Após o trabalho de levantamento da bibliografia a respeito dos protocolos de roteamento em cenários com mobilidade para RSSFs, notou-se que havia algumas questões em aberto que poderiam ser me- lhores trabalhadas. A primeira questão foi o fato dos protocolos de roteamento que provêem qualidade de serviço não considerarem a ca- pacidade de buffer da rede. Este fator deve ser observado para melhorar a capacidade de retransmissão de mensagens em cenários onde há uma grande quantidade de nodos fontes na RSSF.
Outra questão é a manutenção de rotas por parte de alguns pro- tocolos de roteamento geográficos. Como a manutenção de rota gera sobrecarga na rede, realizar a manutenção apenas da vizinhança de um salto, como o RPAR, configura uma estratégia mais adequada em ambientes com constante mudança de topologia. Observa-se também que as métricas consideradas para retransmissão encontradas na litera- tura são: velocidade de transmissão e energia residual dos nodos. A velocidade de transmissão está diretamente relacionada a roteamentos geográficos, que computam o tempo com que uma mensagem é trans- mitida com sucesso, levando em consideração o posicionamento dos nodos. Outra métrica considerada na literatura é a energia residual dos nodos, que tem por objetivo escolher os caminhos com mais energia residual para retransmissão.
Um aspecto interessante de alguns protocolos de roteamento ge- ográficos apresentados é que eles apresentam características de proto- colos reativos e proativos das MANETs. O protocolo PATH faz a ma- nutenção proativa da tabela de vizinhança de dois saltos, já o RPAR faz a manutenção da tabela de vizinhança de um salto por demanda. En-
tretanto, mesmo sendo de modo proativo, a manutenção da tabela de vizinhança é feita somente para os vizinhos até dois saltos, o que é di- ferente da característica proativa dos protocolos MANETs, que fazem a manutenção de todas as rotas, ou seja, a quantidade de informação trafegada na rede é maior.
Notou-se, também, que o AODV compartilha de uma caracte- rística dos protocolos proativos. A criação das rotas é feita de modo reativo todavia, após a rota ser estabelecida, o AODV faz a manuten- ção proativa da rota durante um determinado período de tempo. O tempo de manutenção da rota é regido pela validade da rota estabe- lecida. Apesar de a manutenção ser proativa, no AODV somente os vizinhos de 1 salto da rota anunciam a sua presença, evitando a inun- dação da rede com a informação completa da rota.
Pode-se dizer que, pela natureza dos protocolos reativos para MANETs, eles seriam mais adequados para serem implementados em redes de sensores. A arquitetura Zigbee2, proposta para pilha de pro- tocolos das redes de sensores, considera o AODV como protocolo de roteamento no contexto de rede Mesh.
As questões discutidas nesta seção, como grande fluxo de dados gerados por todos os nodos da rede, além da mobilidade que gera a necessidade de manutenção de vizinhança, são características encon- tradas no cenário da corrida e descritas no capítulo 1. Estas questões foram consideradas para o projeto do protocolo proposto que será apre- sentado no próximo capítulo.
No capítulo 3 é apresentada a primeira parte do trabalho reali-
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zado no desenvolvimento da tese. Como primeiro resultado foi desen- volvido um protocolo de roteamento para lidar com as questões abor- dadas como mobilidade, alta carga de mensagens e provimento de di- ferenciação de serviço. A arquitetura do protocolo e seus componentes serão descritos a seguir.
Protocolo de Roteamento
Proposto
3.1 Introdução e Apresentação do Protocolo RACE
Como introduzido no capítulo 2, vários protocolos de rotea- mento foram propostos com intuito de prover qualidade de serviço para aplicações em RSSF. Entretanto, devido às características reunidas no cenário de aplicação da corrida, proposto neste trabalho (vide seção 1.1.1), foi observado que existem questões que não foram consideradas nos protocolos descritos no capítulo anterior, pois estes não atendem todos os requisitos da aplicação. Diante dos desafios apresentados para prover qualidade de serviço em aplicações de RSSF com mobilidade, um novo protocolo de roteamento foi desenvolvido.
O protocolo foi nomeado de RACE (netwoRk conditions Aware
geographiCal forwarding protocol for rEal-time applications in mo- bile wireless sensor network) [Araújo e Becker 2011]. O RACE foi projetado para suportar aplicações de nodos sensores móveis que se comuniquem com nodos sinks estacionários. Essencialmente, o RACE foi implementado sob a ótica de um algoritmo de roteamento geográ- fico, pois os nodos são cientes de suas localizações geográficas. Além disso, o RACE considera vários aspectos da rede para realizar as de- cisões de roteamento. Para isto, o RACE mantém uma tabela de vizi- nhança atualizada a fim de realizar decisões de roteamento de maneira rápida. O roteamento é feito nodo a nodo, e cada nodo calcula uma pontuação da vizinhança para escolha do melhor nodo para retrans- missão das mensagens.
O mecanismo de transmissão adotado pelo RACE tem dois ob- jetivos principais: (i) fazer diferenciação de serviço entre pacotes com prioridade de entrega; (ii) evitar congestionamento local para prover um balanceamento de carga na rede. Como o RACE foi projetado para redes de sensores, ele também deve ser energeticamente eficiente.
3.2 Modelo do Sistema
O modelo de sistema considerado para concepção do protocolo de roteamento geográfico com garantias de priorização de mensagens, apresentado nesta tese, consiste de uma rede com nodos móveis rea- lizando comunicação de maneira ad hoc. Os nodos se movimentam conforme uma situação de uma corrida de triathlon ou São Silvestre, por exemplo. A velocidade relativa entre os nodos é maior que zero, assim a topologia da rede se torna dinâmica. Os nodos devem man- ter periodicamente uma tabela de vizinhança de um salto. Os dados
trocados para a manutenção da tabela de vizinhança devem conter a identificação do nodo, as coordenadas X e Y e a situação de buffer local.
Além disso, são considerados centenas de nodos que geram peri- odicamente mensagens resultantes de medições fisiológicas dos atletas e de posicionamento. Estas mensagens são consideradas mensagens normais que contém um valor de medição de pressão sanguínea e o posicionamento geográfico do atleta. Os nodos também podem gerar mensagens por evento, que são resultados de medições anormais do atleta. As mensagens anormais são consideradas mensagens prioritá- rias e devem chegar ao destino com o menor atraso possível.
Os nodos podem entregar as mensagens para qualquer nodo sor- vedouro espalhado ao longo do trajeto. Os nodos sorvedouros são dis- postos de maneira simétrica no trajeto de maneira que não haja um grande espaço vazio. Da mesma forma, os nodos sorvedouros não de- vem estar ao alcance uns dos outros para que haja a necessidade de entrega de mensagens, via multi-saltos, por parte dos nodos móveis.