande número de dispositivos; ￭ Tipos de dispositivos: ￮ Gerenciadores; ￮ Roteadores; ￮ End devices;

26 ZigBee - Topologias ◇ Topologia Estrela ◇ Topologia Mesh ◇ Topologia Cluster Tree

27 ZigBee - Camadas ◇ Camadas do padrão ZigBee Alliance

28 TCP/IP?

29 TCP/IP ◇ Desafio dada a natureza das RSSF: ￭ Limitações grandes de energia ￭ Limitações de processamento ￭ Imprevisibilidade da topologia de rede ￭ Alta taxa de erros ◇ Problemas do TCP/IP: ￭ Tamanho do cabeçalho; ￭ Custo da comunicação fim-a-fim e retransmissão; ￭ Erros de bits e congestionamento indistinguíveis entre si Solução?

30 TCP/IP ◇ TCP/IP otimizado para RSSF: ￭ DTC – Distributed TCP Caching ￭ TSS – TCP Support for Sensor networks

31 LDWSN? Long Distances Wireless Sensor Networks

32 LDWSN ◇ Alcance convencional → 100 m; ◇ Alcance de LDWSN → 600 a 12 km (atualmente); Como?

33 LDWSN ◇ Alcance convencional → 100 m; ◇ Alcance de LDWSN → 600 a 12 km (atualmente); ◇ Uso de multiprotocolos: 7 transceptores ZigBee + Antena de rádio (GSM/GPRS); ￭ Frequência de operação 868/900 MHz

34 LDWSN ◇ Alcance convencional → 100 m; ◇ Alcance de LDWSN → 600 a 12 km (atualmente); ◇ Uso de multiprotocolos: 7 transceptores ZigBee + Antena de rádio (GSM/GPRS); ￭ Frequência de operação 868/900 MHz

35 Estudos de casos Projeto Rainforest Connection e Smart City de La Coruña. 4

36 150 milhões De celulares descartados por ano apenas nos EUA

37 Sumatra - Indonésia

38 Projeto Rainforest Connection ◇ Celulares antigos → detectores de aúdio; ◇ Alimentação: Luz solar; ◇ Área de monitoramento por sensor: 300 hectares de floresta ◇ Região com infraestrutura de telecomunicações

39 Projeto Rainforest Connection ◇ Celulares antigos → detectores de aúdio; ◇ Alimentação: Luz solar; ◇ Área de monitoramento por sensor: 300 hectares de floresta

40 La Coruña - Espanha

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42 La Coruña

43 Considerações finais Perguntas e créditos. 5

44 Obrigado pela atenção!

45 Perguntas ◇ 1.Cite, ao menos, 5 aplicações de RSSF. ◇ 2.Defina nodo sensor. ◇ 3.O que significa uma RSSF ser uma rede ad hoc sem fio? ◇ 4.Quais os problemas que inviabilizam o uso de TCP/IP em RSSF? ◇ 5.Julgue a veracidade da afirmação: “Todas as redes de sensores são caracterizadas por serem sistemas distribuídos de comunicação em curta distância”. Explique.

46 Fontes: Agradecimentos e créditos: ◇ Template: SlidesCarnival;SlidesCarnival; ◇ Ícone “?” by Vecteezy; https://www.iconfinder.com/icons/532235/cloud_cloud _computing_help_mark_question_support_icon#size= 128 https://www.iconfinder.com/icons/532235/cloud_cloud _computing_help_mark_question_support_icon#size= 128 ◇ Nodo Sensor: https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Sensornode.s vg https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Sensornode.s vg ◇ MANET network: https://sites.google.com/a/ochin.mygbiz.com/my- scientific-work/my-academic- work/openvanet?mobile=true https://sites.google.com/a/ochin.mygbiz.com/my- scientific-work/my-academic- work/openvanet?mobile=true

47 Fontes: ◇ Ícone Wi-fi: http://www.freeiconspng.com/free- images/wifi-icon-3783http://www.freeiconspng.com/free- images/wifi-icon-3783 ◇ Ícone “!”: http://www.flaticon.com/free- icon/exclamation-sign_39606http://www.flaticon.com/free- icon/exclamation-sign_39606 ◇ Ícone de bateria: http://icon- icons.com/pt/icone/carregar-a-bateria-bateria/4259http://icon- icons.com/pt/icone/carregar-a-bateria-bateria/4259 ◇ Ícone Bluetooth: https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Bluetooth.svg https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Bluetooth.svg ◇ Modelo OSI Bluetooth: http://www.informit.com/articles/article.aspx?p=27591 &seqNum=5 http://www.informit.com/articles/article.aspx?p=27591 &seqNum=5

48 Fontes: ◇ Infográfico libelium: http://www.libelium.com/top_50_iot_sensor_applicatio ns_ranking/#show_infographic http://www.libelium.com/top_50_iot_sensor_applicatio ns_ranking/#show_infographic ◇ Monitoramento de queimadas: http://www.libelium.com/libelium- images/waspmote_antiincendios/environmental_infra_ sm.png ◇ Aplicação militar: http://www.mistralsolutions.com/wp- content/uploads/2014/05/wireless-sensor-network.jpg ◇ Aplicação industrial: www.libelium.com/wp- content/uploads/2015/02/smart-factory-libelium- diagram.jpg http://www.infowester.com/bluetooth.php

49 Fontes: ◇ Aplicação médica: http://www3.nd.edu/~dwang5/courses/spring15/papers /bsn/BSNOverview.pdf ◇ Aplicação tráfego: https://www.researchgate.net/profile/Soufiene_Djahel/ publication/261309301/figure/fig2/AS:2967213273784 33@1447755285682/Figure-2-Scenario-illustrating- WSN-deployed-in-road-environment-for-traffic- monitoring.png https://www.researchgate.net/profile/Soufiene_Djahel/ publication/261309301/figure/fig2/AS:2967213273784 33@1447755285682/Figure-2-Scenario-illustrating- WSN-deployed-in-road-environment-for-traffic- monitoring.png ◇ Multi-hop: http://homepages.dcc.ufmg.br/~loureiro/cm/docs/sbrc0 3.pdf http://homepages.dcc.ufmg.br/~loureiro/cm/docs/sbrc0 3.pdf ◇ Topologias Bluetooth: http://www.infowester.com/bluetooth.php http://www.infowester.com/bluetooth.php

50 Fontes: ◇ Topologia estrela ZigBee e modelo OSI: http://www.teleco.com.br/tutoriais/tutorialzigbee/default.asp http://www.teleco.com.br/tutoriais/tutorialzigbee/default.asp ◇ Topologia Cluster Tree e mesh ZigBee: http://www.gta.ufrj.br/ftp/gta/TechReports/Sergio07/Se rgio07.pdf http://www.gta.ufrj.br/ftp/gta/TechReports/Sergio07/Se rgio07.pdf ◇ LDWSN – foto de caso: http://www.libelium.com/libelium-downloads/libelium- showcase.pdf http://www.libelium.com/libelium-downloads/libelium- showcase.pdf ◇ Sensor Rainforest Connection: http://www.libelium.com/top_50_iot_sensor_applicatio ns_ranking/#show_infographic http://www.libelium.com/top_50_iot_sensor_applicatio ns_ranking/#show_infographic ◇ Infográfico Rainforest Connection: https://secure.flickr.com/photos/rainforestcx/14361735 096/sizes/l/ https://secure.flickr.com/photos/rainforestcx/14361735 096/sizes/l/

51 Fontes: ◇ La Coruña: http://www.linguistichorizons.com/wp- content/uploads/2013/10/coruna-arial2.jpg - Acesso em 06/07/2016http://www.linguistichorizons.com/wp- content/uploads/2013/10/coruna-arial2.jpg - Acesso em 06/07/2016 ◇ Sistema Sofia2: http://www.libelium.com/wp- content/uploads/2016/03/case_coruna_1.jpghttp://www.libelium.com/wp- content/uploads/2016/03/case_coruna_1.jpg