minimizando hot spots no roteamento em redes de sensores sem fio fernando henrique gielow aldri luiz...

Minimizando Hot Spots no Roteamento emRedes de Sensores Sem Fio

Fernando Henrique Gielow

Aldri Luiz dos Santos (Orientador)

{fhg07,aldri}@inf.ufpr.br

NR2 – Universidade Federal do Paraná

CTIC

CSBC - 2010

Roteiro

Redes de Sensores Sem Fio (RSSF) Roteamento nas RSSF Hot spots CEA RRUCR

Definição do raio dos sensores Clustering & Backbone inicial Rotação de líderes Coleta de dados & Manutenção

Avaliação de desempenho Conclusão

Redes de Sensores Sem Fio (RSSF)

Sensores: dispositivos com recursos escassos [1] Pouca capacidade de processamento Tempo de vida limitado: bateria

IrisImote2

Mica2

Micaz

TelosB

[1] http://www.xbow.com/ (Crossbow Technology)

Redes de Sensores Sem Fio (RSSF)

Aplicações Monitoramento remoto Monitoramento urbano Sistemas de segurança

Clustering (agrupamento) [2] Roteamento de maneira geral apenas em

cima dos líderes ( )

Permite agregação de dados

Limita transmissões de dados

Facilita o reuso de recursos ou canais

Roteamento nas RSSF

[2] Dechene DJ, Jardali AE, Luccini M, and Sauer A. A survey of clustering algorithms for wireless sensor networks. Project Work, Hamburg University of Technology, Germany, 2006.

Hot spots são áreas sobrecarregadas com tráfego constante de dados

Em redes com transmissões N para 1 acontece próximo do sink

Mitigação: Mobilidade [3], Clusters desiguais [4]

Hot spots

[3] Vlajic, N. and Stevanovic, D. (2009). Sink mobility in wireless sensor networks: a (mis)match between theory and practice. In IWCMC, pages 386–393.[4] Chen, G., Li, C., Ye, M., and Wu, J. (2009). An unequal cluster-based routing protocol in wireless sensornetworks. Wirel. Netw., 15(2):193–207.

A arquitetura propostaCluster-based Energy Architecture (CEA)

OTIMIZAÇÃODE ROTAS

MANUTENÇÃO DE ROTAS

GERENCIAMENTO DE ROTAS

APLICAÇÃO

ENCAMINHARDADOS

SENSOREARDADOS

COLETA DE DATOS

GERÊNCIA DE ENERGIA INTER-CLUSTERS

GERÊNCIA DO BACKBONE

CLUSTERING DESIGUAI

DEFINIÇÃO DE ESCOPOS

GERÊNCIA DE ENERGIA INTRA-CLUSTER

ENERGYDATA

SOLICITAR INFORMAÇOES

DE ENERGIA

MONITOR DE ENERGIA

ROTAÇÃO

DADOS DE

ENERGIA

Energia Interna aos

clusters Externa aos

clusters

Rotas Manutenção Otimização

O protocolo proposto

Rotation Reactive Unequal Cluster based Routing (RRUCR)

Protocolo multi-hop baseado em clusters para redes com tráfego do tipo N para 1

Aplicações de coleta de dados por exemplo

Clusters desiguais para mitigar o hot spot

Manutenção dinâmica das rotas

Fases do RRUCR

Definição do raio dos sensores

Clustering & Backbone inicial

Rotação de líderes

Coleta de dados & Manutenção

RRUCRDefinição do raio dos sensores

Potências de transmissão ordenadas e indexadas

Sink cobre as potências de transmissão utilizadas

1

2

2

2

2

3

3

3

3

4

4

4

4

RRUCRClustering & Backbone inicial

Clustering Clusters proporcionais à sua ditância até a

base Mitigar o afunilamento das rotas, o Hot Spot

Backbone inicial Processo iniciado pelo sink Mensagens propagadas onda à onda pelos

líderes Atualizando a rota, e repassando a mensagem

1x

RRUCRRotação de líderes

Balancear consumo de energia interno Prolongar o tempo de vida Pode gerar quebra de enlaces, quando líderes mais

distantes são selecionados Forçar atualização das rotas de quem rotacionou ( )

e de quem se comunicava com o antigo líder ( )

Sensores normais enviam seus dados aos líderes

Os líderes roteam os dados até a base com abordagem multi-hop

A mensagem de dados tem um campo que identifica a distância do sensor até o sink Utilizado para atualizar as rotas

Se for necessária e um sensor com distância menor que a do sensor em questão até o sink for achada

Abordagem reativa, sem muito overhead

RRUCRColeta de dados & Manutenção

Avaliação de desempenhoParâmetros

1000x1000m 700 sensores Energia inicial entre 0.9 e 1.1 J 32 bytes de dados gerados à cada 0.1s, 1% de prob. 5000s Parâmetros de rádio de acordo com o Mica2 [1] 3 Cenários

Sem falhas Falhas perto do sink Falhas longe do sink

Simulador ns-2.30 35 simulações – intervalo de confiança de 95% Comparação com o UCR [3]

Avaliação de desempenho

21%17%

13%

Avaliação de desempenho

Conclusão

Hot spot mitigado Menos mortes próximas ao sink, maior tempo de

vida

Quantidade balanceada de clusters

RRUCR aumentou o tempo de vida de redes sem falhas em 21.36%, em relação ao UCR

Melhor taxa de entrega de dados

Conclusão

Página do projeto com mais informações

www.nr2.ufpr.br/~fernando/rrucr/

Código disponível sob licença LGPL Simulação ns-2.30 Script instalação

email para contato: fhg07@inf.ufpr.br

Referências

[1] http://www.xbow.com/ (Crossbow Technology)

[2] Dechene DJ, Jardali AE, Luccini M, and Sauer A. A survey of clustering algorithms for wireless sensor networks. Project Work, Hamburg University of Technology, Germany, 2006.

[3] Vlajic, N. and Stevanovic, D. (2009). Sink mobility in wireless sensor networks: a (mis)match between theory and practice. In IWCMC, pages 386–393.

[4] Chen, G., Li, C., Ye, M., and Wu, J. (2009). An unequal cluster-based routing protocol in wireless sensor networks. Wirel. Netw., 15(2):193–207.

Publicações Gielow, F. H., e Santos, A. L. (2009). Um protocolo de roteamento

baseado em clusters desiguais para minimizar Hot Spots em RSSF. XIV Workshop de Gerência e Operação de Redes e Serviços, Maio.

Gielow, F. H., e Santos, A. L. (2010). Minimizando Hot Spots no Roteamento em Redes de Sensores Sem Fio. XXIX Concurso de Trabalhos de Iniciação Científica – Sociedade Brasileira de Computação (SBC), Julho. Prêmio de primeiro Lugar

Gielow, F. H., e Santos, A. L. (2010). Um Protocolo de Roteamento Reativo a Rotações para Minimizar Hot Spots em Redes de Sensores Sem Fio. Revista Eletrônica de Iniciação Científica (REIC), Ano X, Volume III, Setembro.

Dúvidas?