Disseminação de dados baseada em trajetória e energia para redes de sensores sem fio

• Main Author: Max do Val Machado
• Other Authors: Jose Marcos Silva Nogueira
• Format: Others
• Language: Portuguese
• Published: Universidade Federal de Minas Gerais 2005
• Online Access: http://hdl.handle.net/1843/RVMR-6EAH4H

=== Wireless sensor networks (WSNs) for the collection, processing, and communication of environmental data are considered to have an enormous potential for research and application. In a WSN, a fundamental problem is the data dissemination from a monitoring node to the sensor nodes. Based on data dissemination algorithm, a monitoring node can perform different activities such as to change the operational mode of part or the entire WSN, broadcast a new interest to the network, activate/deactivate one or more sensor nodes, and send a query to the network. An interesting data dissemination algorithm is the Trajectory Based Forwarding (TBF) in which packets are disseminated from a monitoring node to a set of nodes along a predefined curve. The key idea is to embed a trajectory in the packet to be disseminated and then let the intermediate nodes forward it in a unicast manner to those nodes that lie close to the trajectory. Since a trajectory does not explicitly encode the nodes in the path, it is to a large extent impervious to changes in specific nodes that form the topology. Two main advantages of TBF are compact representation of a route and node independence.The information about the amount of energy available at each part of the network is called the energy map and can be explored by data dissemination algorithms to disseminate data so that the energy consumption by each node is minimized. In this work, a data dissemination algorithm is proposed that adapts dynamically its dissemination route according to the energy level of the sensor nodes. This is an important feature of a system such wireless sensor networks that must have the capacity of adapting its behavior according to itsavailable resources. In a WSN, a fundamental resource is energy, since, in general, batteries cannot be recharged. The key idea of our solution is to combine concepts presented in trajectorybased forwarding with the information provided by the energy map to determine routes in a dynamic fashion to deliver information to either the entire network or part of it. Simulation results revealed that the energy spent with the data dissemination activity can be concentrated on nodes with high energy reserves, whereas low-energy nodes can use their energy only to perform sensing activity or to receive information addressed to them. In this manner, partitions of the network due to nodes that ran out of energy can be significantly delayed and the network lifetime extended. === A s redes de sensores sem fio (RSSFs) podem ser vistas como um vasto campo para pesquisa e aplicações relacionadas à obtenção, processamento e comunicação de dados. Em RSSF, um problema importante é a comunicação de dados entre um nó sink (nó responsável por coletar dados) e os nós sensores. Baseado em algoritmos de disseminação de dados, o nó sink pode realizar diferentes atividades como alterar o modo de funcionamento da rede (ou de uma parte da mesma), disseminar informações relevantes, ativar/desativar um ou mais nós sensores, e enviar requisições para a rede. Em [17], Haas, Halpern e Li propõem o Gossiping, um protocolo baseado em fofoca para reduzir o overhead em algoritmos de roteamento para redes sem fio. O protocolo consiste em um flooding probabilístico, ou seja, cada nó transmite uma mensagem com uma probabilidade p. O Gossiping apresenta um comportamento distinto em função da densidade da rede e da probabilidade utilizada. Se a rede for esparsa ou probabilidade for pequena, as rotas são quebradas com muita facilidade e poucos nós são cobertos pelo algoritmo. Por outro lado, em redes densas ou quando a probabilidade for suficiente, o protocolo apresenta um desempenho extremamente satisfatório em relação aos números de nós cobertos e de transmissões. Resultados de simulação mostram que para as redes consideradas em [17], a probabilidade p entre 0; 6 e 0; 8 foi suficiente para que praticamente todos os nós fossem cobertos em praticamente todas as disseminações realizadas. Um protocolo de disseminação de dados interessante é o Trajectory Based Forwarding (TBF) no qual pacotes são disseminados pelo nó sink para um conjunto de nós ao longo de uma equação de curva. A idéia principal consisteem inserir uma equação de curva no cabeçalho do pacote a ser disseminado e os nós intermediários propagam esse pacote de forma unicast para os nós que estiverem mais próximos da trajetória. Como a trajetória não especifica explicitamente quais nós farão parte do caminho, observa-se uma certa pendência da topologia da rede. As principais vantagens desse protocolo são a representação compacta e a independência de nós.A informação sobre a quantidade de energia disponível em cada parte da rede é chamada de mapa de energia e ela pode ser explorada pelos algoritmos de disseminação para minimizar o consumo de energia dos nós sensores durante os processos de disseminação de dados. O presente trabalho propõe um protocolo para a disseminação de dados que adapta dinamicamente as rotas de acordo com o nível de energia dos nós sensores. Essa capacidade dinâmica é muito importante em um sistema como as redes de sensores sem fio quedevem possuir a capacidade de adaptarem dinamicamente seus respectivos comportamentos em função dos recursos existentes no ambiente. Em RSSF, um recurso importante é a energia, uma vez que, em geral, as bateria não podem ser recarregadas.A idéia principal da solução proposta é combinar os conceitos da disseminação baseada em trajetória com a informação fornecida pelo mapa de energia para determinar as rotas dinamicamente e, assim, disponibilizar informações para rede toda ou para uma parte da mesma. Resultados de simulação mostram que a energia consumida pelas atividades de disseminação de dados pode ser concentrada em nós com maiores reservas de energia. Osnós com as menores reservas podem utiliza-las para executarem atividades de sensoriamento e para receberem pacotes destinados a eles. Dessa forma, o particionamento da rede devido a falta de energia é adiado e o tempo de vida da rede é estendido.