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: [email protected]
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.
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