alcance e robustez em uma rede de sensores sem fio zigbee submetido a diferentes tipos de...
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ALCANCE E ROBUSTEZ EM UMA REDE DE SENSORES SEM FIO ZIGBEE SUBMETIDO A
DIFERENTES TIPOS DE OBSTÁCULOS PREDIAIS
HELGER A. A. MUÑOZ FILLIPE L. COUTO
ADOLFO BAUCHSPIESS
UNB - Universidade de BrasiliaDepartamento de Engenharia Elétrica
GRAV - Grupo de Robótica, Automação e Visão ComputacionalLAVSI - Laboratório de Automação, Visão e Sistemas Inteligentes
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• Redes de sensores sem fio• Padrão ZigBee• Rede Proposta• Cenário dos Testes• Resultados• Conclusões e Perspectivas
SUMÁRIO
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WIRELESS SENSOR NETWORK (WSN)
CARACTERÍSTICAS:
• Conjunto de nós distribuídos.
• Transmissão Multi-hop.
• Topologia pode-se modificar constantemente.
• Baixo consumo de energia.
• Facilidade de espalhar.
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NÓS SENSORES
Principais Componentes
- Autônomos com capacidade de : • Processamento• Sensoriamento• Comunicação
- Limitação de Recursos
• Memória• Transmissão• Bateria
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NORMALIZAÇÃO DE SENSORES
• Rede de área pessoal, Personal Area Network (PAN)
– É a interconexão de dispositivos de tecnologias da informação num alcance de aproximadamente 10 m.– Rede de área corporal, Body Area Network (BAN)
• IEEE 802.15 : Wireless Personal Area Network (WPAN)
– Bluetooth 802.15.1– Zigbee 802.15.4– Ultra Wide Band 802.15.3a
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• Baixo consumo de energia• Trabalha em diferentes freqüências ( 27 channels )• Taxas de transferência relativamente baixas (250Kbps data rate)• Possibilidade de muitos dispositivos conectados à rede 65,536 nós• Alcance de transmissão de 10 a 100 metros
TELECOM SERVICES
m-commerceinfo servicesobject interaction (Internet of Things)
ZigBeeWireless Control that
Simply Works
HOME CONTROL
TVVCRDVD/CDremote
PC & PERIPHERALS
INDUSTRIALCONTROL
asset mgtprocess control
environmentalenergy mgt
PERSONAL HEALTH CARE
securityHVACAMR
lighting controlaccess control
patient monitoring
fitness monitoring
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ARQUITETURA ZIGBEE
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ZigBee Coordinator
ZigBee Router
ZigBee End Device
Star
Mesh
Cluster Tree
TOPOLOGIAS E DISPOSITIVOS EM UMA REDE ZIGBEE
• Coordinador ZigBee (ZC). Deve existir um por rede. Controla a rede e os caminhos que devem seguir os dispositivos para conectar-se entre eles.
• Router ZigBee (ZR). Interconecta dispositivos separados na topologia da rede.
• Dispositivo final (ZigBee End Device, ZED). Este tipo de nó pode estar dormindo a maior parte do tempo,
aumentando a vida média das baterias.
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REDE SEM FIO PROPOSTA
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Xbee da MAXSTREAM
• Consumo - Power-down Sleep Current: <10 μA
• Suporte de entradas e saídas - Entradas de conversor AD - Entradas e saídas digitais
• Facilidades de uso - Programa X-CTU para testes e configuração dos módulos
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Microcontrolador MC9S08GB/GTbaixo consumo, alto rendimentoFamily of 8-bit microcontroller units (MCUs).
MC13192/MC131932.4 GHz Low Power Transceiverfor the IEEE® 802.15.4 Standard
Xbee1mW-100m
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Potência (dBm)
Corrente consumida
(mA)
P1 = 0 dBm 31.5
P2 = -2 dBm 29.3
P3 = -4 dBm 28.1
P4 = -6 dBm 26.8
P5 = -10 dBm 25.2
Relação potência e corrente de consumo.
CENÁRIO DOS TESTES
Obstáculos testados :
- Madeira- Concreto - Metal
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-100
-90
-80
-70
-60
-50
-40
1 5 10 15 20 25 30
DISTANCIA ( metros )
RSS
I ( d
Bm
)
P1
P2
P3
P4
P5
DESCRIÇÃO E RESULTADOS DOS TESTES
- Obstáculo de Madeira
-100
-90
-80
-70
-60
-50
-40
0 20 40 60 80 100
Packet Reception Rate (PRR) R
SS
I ( d
Bm
)
P1
P2
P3
P4
P5
Relação entre RSSI e Distância Relação entre RSSI e PRR (%)
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-100
-90
-80
-70
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-50
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1 5 10 15 20 25 30
DISTANCIA ( metros )
RS
SI (
dB
m )
P1
P2
P3
P4
P5
- Obstáculo de concreto
-100
-90
-80
-70
-60
-50
-40
0 20 40 60 80 100
Packet Reception Rate (PRR)
RS
SI (
dB
m )
P1
P2
P3
P4
P5
Relação entre RSSI e Distância Relação entre RSSI e PRR (%)
TESTES REALIZADOS
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-100
-90
-80
-70
-60
-50
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1 5 10 15 20 25 30
DISTANCIA ( metros )
RSS
I ( d
Bm
)
P1
P2
P3
P4
P5
- Obstáculo de Metal
-100
-90
-80
-70
-60
-50
-40
0 20 40 60 80 100
Packet Reception Rate (PRR)
RS
SI (
dB
m )
P1
P2
P3
P4
P5
Relação entre RSSI e Distância Relação entre RSSI e PRR (%)
TESTES REALIZADOS
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Outros Testes Realizados
Resposta Indoor dos nós.
DistanciaPRR (%)
RSSI (dBm)
5 m 99 -67
10 m 92 -84
15 m 77 -90
20 m 60 -94
25 m - -
30 m - -
Planta dos laboratorios.
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RESULTADOS OBTIDOS
• Para níveis da RSSI abaixo do nível de sensibilidade do receptor do módulo XBee (-92 dBm), consideram-se valores válidos para poder avaliar a qualidade e robustez do enlace .
MADEIRA CONCRETO METAL
POTÊNCIA DISTÂNCIA PRR
(%)RSSI PRR
(%)RSSI PRR
(%)RSSI
P 4- 6 dBm
25 m 82 -94 67 -90 75 -88
30 m 45 -94 52 -94 68 -92
P 5-10 dBm
25 m 71 -94 40 -94 25 -94
30 m ** ** 15 -94 ** **
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-90
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-50
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1 5 10 15 20 25 30
DISTANCIA ( metros )
RS
SI (
dB
m )
P1
P2
P3
P4
P5
-100
-90
-80
-70
-60
-50
-40
1 5 10 15 20 25 30
DISTANCIA ( metros )
RS
SI (
dB
m )
P1
P2
P3
P4
P5
-100
-90
-80
-70
-60
-50
-40
0 20 40 60 80 100
Packet Reception Rate (PRR)
RS
SI (
dB
m )
P1
P2
P3
P4
P5
-100
-90
-80
-70
-60
-50
-40
0 20 40 60 80 100
Packet Reception Rate (PRR)
RS
SI (
dB
m )
P1
P2
P3
P4
P5
MADEIRA CONCRETO
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- Os resultados obtidos mostram que pode-se ter um bom enlace para uma taxa média de recepção de pacotes em torno de 75% e com um RSSI menor do que o nível de sensibilidade do receptor (-92 dBm).
CONCLUSÕES
- Dependendo da sensibilidade do receptor a análise dos dados oferece um guia para o estudo deste tipo de rede e o desenvolvimento de novos algoritmos para o gerenciamento da transmissão de energia baseados no valor do nível do sinal recebido (RSSI).
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PERSPECTIVAS
- Desenvolvimento de novos algoritmos de gerenciamento da energia de consumo dos nós na rede.
- Aumento da vida útil das baterias em nós da rede sem fio.
