Neste capítulo foi apresentada uma visão geral sobre as redes de sensores sem fio. De início foram apresentados os principais conceitos e definições sobre redes de sensores sem fio, logo após foi apresentado um modelo para arquitetura geral de um nó sensor, em seguida foram apresentadas as topologias mais utilizadas em redes de sensores sem fio e uma descrição para a tecnologia ZigBee contendo alguns exemplos de sua aplicação em soluções que envolvam redes de água, e, por fim foi descrito o protocolo de comunicação MQTT-SN voltado à aplicação em redes de sensores sem fio.
As aplicações de RSSFs são concebidas com o objetivo de monitorar a ocorrência de algum fenômeno em particular quem envolvam o rastreio ou monitoramento de diversas variáveis como objetos em uma linha de produção ou processo de negócios, o tráfego de pessoas e veículos, comportamento animal, variáveis ambientais, questões de segurança e de saúde humana.
As RSSFs possuem como características principais: a) um grande número de sensores distribuídos; b) poder de processamento computacional limitado; c) conecta diversos dispositivos heterogêneos; d) restrições quanto ao consumo elétrico; e) restrições quanto aos dados coletados, sendo específicos e limitados em tamanho.
A estrutura básica que compõe uma RSSF deve, obrigatoriamente, apresentar as seguintes entidades: a) sensor, responsável por monitorar o fenômeno sendo observado; b) observador, usuário, sistema ou dispositivo acompanhando o fluxo de dados captado pelo sensor; e, c) fenômeno que é objeto de estudo do obsevador.
Os sensores por sua vez apresentam uma arquitetura simples, mas robusta e flexível, que basicamente contém: a) fonte de alimentação; b) unidade de processamento e controle; c) memória e armazenamento temporário de dados; d) unidade de comunicação; e, e) os sensores e atuadores. A associação em rede desses sensores constitui as RSSFs onde cada sensor assumirá um papel como dispositivo autônomo, denominadonode, capaz de executar tarefas de: a) sensoriamento; b) processamento de dados e tomada de decisão; c) execução de comandos remotos ou programados; e, d) transmissão de dados.
A comunicação entre nodes de uma RSSF se dá por meio de rádio. A rede formada por essesnodes pode ser configurada sob as topologias de: a) estrela; b) malha; ou c) híbrida. A topologia híbrida é a mais utilizada na implementação de redes contendo um grande número de nós, pois promove uma maior interoperabilidade à medida que permite a
conexão de dispositivos com tecnologias diferentes além de possibilitar tolerância à falhas pela disponibilidade de rotas redundantes para comunicação dos dispositivos.
A tecnologia ZigBee é ao mesmo tempo a implementação das especificações do protocolo IEEE 802.15.4 e um produto disponível no mercado utilizado para construção de dispositivos de aplicação específica ou módulo totalmente funcional para aplicações genéricas de baixo custo.
O protocolo IEEE 802.15 especifica que as redes sob esse padrão devam ser consti- tuídas por dois tipos de nodes: a) Full-Function Device (FFD), ou dispositivo de função completa, que pode assumir as funções de coordenador de rede ou operar como um módulo sensor; e, b) Reduced-Function Device (RFD), ou dispositivo de função reduzida, que tem o propósito específico de atuar como módulo sensor.
Operando nas frequências da faixa ISM: a) 2.4 GHz; b) 915 MHz; e, c) 868 MHz; os dispositivos ZigBee apresentam como características principais: a) baixo consumo elétrico; b) baixa potência de transmissão sem fio; c) fácil implementação; d) taxa de transmissão de até 250Kbps; e, e) alcance máximo na ordem de 100 metros.
Existem diversos protocolos ao nível de aplicação utilizados em soluções sobre RSSFs, dentre eles o MQTT se destaca como uma opção de fácil implementação, desenvolvida para redes de baixa largura de banda ou com taxa de dados intermitente. No cenário das RSSFs é utilizada a variação MQTT-SN, desenvolvido para das suporte com otimizações específicas às redes ZigBee.
O funcionamento do protocolo se baseia na subscrição de tópicos sob o modelo de comunicaçãopublisher-subscriber que apresenta três agentes: a) publisher; b) broker; e o, c) subscriber; e especifica métodos para comunicação entre os agentes, dos quais os dois principais são: a) pub, para publicação; e, b) sub, para subscrição.
Apesar das questões de privacidade e segurança, oriundas do modelo de transmissão de dados em texto simples sem criptogradia, o protocolo MQTT traz algunas vantagens quando consideradas as particularidades da comunicação em dispositivos de IoT, pois apresenta: a) maior simplicidade na codificação, o que favorece a criação de códigos leves e de fácil manutenção que rodam em qualquer dispositivo de IoT; b) baixa acoplagem entre os dispositivospublisher e broker; c) baixo custo de processamento e alocação de memória; d) escalabilidade dinâmica da rede, permitindo a inserção de novos dispositivos a qualquer momento.
5 MAPEAMENTO SISTEMÁTICO DA LITERATURA
Este capítulo apresenta o mapeamento sistemático da literatura utilizado para estruturar o corpo de conhecimento a respeito do tema de pesquisa desta dissertação de mestrado. Na seção 5.1 é apresentado o planejamento do mapeamento sistemático juntamente com seu escopo na subseção 5.1.1, em seguida, na subseção 5.1.2 são apresen- tadas as questões de pesquisa, e na subseção 5.1.3 são apresentados os passos que levam a construção de uma expressão geral de busca, os procedimentos para busca das publicações são descritos na subseção 5.1.4, na subseção 5.1.5 é apresentada a relação de critérios para seleção das fontes de pesquisa, e logo após, os critérios para inclusão e exclusão dos trabalhos na subseção 5.1.6, na seção 5.2 são apresentados os passos principais para execução das buscas e a relação de trabalhos inicialmente identificados no mapeamento, na seção 5.3 são apresentados e discutidos os resultados do mapeamento sistemático, e, por fim, é apresentado na seção 5.4 um resumo do capítulo.