Construção de modelos simuláveis para avaliação do

consumo de energia de protocolos de roteamento em redes de sensores sem fio

Cláudio OliveiraMSc candidate

crao@cin.ufpe.br

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

[1] Yu, L. and Ephremides, A. “Chapter 6: Detection, Energy, and Robustness in Wireless Sensor Networks”, in Mobile, Wireless, and Sensor Networks. IEEE Press. 2006.

[2] S. Lee, C. Kim C. and S. Kim, “Constructing energy efficient wireless sensor networks by variable transmission energy level control”, IEEE international conference and information technology (2006).

[3] Chang, C., Nagel, D.J., Muftic, S., Measurement of Energy Costs of Security in Wireless. Sensor Nodes”. In: The 16th IEEE ICCCN (2007).

[4] S. Zairi, B. Zouari and E.Niel. “Configuration of sensor networks by energy minimization”. The 2th IEEE ICSTA (2008).

[5] Raja, J., Antonio,R. and Gregory, H., “Radio Sleep Mode Optimization in Wireless Sensor Networks”. IEEE transactions on mobile computing, vol. 9, no. 7, july 2010.

[6] Geoff, M.,Neil, W., Nick, H. and Bashir, “Energy-Aware Simulation for Wireless Sensor Networks”. IEEE Communications 2009.

[7] Min, M., Xiaoling, W., Hui, X., Byeong-Soo J., Sungyoung L. ,Young-Koo L. “Energy Efficient Routing in Multiple Sink Sensor Networks”. 5th International Conference on Computational Science and Applications. IEEE 2007.

[8] Walid, C., Mohamed, M., and Walid, F. “A Behavioural Study of Nodes to Conserve Energy in Wireless Sensor Networks”. International Conference on Design & Technology of Integrated Systems in Nanoscale 2010.

[9] Jamal, A., Ahmed, K., “Routing techniques in wireless sensor networks: a survey”. IEEE Wireless Communications. 2004.

SUGESTÕES ESUGESTÕES E QUESTIONAMENTOSQUESTIONAMENTOS