construção de modelos simuláveis para avaliação do consumo de energia de protocolos de...
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Construção de modelos simuláveis para avaliação do
consumo de energia de protocolos de roteamento em redes de sensores sem fio
Cláudio OliveiraMSc candidate
Ricardo MassaOrientador
Universidade Federal de PernambucoCentro de Informática
Abril/2011
REDE SENSORES SEM FIO - WSNREDE SENSORES SEM FIO - WSN
PROBLEMAPROBLEMA
Qual protoloco de roteamento implantar visando à
otimização do consumo de energia?
RELEVÂNCIARELEVÂNCIA
Limitação suprimento de energia
Implantação da WSN em áreas de difícil acesso
Abordagem tradicional de análise
Tempo de vida da rede => Inoperabilidade
Manutenção e substituição de baterias
Medições após instalação do protocolo na WSN
VANTAGENS DA MODELAGEMVANTAGENS DA MODELAGEM
Não é necessária a implantação física
da rede
Permite avaliar diversas configurações e cenários
rapidamente.
Possibilita determinar previamente conjunto de características com objetivo de otimizar o consumo de energia
Reduz os custos
FERRAMENTA DE MODELAGEMFERRAMENTA DE MODELAGEM
Redes de Petri Coloridas
TRABALHOS RELACIONADOSTRABALHOS RELACIONADOS
Modelos matemáticos simplificados
Topologias específicas
Protocolos específicos
Aplicações específicas
O foco desta proposta de trabalho é a construção de
um modelo simulável parametrizável
MODELAGEMMODELAGEM
MODELAGEM DOS DADOSMODELAGEM DOS DADOS
SENSORIAMENTO
TRANSMISSÃO
RECEPÇÃO
INUNDAÇÃO
IdNó Origem
SensoriamentoNó DestinoRoteamento
Medidacoletada
Energia residual
(id, nó origem, nó destino, medida, eResidual)
Evolua para uma modelagem dinâmica
MODELAGEM DA BATERIAMODELAGEM DA BATERIA
MODELAGEM LINEAR
Cbateria = 2.460 mA•s (Pilha alcalina AA)
Cf = Ci – ItCf : Capacidade final (mA.s) Ci : Capacidade inicial (mA.s)I : Corrente (mA)T : Tempo operação (s)
MODELAGEM DO CONSUMO MODELAGEM DO CONSUMO (ESTADOS OPERAÇÃO)(ESTADOS OPERAÇÃO)
SENSORIAMENTO
TRANSMISSÃO
RECEPÇÃO
Corrente Operação (mA)
Duração (ms)
DATASHEETS ou MEDIÇÃODATASHEETS ou MEDIÇÃO
MÉTRICASMÉTRICAS
Tempo de vida da rede
Consumo médio de energia por nó da rede
Desvio padrão da energia residual média
por nó da rede (mapa de energia)
LIMITAÇÕES ATUAIS DA MODELAGEMLIMITAÇÕES ATUAIS DA MODELAGEM(Questões não consideradas)(Questões não consideradas)
Colisões na camada MAC
Taxa de falhas de canal de comunicação (*)
Taxa de falhas do nó sensor (*)
Mobilidade dos nós
NÓ SENSOR - CPN TOOLSNÓ SENSOR - CPN TOOLS
Módulo BateriaMódulo Bateria
Módulo RecepçãoMódulo Recepção
Módulo SensoreamentoMódulo Sensoreamento
Módulo DescarteMódulo Descarte
Módulo TransmissãoMódulo Transmissão
ROTEAMENTOROTEAMENTO
Topologia REDE
Próximo Nó
Modelo da REDEProtocolo
Roteamento
RESULTADOS TEÓRICOSRESULTADOS TEÓRICOS(Datasheets)(Datasheets)
Bateria : Transmissão :Recepção :Sensoriamento :
24600002168010
Valores em mA.ms
REDE WSNREDE WSN
RESULTADORESULTADO
MÉDIA DE CONSUMO DE ENERGIA POR SENSOR
0
10000
20000
30000
40000
50000
60000
70000
80000
90000
S5-1 S5-10 S5-100
CENÁRIO
CO
NS
UM
O (
mA
.ms)
FLOODING TINY BEACON
MÉDIA DE CONSUMO DE ENERGIA POR SENSOR
0
100000
200000
300000
400000
500000
600000
700000
800000
900000
All 1 All 10 All-100
CENÁRIOC
ON
SU
MO
(m
A.m
s)
FLOODING TINY BEACON
Único sensor Todos Sensores
EM DESENVOLVIMENTOEM DESENVOLVIMENTO
CENÁRIOS SIMULAÇÃOCENÁRIOS SIMULAÇÃO
TOPOLOGIA REDE
SENSORIAMENTO
Nº sensores e gateways
Distribuição dos nós
Distância entre nós
Ativo e Reativo
Distribuição dos eventos
MEDIÇÃO CONSUMO NÓ SENSORMEDIÇÃO CONSUMO NÓ SENSOR
Sensoriamento/Transmissão/Recepção
(Utilizando Osciloscópio: consumo x distância entre nós)
Medição 1
Medição 2
PROTOCOLOS ROTEAMENTOPROTOCOLOS ROTEAMENTO
Selecionar e implementar os protocolos de roteamento
REDE WSN
MODELO – EM JAVA
VALIDAÇÃO DO MODELOVALIDAÇÃO DO MODELO
COMPARAR COM MEDIÇÃO NA REDE IMPLANTADA
COMPARAR COM OUTROS MODELOS EXISTENTES
Como medir a capacidade residual
das baterias?
BIBLIOGRAFIABIBLIOGRAFIA
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[9] Jamal, A., Ahmed, K., “Routing techniques in wireless sensor networks: a survey”. IEEE Wireless Communications. 2004.
SUGESTÕES ESUGESTÕES E QUESTIONAMENTOSQUESTIONAMENTOS