Redes de Sensores Sem Fio
Luciano Gonda
Orientador: Prof. Dr. Carlos Eduardo Cugnasca
Julho - 2005
I WORPEC - Workshop de Pesquisa e Desenvolvimento em Engenharia e Computação
Campo Grande – MS
Redes de
Sensores Sem Fio
• Fatores:
– Desenvolvimento das tecnologias:
• Microprocessadores
• Sistemas eletro-mecânicos (MEMS)
• Comunicação sem fio
• Conseqüência
– Utilização de RSSF para controle e
monitoramento nas mais diversas áreas
(saúde, controle de ambientes, militar, etc)
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Fonte: Loureiro et al., 2003
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• Principais características
– Conjunto de nós distribuídos
– Distribuição não-pré determinada
– Transmissão multi-hop
– Topologia pode se modificar
constantemente
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• Principais componentes
– Nós sensores
• Autônomos, com capacidade de:
– Processamento
– Sensoriamento
– Comunicação
• Limitação de recursos
–
–
–
–
Processamento (8 bits, freqüência 10MHz)
Memória (128KB a 1 MB)
Transmissão (1 Kbps a 1 Mbps)
Bateria (depende do fabricante)
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• Principais componentes
– Nós sensores
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• Exemplos de Nós Sensores
Fonte: Xbow, 2005
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• Principais componentes (cont.)
– Nós de interface com outras redes
• Denominados de gateways
• Conectam a RSSF a outras redes
Fonte: Loureiro et al., 2003
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• Exemplos de Gateways
Fonte: Xbow, 2005
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• Funcionamento
– Principais funcionalidades
•
•
•
•
•
Estabelecimento da RSSF
Manutenção
Sensoriamento
Processamento
Comunicação
– Ocorrem simultaneamente
– Podem ocorrer em diferentes instantes
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• Funcionamento
Estabelecimento
Manutenção
Sensoriamento
Processamento
Comunicação
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– Estabelecimento da RSSF
Fonte: Loureiro et al., 2003
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• Manutenção
– Prolongar tempo de vida da RSSF
• Reduzir imprevisibilidade
• Atender requisitos da aplicação
• Pode implicar em:
– Nova distribuição da rede
– Nova organização da rede
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• Processamento
– Processamento de suporte
• Comunicação
• Gerenciamento
• Manutenção
– Processamento de informações
• Atividades da aplicação ou colaboração
• Ações estimuladas por eventos
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• Arquitetura de Comunicação
Camada de Aplicação
Camada de Transporte
Camada de Rede
Camada de Enlace
Camada Física
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• Camada Física
– Meios de transmissão
• Rádio Freqüência (RF)
– Ondas eletromagnéticas
– Modos de operação
» Transmissão, recepção, idle e sleep.
– Codificação e Modulação
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• Camada de Enlace
– Auto-organização
• Estabelecimento da rede
• Mudanças na rede
– Acesso ao meio físico
– Otimizar consumo de energia
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• Camada de Rede
– Endereçamento
• Identificação não individual de nós
– Roteamento
• Centrado em dados
• Classificação
– Roteamento Plano
– Roteamento Hierárquico
– Roteamento Geográfico
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• Camada de Rede
Fonte: Ruiz et al. 2004
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• Áreas de aplicação
– Monitoramento de ambientes
– Agricultura de Precisão
– Outros:
• Saúde
– Monitoramento de pacientes
• Militar
– Detecção de tanques inimigos
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• Monitoramento de Ambientes
Fonte: Szewczyk et al., 2004
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• Monitoramento de Ambientes
Fonte: Xbow, 2005
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• Agricultura de Precisão
– Construção de Mapas
• Obter informações em tempo real
– Sensores espalhados de acordo com a divisão em grade
– Em cada grade, diversos sensores e um nó sorvedouro
(sink node)
– Aplicação em Parreiras
• Monitoramento:
– Temperatura
– Luminosidade
– Umidade do solo e do ambiente
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• Agricultura de Precisão
– Considerações
• Proteção aos nós sensores
• Medição de outras grandezas importantes é
necessário
• Perdas de Sensores
– Passagem de máquinas agrícolas
– Baterias
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• Casas de Vegetação
Fonte: Cansado, 2003.
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• Casas de Vegetação
– Monitorar variáveis ambientais
• Temperatura
– Máxima, mínima;Diurna, noturna;DIF(Diferential
Between Day/Night Temperature)
• Umidade
– Crescimento e hidratação
• Radiação luminosa
– Fotossíntese, intensidade luminosa, fotoperíodo
• CO2
– Nutriente(Carbono) e fotossíntese
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• Casas de Vegetação
– Monitorar de forma distribuída:
• Sensores espalhados pela casa de vegetação
• Condições ambientais de forma pontual
– Estação base próxima à casa de
vegetação
– Flexibilidade e facilidade na instalação
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• Casas de Vegetação
– Considerações
• Maioria das variáveis podem ser monitoradas
por RSSF
• Mobilidade, flexibilidade e escalabilidade
• Sensoriamento distribuído
• Possibilidade de troca de baterias ou
adaptação de fonte de alimentação
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• Considerações Finais
– RSSF na área agrícola é um campo de pesquisa
promissor
– Possível aplicação na Zootecnia de Precisão
– Desafios
•
•
•
•
Atuadores sem fio
Sensores para medição de grandezas agrícolas
Redução no tamanho dos nós sensores
Transmissão de dados via Internet
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• Próximas etapas
– Simulação utilizando
• Network Simulator2
• Tiny OS
– Viabilidade de utilização de Tecnologia
Adaptativa em RSSF
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GPEC – www.gpec.ucdb.br
LAA – www.pcs.usp.br~laa
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