Redes de Sensores sem Fio (RSSF)

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Redes de Sensores

sem Fio (RSSF)

(2)

Por que estudar Redes

de sensores sem fio?

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(4)

Sumário:

◇ 1. Introdução e motivação;

◇ 2. Arquitetura e componentes;

◇ 3. Protocolos de comunicação;

◇ 4. Estudos de caso;

◇ 5. Perguntas;

◇ 6. Créditos;

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Introdução e Motivação

Um pouco de história, aplicações e conceitos.

1

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Aplicação – Meio Ambiente

◇ Detecção de queimadas;

◇ Monitoramento de vulcões, avalanches, deslizamentos;

◇ Controle de poluição;

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Aplicação – Meio Ambiente

◇Sistema para detecção de queimadas

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Aplicação – Monitoramento

◇ Monitoramento de regiões diversas;

◇ Aplicações militares e de segurança;

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Aplicação – Indústria

◇ Controle de processos e produção;

◇ Controle de ambiente (gases, temperatura,...);

◇ Auto monitoramento de máquinas;

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Aplicação – Indústria

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Aplicação – Medicina

◇ E-Health;

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Aplicação – Tráfego

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Um pouco de história

◇ RSSF surge como aplicação militar – década de 50;

◇ Projeto SOSUS (Sound Surveillance System);

◇ Criação do programa DSN (Distributed Sensor Network) pela DARPA impulsionando o avanço das RSSF;

◇ Evolução natural para aplicações modernas;

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Características

◇ Agregação e sumarização de dados

◇Base station ou sink.

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Características

◇ Mobilidade dos sensores;

◇ Limitação de Energia;

◇ Tolerância a falhas;

◇ Auto-organização da rede;

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Arquitetura

A estrutura e componentes de uma RSSF.

2

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Nodos Sensores

◇ Componente básico e principal de uma RSSF;

◇ Estruturas de:

￭ Sensoriamento;

￭ Computação e processamento;

￭ Comunicação;

￭ Energia;

￭ Gateways;

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Protocolos

Wi-fi, Bluetooth, ZigBee e outros mecanismos de comunicação.

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Conceitos necessários

◇ Rede móvel ad hoc

(MANET):

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Conceitos necessários

◇ Transmissão Multi-hop

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IEEE 802.11

◇ Trasmissão Half-duplex

◇ Grande utilização → variações

Protocolo Frequêcia (GHz) Taxa de transmissão (Mbits/s)

Alcance aproximado (m)

802.11a 5 6,9, 12, 18, 24,

36, 48, 54 120

802.11b 2,4 2, 5.5, 11 140

802.11g 2,4 6,9, 12, 18, 24,

36, 48, 54 140

802.11n 2,4/5 65 a 300 250

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Problema

Alta demanda de energia!

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Bluetooth

◇ Usa frequências de rádio de curto alcance;

◇ Trabalha no modo full-duplex;

◇ Faixa ISM de frequência (2.4 a 2.5 GHz);

◇ Possui modo de economia de energia (stand-by)

◇ Topologias de rede:

Piconet e Scatternet

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Bluetooth

◇ Possuí diversos protocolos de controle interno;

◇ Principal: Protocolos de núcleo ou transporte;

◇ Modelo OSI de camadas para Bluetooth

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ZigBee

◇ Protocolo atualmente mais utilizado;

◇ Baixa potência de operação;

◇ Baixo custo de implementação;

◇ Redes com grande número de dispositivos;

￭ Tipos de dispositivos:

￭ Gerenciadores;

￭ Roteadores;

￭ End devices;

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ZigBee - Topologias

◇ Topologia Estrela ◇ Topologia Mesh ◇ Topologia Cluster Tree

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ZigBee - Camadas

◇ Camadas do padrão ZigBee Alliance

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TCP/IP?

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TCP/IP

◇ Desafio dada a natureza das RSSF:

￭ Limitações grandes de energia

￭ Limitações de processamento

￭ Imprevisibilidade da topologia de rede

￭ Alta taxa de erros

◇ Problemas do TCP/IP:

￭ Tamanho do cabeçalho;

￭ Custo da comunicação fim-a-fim e retransmissão;

￭ Erros de bits e congestionamento indistinguíveis entre si

Solução?

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TCP/IP

◇ TCP/IP otimizado para RSSF:

￭ DTC – Distributed TCP Caching

￭ TSS – TCP Support for Sensor networks Redução do número de trasmissões fim-a-fim

1º Tri 70%

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LDWSN?

Long Distances Wireless

Sensor Networks

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LDWSN

◇ Alcance convencional → 100 m;

◇ Alcance de LDWSN → 600 a 12 km (atualmente);

Como?

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LDWSN

◇ Uso de multiprotocolos: 7 transceptores ZigBee + Antena de rádio (GSM/GPRS);

￭ Frequência de operação 868/900 MHz

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LDWSN

◇ Uso de multiprotocolos: 7 transceptores ZigBee + Antena de rádio (GSM/GPRS);

￭ Frequência de operação 868/900 MHz

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Estudos de casos

Projeto Rainforest Connection e Smart City de La Coruña.

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150 milhões

De celulares descartados por ano apenas nos EUA

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Sumatra - Indonésia

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Projeto Rainforest Connection

◇ Celulares antigos → detectores de aúdio;

◇ Alimentação: Luz solar;

◇ Área de monitoramento por sensor: 300 hectares de floresta

◇ Região com infraestrutura de telecomunicações

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Projeto Rainforest Connection

◇ Celulares antigos → detectores de aúdio;

◇ Alimentação: Luz solar;

◇ Área de monitoramento por sensor: 300 hectares de floresta

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La Coruña - Espanha

(41)

La Coruña - Espanha

(42)

La Coruña

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Considerações finais

Perguntas e créditos.

5

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Obrigado pela atenção!

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Perguntas

◇ 1.Cite, ao menos, 5 aplicações de RSSF.

◇ 2.Defina nodo sensor.

◇ 3.O que significa uma RSSF ser uma rede ad hoc sem fio?

◇ 4.Quais os problemas que inviabilizam o uso de TCP/IP em RSSF?

◇ 5.Julgue a veracidade da afirmação: “Todas as redes de sensores são caracterizadas por serem sistemas distribuídos de comunicação em curta distância”.

Explique.

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Fontes:

Agradecimentos e créditos:

◇ Template: SlidesCarnival;

◇ Ícone “?” by Vecteezy;

https://www.iconfinder.com/icons/532235/clou d_cloud_computing_help_mark_question_support _icon#size=128

◇ Nodo Sensor:

https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Senso rnode.svg

◇ MANET network:

https://sites.google.com/a/ochin.mygbiz.com/

my-scientific-work/my-academic-work/openvane t?mobile=true

(47)

Fontes:

◇ Ícone Wi-fi:

http://www.freeiconspng.com/free-images/wifi- icon-3783

◇ Ícone “!”:

http://www.flaticon.com/free-icon/exclamation- sign_39606

◇ Ícone de bateria:

http://icon-icons.com/pt/icone/carregar-a-bateri a-bateria/4259

◇ Ícone Bluetooth:

https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Blueto oth.svg

◇ Modelo OSI Bluetooth:

http://www.informit.com/articles/article.asp x?p=27591&seqNum=5

(48)

Fontes:

◇ Infográfico libelium:

http://www.libelium.com/top_50_iot_sensor_app lications_ranking/#show_infographic

◇ Monitoramento de queimadas:

http://www.libelium.com/libelium-

images/waspmote_antiincendios/environmental _infra_sm.png

◇ Aplicação militar:

http://www.mistralsolutions.com/wp-

content/uploads/2014/05/wireless-sensor- network.jpg

◇ Aplicação industrial: www.libelium.com/wp- content/uploads/2015/02/smart-factory- libelium-diagram.jpg

http://www.infowester.com/bluetooth.php

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Fontes:

◇ Aplicação médica:

http://www3.nd.edu/~dwang5/courses/spring15 /papers/bsn/BSNOverview.pdf

◇ Aplicação tráfego:

https://www.researchgate.net/profile/Soufiene _Djahel/publication/261309301/figure/fig2/AS:

296721327378433@1447755285682/Figure-2-Scenar io-illustrating-WSN-deployed-in-road-environm

ent-for-traffic-monitoring.png

◇ Multi-hop:

http://homepages.dcc.ufmg.br/~loureiro/cm/doc s/sbrc03.pdf

◇ Topologias Bluetooth:

http://www.infowester.com/bluetooth.php

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Fontes:

◇ Topologia estrela ZigBee e modelo OSI:

http://www.teleco.com.br/tutoriais/tutorialzigbe e/default.asp

◇ Topologia Cluster Tree e mesh ZigBee:

http://www.gta.ufrj.br/ftp/gta/TechReports/Sergi o07/Sergio07.pdf

◇ LDWSN – foto de caso:

http://www.libelium.com/libelium-downloads/li belium-showcase.pdf

◇ Sensor Rainforest Connection:

http://www.libelium.com/top_50_iot_sensor_app lications_ranking/#show_infographic

◇ Infográfico Rainforest Connection:

https://secure.flickr.com/photos/rainforestcx/14 361735096/sizes/l/

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Fontes:

◇ La Coruña:

http://www.linguistichorizons.com/wp-content/u ploads/2013/10/coruna-arial2.jpg - Acesso em 0 6/07/2016

◇ Sistema Sofia2:

http://www.libelium.com/wp-content/uploads/20 16/03/case_coruna_1.jpg