AP ˆ ENDICE B Redes de Sensores Sem Fio (RSSF)
B.5 Tecnologias para implementac¸˜ao de RSSF
Nesta sec¸˜ao s˜ao descritas, sucintamente, algumas tecnologias de transmiss˜ao de dados sem fio utilizadas na implementac¸˜ao das RSSF, ´e realizada uma comparac¸˜ao entre estas tenologias evidenciando as principais caracter´ısticas de cada uma.
A Tabela B.1 apresenta um resumo das principais caracter´ısticas das tecnologias analisadas. Com base nestes dados foi escolhida a tecnologia utilizada neste trabalho.
Tabela B.1: Comparativo entre tecnologias de comunicac¸˜ao sem fio.
ZigbBee Bluetooth Wi-Fi GPRS/GSM/CDMA
802.15.4 802.15.1 802.11 b/g 1XRTT
Utilizac¸˜ao de Recursos 16-32KB 250KB 1MB 16MB Tempo m´edio de bateria 100-1.000+ 1-7 0,1-5 1-7
N´os por rede 255-65.535+ 7 30 1-1.000
Velocidade 250Kbps 1MBps 11-54Mbps 128-2048Kbps
Alcance 75m 10m 100m 1.000m+
B.5.1
O padr˜ao IEEE 802.11
O padr˜ao IEEE 802.11, conhecido popularmente como Ethernet sem fio, foi proposto vi- sando estabelecer um padr˜ao para redes locais de computadores sem fio [40]. Seu principal objetivo ´e estabelecer mecanismos para conex˜ao sem fio r´apida, segura, e confi´avel para troca de dados entre computadores.
Devido aos seus prop´ositos, esta rede tem algumas caracter´ısticas que inviabilizam sua utilizac¸˜ao para a grande maioria das aplicac¸˜oes de RSSF. Entre estas caracter´ısticas podem-se destacar: grande consumo de energia, alto poder de processamento exigido pelos protocolos, grande quantidade de mem´oria e um n´umero pequenos de n´os.
B.5.2
O padr˜ao IEEE 802.15.1
O padr˜ao IEEE 802.15.1 [41] ou Bluetooth ´e uma especificac¸˜ao industrial iniciada em 1994 pela Ericsson que tinha como principal objetivo estudar uma tecnologia de baixo custo que permitisse a comunicac¸˜ao entre telefones celulares e acess´orios utilizando sinais de r´adio.
Diferentemente do padr˜ao IEEE 802.11 o Bluetooth foi projetado tendo em vista substituir os cabos de conex˜ao entre equipamentos. Ele provˆe mecanismos para a conex˜ao e troca de dados entre dispositivos como celulares, notebooks, computadores, fones de ouvido, etc.
Os maiores problemas apresentados pelo Bluetooth na implementac¸˜ao de redes de senso- res sem fio s˜ao o pequenos n´umero de n´os, visto que o principal objetivo deste padr˜ao ´e a substituic¸˜ao de cabos e o consumo ainda elevado de baterias visto que foi desenvolvido tendo em vista equipamentos com baterias recarreg´aveis.
B.5.3
O padr˜ao IEEE 802.15.4
O padr˜ao 802.15.4 [42], tamb´em conhecido como ZigBee, foi concebido para aplicac¸˜oes necessitam transmitir dados sem fio a pequenas distˆancias com pequenas taxas de transferˆencia e que sejam econˆomicas, tanto do ponto de vista de energia quanto ao prec¸o dos equipamentos. Ele foi projetado para automac¸˜ao em grande escala e controle remoto.
Uma caracter´ıstica interessante deste padr˜ao ´e a baixa latˆencia, tempo que o sistema vai do estado de dormˆencia para o estado ativo, em torno de 15ms ou menos isto torna as respostas dos n´os mais r´apidas e permite uma maior economia de bateria j´a que o equipamento pode permanecer mais tempo no estado de dormˆencia.
Os elementos de uma rede ZigBee podem ser de trˆes tipos: coordenador, roteador e end-
point. A diferenc¸a entre estes elementos ´e o papel que cada um deles possui dentro da rede o que pode exigir diferentes projetos de hardware.
O end-point ´e o elemento mais simples do ponto de vista da rede, ele possui func¸˜oes para trocar informac¸˜oes apenas com seu n´o pai, um coordenador ou um roteador dependendo da topologia da rede. Como n˜ao necessita calcular rotas e nem armazenar informac¸˜oes de rotea-
mento pode possuir menos mem´oria e poder de processamento, sendo assim, ´e mais barato que um coordenador ou roteador.
O roteador age como um dispositivo intermedi´ario. Ele executa func¸˜oes de roteamento de dados e permite que a cobertura de uma rede seja estendida por ´areas maiores.
O coordenador da rede ´e o elemento da rede que possui o maior n´umero de func¸˜oes. ´E func¸˜ao do coordenador criar e gerenciar a rede, armazenar informac¸˜oes relevantes para a gest˜ao da rede al´em de funcionar como uma ponte para elementos de redes diferentes.
O ZigBee pode trabalhar com trˆes topologias de redes diferentes, s˜ao elas: estrela, Figura B.1 (A), ´arvore, Figura B.1 (B) e malha, figura B.1 (C).
Figura B.1: Topologias das redes ZigBee
A topologia estrela ´e a mais simples de ser implementada. Esta topologia tem apenas um coordenador e diversos elementos clientes, end-points. Ela ´e indicada para ambientes que pos- suem poucos obst´aculos para a transmiss˜ao dos sinais. Sua principal vantagem ´e a facilidade de implementac¸˜ao e coordenac¸˜ao, baixa utilizac¸˜ao de recursos de mem´oria e processamento. Sua principal desvantagem consiste em possuir apenas um coordenador, o que faz com que todos os clientes dependam deste diminuindo o alcance da rede.
A topologia ´arvore ´e constitu´ıda por um conjunto de redes que se comunicam atrav´es de seu elementos roteadores. Esta topologia possu´ı mais de um elemento coordenador, cada um respons´avel por uma rede diferente. Como exemplo de aplicac¸˜ao para esta categoria de redes pode-se citar a comunicac¸˜ao entre dispositivos situados em andares diferente de um edif´ıcio. O alcance do sinal desta rede ´e maior do que o da topologia estrela, visto que um coordenador pode controlar um cliente conectado em outra rede atrav´es de uma solicitac¸˜ao a outro coordenador.
A topologia malha ´e a topologia mais complexa que ´e implementada pelo ZigBee. Nesta topologia a rede se ajusta automaticamente com a entrada de novos elementos. Esta topologia foi projetada para cobrir grandes ´areas e ser altamente tolerante a falhas.
Devido a estas caracter´ısticas a tecnologia Zigbee ´e bastante recomendada para a aplicac¸˜ao de monitoramento de eficiˆencia de motores em ambientes industriais. Assim, esta tecnologia foi uma escolha natural para a implementac¸˜ao da rede de comunicac¸˜ao utilizada neste trabalho.