Energy-Efficient Communication Protocol for Wireless

Microsensor Networks(LEACH)

Wendi Heinzelman, Anantha Chandraskasan e Hari Balakrishnan

Massachucets Institute of Technology

Apresentado por: Sávio Cavalcanti

Sumário Objetivo Introdução Modelo do Rádio Análise de protocolos LEACH Conclusão Comentários

Objetivo do Artigo Protocolo de Comunicação

Redes de Sensores; Micro-sensores.

Analisar protocolos existentes Eficiente em energia;

Impacto dissipação de energia; e Tempo de vida do sistema.

Propor protocolo adequado

Introdução Tecnologia baseada MEMS:

Micro-sensores: Mais baratos; Maior quantidade:

Qualidade de sensoriamento; e Tolerância à falhas.

Necessidades: Projetos de Protocolos;

Melhor consumo de energia; e Melhor utilização da banda passante.

Modelo de Rádio Transmissão de uma mensagem com k bits a uma distância d:ETx (k,d) = ETx-elec (k) + ETx-amp (k,d) = Eelec * k + Єamp * k * d2

Recepção desta mesma mensagem:ERx (k) = ERx-elec (k) = Eelec * k

ETx-elec = Energia dissipada/bit no Transmissor

ERx-elec = Energia dissipada/bit no Receptor

Єamp = Energia dissipada/bit para amplificar

Pressuposições

Estação base é fixa e está longe dos nós; Os nós são limitados em energia e

homogêneos; Todos os nós conseguem se comunicar com

a estação base em um salto; e Nós podem se comunicar entre si e com a

estação base.

Análise de protocolos Comunicação direta com a base

Sensor manda diretamente para a base; Base distante:

Grande perda de energia para transmitir; Morte rápida; e Tempo de vida do sistema curto.

Base próxima: Apenas uma recepção; e Boa solução (possivelmente ótima)

Análise de protocolos (2) Comunicação Múltiplos Saltos

“Minimum Energy” routing protocol (MTE); Comunicação com a base através de nós

intermediários; Roteadores; e n recepções e n transmissões.

Pode ser mais oneroso que comunicação direta.

Resultado da Simulação

Comunicação Direta MTE

•Após 180 rodadas;•100 nós;•Mensagens com 2000 bits; e•Nós vivos = círculos e Nós Mortos = pontos.

Morte dos nós mais distantesda Base

Morte dos nós mais próximosda Base

Análise de protocolos (3)

Ambos possuem vantagens e desvantagens; Protocolo mais eficiente:

Depende da arquitetura de rede; e Dos parâmetros de rádio do sistema.

Análise de protocolos (4)

Protocolo de grupo (clustering) como solução; Nós organizados em grupos:

Um líder por grupo (estação base local); Nós do grupo conversam apenas com o líder; e Somente o líder do grupo conversa com estação base.

Reduz consideravelmente o gasto de energia; e

Problema: Nó líder é fixo.

LEACH – Low-Energy Adaptive Clustering Hierarchy Protocolo de grupo (clustering protocol):

Auto-Organizável; Trabalha com “rodadas”; Distribui o consumo de energia aleatoriamente.

Mestre do grupo não é fixo: Eleição; Nós se comunicam com o mestre do grupo (cluster head); Nó mestre do grupo se comunica com a base fixa.

Nós organizam os grupos: Grupos dinâmicos.

LEACH (2) Tempo t1

C nós se elegem Mestre de Grupo.

Tempo t1 + d Novo grupo C’ de nós

se elegem Mestre de Grupo.

LEACH (3) Número ótimo de mestres de grupo

Varia de acordo com topologia; Custo de computação x comunicação; e Percentual da quantidade de nós da rede.

5% dos nós

LEACH - Detalhamento Quatro fases:

Anúncio; Criação do grupo; Criação do escalonamento; e Transmissão dos dados.

Fase Transiente

Fase Estacionária

LEACH – Detalhamento (2) Anúncio

Eleição do Mestre (Cluster Head); Decisão de cada nó;

Escolhe um número aleatório (x) entre 0 e 1; Se x < T(n) (Threshold) => Nó Mestre do

Grupo.

T(n) =

P

1 – P * (r mod 1/P), se n Є G

0 , caso contrário

Percentual desejado de Mestres de GrupoRodada corrente

Grupo de Nós que não foram Mestre de Grupo nas 1/P rodadas.

LEACH – Detalhamento (3) Anúncio

Cada nó eleito Mestre de Grupo: Envia esta informação a todos os nós não eleitos

Nó não eleito: Mantém seus receptores ligados; Ao receber o anúncio dos líderes definem qual grupo vão

participar; Potência do sinal recebido.

Término da fase.

LEACH – Detalhamento (4) Fase de Criação do Grupo:

Cada nó não eleito Mestre de Grupo: Envia informação a Mestre de Grupo escohido sobre sua

participação no seu grupo. Fase de Criação do Escalonamento:

Mestre do Grupo: Recebe informação dos participantes do seu grupo; e Cria escalonamento de comunicação entre os

participantes - TDMA.

LEACH – Detalhamento (5) Fase de Transmissão dos Dados:

Nós mestres recebem os dados de todos os participantes do grupo; Comprimem os dados; e Encaminham à Estação Base.

Grupos Hierárquicos.

Simulação - Resultados Matlab Total de Mestre de Grupo = 5% do total de nós

Total de energia dissipada Tempo de vida do sistema

Conclusão Mais eficiente em consumo de energia global; Totalmente distribuído;

Sem necessidade de um controle centralizado. Redução do consumo:

Entre 7x e 8x se comparado com Comunicação Direta. Entre 4x e 8x se comparado com MTE.

Mais que o dobro do tempo de vida do sistema Comparado com outros protocolos

Comentários Necessidade de sincronismo entre os nós; Número maior do valor ótimo de nós eleitos; e Segurança

Buraco Negro Seleção de líder malicioso; Modelos de confiança.

Invasão de sensores maliciosos Contagem de nós; Fase de Iniciação do grupo.

Sybil Métodos de autenticação.

Etc.

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