Conforme foi explorado nos itens anteriores, o grande desafio no desenvolvimento das Redes de Sensores Sem Fio é garantir a permanência da sua atividade pelo tempo necessário à sua aplicação diante a restrição energética dos nós sensores.
Como o custo da transmissão e recepção de pacotes são os eventos que consomem maior quantidade de energia dos nós sensores, protocolos que consigam ponderar de forma eficiente o número de vezes que o rádio é acionado, sem haver perda de mensagens, evitando ao máximo a ocorrência de colisões e o overhearing, é um desafio que pode prolongar o tempo operacional da rede.
A auto-adaptação da rede em decorrência das mudanças de tráfego de pacotes, estado dos nós ou perdas de conectividade também é um desafio, uma vez que a troca de dados necessárias para ser realizar mudanças no roteamento pode consumir uma quantidade de energia dos nós sensores maior que a própria permanência da rede em um estado não adaptado às mudanças.
Com relação ao desenvolvimento de protocolos, o aumento nas suas complexidades pode permitir a utilização das redes em aplicações mais variadas sem haver perdas de eficiência [WAN04]. Contudo, o gerenciamento integrado dessas redes não é tarefa trivial [RUI04b]. O aumento da complexidade não deve, portanto, ser um fator que dificulte o gerenciamento da rede.
A dualidade existente entre nós sensores de propósito geral e economia de energia é outro grande desafio em Redes de Sensores Sem Fio. Se por um lado a utilização de nós sensores específicos para uma determinada aplicação encarece a produção da rede, apesar de seus nós consumirem uma menor quantidade de energia, por outro, nós sensores produzidos sem planejamento para aplicações específicas tendem a consumir maior quantidade de energia, mas o custo de produção pode ser menor pela diversidade de aplicações. Há, portanto, a necessidade de se ponderar essas duas formas de “economia”: baixo custo de produção e baixo consumo de energia. O desafio estaria em desenvolver nós sensores baseados em grupos funcionais (tipo de sensoriamento, por exemplo) e não a partir dos requisitos específicos de uma aplicação.
A escalabilidade é outro parâmetro ainda não muito bem explorado nos trabalhos científicos. A tarefa de desenvolver e implantar rede que contenham dezenas de milhares de nós com uma organização e característica específica não é uma tarefa simples. Mesmo em ambiente computacional, a utilização de dezenas de milhares de nós muitas vezes não é factível em alguns simuladores e a análise dos dados gerados não é de fácil realização.
A integração tempo real, segurança e qualidade de serviço é outro desafio de extrema complexidade nas Redes de Sensores Sem Fio. Tais características são específicas para determinadas aplicações e certamente não são requisito para grande parte delas. Apesar disso, quando necessário, a combinação desses três requisitos é um grande desafio para os desenvolvedores de protocolos.
Com relação à aleatoriedade na distribuição dos nós no ambiente de sensoriamento, há a necessidade de se desenvolver um mecanismo de verificação da cobertura estabelecida pelos nós. Não é uma tarefa (energeticamente) simples identificar se todos os nós distribuídos no meio estão conectados e, ao mesmo tempo, se a densidade de nós está adequada para o sensoriamento da área. Outro ponto a ser considerado é o desenvolvimento de políticas para inserção de novos nós no ambiente em monitoramento, tanto para fins de completar a cobertura de sensoriamento como para ampliar o tempo de vida da rede com o auxílio de novos nós.
A união de funcionalidades das camadas do modelo de rede pode ser encarada como uma forma de minimizar os gastos energéticos relacionados à comunicação, uma vez que tanto o tamanho das mensagens como a quantidade de mensagens enviadas e recebidas pode ser reduzida. Tal estratégia é um desafio, na medida em que muitos módulos de rádios utilizados em nós sensores são desenvolvidos com uma pilha de protocolos já pré-estabelecida. A fragmentação presente nas pesquisas de WSN é uma característica que dificulta a integração dos dados de simulação e de ambientes experimentais [HAN03]. Não existe uma
Capítulo 2 Rede de Sensores Sem Fio metodologia comum que permita aos pesquisadores avaliarem de forma sistemática seus trabalhos e compará-los com os demais. A heterogeneidade de aplicações e as diferentes topologias das Redes de Sensores Sem Fio são os principais fatores que dificultam o estabelecimento de um conjunto dos elementos que caracteriza essas redes de forma a permitir uma avaliação comparativa dos seus desempenhos.
Há, ainda, uma diferença entre projetos e protocolos desenvolvidos por grupos mais focados no desenvolvimento de hardware e grupos mais focados em desenvolvimento de software. Enquanto os primeiros possuem uma visão mais voltada para o desempenho de dispositivos e descrição do funcionamento dos mesmos, os segundos tendem a abstrair em demasia a noção de rede, vendo-a praticamente como um grafo. O desenvolvimento de Redes de Sensores Sem Fio pode ser encarado como uma oportunidade e ao mesmo tempo um desafio que permite unir esses dois enfoques, reduzindo a lacuna existente entre o mundo físico e o mundo computacional.
Resumo
As Redes de Sensores Sem Fio possuem aplicações em diversos campos: engenharia, indústria, agropecuária, geologia, climatologia etc. Este capítulo buscou conceituar as WSN descrevendo suas principais características, classificações e arquiteturas (hardware e software). De forma resumida, foram descritos os principais protocolos de comunicação desenvolvidos para as WSN, seguindo a divisão estabelecida pelo modelo OSI.
O ciclo de vida de uma WSN foi descrito, assim como foram comentadas as principais maneiras de se determinar o tempo de vida da rede. Apesar de não haver um consenso, de maneira geral, os elementos formadores das redes e a sua operação está diretamente relacionada à aplicação da rede.
Um panorama do consumo e gerenciamento de energia das Redes de Sensores Sem Fio foi traçado, além de destacados os principais desafio existentes no desenvolvimento dessas redes.
Este capítulo apresentou alguns projetos de nós sensores utilizados em testbeds de WSN e aplicações específicas. No seguinte, Capítulo 3, os simuladores existentes para o estudo do comportamento das WSN serão abordados.