Disciplina 2º.semestre/2004
Aula 7
Redes de Sensores Sem Fio
Linnyer Beatrys Ruiz
[email protected]
Depto. Engenharia Elétrica UFMG
Gerenciamento de RSSF
Arquitetura MANNA
Linnyer Beatrys Ruiz
Atividades e Funções de Gerenciamento
Levantamento de
Requisitos
Área monitorada
•Tipo:
•Dimensões
Fenômeno
Nodes Setup
Programação dos nós
(config. Manual)
Planejamento
•Definição dos Serviços
•Definição do número de nós
•Tipo de nós
•Organização da rede
•protocolos
Placement
Deposição dos nós
Determinista
Aleatória
Manual...
Network Bootup
Operação
Auto-organização
Self-test (ex.: calibração)
Auto-configuração
Self-configuration
Descoberta de Localização
Negociação de Serviços
Qos: sensing, processing, dissemination
Self-service
Self-optimization
Sensoriamento
Processamento
Disseminação
gerenciamento de energia: self-sustaining
gerenciamento de área de cobertura
gerenciamento de tarefas do nó
Self-diagnosis
Self-protection
Self-healing
Self-maintenance
Self-Knowledge
Gerenciamento de Elemento de Rede
Função de
estado
operacional
Função de
estado
administrativo
Função de Comunicação
EB
Vizinhos
Meio
Ao elemento de rede são acrescentadas
funções de gerenciamento
Construção de uma Aplicação de Gerenciamento
Serviços de Gerenciamento
Serviço X
Função 1
Modelo #
Serviço Y
Função 2
Função 3
MIB
Modelo *
Automáticos, semi-automáticos e manuais
Serviços de Gerenciamento
(Self-management)
•
•
•
•
•
•
...
Auto-organização
Auto-configuração
Auto-diagnóstico
Auto-cura
Auto-descoberta
•
•
•
•
•
•
•
Auto-otimização
Auto-serviço
Auto-consciência
Auto-conhecimento
Auto-sustento
Auto-manutenção
...
Funções de Gerenciamento
• ...
•
•
•
•
•
Função de configuração de parâmetros
Função de geração do mapa de topologia
Função de cálculo da densidade
Função de controle da densidade
Função de definição da área de cobertura
• ...
Automáticas, semi-automáticas e manuais
Modelo ou Mapas
Mapa de energia

Higher
Error
Variance
Lower

Mapa de custo
Mapa de área de cobertura
Mapa de topologia
Mapa de conectividade
Desenvolvendo uma Solução de Gerenciamento
• Aplicação que monitora a qualidade do ar
utilizando 188 nós sensores (em média);
• Sensoriamento/disseminação contínuos;
• Utilizando parâmetros de nós reais;
• Selecionando serviços e funções de
gerenciamento da lista proposta pela arquitetura.
• Objetivos:
– Avaliar o impacto da configuração sobre o desempenho da rede
– Avaliar o impacto do gerenciamento sobre a aplicação construída
NOMS2004, WCSF2003
Cenários de Simulação
• RSSFs plana e
hierárquica
• Hierárquica homogênea
e heterogênea
• Com ponto de acesso
localizado no perímetro
ou no centro da rede
• 20% de redundância
• Gerenciamento
centralizado
#
Organização
Composição
Localização
do Ponto de
Acesso (PA)
Gerenciamento
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
Cenários de Simulação
• Três tipos diferentes de
configuração:
– Número de clusters
– Número de nós/cluster
– Nós redundantes
#
Número de
líderes
Nós por
grupo
Nós backup
Gerenciame
nto
10A
16
9
2
Sim
10B
16
9
2
Não
10C
12
12
3
Sim
10D
12
12
3
Não
10E
9
16
4
Sim
10F
9
16
4
Não
Cenário Plana
Ponto de
Acesso
(A)
(B)
(C)
Ponto de
Acesso
Cenários Hierárquicos Heterogêneos Simulados
Nós Comuns
Nós Backups
Ponto Acesso
Coordenada Y
Gerente
Cluster Head
Coordenada X
16 Cluster Heads
9 nós comuns por grupo
Cenários Hierárquicos Heterogêneos Simulados
Nós Comuns
Nós Backups
Ponto Acesso
Coordenada Y
Gerente
Cluster Head
Coordenada X
12 Cluster Heads
12 nós comuns por grupo
Cenários Hierárquicos Heterogêneos Simulados
Nós Comuns
Nós Backups
Ponto Acesso
Coordenada Y
Gerente
Cluster Head
Coordenada X
9 Cluster Heads
16 nós comuns por grupo
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”
Mobilidade dos
nós
Nenhuma
Nós
Redundantes
20% do total de nós
Common Node
Agents
Manager
Self-test
Discover location
State Management
Sent TRAPs
SENSING
PROCESSING
DISSEMINATION
Received TRAPs
Processing
Aggregation
Sent TRAP
Received
SENSOR-REPORT
Received TRAPs
Topology Map
Energy Map
Coverage Area Map
Sent SET operation
Principais Serviços de Gerenciamento
1. Coverage area maintenance management
service
•
…
Topology
Map
Coverage
Area
Map
Principais Serviços de Gerenciamento
Quando o gerente identifica uma área
descoberta ou prevê que isso vai ocorrer, ele
reativa backup.
Coverage Area Map
Principais Serviços de Gerenciamento
2. Configuração dos parâmetros de operação
– O gerenciamento reduz a potência de
transmissão do cluster-head de acordo com a
distância da estação base
Ponto de
Acesso
Mapa de Produção
16 CH/9comuns
Cenário 4 em T = 31 s
Produzindo em A1
Produzindo em A2
Não Produzindo
Coordenada X
Trade off
Lifetime
(power)
Rapidity
(latency -1)
Quality
(coverage)
Resultados dos Experimentos
Atraso Médio
Produção
Efeito AODV
Resultados dos Experimentos
Mensagens Perdidas
Resultados dos Experimentos
Consumo de Energia
16grupos - 9nós comuns
Outros experimentos para RSSFs organizadas em 12 grupos
de 12 nós comuns e 9 grupos de 16 nós comuns.
Serviço de Auto-organização
de RSSFs
 Mudanças estruturais em sua
organização sem intervenção humana
 Localizado
 Baseado em políticas
 Cooperação entre líderes para
formação dos grupos
Serviço de Manutenção da Área de
Cobertura
 RSSF densa  identifica nós redundantes
 os retira de serviço temporariamente
 RSSF esparsa  identifica áreas sem
cobertura  tenta ativar nós redundantes
X
Serviço de Manutenção da Área de
Cobertura
 Identificação de nós redundantes:
Algoritmo de Voronoi
 Calcula a Área de Voronoi
(AV) para cada elemento ni
de um dado conjunto de nós
C = {n1, …,nm}
Definição das Políticas
P1: Nós com maior capacidade de hardware serão líderes
1
LÍDER
2
G1
3
9
8
7
G2
10
6
4
11
5
LÍDER
Definição das Políticas
P2: Nós comuns enviam ML para líderes dentro de seu alcance
1
9
8
2
G1
3
7
G2
10
6
4
5
ML: coordenada X,
coordenada Y, Identificador
11
Definição das Políticas
P3: Líderes formam grupos iniciais, executam Voronoi e
trocam MG entre si
1
2
Ativos: 1, 2, 3, 4, 6, 7
Redundantes: 5
G1
3
9
8
7
G2
10
6
4
MG: Lista ativos, Lista redundantes,
Identificador, Coordenadas X e Y
5
11
Ativos: 6, 8, 9, 10, 11
Redundantes: 5, 7
Definição das Políticas
P3: Identificação dos conflitos
1
Conflito
Ativo x Redundante
2
G1
3
9
8
7
G2
10
6
Conflito
Ativo x Ativo
4
5
Conflito
Redundante x Redundante
11
Definição das Políticas
P3: Resolução dos conflitos e envio de mensagens MN
1
2
M3: Lista de nós
solicitados
G1
3
9
8
7
G2
10
6
4
11
5
Perde: 7
Ganha: 5 e 6
Perde: 5 e 6
Ganha: 7
Definição das Políticas
P3 e P4: envio de mensagens MP e MD
1
9
8
2
G1
3
7
G2
10
6
4
5
11
www.dcc.ufmg.br/~linnyer