Redes de Sensores sem Fio

...

Junto com essa tecnologia surgem cada vez mais produtos modernos e baratos como celulares e computadores portáteis tablets etc. Esta globalização da tecnologia sem fio possibilitou que com qualquer um dos aparelhos citados anteriormente seja possível utilizar a internet sem fio em diversos lugares como restaurantes, aeroportos, shopping dentre outros, a fim de se comunicar ou receber informações sobre um determinado local. Dentro das tecnologias sem fio está a Redes de sensores sem fio.

As redes de sensores podem ser consideradas uma evolução das redes tradicionais em que não necessitam de ligações físicas como eram feitos inicialmente. A partir do momento de seu surgimento muitas aplicações passaram a ser possíveis de ser realizadas como monitoramento de locais de difícil acesso, garantindo praticidades e maior segurança ao observador. Os avanços tecnológicos que tem acontecido na área da comunicação sem fio têm proporcionado uma ampla revolução no sensoriamento remoto. [Loureiro ET al., 2002]

Uma rede de sensores sem fio (RSSF) é caracterizada pelo uso de uma grande quantidade de nós sensores que juntos têm a capacidade de formar uma rede sem fio ad hoc que coleta dados sobre os fenômenos de interesse, realiza processamento local e semeia as informações para um ponto de acesso, conhecido como acess point (AP) em um esquema de comunicação multi-saltos (figura 1). Os principais componentes são: o sensor, que faz a monitoração do que está analisando, o observador ou usuário final e o fenômeno ou objeto de estudo. Os nós podem ser colocados em locais considerados de difícil acesso ou até perigosos permitindo a não intervenção direta do homem. Um nó sensor é constituído por processador, memória, dispositivos sensores, bateria e transceptor.

A bateria, item de grande importância, é o armazém de energia de nó sensor, e tem capacidade finita. [Badrinath et al., 2000, Estrin et al., 2000]

Os nós sensores têm grandes dificuldades quando o assunto abordado se trata de consumo de energia, pois possuindo um tamanho muito pequeno e não estando, normalmente, em lugares acessíveis pelo homem, não é possível a realização da troca da bateria. Por isso deve ser feito um estudo prévio para que as baterias dos nós não esgotem antes da conclusão da pesquisa. O transceptor inclui todo o sistema de transmissão e recepção, amplificador e antena. A memória e o processador estão envolvidos nas atividades de computação realizada pelo nó. Quanto maior a frequência do processador, maior o consumo de energia. Um dispositivo sensor é um dispositivo que produz uma resposta mensurável para mudança na condição física (pressão, temperatura, campo magnético, presença ou ausência de movimento, áudio, vídeo). [Ruiz et al., 2004]

As características citadas acima permitem o uso de redes de sensores sem fio em aplicações que vão desde o campo militar, médico ao de segurança. Mas para o seu correto funcionamento, é necessário o uso de protocolos de redes sensores que façam com que a rede permaneça ativa o tempo suficiente durante a análise do ambiente em estudo. Numa rede de sensores, o protocolo é o responsável por gerenciar a comunicação em geral, tanto entre os nós sensores, como entre a rede e o mundo exterior. E a eficiência desse protocolo de comunicação varia de acordo com a topologia da rede e sua aplicação. É neste contexto que se insere este trabalho com objetivo de investigar quais topologias e aplicações cada protocolo se adapta melhor consumindo menos energia, exemplificando com uma sugestão de implementação para monitoramento ambiental em São Tomé e Príncipe.

[pic 1]

Figura 1

1.2 Problemática

Os nós de uma RSSF podem ser descartados, perdidos ou saírem de serviço por diferentes razões como falta de energia, problemas na deposição, ameaças e ataques à segurança, falhas nos componentes e falha na comunicação [Ruiz, 2003]. O que faz uma topologia dinâmica na rede, mesmo que os nós não tenham mobilidade.

Por isso, para uma correta implementação de RSSF devem ser levados em considerações fatores como a tolerância a falhas, escalabilidade, custo de produção ambiente operacional, restrições de hardware, consumo de energia e até o meio de transmissão sendo cada um destes requisitos para projetos de cada camada.

Estratégias para melhorar os efeitos de propagação de sinal e projeto de hardware que consumam cada vez menos energia são requisitos da camada física. Esquemas de controle de erro, modos de operação para economizar energia e cuidados com mobilidade são requisitos da camada de enlace. Tratar das mudanças de topologia, endereçamento escalabilidade e interface com outras redes são requisitos da camada de rede. Os protocolos da camada de transporte devem permitir a diversidade de comunicação fim a fim para calcular variações nas características de canal de comunicação. [Nacional Science Foundation, 2004].

O principal problema desta tecnologia está no fato de que é necessária a criação de algoritmos de controle da topologia para garantir a conectividade entre os nós. [Nacional Science Foundation, 2004]. Pois com um controle eficiente de toda a topologia, é possível reduzir o número de falhas na comunicação aumentando a vida útil da rede uma vez que vários caminhos diferentes podem ser seguidos para que a informação chegue ao observador.

Como saber utilizar os protocolos certos para cada topologia?

1.3 Motivação

As redes de sensores sem fios (RSSF) tornaram-se numa área de grande interesse por parte da comunidade de investigação. Atendendo às suas características, estas redes são particularmente adequadas ao suporte de aplicações interessantes e inovadoras, entre as quais estão: monitorização de habitats naturais e/ou de condições ambientais monitorização de indicadores biomédicos, vigilância de instalações industriais críticas, monitorização da operação de infraestruturas de engenharia civil, controlo e vigilância na monitorização e localização de pessoas e/ou mercadorias, controlo de fenómenos naturais na área da vulcanologia e/ou sismologia, aplicações militares de monitorização de campos de batalha e/ou de detecção de intrusões em zonas sob controlo militar. (ALKYLDIZ ; VURAN ;AKAN,2004)

A observação e controle do mundo real permite que as RSSFs se apresentem como uma solução para inúmeras aplicações. E para cada uma destas aplicações