Com relação às vantagens e desvantagens da agregação de dados em redes de sensores sem fio pode se dizer que como vantagem o processo de agrega- ção de dados pode melhorar a robustez e precisão da informação que pode ser obti- da por toda a rede, devido à redundância existente nos dados coletados a partir dos nós sensores, assim, o processo de agregação de dados é necessário para reduzir a redundância de informações. Outra vantagem da agregação de dados é que reduz a carga de tráfego, desta forma economiza a energia dos sensores.
A desvantagem na agregação de dados é que geralmente os dados são centralizados nos cluster heads ou em nós agregadores de dados. Este cluster he-
ads pode ser atacado por um invasor mal-intencionado. Se o cluster heads está
comprometido, então a estação de base não pode assegurar a correção dos dados de agregação que foi enviado para ela. Outra desvantagem é que várias cópias do resultado agregado podem ser enviadas para a estação de base por nós corrompi- dos. Isto pode aumentar a energia consumida nestes nós.
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4 ABORDAGENS ORIENTADAS A DADOS
Abordagens baseadas em dados podem ser usadas para melhorar a efi- ciência energética [20]. Há duas maneiras de impactos de consumo de energia no sensoriamento dos dados sobre os nós sensores em relação às amostras monitora- das desnecessariamente. Portanto, não há necessidade de se comunicar a informa- ção redundante para o nó sorvedouro, a fim de diminuir o consumo de energia no sistema de detecção.
No primeiro caso, as amostras desnecessárias resultam em consumo de energia desnecessário, mesmo que os custos de amostragem sejam desprezíveis, eles resultam em comunicações inúteis. O segundo problema surge quando o con- sumo do sistema de detecção não é desprezível. Abordagens orientadas a dados podem resolver o caso de amostras desnecessárias reduzindo os dados, enquanto esquemas de aquisição de dados com eficiência energética têm como objetivo a re- dução da energia gasta pelo sistema de detecção. A redução de dados pode ser de- limitada para o processamento na rede e a previsão de dados que será em seguida descrita em detalhe nesta seção. O processamento na rede de consiste na realiza- ção de agregação de dados (por exemplo, o cálculo da média de alguns valores) nos nós intermediários entre as origens e o nó sorvedouro. Desta forma, a quantidade de dados é reduzida enquanto atravessa a rede para o nó sorvedouro.
Previsão de dados consiste na construção de uma abstração de um fe- nômeno detectado, por exemplo, um modelo que descreve a evolução dos dados. O modelo pode predizer os valores detectados por nós sensores dentro de certos limi- tes de erro e permanecer tanto nos sensores quanto no nó sorvedouro. Se a preci- são necessária é satisfeita, consultas emitidas pelos usuários podem ser avaliadas no nó sorvedouro por meio de um modelo sem a necessidade de obter exatamente os dados dos nós.
Técnicas de previsão de dados criam um modelo que descreve o fenômeno que pretende ser detectado, para que as consultas possam ser respondidas utilizando o modelo ao invés dos dados realmente detectados. Há duas instâncias de um modelo na rede, um residente no nó sorvedouro e outro em nós de origem, de modo que há tantos pares de modelos como nós de origem.
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Além dos sistemas aqui descritos, existem técnicas para o processamento de consultas nas redes de sensores. Protocolos de roteamento energeticamente efi- cientes, processamento de consulta de dados aproximado, técnicas de estratégia adaptativa e otimização do projeto ao longo do tempo são algumas dessas técnicas. A maioria dessas técnicas se concentram na otimização e execução de uma única consulta de longo prazo.
Em [21] investigaram o efeito de árvores de roteamento em agregação de dados para processamento de consultas. Neste trabalho destes autores, existem otimizações de consulta que são feitos em nós da rede. Este método detecta quando compartilhar dados parciais entre diferentes consultas e como a informação redun- dante deve ser eliminado através do caminho.
Um método de codificação apropriado também é utilizado para enviar o volume mínimo de dos dados para a estação de base [22]. O objetivo deste trabalho é baseado em regiões em consultas de agregação. Consultas não são enviadas pa- ra os nós de imediato, em vez disso, o otimizador de consulta na estação base sepa- ra lotes com o mesmo operador de agregação em um único grupo e otimiza cada grupo de forma independente. A ideia principal desta abordagem é utilizar um méto- do de combinações para reduzir o número de regiões que são necessárias para executar as consultas. A ideia dessa abordagem é compartilhar a rede de sensores entre várias consultas. Este modelo contém uma unidade de processamento na es- tação de base que junta todas as consultas em um conjunto para construir uma con- sulta de rede [23]. A consulta do usuário deve ser um subconjunto da consulta de rede. Em outras palavras, a consulta de rede deve cobrir todas as consultas do usu- ário.
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5 EMPREGO DO DUTY-CYCLE
Normalmente, o rádio dos nós sensores tem quatro modos de operação: transmissão, recepção, escuta ociosa e modo inativo (hibernando). O rádio é o com- ponente de hardware do nó sensor que mais consome energia quando ativo. A energia consumida pelo rádio de comunicação em modo de recepção é considerá- vel, se comparada a outros componentes do nó sensor, enquanto a energia consu- mida pelo rádio em modo de transmissão representa o máximo de energia consumi- da pelo nó sensor. Muitos fatores afetam as características do consumo de energia de um rádio, incluindo o tipo de modulação utilizado, taxa de dados, potência de transmissão (determinado pela distância de transmissão).
Outra característica importante consiste no modo de operação de escuta ociosa, que consome quase o mesmo tanto de energia quando em modo de recep- ção [24]. Assim, a melhor maneira de economizar energia é desligando o rádio com- pletamente (hibernando). Nesse contexto, duty-cycle pode ser usado através de du- as abordagens diferentes e complementares. De um lado, é possível explorar a re- dundância dos sensores que é típico em redes de sensores e de forma adaptativa selecionar apenas um subconjunto mínimo de nós para permanecer ativo para man- ter a conectividade. Em algumas aplicações, (por exemplo, a detecção de eventos), os eventos são tipicamente raros e, portanto, os nós sensores passam a maioria do seu tempo no período de ociosidade gastando energia, o que reduz o tempo de vida numa rede de sensores. Assim, nós que não estejam sendo necessários para garan- tir a conectividade da rede podem entrar no modo de hibernação e economizar energia. Em vista disso, o controle de topologia desejado é encontrar o subconjunto ótimo de nós que garantem a conectividade da rede.
Por outro lado, nós ativos (nós selecionados pelo protocolo de controle de topologia) não precisam manter o rádio continuamente ligado. Eles podem desligar o rádio (colocá-lo no modo de espera) quando não há atividade de rede. Assim, alter- nando entre períodos de hibernação e despertar.
Dessa maneira, duty cycle é utilizado para descrever a fração de tempo em que um sinal ou sistema está em um estado ativo. Nós sensores são componen- tes eletrônicos que podem funcionar em regime liga-desliga (on-off) continuadamen-
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te. Por exemplo, admita que sensores monitorem a pressão e temperatura de um ambiente por 1 minuto, fica desligado por 9 minutos, volta a estar ativo por mais 1 minuto e assim por diante. Assim, dentro de cada período de 10 minutos, os senso- res ficam ativos por 1 minuto. Neste caso, o duty cycle é de 1/10, ou 10%.
Ao longo desta seção o duty-cycle é referenciado como gerenciamento de energia em nós ativos. Protocolos de duty-cycle podem ser implementados tanto como protocolos de hibernação ou despertar independentes, sendo executados no topo de um protocolo MAC. Diversos critérios podem igualmente ser utilizados para decidir quando e quais nós ativar ou desativar. Neste sentido, os protocolos de con- trole de topologia podem ser classificados em duas categorias: protocolo orientado a localização que definem que nó ativar e quando; protocolo orientado a conectividade que ativa ou desativa dinamicamente nós sensores de modo que seja realizada a conectividade de rede ou a cobertura completa.