Irrigação de Precisão com o uso de Rede de Sensores Sem Fios

Irrigação de Precisão com o uso de Rede de Sensores Sem Fios

1_{Discente do Curso Análise e Desenvolvimento de Sistemas – IFSP – Câmpus} Presidente Epitácio

2_{Docente do IFSP – Câmpus Presidente Epitácio – Área Informática} pcfelipevs@gmail.com, {andreapjubileu, cesar}@ifsp.edu.br

Abstract. Brazil is one of the biggest agricultural exporters of the world competing with Canada, United States, France and other world powers. Therefore, researches about agriculture are increasingly frequent and important for Brazilian economy. From these studies, problems were put in evidence, one of them is the inappropriate use of water in the agriculture, and the lack of technologies inclusion in the irrigation process. In this context, this paper aims to identify an appropriate configuration of Wireless Sensors Network for monitoring important climatic factors in the precision irrigation of agricultural crops.

Resumo. O Brasil é um dos maiores exportadores agrícolas do mundo,

disputando o setor com Canadá, Estados Unidos, França entre outras potências. Dessa forma, estudos sobre a agricultura são cada vez mais frequentes e importantes para a economia brasileira. A partir desses estudos, problemas foram evidenciados, sendo um deles a inadequada utilização da água na agricultura e a falta de inserção de tecnologias no processo de irrigação das culturas. Nesse contexto, este artigo tem por objetivo identificar uma configuração apropriada de Rede de Sensores Sem Fios para monitoramento de fatores climáticos importantes na irrigação de precisão de culturas agrícolas.

Palavras-chave: Irrigação de precisão, simulação de RSSF, RSSF.

1 Introdução

produção alimentícia. Sendo assim, para Putti et al. (2013, p. 46-57) “os métodos de irrigação estão se tornando cada vez mais eficientes e consequentes resultados positivos no aumento da produtividade no campo”. Desta forma, a prática de irrigação em conjunto com a tecnologia, torna-se imprescindível para uma estratégia de crescimento alimentício e econômico no setor Agropecuário. Diante desses fatos, problemas surgiram e soluções foram propostas. Porém, o campo de pesquisa nesta área é vasto e todos os problemas encontrados ainda não foram resolvidos. Desta maneira, a utilização de Rede de Sensores sem Fio (RSSF) para a elaboração de uma solução para irrigação de precisão é o objetivo deste artigo.

2 Referencial Teórico

Com a comunicação sem fio cada vez mais popular no dia a dia e seu crescimento exponencial, possibilitou, por exemplo, que um aparelho celular ou um notebook ou um tablet, pudesse se utilizar de uma rede de internet sem fio em qualquer lugar, como escola, aeroportos, hotéis entre outros. Assim, de acordo com Verona (2010) aproveitou-se dessa tecnologia aproveitou-sem fio para o deaproveitou-senvolvimento das redes de aproveitou-sensores aproveitou-sem fio, capazes de monitorar e coletar dados de um ambiente para serem enviados para algum observador externo para a visualização desses dados.

As redes de sensores sem fio são redes ad hoc compostas de elementos com poucos recursos de hardware com restrições de consumo de energia (ROCCIA et al. 2012). Estas redes podem ser compostas em grande ou pequena escala, tanto em ambiente de condições normais quanto em áreas de difícil acesso. São baratas e rápidas de serem utilizadas, e ao longo do tempo, se obteve um número expressivo de aplicativos utilizando RSSF.

Segundo Verona (2010) as redes de sensores sem fio podem ser utilizadas com outras finalidades também, não somente na agricultura, mas sim em várias áreas, como segurança, por exemplo, para monitorar uma suposta movimentação de algum corpo, bem como também possíveis abalos sísmicos, dando assim previsões de terremotos; na medicina, monitorando batimentos cardíacos de uma paciente, entre outros. Uma grande vantagem da utilização de RSSF é a possibilidades de implantar esta rede a um ambiente inacessível pelo ser humano, como em áreas vulcânicas, mata fechada, área de alta radioatividade.

2.1 Características da Rede de Sensores Sem Fio

Segundo Verona (2010) as RSSF possuem diferentes tipos de configurações, sendo cada uma projetada para uma aplicação em específico, tornando assim cada projeto de RSSF inviável para outros tipos de projetos, caracterizando as RSSF como dependentes de sua aplicação. Características relacionadas as configurações das RSSF estarão contidas na tabela abaixo.

Configuração

Composição Homogênea Rede composta de nós que apresentam a mesma capacidade de hardware. Eventualmente os nós podem executar software diferente.

Heterogênea Rede composta por nós com

diferentes capacidades de hardware.

Organização Hierárquica RSSF em que os nós est ão organizados em grupos (clusters). Cada grupo terá um líder (cluster-head)que poderá ser eleito pelos nós comuns. Os grupos podem organizar hierarquias entre si.

Plana Rede em que os nós n ão est ão

organizados em grupos.

Mobilidade Estacionária Todos os nós sensores permanecem no local onde foram depositados durante todo o tempo de vida da rede.

Móvel Rede em que os nós sensores

podem ser deslocados do local onde inicialmente foram depositados.

Densidade Balanceada Rede que apresenta uma concentração e distribuição de nós por unidade de área considerada ideal segundo a função objetivo da rede.

Densa Rede que apresenta uma alta

concentração de nós por unidade de área.

Esparsa Rede que apresenta uma baixa

concentração de nós por unidade de área.

Distribuição Irregular Rede que apresenta uma distribuição n ao uniforme dos nós na área monitorada.

Regular Rede que apresenta uma

distribuição uniforme de nós sobre a área monitorada.

que são:

Coleta periódica – Os dados são coletados em intervalos regulares de tempo.

Coleta contínua – Os dispositivos da rede coletam dados de forma contínua, coletando os dados a todo instante.

Coleta reativa – Ocorre somente quando algum evento ocorre, ou quando uma agente externo a aplicação solicita a coleta de dados.

De acordo com Ruiz (2004) exitem também as formas de comunicação existente entre as RSSF onde cada comunicação possui atributos diferentes, que variam de projeto para projeto, que são:

Disseminação de dados:

Programada – envio de dados em intervalos de tempo definidos.

Contínua – ocorre o envio da dados no mesmo instante que os dados são coletados.

Sob demanda – parecido com a coleta reativa, o envio de dados ocorre somente quando um evento é reconhecido ou quando há uma solicitação de algum agente externo da aplicação.

Tipo de conexão:

Simétrica – todos os dispositivos da RSSF possuem a mesma distância de transmissão, exceto o AP

Assimétrica – os dispositivos da RSSF possuem diferentes capacidades na distância de transmissão.

Tipo de transmissão:

Simplex – os dispositivos da rede só possuem a capacidade de enviar dados, não podendo fazer a recepção de dados.

Half-duplex – os dispositivos da rede possuem a capacidade de enviar e receber dados, porém em momentos diferentes.

Full-duplex – os dispositivos da rede possuem a capacidade de enviar e receber dados simultaneamente, não sendo obrigado a esperar o envio de dados para depois fazer a coleta de dados.

Fluxo de Informação:

direto com o AP, este dispositivo repassa os dados a outros dispositivos e assim sucessivamente até chegar ao AP.

Unicast – neste tipo de rede, os dispositivos que não possuem a capacidade de alcance direto para comunicação com o AP, encaminham esses dados para outro dispositivo que seja vizinho. Diferente de flooding, este encaminha os dados somente a um dispositivo, sendo este seu vizinho. Esse tipo de conexão só faz sentido quando se conhece a rota do dispositivo de origem dos dados até o AP. Multicast – neste tipo de rede, as características de flooding e unicast são mescladas. Neste caso, os dispositivos enviam os dados a somente um subconjunto de dispositivos, no caso este subconjunto sendo seus vizinhos, e não a todos os dispositivos da rede. E os vizinhos que receberam os dados são encarregados de enviar ao AP, caso se não possuírem alcance, enviar os dados aos seus vizinhos e assim sucessivamente até chegar ao AP.

Pra determinar o caminho que o nó sensor deve enviar os dados coletados até ao AP é uma tarefa muito importante, que influência diretamente no consumo de energia do nó sensor, no atraso da coleta ao envio ao AP e no número de dados coletados que irá se perder no caminho até a chegada ao AP. Essa função é desempenhada nas redes ad-hoc pelos protocolos de roteamento, conhecidos como reativos, pró-ativos e híbridos.

Quanto a protocolos reativos, o caminho é determinado no momento em que existe algum dado a ser transmitido. Alguns exemplos de protocolos reativos são AODV (Ad-hoc On-demand Distance Vector) e DSR (Dynamic Source Routing).

Protocolos de roteamento pró-ativos são conhecidos como orientada a tabela, pois mantêm uma tabela de caminhos para todos os nós da RSSF. Exemplos de pró-ativos são DSDV (Destination-Sequenced Distance-Vector) e OLSR (Optimized Link State Routing).

E o protocolo ZRP (Zone Routing Protocol) reúne as características dos dois protocolos anteriores, conhecido como híbrido.

2.2 Nós Sensores Sem Fio

1. Trabalhos Relacionados 2. Resultados Parciais 3. Conclusão

Referências

BERNARDO, S. Impacto ambiental da irrigação no Brasil. Recursos hídricos e desenvolvimento sustentável da agricultura. Viçosa: UFV, Departamento de Engenharia Agrícola, 1997. p. 252.

PUTTI, F. F.; CATANEO, P. F.; GABRIEL, C. P. C.; FILHO, L. R. A. G. Políticas Públicas Dos Recursos Hídricos No Desenvolvimento Da Agricultura Irrigada. Periódico Eletrônico Fórum Ambiental da Alta Paulista, [S.l.], v. 9, n. 7, nov. 2013. ISSN 1980-0827.

ROCCIA, C.; TERUEL, B.; ALVES, E. C. de S.; ARNOLD, F.; BRAVO-ROGER, L.; MORETTI, A.; & GONÇALVES, M. S. Experimental evaluation of the performance of a wireless sensor network in agricultural environments. Eng. Agríc., Jaboticabal, v. 32, n. 6, p. 1165-1175, Dec. 2012.

VERONA, A. B. Simulação e Análise de Redes de Sensores sem Fio Aplicadas a Viticultura. 2010. 93 f. Dissertação (Mestrado) – Universidade Estadual de Maringá, Programa de Pós-Graduação em Ciência da Computação, 2010.