Sobre o Impacto do Gerenciamento no Desempenho das
Redes de Sensores Sem Fio
*Linnyer Beatrys Ruiz1,2, Thais R. M. Braga1, Fabrício A. Silva1, José Marcos S. Nogueira1, Antônio Alfredo F. Loureiro1 1
Departamento de Ciência da Computação – Universidade Federal de Minas Gerais Av. Antônio Carlos, 6627 – CEP 31.270-010 – Belo Horizonte – MG
{linnyer, thaisrb, fasilva, jmarcos, loureiro@dcc.ufmg.br} 2
Pontifícia Universidade Católica do Paraná
R. Imaculada Conceição, 1155 – CEP 80.215-901 – Curitiba - PR
*
Este trabalho conta com o apoio do CNPq, processo no. 55.2111/2002-3 Abstract O objetivo de uma rede de sensores sem fio é
coletar e, eventualmente, controlar um ambiente. As redes de sensores sem fio diferem de outras redes, tendo algumas características únicas como, por exemplo, auto-organização e restrições severas de energia. Gerenciar uma rede com caracterísiticas tão específicas é um desafio. Neste artigo, implementamos e avaliamos alguns serviços automáticos de gerenciamento de configuração e desempenho propostos por uma arquitetura de gerenciamento de redes de sensores chamada MANNA. Essa arquitetura é baseada no paradigma de auto-gerenciamento, isto é, serviços e funções automáticas de gerenciamento que dispensam a intervenção de operadores humanos.
O trabalho tem o objetivo de avaliar diferentes configurações de uma RSSF considerando uma aplicação de coleta e disseminação de dados contínua e os efeitos da solução de gerenciamento proposta para esta rede. Para isto, consideramos algumas métricas de desempenho tais como atraso, número de mensagens perdidas, consumo de energia e precisão da informação. A aplicação desenvolvida realiza a monitoração de temperatura e monóxido de carbono em área urbana. Os resultados mostram as relações de custo-benefício das diferentes organizações, bem como demonstra que o gerenciamento pode promover a produtividade dos recursos e controlar a qualidade dos serviços providos.
Keywords redes de sensores sem fio, gerenciamento de rede de sensores sem fio, caracterização de redes de sensores sem fio, arquitetura de gerenciamento, gerenciamento de configuração, auto-gerenciamento..
I. INTRODUÇÃO
Uma Rede de Sensores Sem Fio (RSSF) pode ser usada para monitorar e, eventualmente, controlar um ambiente. Este tipo de rede é formado por centenas ou milhares de dispositivos que possuem capacidade de sensoriamento, processamento e comunicação sem fio, chamados nós sensores. Os nós sensores são projetados com pequenas dimensões (cm3 ou mm3) [2,3,4,5] e esta limitação de tamanho acaba impondo limitações nos recursos dos nós, tais como capacidade da fonte de energia, processador e transceptor. As redes de sensores sem fio podem ser utilizadas em diferentes aplicações como, por exemplo, monitoração de ambientes industriais e de ambientes hostis
ou inóspitos à presença humana, aplicações militares, médicas, etc [6,7,8,9].
Neste artigo implementamos alguns serviços e funções de gerenciamento da arquitetura MANNA proposta em [10]. Em particular, tratamos das áreas funcionais de gerenciamento de configuração e desempenho, níveis de gerenciamento de elemento de rede, rede e serviços. Uma aplicação de monitoração de temperatura e concentração de monóxido de carbono [1] é construída utilizando os dados de um nó sensor real, no caso o Mica-Motes [2,3,4]. Diferentes cenários contendo em média 176 nós comuns são simulados utilizando o NS-2 [11].
O trabalho tem o objetivo de avaliar diferentes configurações de uma RSSF considerando uma aplicação de coleta e disseminação de dados contínua e os efeitos da solução de gerenciamento proposta sobre esta rede. Para isto, consideramos algumas métricas de desempenho, quais sejam atraso, mensagens perdidas, consumo de energia e precisão da informação.
O texto está organizado como a seguir. A seção II apresenta uma discussão sobre o gerenciamento das RSSFs. A seção III trata da caracterização das redes de sensores sem fio. A seção IV apresenta uma visão geral da arquitetura MANNA. A seção V descreve a aplicação de gerenciamento desenvolvida a partir de algumas funções e serviços de gerenciamento. A seção VI descreve o ambiente de simulação. A seção VII apresenta os resultados. As conclusões e trabalhos futuros são colocados na seção VIII.
II. O GERENCIAMENTO DAS RSSFS
Redes de Sensores Sem Fio diferem de outras redes, tendo algumas características únicas. As redes de computadores tradicionais e ad hoc são projetadas para acomodar uma grande variedade de aplicações. Os elementos de rede são instalados, configurados e conectados de forma a se estabelecer uma rede que poderá prover diferentes tipos de serviços. A rede tende a seguir um planejamento estabelecido e a localização de cada elemento é conhecida. Em geral, os aspectos de gerenciamento estão claramente separados das atividades comuns da rede, ou seja, dos serviços que ela provê a seus usuários. Desta forma, diz-se
que existe uma superposição das funcionalidades de gerenciamento às funcionalidades da rede, mesmo que sua implementação ocorra de forma conjunta. Também nas redes tradicionais e ad hoc estão previstas as participações dos operadores no processo de gerenciamento e as interferências de técnicos na manutenção de recursos que apresentem problemas. Na maioria das aplicações de RSSFs isto não corresponde à realidade, dado que a rede é planejada para operações desacompanhadas (sem intervenção humana local) e os nós podem tornar-se indisponíveis por um período ou definitivamente (os nós podem ser descartados, perdidos, destruídos ou ter sua fonte de energia esgotada). Neste cenário de centenas ou milhares de nós com restrições de recursos, falhas ocorrem freqüentemente e a manutenção de peças ou recarga de energia é impraticável. Diz-se que os nós são descartáveis. Este é o caso das aplicações em que os nós são lançados sobre desertos, vulcões, oceanos, florestas tropicais, áreas de catástrofes e desastres ou outras regiões remotas ou hostis. Nestas aplicações, os nós são lançados sobre a área determinada e apesar do planejamento e de todo cuidado envolvido na deposição dos nós, a configuração inicial pode ser diferente da planejada. Situações não previstas, erros de configuração ou mesmo interferência do meio ambiente podem causar a perda de uma rede inteira antes que ela comece a operar. Percebe-se a necessidade de soluções de auto-gerenciamento que possibilitem o gerenciamento de configuração da rede. No gerenciamento das RSSFs, as áreas funcionais de falhas, desempenho, contabilização e segurança são extremamente dependentes da configuração.
Em RSSF gerenciadas, após o lançamento dos nós, os mesmos despertam, realizam auto-teste, descobrem sua localização [12,13] e monitoram seu nível de energia (estado operacional). Estas atividades são executadas por funções de gerenciamento em nível de elemento de rede.
Descoberta a localização, os nós podem organizar-se em grupos. A auto-organização é uma função de gerenciamento executada em nível de gerenciamento de rede.
Os nós de uma RSSF geralmente executam uma aplicação comum de maneira cooperativa, o que não é comum nas redes tradicionais ou ad hoc. As RSSFs são ditas dependentes da aplicação. Em nível de serviço, as RSSFs são usuárias de seu próprio serviço de transporte, isto é, a rede produz a informação e deve transportá-la até seu destino garantindo o nível de qualidade de serviço estabelecido.
As RSSFs são dependentes da aplicação e podem apresentar diferentes características. A próxima seção apresenta um resumo da caracterização das RSSFs.
III. CARACTERIZAÇÃO DAS RSSFS
Uma RSSF é dita homogênea quando todos os nós que a compõe têm iguais características de hardware, isto é, a mesma configuração de processador, memória, bateria, transceptor e dispositivo sensor. O maior consumidor de
energia do nó é o transceptor de rádio quando realizando transmissão. Nestes dispositivos o consumo de energia é proporcional ao quadrado da distância. Se a RSSF é composta de nós de diferentes capacidades, esta é dita heterogênea.
Os nós de uma RSSF são autônomos e devem estar aptos a exercer a funcionalidade de auto-organização, isto é, os nós da rede devem ser projetados para formar a rede sem intervenção humana. Quanto à organização, uma RSSF pode ser plana, se não existirem agrupamentos de nós (ver Figura 1(a)). A rede é dita hierárquica quando os nós se organizam em grupos (ver Figura 1(b)). Podem haver vários níveis de hierarquia e para cada grupo de nós deve haver um líder. Em redes heterogêneas, os nós de maior capacidade podem assumir a liderança durante todo o tempo de vida da rede. Se a rede é hierárquica homogênea, deve haver um processo de eleição para a escolha dos líderes. Novas eleições devem ocorrer motivadas por diferentes parâmetros como por exemplo, nível mínimo de energia residual do líder atual. Podem ser estabelecidos critérios para determinar quais nós podem votar e quais são elegíveis. Pode ser utilizado também um sistema de indicação, isto é, o primeiro líder é indicado pela entidade de gerenciamento que possui visão global da rede. Como cada líder tem visão local de seu grupo, este indicará seu sucessor.
Em geral, as RSSFs são compostas de pelo menos um Ponto de Acesso (PA) por onde a rede troca informações com o exterior. No caso de redes planas, o ponto de acesso é implementado em um nó sorvedouro (sink) também chamado de nó de monitoração (monitoring). Em função do alcance dos transceptores (tamanho da antena) de rádio freqüência e do consumo de energia na transmissão, os nós de uma rede plana disseminam os dados em direção ao nó sorvedouro utilizando uma comunicação multi-saltos (multi-hop). A Figura 1(a) apresenta uma RSSF plana com o ponto de acesso colocado no perímetro da rede. Haverá um maior consumo de energia nos nós próximos ao nó sorvedouro, pois toda informação vinda da rede passará por estes nós rumo ao tal ponto de acesso. No caso das redes hierárquicas (Figura 1(b)), o ponto de acesso é implementado em Estação(ões) Base (EB) que em geral, não têm restrições de processamento, memória ou energia. Um ponto relevante de investigação diz respeito ao posicionamento do ponto de acesso em função do consumo de energia, perda de mensagens, atraso e precisão. Nas redes hierárquicas homogêneas, os líderes recebem a informação dos nós do
EB
(a) RSSF Plana (b) RSSF Hierárquica Figura 1 - Diferentes Organizações de RSSFs Nó comum Nó líder Grupo de nós
grupo, podem realizar algum tipo de processamento (fusão, agregação, contagem, supressão seletiva, etc) e disseminam a informação resultante utilizando comunicação multi-hop até a EB. Em alguns casos, se o hardware permitir, o alcance do rádio dos líderes pode ser ajustado (aumentado) para transmitirem single-hop para a EB, porém aumentando o consumo de energia. Nas redes hierárquicas heterogêneas, os nós com maior alcance de rádio, podem enviar os dados do grupo diretamente (single-hop) para estação base. O nó consome mais energia com a transmissão, mas possui uma bateria com maior capacidade.
Uma RSSF é dita estacionária quando os nós são dispostos sobre a região de monitoração e permanecem no mesmo lugar. Mesmo nestes casos, a topologia é dinâmica, variável com o tempo porque os nós têm capacidade limitada de energia e no decorrer do tempo, nós tornam-se inativos resultando em alterações de topologia. Por conseguinte, ocorrem alterações de conectividade. Por outro lado, se os nós da rede ou o(s) ponto(s) de acesso (nó sorvedouro ou estação base) forem móveis, diz-se que a rede é móvel.
Quanto à propagação da informação dos nós para o observador1, uma RSSF pode ser: contínua, quando os dados são continuamente coletados, processados e enviados ao observador; sob demanda, quando os dados são enviados ao observador conforme este os solicita; reativas, quando enviam dados referentes a eventos que ocorrem no ambiente de monitoração; programada, quando os nós periodicamente se desligam e despertam apenas sob condições pré-estabelecidas ou a intervalos regulares definidos pela aplicação.
Uma RSSF é dita irregular quando os nós estão aleatoriamente distribuídos sobre a área monitorada apresentando diferentes densidades. A rede é balanceada quando apresenta uma distribuição uniforme de nós. Uma RSSF pode ser densa se houver uma alta densidade de nós por área e esparsa caso contrário. Mesmo que uma rede de sensores seja inicialmente densa, no tempo, ela passará a ser balanceada até se tornar esparsa e morrer, isto é, estar impossibilitada de prover serviços dentro da qualidade especificada.
Existem outras características importantes e dependentes da aplicação [14]. Porém, no escopo deste trabalho, as características descritas acima são suficientes para entendimento da solução de gerenciamento proposta.
A próxima seção descreve como a arquitetura MANNA provê serviços e funções de gerenciamento para os diferentes tipos de redes. Nas seções seguintes, uma aplicação de gerenciamento é desenvolvida considerando alguns dos serviços e funções das áreas funcionais de configuração e desempenho.
1
Observador é a entidade ou usuário final que está interessado nos dados coletados pela RSSF.
IV. ARQUITETURA MANNA
A arquitetura MANNA [10] foi proposta para prover uma solução de gerenciamento para diferentes aplicações de RSSFs. A abordagem utilizada no desenvolvimento da arquitetura trata de situações complexas do gerenciamento de RSSF pela decomposição do problema em subproblemas menores, seguindo refinamentos sucessivos, isto é, trabalhando com cada área funcional e nível de gerenciamento. Além disso, a arquitetura MANNA propõe um novo nível de abstração das funcionalidades das RSSF (configuração, sensoriamento, manutenção, processamento, comunicação) (ver Figura 2). Como resultado, uma lista de serviços e funções de gerenciamento é fornecida.
Ger. de Negócio Ger. de Serviço Ger. de Rede Ger. de Elemento Elemento de Rede Ger. de Configuração Ger. de Desempenho Ger. de Falhas Ger. de Segurança Ger. de Contabilização Configuração Manutenção Sensoriamento Processamento Comunicação Áreas Funcionais Níveis de Gerência Funcionalidades da RSSF
Figura 2 - Abstrações da Arquitetura MANNA A definição dos serviços de gerenciamento é uma tarefa que consiste em encontrar as funções que devem ser executadas, quando e com quais dados. Os serviços de gerenciamento são executados através de um conjunto de funções as quais precisam ser bem sucedidas para que um dado serviço seja concluído. Para definir funções e serviços, utiliza os níveis de abstração representados na Figura 2. Funções de gerenciamento representam a menor parte funcional de um serviço de gerenciamento. As condições para se executar um serviço ou uma função são obtidas através dos modelos de RSSF definidos pelas políticas de gerenciamento [15]. Os modelos ou mapas de RSSF, definidos pela arquitetura MANNA, representam o estado da rede e servem como uma referência para o gerenciamento. Mapa de Topologia, Mapa de Energia e Mapa da Área de Cobertura são exemplos de modelos utilizados pela aplicação de gerenciamento implementada neste artigo. A Figura 3 representa um esquema para a construção do gerenciamento, começando pela definição dos serviços e funções de gerenciamento os quais utilizam modelos para alcançar seus objetivos. Um serviço de gerenciamento pode utilizar uma ou mais funções de gerenciamento. Diferentes serviços podem utilizar funções em comum, as quais utilizam modelos para recuperar um estado da rede, considerando um dado aspecto. Os serviços e as funções de gerenciamento utilizam e produzem informações de gerenciamento.
Na aplicação de gerenciamento construída no escopo deste trabalho, utilizamos funções automáticas, ou seja, executadas por um gerente ou um agente, invocados como
Função de Gerenciamento
um resultado das informações adquiridas a partir de um ou mais mapas (modelos). As localizações para as entidades de gerenciamento (gerentes e agentes) e funções que elas podem executar são sugeridas pela arquitetura funcional. A arquitetura MANNA também propõe outras duas arquiteturas: física e de informação. Maiores detalhes podem ser obtidos em [10]. A seguir, apresentamos os serviços de gerenciamento de configuração e desempenho para uma RSSF contínua e discutimos como a arquitetura MANNA pode gerenciar este tipo de rede.
V. APLICAÇÃO DE GERENCIAMENTO Na arquitetura de gerenciamento, definimos como as entidades de gerenciamento recebem e analisam as informações e como reagem a elas. Neste trabalho, desenvolvemos uma aplicação de RSSF e uma aplicação de gerenciamento para ela. O objetivo do trabalho é determinar qual a melhor organização para a rede formada por aproximadamente 176 nós e como a solução de gerenciamento estabelecida pela arquitetura MANNA pode tornar esta rede mais produtiva.
Os principais serviços de gerenciamento MANNA executados são:
•Planejamento da rede. Este serviço contempla todas as funções de gerenciamento que antecedem a deposição dos nós na área monitorada. Por exemplo, cálculo do número de nós necessários para o sensoriamento distribuído e investigação da melhor organização (plana ou hierárquica, homogênea ou heterogênea) da rede e localização do ponto de acesso (PA).
•Manutenção da área de cobertura. Este serviço executa funções de monitoração da área de cobertura identificando áreas de interseção[9] de sensoriamento e áreas descobertas. Na ocorrência de áreas densas, podem ocorrer áreas de interseção de sensoriamento, redundância de dados, interferência na comunicação, e desperdício de energia. Neste caso, o serviço de gerenciamento identifica os nós redundantes e os retira administrativamente de serviço, isto é, desliga os nós por um período de tempo. Quando os nós principais tornam-se inativos, gerando áreas esparsas, o serviço tenta ativar os nós backups, se existirem. O serviço é realizado automaticamente [16] promovendo a produtividade dos recursos e tirando proveito da alta densidade.
•Monitoração de QoS. Uma RSSF é usuária de si mesma, isto é, ela produz, processa e entrega sua informação. Os
principais serviços de uma RSSFs são sensoriamento, processamento e disseminação. A qualidade do sensoriamento envolve a calibração dos sensores, a monitoração das interferências do meio sobre o dispositivo sensor e o “exposure” (tempo, ângulo e distância entre fenômeno e dispositivo sensor). A qualidade do processamento depende da robustez e da complexidade dos algoritmos utilizados, assim como da capacidade do processador e memória. A qualidade da disseminação pode ser caracterizada pela latência, pela relação vazão/atraso e pelo número de mensagens perdidas. A qualidade do serviço da rede também deve ser determinada pelo consumo de energia, isto é, a quantidade de energia consumida para realizar determinado serviço com determinado nível de qualidade. Na maioria das RSSFs, o consumo de energia é a métrica principal. Contudo, existem RSSFs em que, na presença de certos eventos, a rede deve empregar o máximo de energia possível na entrega da informação. Por exemplo, RSSFs lançadas sobre destroços de um desabamento onde se quer retirar a maior quantidade possível de informação no menor período de tempo. Neste tipo de aplicação, prolongar o tempo de vida da rede não é uma prioridade. Contudo, se não forem utilizados esquemas de gerenciamento, a rede pode sofrer o problema da implosão (grande quantidade de informação congestionando, colidindo e sendo perdida na rede). Para a aplicação definida em nossos experimentos, monitoramos a QoS utilizando as métricas de área de cobertura, precisão (número de nós produzindo as médias de temperatura e monóxido de carbono), atraso, mensagens perdidas e consumo de energia isto porque, quando a RSSF entrega a média da temperatura e o nível médio de monóxido de carbono na área monitorada, o observador precisa saber quantos nós participaram da construção desta informação e qual a percentagem de área coberta pela rede naquele instante.
•Configuração de parâmetros de operação da rede. Este serviço de gerenciamento utiliza funções de gerenciamento para alterar alguns parâmetros dos elementos de rede em função do estado na rede. Em particular, nos cenários simulados neste trabalho, utiliza-se esta função nas redes planas para estabelecer um compromisso entre o sensoriamento e a comunicação, isto é, os nós próximos ao nó sorvedouro são programados para deixar de realizar o sensoriamento quando atingirem determinado nível de energia residual. No caso, os nós deixam de coletar e disseminar suas próprias informações para apenas retransmitir as informações dos nós mais distantes. A Figura 4 sugere um esquema de configuração dos nós em função da distância do ponto de acesso. Por exemplo, os nós da região (A) param de sensoriar quando atingem 8% de energia residual, privilegiando a retransmissão das informações vindas de outros nós. Os nós da região (B) param em 3% e os nós das outras regiões realizam o sensoriamento até que sua energia se esgote. No caso das Serviço X Serviço Y
Função 1 Função 2 Função 3
Modelo # Modelo $ usa usa usa usa usa
redes hierárquicas homogêneas, um esquema como este também pode ser implementado. Nas redes hierárquicas heterogêneas o serviço de configuração altera a potência de transmissão, isto é, o alcance da comunicação dos nós líderes, também em função da distância da estação base. Todavia, o hardware dos nós deve permitir tal configuração, sendo este o caso dos nós WINS [5]. Nesse tipo de rede a comunicação entre os líderes e a estação base é single-hop. O serviço de gerenciamento diminui o alcance dos líderes mais próximos da estação base, diminuindo a área de interferência e reduzindo o consumo de energia. Uma lista parcial das funções de gerenciamento empregadas nos experimentos, sem qualquer ordem particular, são: definição da área monitorada, distribuição dos nós, auto-teste dos nós, auto-organização, controle de densidade, descoberta do mapa de topologia, agregação, geração do mapa de energia, geração do mapa de produção, escalonamento das operações de gerenciamento, controle do estado operacional dos nós, controle do estado administrativo dos nós, geração do mapa da área de cobertura. Estes e outros serviços, funções e tipos de gerenciamento providos pela arquitetura MANNA estão descritos em [10].
VI. AMBIENTE DE SIMULAÇÃO
Na seção IV descrevemos rapidamente a arquitetura MANNA. Na seção V descrevemos os principais serviços de gerenciamento utilizados como estudo de caso. Com o intuito de avaliar o impacto da introdução do gerenciamento em diferentes organizações de RSSF (homogênea, heterogênea, plana, hierárquica), conduzimos os experimentos baseados em um conjunto distinto de cenários de simulação (ver Tabela 1), os quais permitiram a análise do comportamento do consumo de energia, atraso e perda de mensagens. O sistema foi simulado utilizando-se a ferramenta Network Simulator [11], comparando-se diferentes configurações. Cada simulação foi executada durante 125s e repetida 33 vezes.
Tabela 1 – Cenários de Simulação # Organiza-ção Compo-sição Localização do Ponto de Acesso (PA) Gerencia-mento
1 Plana Homo Perímetro Sim
2 Plana Homo Perímetro Não
3 Plana Homo Centro Sim
4 Plana Homo Centro Não
5 Hierarq. Homo Perímetro Sim
6 Hierarq. Homo Perímetro Não
7 Hierarq. Homo Centro Sim
8 Hierarq. Homo Centro Não
9 Hierarq. Hetero Perímetro Sim
10 Hierarq. Hetero Perímetro Não
A Tabela 1 também apresenta os cenários no quais avaliamos a melhor localização do ponto de acesso quando a RSSF faz coleta e disseminação de dados contínua. A coluna “Localização do Ponto de Acesso” mostra as duas opções simuladas, isto é, ponto de acesso no perímetro da rede (ver Figura 4) ou ponto de acesso no centro da rede. A Tabela 2 descreve os parâmetros de simulação.
Tabela 2 - Parâmetros de Simulação
Parâmetro Valor
Tipo dos Nós Mica-Motes
Número de nós 176 em média
Tamanho do Grupo nos cenários 5, 6, 7 e 8
16 grupos de 9 nós comuns
Área Coberta 115mx95m
Condições Ambientais Variações não são simuladas Energia Inicial Nó 1Joule
Protocolo de Transporte UDP Protocolo de roteamento AODV
Protocolo MAC IEEE 802.11
Largura de Banda 100kbps
Distribuição dos Nós Uniforme
Alcance dos nós 15m Energia consumida TX 0.036J Energia consumida RX 0.0054J Energia cosumida no processamento 0.00165J quando ativo 0.000006J quando inativo 0.00048J quando em “idle” Energia consumida no sensoriamento Sensor temperatura: 0.0006J Sensor CO: 0.001J
Mobilidade dos nós Nenhuma
Nós Redundantes 20% do total de nós
Arquitetura Física
A Tabela 2 mostra que protocolos projetados para redes ad hoc foram utlizados nas simulações. Isto porque ainda não estão disponíveis os algoritmos de roteamento e controle de acesso ao meio adequados para os cenários simulados de RSSF contínua. A entrega confiável de dados ainda é uma questão em aberto no contexto das RSSFs. Neste trabalho, decidimos utilizar UDP, IEEE 802.11 e AODV (Ad Hoc On Demand Distance Vector Routing). Entre as entidades de gerenciamento utilizamos SNMP para a camada de aplicação, mas na comunicação entre os nós comuns e os líderes utilizamos um protocolo leve, MNMP (MANNA Network Management Protocol) que projetamos. Outros algoritmos estão sendo avaliados e modificações têm sido propostas no sentido de se desenvolver a arquitetura física da arquitetura MANNA, pois a interface entre as entidades de gerenciamento deve utilizar uma pilha de protocolos leve e adequada ao tipo de RSSF. A arquitetura física MANNA Figura 4 - Diferentes Configurações de Nós
Sink
não define uma pilha de protocolos para essas interfaces, mas provê perfis de protocolos que podem ser adequados para cada tipo de aplicação.
As principais operações de gerenciamento utilizadas neste trabalho são apresentadas a seguir:
SET. O gerente utiliza esta operação para trocar o estado administrativo dos nós. Por exemplo, quando o serviço de controle de densidade descobre os nós redundantes em áreas densas, o gerente os retira de serviço trocando seu estado administrativo e atribuindo um período de tempo para que eles permaneçam com seus rádios desligados.
TRAP_DELETE. Quando um nó atinge o nível crítico de energia residual, ele envia um TRAP_DELETE para avisar o gerenciamento. A aplicação de gerenciamento atualiza o mapa de energia, refaz o mapa de área de cobertura e ativa o nó backup, se existir. O gerenciamento se antecipa ao problema da área descoberta, minimizando perdas e utilizando a redundância inicialmente calculada para prolongar o tempo de vida da rede mantendo QoS.
TRAP_CREATE. O gerenciamento descobre e retira de serviço nós redundantes da rede a partir do mapa de área de cobertura inicial. Como nestes casos, o rádio é completamente desligado no processo de retirada do nó de serviço, a aplicação de gerenciamento tem que atribuir um tempo para que o nó desperte e peça para voltar ao serviço. O nó faz este pedido através do TRAP_CREATE.
Arquitetura Funcional
A arquitetura funcional descreve a distribuição da funcionalidade de gerenciamento dentro da rede, isto é, identifica locais na rede onde os gerentes e os agentes podem ser implementados. Assim, as funções de gerenciamento podem ser combinadas em serviços de uma aplicação de gerência. Em todos os cenários simulados neste trabalho, o gerente está localizado no ambiente externo à RSSF, podendo estar remotamente conectado. O sistema gerenciador pode disponibilizar uma interface gráfica para usuários através da qual observadores poderão interagir com o sistema de gerenciamento. Nesta configuração, a aplicação de gerenciamento tem visão global da rede e pode executar processamento de algoritmos que seriam impossíveis de realizar nos processadores dos nós comuns MicaMotes [2,3,4]. Sem gerenciamento, o fluxo de informação da aplicação será sempre unidirecional, dos nós fontes em
direção do ponto de acesso (ver Figura 5(a)). Nos cenários que implementam funções de gerenciamento, o fluxo será bidirecional, o SENSOR_REPORT e os TRAPS têm origem nos nós em direção à aplicação de gerência e as operações de SET partem do gerente em direção aos nós (ver Figura 5(b)).
A. RSSF Plana Homogênea
Uma RSSF plana tem pelo menos um nó sorvedouro como ponto de acesso à rede. Em [10], alternativas são discutidas sobre a localização dos agentes. Neste trabalho, quando simulamos uma rede plana homogênea, definimos que o nó sorvedouro implementa o agente que é capaz de responder às operações de gerenciamento, acessar os recursos da rede e responder às operações de gerenciamento. Na rede plana homogênea sem gerenciamento, os nós realizam a coleta de dados sobre a temperatura e a concentração monóxido de carbono e enviam os dados para o nó sorvedouro utilizando uma mensagem de SENSOR-REPORT. Os nós redundantes produzem dados redundantes, gerando tráfego, provocando colisões, perdas e desperdício de energia. Quando as funcionalidades de gerenciamento são colocadas na rede, os nós inicialmente descobrem sua localização, realizam a coleta de dados sobre a temperatura e o monóxido de carbono e enviam os dados para o nó sorvedouro utilizando uma mensagem de SENSOR-REPORT. Na fase inicial da rede, em anexo ao SENSOR-REPORT seguem dados de gerenciamento, como por exemplo a localização e o estado operacional (nível de energia). A aplicação de gerência recebe estas informações e produz o mapa de energia, mapa de topologia e mapa da área de cobertura, executa o serviço de controle de densidade e desliga os nós redundantes. Os nós desligados pedirão para voltar a rede quando o tempo de “sleep” acabar. Os nós ativos enviarão um TRAP_DELETE quando a energia residual estiver crítica. O gerenciamento também pode privilegiar a comunicação multi-hop em detrimento ao sensoriamento. Para evitar que os nós próximos ao nó sorvedouro deixem a rede e impeçam a retransmissão da informação vinda dos nós mais distantes, o gerenciamento configura o nó para desligar o dispositivo sensor e realizar apenas disseminação quando um nível de energia residual for atingido (ver Figura 4).
B. RSSF Hierárquica Homogênea
Na rede hierárquica homogênea todos os nós têm a mesma capacidade de hardware e na fase inicial da rede precisam se auto-organizar em grupos elegendo um líder. O desenvolvimento deste tipo de rede é complexo. Precisa-se de algoritmos de eleição de líderes que contemplem a troca dos mesmos de acordo com diferentes critérios, como visto na seção III. O desempenho da rede depende da localização dos líderes em relação aos nós do seu grupo e em relação à estação base. O esquema de comunicação entre o líder e a EB também é fundamental (single-hop ou multi-hop).
O algoritmo de eleição de líderes deve garantir uma boa distribuição dos líderes (localização física), assim como, a formação de grupos que tenham um número aproximado de Gerente SENSOR_ REPORT Nó Ponto de Acesso SENSOR_REPORT TRAP Nó
Gerente Ponto deAcesso SET
(a) Fluxo de Dados Sem Gerenciamento
(b) Fluxo de Dados Com Gerenciamento Figura 5 - Fluxo de Informação na RSSF
componentes (tamanhos proporcionais). O algoritmo proposto para RSSF chamado LEACH [17] não garante estas duas condições básicas. Vários líderes podem ser eleitos na mesma região e grupos com apenas dois componentes podem ocorrer. Além do mais, os algoritmos de auto-organização localizados consomem muita energia. Por este motivo, neste trabalho propomos uma eleição indireta, onde o líder é indicado pela aplicação de gerência que tem visão global da rede.
Supondo que a fase inicial de organização foi bem sucedida, vamos analisar o comportamento do líder. O líder recebe os dados de seu grupo, executa algum tipo de processamento e os envia para a EB. Se a comunicação com a EB é multi-hop, todos os nós no caminho entre líder e EB serão afetados pelo tráfego. Se os nós nesta rota deixam a rede por qualquer problema, pode-se não conseguir entregar a informação. Quando a informação vinda do líder é perdida por congestionamento, colisão ou ausência de rota, o prejuízo é grande pois toda informação de um grupo de nós foi perdida. Por que utilizar este tipo de organização se em termos de consumo de energia não se tem boas perspectivas? Uma razão é diminuir o tráfego, substituindo várias mensagens dos nós comuns por uma mensagem contendo as principais informações processadas pelo líder. A questão é, como o observador pode saber se a média da temperatura na região corresponde à toda a região monitorada? Como a perda de informação de um grupo inteiro afeta o resultado? Como saber e como gerenciar estas situações se não forem implementados serviços e funções de gerenciamento?
Em redes homogêneas hierárquicas, para que a comunicação entre líder e EB seja single-hop, é necessário que o nó eleito líder altere sua configuração de rádio aumentando o alcance e consequentemente o consumo de energia. Nesta situação, este líder vai apresentar uma redução no seu tempo de vida pois terá mais bits/s para transmitir com um consumo de energia maior. Um novo líder deverá ser eleito para substituí-lo. Novas eleições significam um gasto significativo em termos de energia e até mesmo tempo.
Com as simulações realizadas, espera-se responder à seguinte questão: considerando uma RSSF contínua, a organização hierárquica pode superar a plana em quais aspectos? Para este tipo de rede, investigamos também a melhor localização para o ponto de acesso considerando duas opções (ver Tabela 1).
C. RSSF Hierárquica Heterogênea
A RSSF hieráquica heterogênea possui alguns nós de maior capacidade que se tornarão líderes perpétuos. Em geral, estes líderes convidam os nós comuns a participarem de seu grupo. Os nós comuns aceitam o convite e passam a enviar suas informações para o líder que pode realizar o processamento e então enviar a informação resultante à EB.
A relação de custo benefício desta rede pode ser discutida a partir das seguintes questões: Qual o custo
monetário de se construir uma rede com nós de maior capacidade? Como conseguir uma boa distribuição dos líderes quando se lança a rede? Como garantir que os líderes cairão no ambiente nos lugares planejados? O que fazer quando estes líderes deixam a rede por outros problemas que não energia? Qual a melhor organização em termos de número de nós por grupo? Quantos líderes devem ser lançados?
Para responder algumas destas questões, simulamos três cenários (ver Tabela 3) diferentes para as redes hierárquicas heterogêneas. Os nós comuns continuam sendo os MicaMotes e para líderes utilizamos os dados do WINS [5].
Tabela 3 - Cenários de Rede Hierárquica Heterogênea
# Número
de líderes
Nós por grupo Nós backup Gerencia mento A 16 9 2 Sim B 16 9 2 Não C 12 12 3 Sim D 12 12 3 Não E 9 16 4 Sim F 9 16 4 Não
A estação base está localizada no perímetro da rede, uma vez que os líderes podem transmitir diretamente (single-hop) para a EB. Além dos serviços de gerenciamento executados nos outros tipos de rede, em particular, na rede hierárquica heterogênea simulamos o serviço de configuração alterando o alcance do rádio dos nós líderes mais próximos da estação base.
VII. RESULTADOS EXPERIMENTAIS
O fato de haver uma entidade gerente localizada fora da RSSF permite que todo o processamento possa ser realizado por esta extensão do gerenciamento sem consumir energia da rede. O gerente implementa grande parte da inteligência do gerenciamento por possuir capacidade de processamento dos serviços automáticos. Nos nós comuns, isto seria impraticável. O gerente também tem visão global da rede e pode tomar decisões com maior autoridade e sem intervenção de operadores humanos uma vez que está implementando serviços e funções automáticas de gerenciamento caracterizando “self-managing”.
Esta seção apresenta os resultados obtidos nas simulações de diferentes organizações (plana, hierárquica, homogênea, heterogênea) de RSSFs considerando duas possibilidades de localização do ponto de acesso, centro e perímetro. Avaliamos os cenários com e sem as funcionalidades de gerenciamento. As métricas de desempenho consideradas são atraso, número de mensagens perdidas, consumo de energia e precisão (número de nós produzindo a informação em determinado instante).
Deve-se lembrar que estamos tratando de uma RSSF de coleta e disseminação contínua. Para outras aplicações, os resultados podem ser completamente diferentes. Para outros tipos de RSSFs, outros serviços e funções podem ser mais adequados.
A. Atraso
O gráfico da Figura 6 apresenta o atraso médio na entrega de mensagens dos cenários simulados conforme já mostrado na Tabela 1. Entre as redes planas homogêneas (cenários de 1 a 4), o menor atraso ocorre no cenário 3. A rede plana homogênea com ponto de acesso no centro da rede e implementando os serviços de gerenciamento descritos na seção V. Para os cenários 1 e 2 (ponto de acesso no perímetro) o atraso é maior em função da distância que a informação tem de percorrer para encontrar o ponto de acesso. No cenário 1, o fluxo bidirecional provocado pelo gerenciamento também contribui para aumentar o atraso. Para os cenários de redes hierárquicas homogêneas (cenários 5, 6, 7 e 8), a situação se inverte, isto é, o menor atraso ocorre quando o ponto de acesso está no perímetro da rede. A melhor arquitetura de redes hierárquicas homogêneas ocorre quando os serviços de gerenciamento (seção V) são implementados (cenário 5). Comparando as redes planas (cenários 1, 2, 3 e 4) com as hierárquicas homogêneas (cenários 5, 6, 7 e 8) verificamos que o atraso é maior quando existe um agrupamento de nós com um dos nós do grupo exercendo papel de líder, isto é, o atraso é maior nas RSSF hierárquicas homogêneas.
Observando todos os resultados de atraso, verificamos que a melhor alternativa é utilizar uma rede hierárquica heterogênea (cenários 9 e 10). Porém deve-se considerar o investimento monetário necessário na aquisição de nós com maior capacidade. Também neste caso deve-se considerar o custo para se posicionar estrategicamente os nós líderes de forma que possa existir uma distribuição uniforme e quantidade aproximada de nós por grupo.
Para as redes hierárquicas heterogêneas (cenários 9 e 10) o atraso é praticamente o mesmo com e sem gerenciamento (ver tabela 6).
Comparando as redes homogêneas (planas e hierárquicas) o cenário utilizando o nó sorvedouro no centro e com gerenciamento (cenário 3) tem menor atraso mesmo com a presença do fluxo bidirecional do gerenciamento.
B. Mensagens Perdidas
O gráfico da Figura 7 mostra a média de mensagens perdidas para os cenários implementados. Observando o gráfico, percebemos que o menor número de mensagens perdidas ocorre no cenário 9 (rede hierárquica heterogênea com gerenciamento). Entre as redes homogêneas (cenários de 1 a 8) a melhor arquitetura em termos de mensagens perdidas é a implementada no cenário 3 (rede plana homogênea com gerenciamento e com ponto de acesso localizado no centro). Nota-se que o gerenciamento tem efeito positivo sobre esta métrica em todos os cenários simulados. Uma vez que a densidade é controlada o congestionamento e as colisões na rede são minimizadas. A média de mensagens perdidas poderia ser reduzida ainda mais se protocolos de controle de acesso ao meio específicos para este tipo de rede já estivessem disponíveis. Outro serviço de gerenciamento que influencia no bom desempenho do gerenciamento para esta métrica é a configuração de parâmetros dos nós.
Como visto, nas redes homogêneas os nós próximos do ponto de acesso tendem a consumir mais energia, saindo de serviço definitivamente antes dos demais nós. A aplicação de gerência configura os nós próximos do ponto de acesso para privilegiarem a disseminação em detrimento ao
Figura 7 - Mensagens Perdidas nos Cenários de Simulação Figura 6 – Média de Atraso nos Cenários
sensoriamento quando chegarem a 8% de energia residual. Assim, as mensagens atrasadas e produzidas nas extremidades opostas do ponto de acesso encontram um caminho para a entrega.
As RSSFs homogêneas hierárquicas (cenários 5, 6, 7 e 8) perdem mais mensagens por motivos tais como o fluxo bidirecional de dados quando o gerente indica o líder, a formação do grupo utilizando comunicação multi-hop e o fato de os nós líderes agregarem as mensagens de todos os nós comuns tornando sua mensagem maior.
Em termos de mensagens perdidas, o gerenciamento cumpre seus objetivos gerenciando a redundância e privilegiando a comunicação dos nós mais próximos ao nó sorvedouro.
C. Energia
O gráfico da Figura 8 mostra que a energia consumida pelo gerenciamento não é significativa. Em relação ao posicionamento do nó sorvedouro também não existe uma diferença importante de consumo quando as funções de gerenciamento são incluídas. As médias de energia consumida com e sem gerenciamento nos cenários de redes homogêneas planas e hierárquicas (cenários 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 e 8) são muito próximas. Uma diferença expressiva é percebida na comparação entre as redes homogêneas (cenários de 1 a 8) e a rede heterogênea (cenários 9 e 10). As redes heterogêneas consomem mais energia que as homogêneas pois utilizam nós líderes com maior alcance transmitindo em modo single-hop para a estação base. O gerenciamento melhora a produtividade da rede hierárquica heterogênea (cenário 9) pois controla a densidade de nós comuns nos grupos e também configura o alcance dos rádios dos nodos líderes de acordo com a distância da EB. Estes resultados mostram que apesar do fluxo bidirecional e do aumento no número de mensagens que trafegam na rede, o
gerenciamento consegue promover a produtividade diminuindo o atraso médio de mensagens nos cenários 3, 5 e 9 (ver Figura 6), diminuindo o número de mensagens perdidas nos cenários 1, 3, 5, 7 e 9 (ver Figura 7) com nenhuma influência negativa no consumo de energia (ver Figura 8). Outra vantagem do gerenciamento é o acompanhamento da qualidade do serviço, isto é, o gerenciamento da produção dos dados.
D. Produção
Considerando os aspectos de serviço desta rede, vamos avaliar a produção (número de nós que produzem e conseguem que a disseminação de sua informação seja bem sucedida). Observando a Tabela 4, vê-se que aos 13 segundos da simulação 77% dos nós do cenário 1 conseguem entregar sua informação ao observador, isto é, as médias da temperatura e da concentração de monóxido de carbono foram produzidas por 77% dos nós. Os outros 23% dos nós tiveram seus dados perdidos ou atrasados. Uma causa importante desta situação de perda e atraso ocorre em função da pilha de protocolos utilizada (ver Tabela 2). Entre o tempo 13s e 23s da simulação, a aplicação de gerenciamento gera um fluxo bidirecional na rede. O efeito deste tráfego pode ser percebido no tempo 23s da simulação do cenário 3 e no tempo 33s do cenário 1, quando a percentagem de nós que conseguem entregar sua informação diminui para 63% e 74%, respectivamente. A partir dos 53s da simulação, os nós começam sair de serviço definitivamente por problemas de energia. A rede do cenário 1 (com ponto de acesso no perímetro) sai de serviço definitivamente aos 63s de simulação. A rede do cenário 3 sai de serviço definitivamente aos 83s de simulação. Portanto, o ponto de acesso tem melhor localização no centro para as redes planas.
Tabela 4 – No de Nós produzindo na Rede Plana Tempo de Simulação
Cenário 13s 23s 33s 43s 53s 63s 73s 83s
1 77% 80% 74% 88% 71% 0 0 0
3 78% 63% 69% 71% 71% 68% 17% 0
Tabela 5 - No. de Nós Produzindo na Rede Hierárquica Homogênea e Heterogênea Tempo de Simulação Cenário 27s 52s 77s 102s 5 18% 25% 0 0 7 7% 0 0 0 9 53% 93% 97% 85%
Observando a Tabela 5, vemos que a rede hierárquica heterogênea (cenário 9) tem maior tempo de vida em produção. Já as redes hierárquicas homogêneas (cenários 5 e 7) estão fora de serviço antes mesmo das redes planas homogêneas. Aos 52s de simulação a rede hierárquica homogênea com ponto de acesso localizado no centro da rede está fora de serviço definitivamente. No tempo 77s da simulação, a rede hierárquica homogênea com ponto de Figura 8 - Energia Consumida nos Cenários Simulados
Figura 11 – Consumo de Energia nos Diferentes Cenários da Rede Heterogênea
acesso no perímetro está fora de serviço definitivamente. No tempo 82s da simulação, a rede hierárquica heterogênea ainda está produzindo com 82% dos nós participando da construção da média de temperatura e da concentração de monóxido de carbono. Como a análise de produtividade da rede é um serviço oferecido pelo gerenciamento, não está disponível tal informação para os cenários 2, 4, 6, 8 e 10 (cenários que não implementam quaiquer serviços ou funções de gerenciamento).
E. RSSF Hierárquica Heterogênea
Para responder as questões propostas na seção IV.C, simulamos diferentes cenários de rede hierárquica heterogênea considerando três diferentes tamanhos de grupo. A Tabela 3 apresenta os seis cenários simulados. Nesta seção, avaliamos os efeitos do gerenciamento e das diferentes configurações (número de nós por grupo, número de líderes por rede e número de nós backup) considerando as métricas de atraso, número de mensagens perdidas e consumo de energia.
• Atraso para Diferentes Configurações de uma Rede Hierárquica Heterogênea. Observando o gráfico da Figura 9, percebe-se que o atraso médio é menor no cenário F (rede hierárquica heterogênea organizada em 9 grupos com 16 nós comuns por grupo e 4 nós backup). Porém, a média de atraso não tem uma diferença significativa do cenário E (com gerenciamento). Este resultado mostra que a rede com 9 líderes e 16 nós comuns tem melhor resultado para a métrica atraso. Quando comparamos todos cenários, vemos que o gerenciamento reduz o atraso. A conclusão é que as RSSFs heterogêneas hieráquicas com menor número de clusters têm atraso médio menor. O gerenciamento consegue promover uma redução no atraso da entrega de mensagens em pelo menos dois tipos de organização.
• Média de Mensagens Perdidas nas Diferentes Configurações de uma Rede Hierárquica Heterogênea. Observando o gráfico da Figura 10, verificamos que o gerenciamento reduz o número de mensagens perdidas e que os melhores cenários com gerenciamento são A e E. O melhor cenário sem gerenciamento é o F. A rede hierárquica heterogênea com gerenciamento , 16 grupos com 9 nós comuns por grupo e 2 backup é a melhor arquitetura em termos de mensagens perdidas. O pior caso, dentre os cenários sem gerenciamento, para a métrica de mensagens perdidas é o cenário B. O gerenciamento consegue promover uma redução no número de mensagens perdidas em todos os cenários de RSSF heterogênea hierárquica simulados.
Figura 9 - Atraso Médio nas Redes Heterogêneas
• Consumo de Energia nas Diferentes Configurações de uma Rede Hierárquica Heterogênea. O gráfico da Figura 11 mostra a economia de energia obtida com a inclusão do gerenciamento. Em todos os cenários simulados o gerenciamento contribui para a redução do consumo de energia. Observando o gráfico da Figura 13, verificamos que o consumo médio de energia nos nós comuns é quase o mesmo para as diferentes organizações com e sem gerenciamento. O gerenciamento contribui para a métrica de economia de energia quando observamos o gráfico da Figura 12 que apresenta o consumo de energia nos nós líderes. O serviço de gerenciamento que reconfigura o alcance do rádio de acordo com a distância contribui com a redução do consumo.
Algumas Considerações sobre os Resultados
Observando a Tabela 6, pode-se perceber que o melhor cenário simulado para as RSSF contínuas é o 9A , rede hierárquica heterôgenea com 16 líderes, 9 nós comuns, 4 nós backup por grupo e implementando serviços e funções de gerenciamento. Contudo existe um custo monetário associado a estas redes, isto é, nós com maior capacidade de hardware têm custo maior. A rede do cenário 9 A é a melhor em número de mensagens perdidas e energia consumida. Para a métrica atraso, a melhores arquiteturas são as dos cenários 9 E e 10 F, quando comparamos todos os cenários (Tabela 1 e Tabela 3).
Ao considerarmos apenas os cenários de redes homogêneas (cenários de 1 a 8), a melhor configuração é conseguida com a rede plana homogênea com gerenciamento e ponto de acesso localizado no centro da rede (cenário 3). A pior configuração em termos de atraso é o cenário 7. Ao considerarmos as mensagens perdidas, a pior configuração é a do cenário 7 e para energia consumida, praticamente todos os cenários de redes homogêneas têm o mesmo consumo. Ao lembrarmos os resultados obtidos em termos de produção (Tabela 4 e 5) verificamos que a a rede hierárquica homogênea com ponto de acesso no centro (cenário 7) encerra a provisão de seus serviços aos 52s de simulação. A rede do cenário 1 encerra sua produção no tempo 63s, a rede do cenário 5 encerra a produção no tempo 77s de simulação. Enquanto a rede do cenário 3 ainda apresenta 17% dos nós produzindo no tempo 73s e a rede do cenário 9 ainda tem 85% dos nós produzindo no tempo 102s. Note que apenas nas redes que implementam o serviço de gerenciamento de monitoração de QoS é que podemos informar o observador sobre a precisão das médias de temperatura e concentração de monóxido de carbono obtidas.
Tabela 6 - Resumo dos Resultados Cenário Atraso (s) Mensagens Perdidas (%) Energia Consumida (J) 1 7.29 44.85 0.97 2 4.26 55.49 1.00 3 3.57 35.15 0.94 4 4.23 50.38 1.00 5 12.76 55.59 1.00 6 14.14 76.74 1.00 7 23.64 54.18 1.00 8 19.61 70.10 1.00 9 – A 2.93 20.24 3.31 10 – B 4.71 61.90 8.94 9 – C 3.33 34.56 3.41 10 – D 3.79 40.13 8.82 9 – E 2.44 20.48 3.41 10 - F 2.35 36.38 8.86
Figura 12 - Energia Consumida nos Nós Líderes
VIII. CONCLUSÃO
Recursos de rede de sensores sem fio são críticos e os resultados mostraram que o gerenciamento pode promover a produtividade destes recursos e a qualidade dos serviços providos, assim como definir outros esquemas para outros tipos de aplicações de redes de sensores sem fio.
O trabalho aqui apresentado traz contribuições para a área, além de bases técnicas para a evolução desse tipo de tecnologia no aspecto de gerenciamento.
Tal como colocado no início do texto, alguns princípios nortearam a concepção da aplicação de gerenciamento aqui apresentada. Entre vários serviços e funções de gerenciamento propostos pela arquitetura MANNA, escolhemos alguns para avaliar os efeitos do gerenciamento sobre as RSSF.
Uma das características mais interessantes relacionadas ao gerenciamento decorre do fato de que as falhas nas redes de sensores sem fio não são exceções, mas ocorrências frequentes. Os nós que compõem a rede têm recursos limitados de energia. No decorrer do tempo, os nós vão se tornando incapazes de realizar suas atividades e, com isso, a topologia da rede e a conectividade se alteram, podendo surgir áreas descobertas de sensoriamento.
Nas redes de sensores sem fio, o gerenciamento de energia é, provavelmente, o principal aspecto a ser considerado, já que a longevidade da rede depende da sua utilização racional. Com efeito, outros aspectos de gerenciamento também deverão ser considerados como, por exemplo, a limitação da capacidade de processamento, a variação das condições ambientais, a estreita largura de banda utilizada para transmissão, atraso e número de mensagens perdidas.
Os resultados das simulações mostraram que o gerenciamento pode melhorar o desempenho de RSSF com várias configurações e fornecer ao observador informações relevantes, sem custo adicional de consumo de energia para a rede.
Referências
[1] Lei nº 8.262 de 04 de dezembro 2001 do município de Belo Horizonte – MG.
[2] MICA Motes, Architectures – WEBS retreat – Jason Hill 2002. [3] MICA Motes – Disponível em: http://www.xbow.com.
[4] MICA Motes – Disponível em:
http://www.sensormag.com/articles/0402/40.
[5] WINS Wireless Integrated Networks Sensors – Disponível em: http://www.janet.ucla.edu/WINS/.
[6] B.R. Badrinath, M. Srivastava, K. Mills, J. Scholtz and K. Sollins. Special Issue on Smart Spaces and Environments – IEEE Personal Comunications, October 2000
[7] D. Estrin, R. Govindan and J. Heidemann. Embedding the
Internet – Communications of the ACM, 43(5) : 39-41, May 2000
(Special Issue Guest Editors).
[8] Stephanie Lindesey, Cauligi Raghavendra, and Krishna Sivalingam. Data gathering in sensor networks using the energy
delay metric. In International Workshop on Parallel and
Distributed Computing: Issues in Wireless Networks and Mobile Computing, San Francisco, USA, April 2001
[9] Seapahn Meguerdichian, Farinaz Koushanfar, Miodrag Potkonjak and Mani B. Srivastava. Coverage Problems in Wireless
ad_hoc sensor networks. In INFOCOM, pages 1380-1387, 2001.
[10] Linnyer B. Ruiz, José Marcos S. Nogueira, and Antônio A. F. Loureiro. MANNA: A management architecture for wireless sensor
networks. IEEE communications Magazine, 41(2):116-125,
February 2003.
[11] Network Simulator – Disponível em: http://www.isi.edu/nsnam/ns
[12] E. Kaplan. Understanding GPS: Principles and Application 1996.
[13] N. Bulusu, J. Heidemann and Estrin. GPS-less Low Cost
Outdoor Localization for Very Small Devices, 2000.
[14] Linnyer B. Ruiz and José Marcos S. Nogueira and Antônio A. F. Loureiro. Functional and Information Models for the MANNA
Architecture, GRES03 – Colloque Francophone sur la Gestion de
Reseaux et de Services, February 2003 pages 455-470.
[15] Linnyer B. Ruiz. MANNA: uma arquitetura para o gerenciamento de redes de sensores sem fio – Relatório Técnico UFMG/DCC 005/ agosto 2002
[16] Vieira, Luiz F. Menezes; Vieira, Marcos A. Menezes; Ruiz, Linnyer Beatrys, Loureiro, Antônio A. F.; Fernandes, Antônio O.
Scheduling Nodes in Wireless Sensor Networks: A Voronoi Approach - 28th Annual IEEE Conference on Local Computer Networks. October 2003, Germany.
[17] W. Heinzelman, A. Chandrakasan, H. Balakrishnan.
Energy-Efficient Communication Protocols for Wireless Sensor Networks,
