1

REDE DE SENSORES SEM FIO

AUTORES:ANDRÉ MILHORANCE DE CASTRO

LUIZ FERNANDO VIEIRA DIASPEDRO CARIELLO BOTELHORAFAEL DE OLIVEIRA FARIA

REDES DE COMPUTADORES IPROFESSOR OTTO M. B. DUARTE

2010.1

2

Introdução O que é?

Aplicações

Estrutura Sensor

Processador

Comunicação

FonteDesafios Energia

Latência

Confiabilidade

Simulação Conclusão

Introdução INTRODUÇÃO

3

Introdução O que é?

Aplicações

Estrutura Sensor

Processador

Comunicação

FonteDesafios Energia

Latência

Confiabilidade

Simulação Conclusão

Introdução INTRODUÇÃOO que é?

RSSF

4

Introdução O que é?

Aplicações

Estrutura Sensor

Processador

Comunicação

FonteDesafios Energia

Latência

Confiabilidade

Simulação Conclusão

Introdução INTRODUÇÃOO que é?

RSSF

MOBILIDADE

5

Introdução O que é?

Aplicações

Estrutura Sensor

Processador

Comunicação

FonteDesafios Energia

Latência

Confiabilidade

Simulação Conclusão

Introdução INTRODUÇÃOO que é?

RSSF

MOBILIDADE

FLEXIBILIDADE

6

Introdução O que é?

Aplicações

Estrutura Sensor

Processador

Comunicação

FonteDesafios Energia

Latência

Confiabilidade

Simulação Conclusão

Introdução INTRODUÇÃOO que é?

RSSF

MOBILIDADE

FLEXIBILIDADE

ALCANCE

7

Introdução O que é?

Aplicações

Estrutura Sensor

Processador

Comunicação

FonteDesafios Energia

Latência

Confiabilidade

Simulação Conclusão

Introdução INTRODUÇÃOO que é?

RSSF

MOBILIDADE

FLEXIBILIDADE

ALCANCE

ROBUSTEZ

8

Introdução O que é?

Aplicações

Estrutura Sensor

Processador

Comunicação

FonteDesafios Energia

Latência

Confiabilidade

Simulação Conclusão

Introdução INTRODUÇÃOO que é?

Motivação para uso

9

Introdução O que é?

Aplicações

Estrutura Sensor

Processador

Comunicação

FonteDesafios Energia

Latência

Confiabilidade

Simulação Conclusão

Introdução INTRODUÇÃOO que é?

MENOR CUSTO DE INSTALAÇÃO

Motivação para uso

10

Introdução O que é?

Aplicações

Estrutura Sensor

Processador

Comunicação

FonteDesafios Energia

Latência

Confiabilidade

Simulação Conclusão

Introdução INTRODUÇÃOO que é?

MENOR CUSTO DE INSTALAÇÃO

Motivação para uso

MENOR CUSTO DE MANUTENÇÃO

11

Introdução O que é?

Aplicações

Estrutura Sensor

Processador

Comunicação

FonteDesafios Energia

Latência

Confiabilidade

Simulação Conclusão

Introdução INTRODUÇÃOO que é?

MENOR CUSTO DE INSTALAÇÃO

Motivação para uso

MENOR CUSTO DE MANUTENÇÃO

MENOR INTERFERÊNCIA NO MEIO

12

Introdução O que é?

Aplicações

Estrutura Sensor

Processador

Comunicação

FonteDesafios Energia

Latência

Confiabilidade

Simulação Conclusão

Introdução INTRODUÇÃOO que é?

MENOR CUSTO DE INSTALAÇÃO

Motivação para uso

MENOR CUSTO DE MANUTENÇÃO

MENOR INTERFERÊNCIA NO MEIO

MONITORAMENTO DE AMBIENTES HOSTIS

13

Introdução O que é?

Aplicações

Estrutura Sensor

Processador

Comunicação

FonteDesafios Energia

Latência

Confiabilidade

Simulação Conclusão

INTRODUÇÃOIntrodução

AplicaçõesAPLICAÇÃO AMBIENTAL

14

Introdução O que é?

Aplicações

Estrutura Sensor

Processador

Comunicação

FonteDesafios Energia

Latência

Confiabilidade

Simulação Conclusão

INTRODUÇÃOIntrodução

AplicaçõesAPLICAÇÃO MILITAR

15

Introdução O que é?

Aplicações

Estrutura Sensor

Processador

Comunicação

FonteDesafios Energia

Latência

Confiabilidade

Simulação Conclusão

INTRODUÇÃOIntrodução

AplicaçõesAPLICAÇÃO INDUSTRIAL

16

Introdução O que é?

Aplicações

Estrutura Sensor

Processador

Comunicação

FonteDesafios Energia

Latência

Confiabilidade

Simulação Conclusão

INTRODUÇÃOIntrodução

AplicaçõesAPLICAÇÃO EM MONITORAMENTO DE

ESTRUTURAS

17

Introdução O que é?

Aplicações

Estrutura Sensor

Processador

Comunicação

FonteDesafios Energia

Latência

Confiabilidade

Simulação Conclusão

Estrutura

ESTRUTURA

18

Introdução O que é?

Aplicações

Estrutura Sensor

Processador

Comunicação

FonteDesafios Energia

Latência

Confiabilidade

Simulação Conclusão

Estrutura

ESTRUTURA

Sensor

O SENSOR

ESTÍMULO FÍSICO

detectaCALOR

LUZSOM

PRESSÃOCAMPO MAGNÉTICO

MOVIMENTO

IMPULSO CORRESPONDENTE

transmite

SENSOR

19

Introdução O que é?

Aplicações

Estrutura Sensor

Processador

Comunicação

FonteDesafios Energia

Latência

Confiabilidade

Simulação Conclusão

Estrutura

ESTRUTURA

Processador

PROCESSADORPROCESSADOR

BAIXA CAPACIDADE COMPUTACIONAL

próximos de 8-bit 16MHz

possui

INFORMAÇÕES COLETADAS

processa

SISTEMAS OPERACIONAIS

executam

20

Introdução O que é?

Aplicações

Estrutura Sensor

Processador

Comunicação

FonteDesafios Energia

Latência

Confiabilidade

Simulação Conclusão

Estrutura

ESTRUTURA

Comunicação

COMUNICAÇÃO

PROTOCOLOS

21

Introdução O que é?

Aplicações

Estrutura Sensor

Processador

Comunicação

FonteDesafios Energia

Latência

Confiabilidade

Simulação Conclusão

Estrutura

ESTRUTURA

Fonte

FONTE

FONTE FORNECER ENERGIA AO NÓ SENSOR

responsável por representa

DESAFIO AOS PESQUISADORES

22

Introdução O que é?

Aplicações

Estrutura Sensor

Processador

Comunicação

FonteDesafios Energia

Latência

Confiabilidade

Simulação Conclusão

Estrutura

ESTRUTURA

Fonte

FONTE

FONTE FORNECER ENERGIA AO NÓ SENSOR

responsável por representa

DESAFIO AOS PESQUISADORES

23

Introdução O que é?

Aplicações

Estrutura Sensor

Processador

Comunicação

FonteDesafios Energia

Latência

Confiabilidade

Simulação Conclusão

Desafios

DESAFIOS

Fonte DESAFIOS

ENERGIA LATÊNCIA

CONFIABILIDADE

Escalabilidade

Robustez

Heterogeneidade

Segurança

Sinergia

24

Introdução O que é?

Aplicações

Estrutura Sensor

Processador

Comunicação

FonteDesafios Energia

Latência

Confiabilidade

Simulação Conclusão

Desafios

DESAFIOS

Fonte DESAFIOS

ENERGIA LATÊNCIA

CONFIABILIDADE

24

25

Introdução O que é?

Aplicações

Estrutura Sensor

Processador

Comunicação

FonteDesafios Energia

Latência

Confiabilidade

Simulação Conclusão

Desafios

DESAFIOS

Fonte

Energia

ENERGIA

FONTE

26

Introdução O que é?

Aplicações

Estrutura Sensor

Processador

Comunicação

FonteDesafios Energia

Latência

Confiabilidade

Simulação Conclusão

Desafios

DESAFIOS

Fonte

Energia

ENERGIA

FONTE ESTÁTICADINÂMICA

Dissipa potência de forma

27

Introdução O que é?

Aplicações

Estrutura Sensor

Processador

Comunicação

FonteDesafios Energia

Latência

Confiabilidade

Simulação Conclusão

Desafios

DESAFIOS

Fonte

Energia

ENERGIA

FONTE ESTÁTICADINÂMICA

Dissipa potência de forma

Divide o consumo de energiaem unidade de

SENSORIAMENTOCOMUNICAÇÃOPROCESSAMENTO

28

Introdução O que é?

Aplicações

Estrutura Sensor

Processador

Comunicação

FonteDesafios Energia

Latência

Confiabilidade

Simulação Conclusão

Desafios

DESAFIOS

Fonte

Energia

ENERGIASOLUÇÃO VIA ARQUITETURA

29

Introdução O que é?

Aplicações

Estrutura Sensor

Processador

Comunicação

FonteDesafios Energia

Latência

Confiabilidade

Simulação Conclusão

Desafios

DESAFIOS

Fonte

Energia

ENERGIASOLUÇÃO VIA ARQUITETURAO MONITOR DE ENERGIA

MODELO DE ENERGIA

30

Introdução O que é?

Aplicações

Estrutura Sensor

Processador

Comunicação

FonteDesafios Energia

Latência

Confiabilidade

Simulação Conclusão

Desafios

DESAFIOS

Fonte

Energia

ENERGIASOLUÇÃO VIA ARQUITETURAO MONITOR DE ENERGIA

MODELO DE ENERGIA

MAPA DE ENERGIA

31

Introdução O que é?

Aplicações

Estrutura Sensor

Processador

Comunicação

FonteDesafios Energia

Latência

Confiabilidade

Simulação Conclusão

Desafios

DESAFIOS

Fonte

Energia

ENERGIASOLUÇÃO VIA ARQUITETURA

32

Introdução O que é?

Aplicações

Estrutura Sensor

Processador

Comunicação

FonteDesafios Energia

Latência

Confiabilidade

Simulação Conclusão

Desafios

DESAFIOS

Fonte

Energia

ENERGIASOLUÇÃO VIA ARQUITETURAO MONITOR DE ENERGIA

MODELO DE ENERGIA

MAPA DE ENERGIA

PREDIÇÃO

33

Introdução O que é?

Aplicações

Estrutura Sensor

Processador

Comunicação

FonteDesafios Energia

Latência

Confiabilidade

Simulação Conclusão

Desafios

DESAFIOS

Fonte

Energia

ENERGIASOLUÇÃO VIA ARQUITETURAO MONITOR DE ENERGIA

MODELO DE ENERGIA

MAPA DE ENERGIA

PREDIÇÃO AGREGAÇÃO

34

Introdução O que é?

Aplicações

Estrutura Sensor

Processador

Comunicação

FonteDesafios Energia

Latência

Confiabilidade

Simulação Conclusão

Desafios

DESAFIOS

Fonte

Energia

ENERGIASOLUÇÃO VIA ARQUITETURA

35

Introdução O que é?

Aplicações

Estrutura Sensor

Processador

Comunicação

FonteDesafios Energia

Latência

Confiabilidade

Simulação Conclusão

Desafios

DESAFIOS

Fonte

Energia

ENERGIASOLUÇÃO VIA ARQUITETURAUNIDADE DE ADMNISTRAÇÃO DE

ENERGIA

36

Introdução O que é?

Aplicações

Estrutura Sensor

Processador

Comunicação

FonteDesafios Energia

Latência

Confiabilidade

Simulação Conclusão

Desafios

DESAFIOS

Fonte

Energia

ENERGIASOLUÇÃO VIA ARQUITETURAUNIDADE DE ADMNISTRAÇÃO DE

ENERGIA

CONTROLAR O CONSUMO DE ENERGIA

37

Introdução O que é?

Aplicações

Estrutura Sensor

Processador

Comunicação

FonteDesafios Energia

Latência

Confiabilidade

Simulação Conclusão

Desafios

DESAFIOS

Fonte

Energia

ENERGIASOLUÇÃO VIA ARQUITETURAUNIDADE DE ADMNISTRAÇÃO DE

ENERGIA

CONTROLAR O CONSUMO DE ENERGIA

AUTOCONFIGURAÇÃO

38

Introdução O que é?

Aplicações

Estrutura Sensor

Processador

Comunicação

FonteDesafios Energia

Latência

Confiabilidade

Simulação Conclusão

Desafios

DESAFIOS

Fonte

Energia

ENERGIASOLUÇÃO VIA ENERGIA SOLAR

39

Introdução O que é?

Aplicações

Estrutura Sensor

Processador

Comunicação

FonteDesafios Energia

Latência

Confiabilidade

Simulação Conclusão

Desafios

DESAFIOS

Fonte

Energia

ENERGIASOLUÇÃO VIA ENERGIA SOLAR

40

Introdução O que é?

Aplicações

Estrutura Sensor

Processador

Comunicação

FonteDesafios Energia

Latência

Confiabilidade

Simulação Conclusão

Desafios

DESAFIOS

Fonte

Energia

ENERGIASOLUÇÃO VIA ENERGIA SOLAR

41

Introdução O que é?

Aplicações

Estrutura Sensor

Processador

Comunicação

FonteDesafios Energia

Latência

Confiabilidade

Simulação Conclusão

Desafios

DESAFIOS

Fonte

Energia

ENERGIASOLUÇÃO VIA ENERGIA SOLAR

42

Introdução O que é?

Aplicações

Estrutura Sensor

Processador

Comunicação

FonteDesafios Energia

Latência

Confiabilidade

Simulação Conclusão

Desafios

DESAFIOS

Fonte

Energia

ENERGIASOLUÇÃO VIA ENERGIA SOLAR

43

Introdução O que é?

Aplicações

Estrutura Sensor

Processador

Comunicação

FonteDesafios Energia

Latência

Confiabilidade

Simulação Conclusão

Desafios

DESAFIOS

Fonte

Latência

LATÊNCIA

LATÊNCIA ENERGIA

44

Introdução O que é?

Aplicações

Estrutura Sensor

Processador

Comunicação

FonteDesafios Energia

Latência

Confiabilidade

Simulação Conclusão

Desafios

DESAFIOS

Fonte

Latência

LATÊNCIA

45

Introdução O que é?

Aplicações

Estrutura Sensor

Processador

Comunicação

FonteDesafios Energia

Latência

Confiabilidade

Simulação Conclusão

Desafios

DESAFIOS

Fonte

Confiabilidade

CONFIABILIDADE

UMA RSSF NECESSITA SER

CONFIÁVEL

46

Introdução O que é?

Aplicações

Estrutura Sensor

Processador

Comunicação

FonteDesafios Energia

Latência

Confiabilidade

Simulação Conclusão

Desafios

DESAFIOS

Fonte

Confiabilidade

CONFIABILIDADESOLUÇÃO VIA PROTOCOLOTSMP

47

Introdução O que é?

Aplicações

Estrutura Sensor

Processador

Comunicação

FonteDesafios Energia

Latência

Confiabilidade

Simulação Conclusão

Desafios

DESAFIOS

Fonte

Confiabilidade

CONFIABILIDADESOLUÇÃO VIA PROTOCOLOTSMP

48

Introdução O que é?

Aplicações

Estrutura Sensor

Processador

Comunicação

FonteDesafios Energia

Latência

Confiabilidade

Simulação Conclusão

Desafios

DESAFIOS

Fonte

Confiabilidade

CONFIABILIDADESOLUÇÃO VIA PROTOCOLOTSMP

49

Introdução O que é?

Aplicações

Estrutura Sensor

Processador

Comunicação

FonteDesafios Energia

Latência

Confiabilidade

Simulação Conclusão

Desafios

DESAFIOS

Fonte

Confiabilidade

CONFIABILIDADESOLUÇÃO VIA PROTOCOLOTSMP

50

Introdução O que é?

Aplicações

Estrutura Sensor

Processador

Comunicação

FonteDesafios Energia

Latência

Confiabilidade

Simulação Conclusão

Desafios

DESAFIOS

Fonte

Confiabilidade

CONFIABILIDADESOLUÇÃO VIA PROTOCOLOTSMP

51

Introdução O que é?

Aplicações

Estrutura Sensor

Processador

Comunicação

FonteDesafios Energia

Latência

Confiabilidade

Simulação Conclusão

Desafios

DESAFIOS

Fonte

Confiabilidade

CONFIABILIDADESOLUÇÃO VIA PROTOCOLOTSMP

O CUSTO DE ENVIAR UM PACOTE

CORRENTE

52

Introdução O que é?

Aplicações

Estrutura Sensor

Processador

Comunicação

FonteDesafios Energia

Latência

Confiabilidade

Simulação Conclusão

Desafios

DESAFIOS

Fonte

Confiabilidade

CONFIABILIDADESOLUÇÃO VIA PROTOCOLOTSMP

O CUSTO DE ENVIAR UM PACOTE

CORRENTE

53

Introdução O que é?

Aplicações

Estrutura Sensor

Processador

Comunicação

FonteDesafios Energia

Latência

Confiabilidade

Simulação Conclusão

Desafios

DESAFIOS

Fonte

Confiabilidade

CONFIABILIDADESOLUÇÃO VIA PROTOCOLOTSMP

COMUNICAÇÃO OCIOSA

CORRENTE

54

Introdução O que é?

Aplicações

Estrutura Sensor

Processador

Comunicação

FonteDesafios Energia

Latência

Confiabilidade

Simulação Conclusão

Desafios

DESAFIOS

Fonte

Confiabilidade

CONFIABILIDADESOLUÇÃO VIA PROTOCOLOTSMP

AUMENTO DA CONFIABILIDADE

55

Introdução O que é?

Aplicações

Estrutura Sensor

Processador

Comunicação

FonteDesafios Energia

Latência

Confiabilidade

Simulação Conclusão

Desafios

DESAFIOS

Fonte

Confiabilidade

CONFIABILIDADESOLUÇÃO VIA PROTOCOLOTSMP

AUMENTO DA CONFIABILIDADE

56

Introdução O que é?

Aplicações

Estrutura Sensor

Processador

Comunicação

FonteDesafios Energia

Latência

Confiabilidade

Simulação Conclusão

Desafios

DESAFIOS

Fonte

Confiabilidade

CONFIABILIDADESOLUÇÃO VIA PROTOCOLOTSMP

AUMENTO DA CONFIABILIDADE

57

Introdução O que é?

Aplicações

Estrutura Sensor

Processador

Comunicação

FonteDesafios Energia

Latência

Confiabilidade

Simulação Conclusão

SIMULAÇÃO

Simulação

LINK PARA SIMULAÇÃO

58

Introdução O que é?

Aplicações

Estrutura Sensor

Processador

Comunicação

FonteDesafios Energia

Latência

Confiabilidade

Simulação Conclusão

CONCLUSÃO

Conclusão

59

Introdução O que é?

Aplicações

Estrutura Sensor

Processador

Comunicação

FonteDesafios Energia

Latência

Confiabilidade

Simulação Conclusão

PERGUNTAS1. Cite exemplos da utilização de rede de sensores sem fio em

automação residencial e industrial.

60

Introdução O que é?

Aplicações

Estrutura Sensor

Processador

Comunicação

FonteDesafios Energia

Latência

Confiabilidade

Simulação Conclusão

60

PERGUNTAS1. Cite exemplos da utilização de rede de sensores sem fio em

automação residencial e industrial.

Automação residencial - sensores de presença, temperatura (climatização), segurança.

Automação industrial - controle de variáveis (temperatura, pressão, vazão, etc.), detecção de radioatividade.

61

Introdução O que é?

Aplicações

Estrutura Sensor

Processador

Comunicação

FonteDesafios Energia

Latência

Confiabilidade

Simulação Conclusão

61

PERGUNTAS2. Quais os principais protocolos que podem ser empregados

nas comunicações entre sensores sem fio?

62

Introdução O que é?

Aplicações

Estrutura Sensor

Processador

Comunicação

FonteDesafios Energia

Latência

Confiabilidade

Simulação Conclusão

6262

PERGUNTAS2. Quais os principais protocolos que podem ser empregados

nas comunicações entre sensores sem fio?

Wi-Fi (IEEE 802.11), Z-Wave, Bluetooth e ZigBee (IEEE 802.15.4), TSMP

63

Introdução O que é?

Aplicações

Estrutura Sensor

Processador

Comunicação

FonteDesafios Energia

Latência

Confiabilidade

Simulação Conclusão

636363

PERGUNTAS3. A seguinte frase é verdadeira ou falsa, justifique.

“Sempre que a latência da comunicação em RSSF aumentar, a energia gasta na transmissão diminui.”

64

Introdução O que é?

Aplicações

Estrutura Sensor

Processador

Comunicação

FonteDesafios Energia

Latência

Confiabilidade

Simulação Conclusão

6464

PERGUNTAS3. A seguinte frase é verdadeira ou falsa, justifique.

“Sempre que a latência da comunicação em RSSF aumentar, a energia gasta na transmissão diminui.”

A frase é falsa por que a energia de transmissão é função não-monotônica da latência da comunicação. A energia decai, enquanto a latência aumenta, até um valor limite. Após esse valor, o consumo de energia em transmissão aumenta.

65

Introdução O que é?

Aplicações

Estrutura Sensor

Processador

Comunicação

FonteDesafios Energia

Latência

Confiabilidade

Simulação Conclusão

6565656565

PERGUNTAS4. Por que pode ser importante a participação do usuário no

controle de energia?

66

Introdução O que é?

Aplicações

Estrutura Sensor

Processador

Comunicação

FonteDesafios Energia

Latência

Confiabilidade

Simulação Conclusão

66666666

PERGUNTAS4. Por que pode ser importante a participação do usuário no

controle de energia?

Com o conhecimento prévio das possibilidades sobre o método de aquisição de dados, o usuário pode alterar a taxa de amostragem do sistema, a taxa de modulação ou até fazer com que o nó sensor apenas armazene os dados, ao invés de transmiti-los à base.

67

Introdução O que é?

Aplicações

Estrutura Sensor

Processador

Comunicação

FonteDesafios Energia

Latência

Confiabilidade

Simulação Conclusão

67676767676767

PERGUNTAS5. Apesar de se mostrar uma solução para viabilizar a recarga

da bateria dos nós sensores, usar Energia Solar possui limitações que,por enquanto, impedem seu uso pleno. Quais são essas limitações e por que elas impedem o uso de energia fotovoltaica?

68

Introdução O que é?

Aplicações

Estrutura Sensor

Processador

Comunicação

FonteDesafios Energia

Latência

Confiabilidade

Simulação Conclusão

686868686868

PERGUNTAS5. Apesar de se mostrar uma solução para viabilizar a recarga

da bateria dos nós sensores, usar Energia Solar possui limitações que,por enquanto, impedem seu uso pleno. Quais são essas limitações e por que elas impedem o uso de energia fotovoltaica?

A utilização de células fotovoltaicas nos nós sensores é uma prática difícil devido à pequena superfície do hardware disponível para a instalação destas. Além disso, o nó pode não estar sempre em ambientes com índice de radiação solar suficiente. Por exemplo, ele pode estar encoberto por folhas, o que impossibilitaria a recarga.