Redes de sensores sem fio

Abstract

In the 1990's there was a great technological advance in the development of smart sensors, powerful processors, and wireless communication protocols, that when put together create a wireless sensor network. This kind of network can be employed in the monitoring, tracking, coordination and processing of different applications. For instance, sensors can be interconnected to monitor and control environment conditions in a forest, ocean or planet. The interconnection of sensors through wireless communication networks, with the goal of performing a larger sensing task, will revolutionize how information is collected and pro-cessed. The objective of this course is to discuss wireless sensor networks, how they can be employed and related problems.

Full text

Redes de Sensores Sem Fio
Antonio A.F. Loureiro, Jos´
e Marcos S. Nogueira,
Linnyer Beatrys Ruiz, Raquel Aparecida de Freitas Mini,
Eduardo Freire Nakamura, Carlos Maur´
ıcio Ser´
odio Figueiredo
Departamento de Ciˆ
encia da Computac¸˜
ao
Universidade Federal de Minas Gerais
Belo Horizonte, Minas Gerais
{loureiro, jmarcos, linnyer, raquel, nakamura, mauricio}@dcc.ufmg.br
Resumo. Na ´
ultima d´
ecada, houve um grande avanc¸o tecnol´
ogico nas ´
areas de sensores,
circuitos integrados e comunicac¸˜
ao sem fio, que levou a criac¸˜
ao de redes de sensores sem
fio. Este tipo de rede pode ser aplicada no monitoramento, rastreamento, coordenac¸˜
ao e
processamento em diferentes contextos. Por exemplo, pode-se interconectar sensores para
fazer o monitoramento e controle das condic¸˜
oes ambientais numa floresta, oceano ou um
planeta. A interconex˜
ao de sensores atrav´
es de redes sem fio, com a finalidade de executar uma
tarefa de sensoreamento maior, ir´
a revolucionar a coleta e processamento de informac¸˜
oes. O
objetivo deste texto ´
e descrever o que s˜
ao redes de sensores sem fio, formas de utilizac¸ ˜
ao e
problemas relacionados. S˜
ao apresentados aspectos como os componentes f´
ısicos e l´
ogicos,
protocolos de comunicac¸˜
ao, projeto de software, energia, tratamento de dados, organizac¸˜
ao e
configurac¸˜
ao, modelagem funcional e gerenciamento de redes de sensores sem fio.
Abstract. In the 1990’s there was a great technological advance in the development of smart
sensors, powerful processors, and wireless communication protocols, that when put together
create a wireless sensor network. This kind of network can be employed in the monitoring,
tracking, coordination and processing of different applications. For instance, sensors can be
interconnected to monitor and control environment conditions in a forest, ocean or planet.
The interconnection of sensors through wireless communication networks, with the goal of
performing a larger sensing task, will revolutionize how information is collected and pro-
cessed. The objective of this course is to discuss wireless sensor networks, how they can be
employed and related problems.
1 Introduc¸˜
ao
O avanc¸o que tem ocorrido na ´
area de micro-processadores, novos materiais de sensoriamento, micro
sistemas eletro-mecˆ
anicos (MEMS – Micro Electro-Mecanical Systems) e comunicac¸˜
ao sem fio tem
estimulado o desenvolvimento e uso de sensores “inteligentes” em ´
areas ligadas a processos f´
ısicos,
qu´
ımicos, biol´
ogicos, dentre outros. ´
E usual ter num ´
unico chip v´
arios sensores, que s˜
ao controlados pela
l´
ogica do circuito integrado, com uma interface de comunicac¸˜
ao sem fio. Normalmente o termo “sensor
inteligente” ´
e aplicado ao chip que cont´
em um ou mais sensores com capacidade de processamento de
sinais e comunicac¸˜
ao de dados. A tendˆ
encia ´
e produzir esses sensores em larga escala, barateando o
seu custo, e investir ainda mais no desenvolvimento tecnol´
ogico desses dispositivos, levando a novas
melhorias e capacidades.
Redes de sensores sem fio (RSSFs) diferem de redes de computadores tradicionais em v´
arios
aspectos. Normalmente essas redes possuem um grande n´
umero de nodos1distribu´
ıdos, tˆ
em restric¸˜
oes
1Neste texto, os termos nodo e sensor ser˜
ao usados como sinˆ
onimos. Do ponto de vista mais formal, o termo nodo numa
RSSF indica um elemento computacional com capacidade de processamento, mem´
oria, interface de comunicac¸ ˜
ao sem fio, al´
em
de um ou mais sensores do mesmo tipo ou n˜
ao.
179
XXI Simpósio Brasileiro de Redes de Computadores
ÍNDICE

de energia, e devem possuir mecanismos para auto-configurac¸˜
ao e adaptac¸˜
ao devido a problemas como
falhas de comunicac¸˜
ao e perda de nodos. Uma RSSF tende a ser autˆ
onoma e requer um alto grau de
cooperac¸˜
ao para executar as tarefas definidas para a rede. Isto significa que algoritmos distribu´
ıdos
tradicionais, como protocolos de comunicac¸˜
ao e eleic¸˜
ao de l´
ıder, devem ser revistos para esse tipo de
ambiente antes de serem usados diretamente. Os desafios e considerac¸ ˜
oes de projeto de RSSFs v˜
ao
muito al´
em das redes tradicionais.
Nessas redes, cada nodo ´
e equipado com uma variedade de sensores, tais como ac´
ustico, s´
ısmico,
infravermelho, v´
ıdeo-cˆ
amera, calor, temperatura e press˜
ao. Esses nodos podem ser organizados em
grupos (clusters) onde pelo menos um dos sensores deve ser capaz de detectar um evento na regi˜
ao,
process´
a-lo e tomar uma decis˜
ao se deve fazer ou n˜
ao uma difus˜
ao (broadcast) do resultado para outros
nodos. A vis˜
ao ´
e que RSSFs se tornem dispon´
ıveis em todos os lugares executando as tarefas mais
diferentes poss´
ıveis.
Figura 1: Redes de sensores sem fio devem se tornar cada vez mais dispon´
ıveis nas mais diferentes
aplicac¸˜
oes
As RSSFs podem ser vistas como um tipo especial de rede m´
ovel ad hoc (MANET – Mobile
Ad hoc Network). Numa rede tradicional, a comunicac¸˜
ao entre os elementos computacionais ´
e feita
atrav´
es de estac¸˜
oes base de r´
adio, que constituem uma infra-estrutura de comunicac¸˜
ao, como ilustrado
na figura 2.a. Esse ´
e o caso da Internet. Por outro lado, numa rede m´
ovel ad hoc os elementos computa-
cionais trocam dados diretamente entre si, como ilustrado na figura 2.b. Do ponto de vista de organizac¸ ˜
ao,
RSSFs e MANETs s˜
ao idˆ
enticas, j´
a que possuem elementos computacionais que comunicam diretamente
entre si atrav´
es de enlaces de comunicac¸˜
ao sem fio. No entanto, as MANETs tˆ
em como func¸˜
ao b´
asica
prover um suporte `
a comunicac¸˜
ao entre esses elementos computacionais, que individualmente, podem
estar executando tarefas distintas. Por outro lado, RSSFs tendem a executar uma func¸˜
ao colaborativa
onde os elementos (sensores) provˆ
eem dados, que s˜
ao processados (ou consumidos) por nodos especiais
chamados de sorvedouros (sink nodes).
O restante desta sec¸˜
ao descreve as ´
areas de aplicac¸˜
ao de RSSFs, apresenta alguns exemplos de
180
XXI Simpósio Brasileiro de Redes de Computadores
ÍNDICE

(a) Rede infra-estruturada (b) Rede n˜
ao-estruturada
Figura 2: Tipos de rede sem fio de comunicac¸˜
ao de dados
aplicac¸˜
ao e algumas tarefas t´
ıpicas. Conclui descrevendo caracter´
ısticas normalmente encontradas nessas
redes.
A sec¸˜
ao 2 descreve os componentes de uma RSSF, apresentando as partes dos nodos sensores
e os protocolos de comunicac¸˜
ao utilizados. A sec¸˜
ao 3 discute um modelo funcional para as redes de
sensores. A sec¸˜
ao 4 discute a modelagem de energia e o problema da gerac¸˜
ao do mapa de energia, que ´
e
crucial para v´
arias outras func¸˜
oes. A sec¸˜
ao 5 discute a caracter´
ıstica de fus˜
ao de dados, uma alternativa
para pr´
e-processar dados de forma distribu´
ıda, aproveitando a capacidade dos nodos sensores. A sec¸˜
ao 6
apresenta a caracter´
ıstica desej´
avel de adaptac¸˜
ao `
as alterac¸˜
oes das redes de sensores, chamada de auto-
organizac¸˜
ao. O gerenciamento de redes de sensores ´
e descrito na sec¸˜
ao 7. A sec¸˜
ao 8 apresenta e discute
alguns outros assuntos, tais como o projeto de software de sistemas reativos, que s˜
ao t´
ıpicos das redes de
sensores, algumas quest˜
oes de pesquisa relacionadas com RSSFs e as conclus˜
oes deste texto.
1.1 ´
Areas de Aplicac¸ ˜
ao de Redes de Sensores Sem Fio
Diversas aplicac¸ ˜
oes tˆ
em sido desenvolvidas utilizando um ou mais tipos de nodos sensores. As RSSFs
podem ser homogˆ
eneas ou heterogˆ
eneas em relac¸˜
ao aos tipos, dimens˜
oes e funcionalidades dos nodos
sensores. Por exemplo, as aplicac¸˜
oes de monitorac¸˜
ao de seguranc¸a podem utilizar sensores de imagem e
ac´
usticos, embutidos no mesmo nodo sensor ou em nodos diferentes. Neste caso, os tipos de dados co-
letados pela rede de sensores s˜
ao imagens, v´
ıdeos e sinais de a´
udio. Outra caracter´
ıstica dessa aplicac¸˜
ao
´
e o grande volume de dados e a freq¨
uˆ
encia de coleta. Se os nodos sensores forem respons´
aveis pelo
processamento das imagens coletadas, pode-se considerar que estes nodos ter˜
ao dimens˜
oes superiores
aos dos nodos micro-sensores, ou seja, em decorrˆ
encia do esforc¸o exigido pela operac¸˜
oes envolvidas
com o processamento de imagens, os nodos sensores dever˜
ao apresentar maior poder de processamento,
maior quantidade de mem´
oria e consequentemente maior consumo de energia. As dimens˜
oes f´
ısicas
dos sensores s˜
ao dependentes do tipo de aplicac¸˜
ao, em func¸˜
ao da atual tecnologia de fabricac¸˜
ao de seus
componentes.
Existem aplicac¸˜
oes em que todos nodos s˜
ao homogˆ
eneos em suas dimens˜
oes, possuindo as mes-
mas caracter´
ısticas f´
ısicas. Durante o tempo de vida da rede esses nodos podem alterar suas funcional-
idades e estados, por´
em suas caracter´
ısticas de fabricac¸˜
ao permanecem. Na maioria das vezes, existir´
a
entre os nodos uma relac¸˜
ao de igualdade de capacidades e habilidades (peer-to-peer).
Redes de sensores tˆ
em o potencial de serem empregadas em outras ´
areas como descrito a seguir.
Controle. Para prover algum mecanismo de controle, seja em um ambiente industrial ou n˜
ao. Por
exemplo, sensores sem fio podem ser embutidos em “pec¸as” numa linha de montagem para fazer testes
181
XXI Simpósio Brasileiro de Redes de Computadores
ÍNDICE

no processo de manufatura.
Ambiente. Para monitorar vari´
aveis ambientais em locais internos como pr´
edios e residˆ
encias, e locais
externos como florestas, desertos, oceanos, vulc˜
oes, etc.
Tr´
afego. Para monitorar tr´
afego de ve´
ıculos em rodovias, malhas vi´
arias urbanas, etc.
Seguranc¸a. Para prover seguranc¸a em centros comerciais, estacionamentos, etc.
Medicina/Biologia. Para monitorar o funcionamento de ´
org˜
aos como o corac¸˜
ao, detectar a presenc¸a de
substˆ
ancias que indicam a presenc¸a ou surgimento de um problema biol´
ogico, seja no corpo humano ou
animal, como ilustrado na figura 3.
Figura 3: Sensores introduzidos no corpo humano para monitorar condic¸ ˜
oes f´
ısicas
Militar. Para detectar movimentos inimigos, explos˜
oes, a presenc¸a de material perigoso como g´
as ve-
nenoso ou radiac¸˜
ao, etc. Neste tipo de aplicac¸˜
ao, os requisitos de seguranc¸a s˜
ao fundamentais. O alcance
das transmiss˜
oes dos sensores ´
e geralmente reduzido para evitar escutas clandestinas. Os dados s˜
ao crip-
tografados e submetidos a processos de assinatura digital. As dimens˜
oes s˜
ao extremamente reduzidas e
podem utilizar nodos sensores m´
oveis como os transportados por robˆ
os.
De forma gen´
erica, RSSFs podem ser usadas em seguranc¸a e monitoramento, controle, atuac¸˜
ao
e manutenc¸˜
ao de sistemas complexos, e monitoramento de ambientes internos e externos.
1.2 Exemplos de Setores de Aplicac¸˜
ao de Redes de Sensores Sem Fio
A seguir, s˜
ao relacionados alguns setores onde ja´existem exemplos pr´
aticos de aplicac¸˜
oes de RSSFs:
Produc¸˜
ao industrial . Monitoramento em ind´
ustrias petroqu´
ımicas, f´
abricas, refinarias e sider´
urgicas
de parˆ
ametros como fluxo, press˜
ao, temperatura, e n´
ıvel, identificando problemas como vazamento e
aquecimento (Veja a figura 4.a).
Distribuic¸˜
ao de energia, g´
as e ´
agua . Monitoramento de linhas de distribuic¸˜
ao de energia e sistemas
182
XXI Simpósio Brasileiro de Redes de Computadores
ÍNDICE

de distribuic¸˜
ao de g´
as e ´
agua, de parˆ
ametros como fluxo, press˜
ao, temperatura, e n´
ıvel.
´
Areas industriais. Monitoramento de dados em ´
areas de dif´
ıcil acesso ou perigosas (Veja a figura 4.b).
Extrac¸˜
ao de petr´
oleo e g´
as. Na ind´
ustria de petr´
oleo e g´
as, principalmente em plataformas em alto-
mar, o monitoramento da extrac¸˜
ao de petr´
oleo e g´
as ´
e cr´
ıtico (Veja a figura 4.c).
Ind´
ustria de aviac¸˜
ao. Na ind´
ustria de aviac¸˜
ao, cada vez mais ´
e utilizada a tecnologia de fly-by-wire,
onde transdutores (sensores e atuadores) s˜
ao largamente utilizados. O problema ´
e a quantidade de ca-
bos necess´
arios a essa interconex˜
ao como mostrado na figura 4.d. Nesse caso, sensores sem fio est˜
ao
comec¸ando a serem usados.
(a) Produc¸ ˜
ao industrial (b) ´
Area industrial
(c) Extrac¸ ˜
ao de petr´
oleo e g´
as (d) Ind´
ustria de aviac¸ ˜
ao
Figura 4: Exemplos de setores de utilizac¸˜
ao de redes de sensores sem fio
Num estudo feito pela empresa Xsilogy [40], aproximadamente 50% das aplicac¸˜
oes das RSSFs
industriais usavam sensores com capacidade de comunicac¸˜
ao de at´
e 1 milha (aproximadamente 1600
metros), conforme ilustrado na figura 5.a. A maior parte dessas aplicac¸ ˜
oes fazia uma coleta de dados a
cada 6 horas (veja figura 5.b).
1.3 Tarefas T´
ıpicas numa Rede de Sensores Sem Fio
Como foi mencionado acima, RSSFs tendem a executar tarefas colaborativas. Geralmente os objetivos
de uma RSSF dependem da aplicac¸˜
ao, mas as seguintes atividades s˜
ao comumente encontradas nesse
183
XXI Simpósio Brasileiro de Redes de Computadores
ÍNDICE

(a) Alcance de comunicac¸˜
ao de sensores sem fio (b) Taxa de observac¸˜
ao
Figura 5: Estat´
ısticas sobre alcance e frequˆ
encia de observac¸˜
ao em aplicac¸˜
oes industriais (Fonte Xsilogy)
tipo de rede.
Determinar o valor de algum parˆ
ametro num dado local. Por exemplo, numa aplicac¸˜
ao ambiental
pode-se desejar saber qual ´
e o valor da temperatura, press˜
ao atmosf´
erica, quantidade de luz e umidade
relativa em diferentes locais.
Detectar a ocorrˆ
encia de eventos de interesse e estimar valores de parˆ
ametros em func¸˜
ao do evento
detectado. Por exemplo, numa aplicac¸˜
ao de tr´
afego pode-se desejar saber se h´
a algum ve´
ıculo trafe-
gando num cruzamento e estimar a sua velocidade e direc¸˜
ao.
Classificar um objeto detectado. Por exemplo, ainda na aplicac¸˜
ao de tr´
afego, pode-se saber se o
ve´
ıculo ´
e uma moto, um carro, um ˆ
onibus ou uma carreta.
Rastrear um objeto. Por exemplo, numa aplicac¸˜
ao biol´
ogica pode-se querer determinar a rota de
migrac¸˜
ao de baleias.
1.4 Caracter´
ısticas das RSSFs
Redes de sensores sem fio apresentam caracter´
ısticas particulares conforme as ´
areas em que s˜
ao apli-
cadas. Isto faz com que quest˜
oes espec´
ıficas tenham que ser resolvidas. Algumas dessas caracter´
ısticas
e quest˜
oes s˜
ao discutidas a seguir.
Enderec¸amento dos sensores ou nodos. Dependendo da aplicac¸˜
ao, cada sensor pode ser enderec¸ado
unicamente ou n˜
ao. Por exemplo, sensores embutidos em pec¸as numa linha de montagem ou colocados
no corpo humano devem ser enderec¸ados unicamente se se deseja saber exatamente o local de onde o
dado est´
a sendo coletado. Por outro lado, sensores monitorando o ambiente numa dada regi˜
ao externa
possivelmente n˜
ao precisam ser identificados individualmente j´
a que o ponto importante ´
e saber o valor
de uma determinada vari´
avel nessa regi˜
ao.
Agregac¸˜
aodos dados. Indica a capacidade de uma RSSF de agregar ou sumarizar dados coletados pelos
sensores. Caso a rede tenha essa funcionalidade, ´
e poss´
ıvel reduzir o n´
umero de mensagens que precisam
ser transmitidas por ela. Este cen´
ario ´
e ilustrado na figura 6. Os dados coletados s˜
ao combinados e
sumarizados ainda na rede, antes de serem enviados `
a estac¸˜
ao base.
Mobilidade dos sensores. Indica se os sensores podem se mover ou n˜
ao em relac¸˜
ao ao sistema em
que est˜
ao coletando dados. Por exemplo, sensores colocados numa floresta para coletar dados de umi-
dade e temperatura s˜
ao tipicamente est´
aticos, enquanto sensores colocados na superf´
ıcie de um oceano
184
XXI Simpósio Brasileiro de Redes de Computadores
ÍNDICE

Figura 6: Agregac¸˜
ao de dados coletados individualmente
para medir o n´
ıvel de poluic¸˜
ao da ´
agua s˜
ao m´
oveis. Sensores colocados no corpo de uma pessoa para
monitorar o batimento card´
ıaco durante o seu dia de trabalho s˜
ao considerados est´
aticos.
Restric¸˜
oes dos dados coletados. Indica se os dados coletados pelos sensores tˆ
em algum tipo de
restric¸˜
ao como um intervalo de tempo m´
aximo para disseminac¸˜
ao de seus valores para uma dada en-
tidade de supervis˜
ao.
Quantidade de sensores. Redes contendo de 10 a 100 mil sensores s˜
ao previstas para aplicac¸˜
oes am-
bientais como monitoramento em oceanos e florestas. Logo, escalabilidade ´
e uma quest˜
ao importante.
Possivelmente, para a maior parte das aplicac¸˜
oes discutidas anteriormente, os sensores ser˜
ao est´
aticos
em relac¸˜
ao ao sistema de sensoriamento.
Limitac¸˜
ao da energia dispon´
ıvel. Em muitas aplicac¸˜
oes, os sensores ser˜
ao colocados em ´
areas remo-
tas, o que n˜
ao permitir´
a facilmente o acesso a esses elementos para manutenc¸˜
ao. Neste cen´
ario, o tempo
de vida de um sensor depende da quantidade de energia dispon´
ıvel. Aplicac¸˜
oes, protocolos, e algoritmos
para RSSFs n˜
ao podem ser escolhidos considerando apenas sua “elegˆ
ancia” e capacidade, mas definiti-
vamente a quantidade de energia consumida. Assim, o projeto de qualquer soluc¸˜
ao para esse tipo de rede
deve levar em considerac¸˜
ao o consumo, o modelo de energia e o mapa de energia da rede.
O modelo de energia representa os recursos f´
ısicos de um sensor, que consomem energia e inter-
agem com um modelo de func¸˜
oes. O modelo pode ser visto como um provedor de energia para elementos
consumidores, que depende de uma bateria que tem uma capacidade finita de energia armazenada. Os
consumidores de energia s˜
ao os modelos de r´
adio, processador e elementos que fazem o sensoriamento
do ambiente (sensores). Cada entidade consumidora notifica o provedor seu consumo de energia que, por
sua vez informa a quantidade de energia dispon´
ıvel. Os elementos que comp˜
oem o modelo de energia
s˜
ao:
•Bateria: representa o armazenador de energia do nodo sensor, que tem uma capacidade finita e
uma taxa de consumo.
•R´
adio: representa todo o sistema de transmiss˜
ao e recepc¸˜
ao, amplificador e antena. O consumo
de energia depende da operac¸˜
ao efetuada. Tipicamente a transmiss˜
ao de dados consome mais
energia que a sua recepc¸˜
ao. Este modelo ´
e utilizado pela pilha de protocolos da rede.
•Processador: representa o elemento de processamento central do nodo sensor. O consumo de-
pende da velocidade do rel´
ogio (quanto menor a freq¨
uˆ
encia menor o consumo) e do modo de
operac¸˜
ao. O consumo pode ser medido pelo n´
umero de ciclos de rel´
ogio para diferentes tarefas
como o processamento de sinais, verificac¸˜
ao de c´
odigo de erro, etc. Este modelo ´
e usado em
todas as operac¸˜
oes que fazem parte do modelo de sensor.
•Sensores: representa os dispositivos de sensoriamento. O consumo depende do modo de
operac¸˜
ao e do tipo de grandeza medida.
A partir do modelo de energia dos nodos, ´
e poss´
ıvel, atrav´
es de um processo de obtenc¸˜
ao de
185
XXI Simpósio Brasileiro de Redes de Computadores
ÍNDICE

informac¸˜
oes individuais, fazer um levantamento do mapa de energia da rede. A figura 7 mostra um mapa
de energia que, uma vez obtido, pode ser usado para tomar uma decis˜
ao mais apropriada do que deve ou
pode ser feito na rede.
Figura 7: Mapa de energia de uma rede (Quanto mais escura a ´
area, mais energia)
Auto-organizac¸˜
ao da rede. Sensores numa RSSF podem ser perdidos por causa de sua destruic¸˜
ao
f´
ısica ou falta de energia. Sensores tamb´
em podem ficar incomunic´
aveis devido a problemas no canal de
comunicac¸˜
ao sem fio ou por decis˜
ao de um algoritmo de gerenciamento da rede. Neste caso, isso pode
acontecer por diversas raz˜
oes como, por exemplo, para economizar energia ou por causa da presenc¸a de
outro sensor na mesma regi˜
ao que j´
a coleta o dado desejado.
A situac¸˜
ao contr´
aria tamb´
em pode acontecer: sensores inativos se tornarem ativos ou novos
sensores passarem a fazer parte da rede. Em qualquer um dos casos, de sensores ficarem inoperantes
ou passarem a participar de sua estrutura, ´
e necess´
ario haver mecanismos de auto-organizac¸˜
ao para que
a rede continue a executar a sua func¸˜
ao. Essa configurac¸˜
ao deve ser autom´
atica e peri´
odica j´
a que a
configurac¸˜
ao manual n˜
ao ´
e vi´
avel devido a problemas de escalabilidade.
Tarefas colaborativas. O objetivo principal de uma RSSF ´
e executar alguma tarefa colaborativa onde
´
e importante detectar e estimar eventos de interesse e n˜
ao apenas prover mecanismos de comunicac¸˜
ao.
Devido `
as restric¸˜
oes das RSSFs, normalmente os dados s˜
ao “fundidos” ou sumarizados para melhorar o
desempenho no processo de detecc¸˜
ao de eventos. O processo de sumarizac¸˜
ao ´
e dependente da aplicac¸˜
ao
que est´
a sendo executada.
Capacidade de responder a consultas. Uma consulta sobre uma informac¸˜
ao coletada numa dada
regi˜
ao pode ser colocada para um nodo individual ou um grupo de nodos. Dependendo do grau de
sumarizac¸˜
ao executado, pode n˜
ao ser vi´
avel transmitir os dados atrav´
es da rede at´
e o nodo sorvedouro.
Assim, pode ser necess´
ario definir v´
arios nodos sorvedouros que ir˜
ao coletar os dados de uma dada ´
area
e responder˜
ao consultas referentes aos nodos sob sua “jurisdic¸˜
ao”.
2 Componentes, Padr˜
oes e Tecnologias de Redes de Sensores
Esta sec¸˜
ao descreve os principais elementos que formam uma RSSF, os principais protocolos padroniza-
dos e tecnologias mais relevantes para o uso na construc¸˜
ao de tais redes. Os principais componentes das
redes de sensores s˜
ao nodos sensores, interfaces de comunicac¸˜
ao sem fio e nodos para comunicac¸˜
ao com
outras entidades (nodos gateway).
186
XXI Simpósio Brasileiro de Redes de Computadores
ÍNDICE

2.1 Nodos sensores
Nodos sensores s˜
ao dispositivos autˆ
onomos equipados com capacidades de sensoriamento, processa-
mento e comunicac¸˜
ao. Quando estes nodos s˜
ao dispostos em rede em um modo ad hoc, formam as
redes de sensores. Os nodos coletam dados via sensores, processam localmente ou coordenadamente
entre vizinhos podendo enviar a informac¸˜
ao para o usu´
ario ou, em geral para um data sink. Como visto,
um nodo na rede tem essencialmente tarefas diferentes: sensoriamento do ambiente, processamento
da informac¸˜
ao e tarefas associadas com o tr´
afego em um esquema de retransmiss˜
ao multi-hop, como
ilustrado na figura 8.
Figura 8: Transmiss˜
ao multi-hop numa RSSF
A figura 9 apresenta alguns tipos de micro-sensores sem fio resultantes de pesquisas em diver-
sas instituic¸˜
oes, como o Smart Dust [33] da University of California, Berkeley, WINS [39] (Wireless
Integrated Network Sensors) da University of California, Los Angeles e JPL Sensor Webs [17] do Jet
Propulsion Lab da NASA. Os novos nodos sensores apresentam tamanho de alguns cent´
ımetros. No en-
tanto, nas RSSFs podem existir nodos de diferentes dimens˜
oes, ou nodos micro-sensores (por exemplo,
smart dust) ou apenas nodos sensores maiores ou uma composic¸˜
ao envolvendo v´
arios tipos.
Figura 9: Projetos acadˆ
emicos de nodos sensores
A figura 10 apresenta os componentes b´
asicos de um nodo micro-sensor: transceptor, mem´
oria,
processador, sensor e bateria. A reduc¸˜
ao do tamanho do sensor tem como conseq¨
uˆ
encia a reduc¸˜
ao no
tamanho e capacidade de seus componentes. Para se ter uma noc¸˜
ao dos valores envolvidos, os proces-
sadores s˜
ao geralmente de 8 bits com freq¨
uˆ
encia de 10 MHz, os transceptores tˆ
em largura de banda de
187
XXI Simpósio Brasileiro de Redes de Computadores
ÍNDICE

1 kbit/s a 1 Mbit/s e a capacidade de mem´
oria pode ser de 128 Kbytes a 1 Mbyte. H´
a uma grande
diferenc¸a entre as tecnologias de fabricac¸˜
ao de baterias e, consequentemente, do consumo de energia. A
escolha da bateria a ser utilizada nos nodos sensores deve considerar outras caracter´
ısticas, como volume,
condic¸˜
oes de temperatura e capacidade inicial. Os tipos de bateria dos nodos sensores podem ser linear
simples, l´
ıtio NR e l´
ıtio Coin Cell. Um sensor ´
e um dispositivo que produz uma resposta mensur´
avel para
uma mudanc¸a na condic¸˜
ao f´
ısica. Al´
em do sensor o nodo da rede apresenta recursos de processamento,
armazenamento de informac¸˜
oes, fonte de energia e interface de comunicac¸˜
ao.
Figura 10: Hardware b´
asico de um nodo sensor
Dispositivos sensores geralmente tˆ
em caracter´
ısticas f´
ısicas e te´
oricas diferentes. Assim, nu-
merosos modelos de complexidade vari´
avel podem ser constru´
ıdos baseado nas necessidades das
aplicac¸˜
oes e caracter´
ısticas do dispositivo. Muitos modelos de dispositivos compartilham duas carac-
ter´
ısticas:
(i) Habilidade de sensoriamento diminui quando a distˆ
ancia aumenta;
(ii) Devido aos efeitos decrescentes dos ru´
ıdos (noise bursts) nas medic¸ ˜
oes, a habilidade de sensori-
amento pode melhorar com o tempo de sensoriamento, isto ´
e, tempo de exposic¸˜
ao.
Em alguns casos, os nodos de uma RSSF desempenham a func¸˜
ao de modificar valores do meio,
a fim de corrigir falhas e controlar o objeto monitorado. Nesse caso, tem-se os atuadores. Quando um
nodo sensor possui as duas func¸˜
oes, o dispositivo que implementa as mesmas ´
e chamado de transdutor.
As redes compostas de atuadores apresentam grande interesse em diferentes ´
areas, como a m´
edica, onde
sistemas embutidos nos corpos de pacientes podem liberar medicamentos de acordo com as necessidades
dos mesmos.
2.2 Nodos de Interface com Outras Redes
A comunicac¸˜
ao da rede de sensores com outras redes ocorre atrav´
es de nodos chamados gateways. Men-
sagens percorrem a rede de sensores at´
e chegar a um gateway que ir´
a encaminha-las, por uma rede como
a Internet, at´
e um computador onde roda a aplicac¸˜
ao. A figura 11.a ilustra um modelo gen´
erico de uma
RSSF conectada a uma rede fixa atrav´
es de um nodo gateway. A figura 11.b ilustra uma rede de sensores
que possui um nodo sorvedouro ou sink e um nodo gateway, mostrando que s˜
ao componentes diversos.
2.3 Interconx˜
ao de Sensores e Atuadores
Transdutores, definidos aqui como sensores e atuadores, s˜
ao empregados em diversos cen´
arios. Isso tem
levado a construc¸˜
ao dos mais diferentes tipos de transdutores que s˜
ao dif´
ıceis de serem interconectados
188
XXI Simpósio Brasileiro de Redes de Computadores
ÍNDICE

(a) Modelo gen´
erico de uma RSSF com um gateway.
(b) Modelo com um nodo sink.
Figura 11: Modelos de rede com nodos gateway esink
de uma forma barata e eficiente. Na pr´
atica, existem v´
arias soluc¸˜
oes de interconex˜
ao de sensores que
tˆ
em vantagens e desvantagens, dada uma classe de aplicac¸˜
ao espec´
ıfica.
Uma poss´
ıvel soluc¸˜
ao ´
e usar comunicac¸˜
ao digital entre os transdutores que devem possuir um
microprocessador capaz de tratar dessa transmiss˜
ao e, possivelmente, de outras tarefas. Isso pode ser
feito de diversas formas j´
a que existem diferentes protocolos de comunicac¸˜
ao para as camadas f´
ısica e de
enlace. Logo, ´
e poss´
ıvel projetar transdutores para trabalhar com diferentes protocolos de comunicac¸˜
ao.
Na pr´
atica essa ´
e uma soluc¸˜
ao invi´
avel devido a quantidade de combinac¸ ˜
oes que podem haver.
Como alternativa, foi proposto o padr˜
ao IEEE 1451 [14] que define uma interface de
comunicac¸˜
ao para transdutores. A arquitetura do padr˜
ao IEEE 1451 est´
a mostrada na figura 12. O
objetivo desse projeto ´
e facilitar o desenvolvimento de transdutores que podem ser conectados a uma
rede, sistema ou instrumento usando protocolos de comunicac¸˜
ao dispon´
ıveis no mercado. Essa id´
eia ´
e
ilustrada na figura 13.
2.4 Arquiteturas de Comunicac¸ ˜
ao para RSSFs
Nas aplicac¸˜
oes descritas acima, sensores devem ser conectados a outros sensores e/ou dispositivos de
monitoramento, controle e aquisic¸˜
ao de dados. Conectar esses sensores atrav´
es de meios guiados,
como par tranc¸ado, cabo coaxial ou fibra ´
optica, ´
e uma tarefa que pode n˜
ao ser vi´
avel devido ao
tipo de aplicac¸˜
ao da rede, por exemplo, monitoramento numa floresta ou oceano, ou devido `
a quanti-
dade de sensores que devem ser interconectados. Al´
em disso, uma caracter´
ıstica da rede de sensores
´
e a reconfigurac¸˜
ao. Isto significa que canais de comunicac¸˜
ao que existiam podem terminar devido a
189
XXI Simpósio Brasileiro de Redes de Computadores
ÍNDICE

Figura 12: Arquitetura do padr˜
ao IEEE 1451
Figura 13: Exemplo de interconex˜
ao de transdutores (sensores e atuares usando o padr˜
ao IEEE 1451
destruic¸˜
ao ou inatividade de sensores. O contr´
ario tamb´
em pode acontecer, ou seja, canais precisarem se
tornar operacionais quando sensores presentes na rede ficarem ativos e novos sensores forem acrescen-
tados. Logo, o custo para manter operacional uma rede de sensores usando meios guiados inclui o custo
do pr´
oprio cabo mais o custo de manutenc¸˜
ao desse meio.
Na pr´
atica, os projetos e experimentos que tˆ
em sido feitos com redes de sensores tˆ
em usado pro-
tocolos de acesso ao meio (MAC – Medium Access Control) baseados na comunicac¸˜
ao sem fio. Alguns
deles s˜
ao descritos a seguir.
Padr˜
ao de comunicac¸˜
ao para redes locais IEEE 802.11. Este padr˜
ao tamb´
em ´
e conhecido como Eth-
ernet sem fio. Este protocolo foi proposto visando estabelecer um padr˜
ao para redes locais sem fio [15],
para comunicac¸˜
ao de dados com taxas de trasferˆ
encia de at´
e 2 Mbits/s. A primeira vers˜
ao do padr˜
ao foi
publicada em 1997, prevendo a possibilidade de uso tanto de r´
adio freq¨
uˆ
encia quando de infravermelho
para a comunicac¸˜
ao. Em 1999, o IEEE publicou duas extens˜
oes ao padr˜
ao, conhecidas por 802.11a e
802.11b HR, possibilitando taxas de transferˆ
encia de at´
e 54 Mbits/s e 11 Mbits/s respectivamente. Estas
190
XXI Simpósio Brasileiro de Redes de Computadores
ÍNDICE

novas vers˜
oes usam exclusivamente r´
adio freq¨
uˆ
encia. Esta tecnologia ´
e direcionada para interligac¸˜
ao
de diferentes tipos de dispositivos computacionais como sensores. Um esquema de ligac¸˜
ao nesta rede ´
e
ilustrado na figura 14.
Figura 14: Ligac¸˜
ao numa rede IEEE 802.11
Padr˜
ao para redes residenciais HomeRF. J´
a pensando no usu´
ario dom´
estico, o HomeRF Working
Group [13] lanc¸ou, em 1998, um padr˜
ao para redes residenciais sem fio, chamado HomeRF2. Proposto
por empresas diversas como Compaq, HP, IBM, Intel e Microsoft, o padr˜
ao visa interligar equipa-
mentos digitais dom´
esticos em uma rede local sem fio. Muito semelhante ao padr˜
ao IEEE 802.11,
inclusive incorporando algumas de suas caracter´
ısticas, o HomeRF adiciona tr´
afego de voz (baseado no
padr˜
ao DECT) em seu protocolo. Atualmente, o padr˜
ao 2.0 proporciona taxas de transferˆ
encias de at´
e
10 Mbits/s. A arquitetura de comunicac¸˜
ao HomeRF ´
e ilustrada na figura 15.a.
Padr˜
ao para interconex˜
ao de dispositivos Bluetooth. Em 1998, foi formado o grupo de interesse
Bluetooth [2] para desenvolver uma tecnologia de comunicac¸˜
ao sem fio que fosse capaz de interligar
aparelhos eletrˆ
onicos pessoais a baixo custo e com baixo consumo de energia. Este padr˜
ao deveria ser
capaz de prover um canal de comunicac¸˜
ao sem fio seguro entre dispositivos m´
oveis e que pudesse ser
utilizado globalmente.
O Bluetooth ´
e uma tecnologia de baixo custo para conectividade sem fio de dispositivos
eletrˆ
onicos. Inicialmente pensado como um padr˜
ao de substituic¸˜
ao de cabos para comunicac¸˜
ao entre
dispositivos eletrˆ
onicos, o padr˜
ao Bluetooth se tornou um consenso na ind´
ustria como uma forma de
interligar dispositivos como telefones celulares, notebooks, PDA’s, computadores de mesa, impressoras
e transdutores.
O padr˜
ao Bluetooth 1.1 opera na faixa de freq¨
uˆ
encia de 2.4 GHz, conhecida como ISM (Indus-
trial, Scientific & Medical). Esta faixa de freq¨
uˆ
encia ´
e aberta para uso geral em um grande n´
umero de
pa´
ıses, o que significa que cada dispositivo operando nesta faixa n˜
ao necessita ser licenciado individual-
mente. V´
arios dispositivos Bluetooth podem se comunicar dentro de uma mesma ´
area, a uma taxa de
aproximadamente 1 Mbit/s. O alcance do sinal ´
e de aproximadamente 10 metros, podendo chegar a 100
metros dependendo da classe do dispositivo.
A comunicac¸˜
ao entre dois dispositivos Bluetooth ´
e da forma mestre-escravo, onde cada mestre
pode se comunicar com at´
e sete escravos ativos. Qualquer dispositivo pode ser mestre ou escravo, sendo
que o papel ´
e definido dinamicamente na conex˜
ao. O dispositivo que estabelece a conex˜
ao se torna o
2O nome do protocolo que implementa o HomeRF ´
e SWAP (Shared Wireless Access Protocol)
191
XXI Simpósio Brasileiro de Redes de Computadores
ÍNDICE

mestre. No entanto, os pap´
eis podem ser trocados posteriormente.
Um canal de comunicac¸˜
ao compartilhado pelo mestre e pelos escravos ´
e chamado de piconet.
Dentro de uma piconet, a comunicac¸˜
ao se d´
a apenas entre o mestre e os escravos, n˜
ao sendo permitida
a comunicac¸˜
ao entre escravos. V´
arias piconets dentro de uma mesma ´
area de cobertura de sinal formam
uma scatternet. O Bluetooth foi projetado de forma a permitir que v´
arias piconets possam coexistir na
mesma ´
area minimizando a interferˆ
encia entre as redes como mostrado na figura 16.
A arquitetura de comunicac¸˜
ao Bluetooth ´
e definida em diversas camadas, conforme mostrado
na figura 15.b. A camada RF define os aspectos f´
ısicos da transmiss˜
ao do sinal, como potˆ
encia de
transmiss˜
ao, modulac¸˜
ao, tolerˆ
ancia da variac¸˜
ao de freq¨
uˆ
encia e n´
ıvel de sensibilidade do receptor. A
camada Baseband j´
a trata da transmiss˜
ao de bits, especificando a forma de salto de freq¨
uˆ
encia (FHSS),
os slots de tempo, o formato dos pacotes, o enderec¸o dos dispositivos, os tipos de pacotes e os tipos de
conex˜
ao. O LMP (Link Management Protocol) gerencia o estabelecimento e controle de enlaces, bem
como a gerˆ
encia de consumo de energia, o estado do dispositivo na piconet e o controle de autenticac¸˜
ao
e criptografia. Para a transmiss˜
ao de dados ass´
ıncronos, ´
e utilizado o L2CAP (Logical Link Control
and Adaptation Protocol). O L2CAP fornece servic¸os de dados orientados a conex˜
ao e sem conex˜
ao
para as camadas superiores, fornecendo multiplexac¸˜
ao do canal, segmentac¸˜
ao e remontagem de pacotes,
parˆ
ametros de qualidade de servic¸o e abstrac¸˜
ao de grupos.
(a) HomeRF (b) Bluetooh
Figura 15: Arquiteturas HomeRF e Bluetooth
Figura 16: Exemplo de piconets formando uma scatternet
A arquitetura do Bluetooth foi projetada tendo como objetivo a economia de energia. No modo
idle (n˜
ao conectado a uma piconet), um dispositivo fica com o r´
adio ligado apenas a cada 10 ms a cada
ciclo de tempo, que pode variar de 1,28 a 3,84 segundos. ´
E importante lembrar que o m´
odulo de r´
adio,
mesmo quando est´
a apenas recebendo ou escutando o meio, gasta uma grande quantidade de energia.
Portando, manter o r´
adio desligado na maior parte do tempo representa uma grande economia de energia.
192
XXI Simpósio Brasileiro de Redes de Computadores
ÍNDICE

Mesmo quando conectado a uma piconet, existem modos de economia de energia para os dis-
positivos. Durante a permanˆ
encia em uma piconet, estac¸˜
oes escravas podem entrar em estados onde
elas diminuem a participac¸˜
ao na piconet, permitindo economia de energia. S˜
ao definidos trˆ
es modos de
economia de energia: sniff,hold epark. Nos dois primeiros, o dispositivo continua sendo um membro
ativo da piconet, enquanto que no modo park o dispositivo apenas se mant´
em sincronizado com o mestre.
Atualmente, o Bluetooth SIG j´
a est´
a trabalhando na vers˜
ao 2.0, que dever´
a ter taxas de trans-
ferˆ
encia de 2 a 10 Mbits/s, suporte para roaming e melhor coexistˆ
encia com outras tecnologias operando
na faixa de freq¨
uˆ
encia de 2.4 GHz, notadamente o padr˜
ao IEEE 802.11b.
O uso dos padr˜
oes em redes de sensores. Tanto o padr˜
ao IEEE 802.11 quanto o HomeRF podem ser
usados para estabelecer uma rede local sem fio, permitindo a interligac¸˜
ao de sensores. A figura 17 mostra
os aspectos mais importantes de cada um dos trˆ
es padr˜
oes discutidos acima.
Figura 17: Comparac¸˜
ao entre os padr˜
oes Bluetooth, HomeRF e IEEE 802.11
Por outro lado, a figura 18 ilustra exemplos de tecnologia de comunicac¸˜
ao sem fio em func¸˜
ao da
distˆ
ancia de observac¸˜
ao. Note que para aplicac¸˜
oes onde a comunicac¸˜
ao sem fio se d´
a na faixa de algumas
dezenas de metros, o padr˜
ao dominante ´
e o Bluetooth.
Outros padr˜
oes que est˜
ao sendo propostos pelo IEEE s˜
ao o 802.15 e 802.16 para comunicac¸˜
ao
sem fio.
3 Modelo Funcional para as Redes de Sensores
As principais funcionalidades das redes de sensores podem ser separadas em cinco grupos de atividades,
como proposto em [29] e mostrado na figura 19: estabelecimento da rede, manutenc¸˜
ao, sensoriamento,
processamento e comunicac¸˜
ao. Estas fases s˜
ao simultˆ
aneas em suas ocorrˆ
encias e podem estar ativas em
diferentes momentos do tempo de vida das redes de sensores.
3.1 Estabelecimento de uma RSSF
Seja qual for a aplicac¸˜
ao envolvida, o estabelecimento de uma rede de sensores envolve atividades de
disposic¸˜
ao dos nodos e formac¸˜
ao da rede. A figura 20 mostra o estabelecimento de uma rede de sensores.
Os nodos sensores s˜
ao geralmente lanc¸ados sobre a ´
area monitorada, caem de forma aleat´
oria e despertam
para a formac¸˜
ao da rede. Antes de iniciarem as atividades de sensoriamento, os nodos podem realizar
atividades de descoberta de localizac¸˜
ao e/ou formac¸˜
ao de clusters.
193
XXI Simpósio Brasileiro de Redes de Computadores
ÍNDICE

Figura 18: Caracter´
ısticas de tecnologias de comunicac¸˜
ao sem fio (Fonte: Xsilogy)
Figura 19: Ciclo de vida da rede de sensores
As RSSFs s˜
ao sistemas auto-organizados (self-organizing) formados por nodos sensores que
podem espontaneamente criar uma rede n˜
ao premeditada, agrupando-se e adaptando-se dinamicamente
quando ocorrem falhas ou degradac¸˜
ao do dispositivo, gerenciando o movimento dos nodos e reagindo `
as
trocas de tarefas e requisitos da rede. Os nodos podem tamb´
em se organizar para explorar a redundˆ
ancia
resultante da alta densidade, assim como prolongar o tempo de vida do sistema.
A localizac¸˜
ao ´
e outro aspecto importante das RSSFs. Em geral, as redes de sensores fazem a
nomeac¸˜
ao dos dados ao inv´
es de nomear os nodos, como ´
e usual numa rede como a Internet. Desta
forma, nas redes de sensores podem ser usadas coordenadas espaciais para nomear dados que s˜
ao intrin-
secamente associados com o contexto f´
ısico do fenˆ
omeno que est´
a sendo monitorado.
O sistema de localizac¸˜
ao ´
e um exemplo de uma RSSFs, envolvendo um colec¸˜
ao de nodos da
rede colaborando para alcanc¸ar uma tarefa de alto n´
ıvel. Uma rede de sensores pode ser organizada
como uma arquitetura em camada de nodos, talvez com uma combinac¸˜
ao de pequenos nodos tipo PC
194
XXI Simpósio Brasileiro de Redes de Computadores
ÍNDICE

(a) Regi˜
ao de interesse (b) Lanc¸amento dos sensores
(c) Despertar dos sensores (d) Organizac¸˜
ao dos sensores
(e) Troca de dados entre os sensores
Figura 20: Estabelecimento da rede de sensores
e nodos menores tais como UCB Motes [5]. Pela mistura de tamanhos de nodos, muitos nodos small-
form-factor podem ser organizados densamente e fisicamente co-localizados com os alvos, enquanto
nodos maiores e mais capazes podem ficar dispon´
ıveis quando necess´
ario. Com esta abordagem nota-se
que os nodos individuais tˆ
em capacidades diferentes.
Existem passos relacionados com a descoberta da localizac¸˜
ao [22]:
•Medida: as formas de medida e os algoritmos de descoberta de localizac¸˜
ao tˆ
em sido extensiva-
mente tratados. Durante as medic¸˜
oes uma ou mais caracter´
ısticas do sinal da comunicac¸˜
ao sem
fio ´
e medido para estabelecer a distˆ
ancia entre o transmissor e o receptor. Algumas t´
ecnicas que
podem ser usadas s˜
ao RSSI (Received signal strength indicator), ToA (Time-of-arrival), TdoA
(Time-difference-of-arrival) e AoA Angle-of-arrival).
•Algoritmos de descoberta de localizac¸˜
ao: os procedimentos para descoberta de localizac¸˜
ao
podem ser classificados em dois grandes grupos: aqueles que usam sistemas sem fio infra-
estruturados (AVL, Loran, GPS, sistemas usados pelas estac¸˜
oes r´
adio base para rastrear o usu´
ario
m´
ovel, Cricket system,active badge systems) e os que usam sistemas ad hoc.
A rede de sensores pode executar a fus˜
ao de dados agregando dados dos sensores de acordo com
uma m´
etrica de qualidade especificada pelo usu´
ario final. A agregac¸˜
ao de dados ´
e um exemplo do uso
da id´
eia de cluster. Um nodo seria o cabec¸a do cluster (cluster-head) e poderia sumarizar os objetos
localizados em seu cluster para prover uma vis˜
ao menos detalhada para nodos distantes. A informac¸˜
ao
sum´
aria disseminada pode ent˜
ao ser usada para localizar objetos.
Em muitos sistemas distribu´
ıdos assume-se que cada nodo tem um ´
unico enderec¸o de rede. Estes
enderec¸os aparecem em todos os pacotes para identificar a fonte e o destino. Os enderec¸os nos sistemas
195
XXI Simpósio Brasileiro de Redes de Computadores
ÍNDICE

tradicionais podem ser usados como identificac¸˜
ao para especificar uma comunicac¸˜
ao com outro ponto
da rede e tamb´
em para fornecer informac¸˜
ao topol´
ogica que pode ser usada no roteamento. Como visto,
uma proposta para as RSSFs ´
e a nomeac¸˜
ao dos dados no lugar de se nomear os nodos como ´
e usual na
internet. Uma das propostas de nomeac¸˜
ao utiliza coordenadas espaciais para nomear dados, isto porque
os dados dos sensores s˜
ao intrinsecamente associados com o contexto f´
ısico onde o fenˆ
omeno ocorre [5].
Se os sensores n˜
ao podem ser cuidadosamentes posicionados relativos um ao outro e ao ambi-
ente, ent˜
ao uma estrat´
egia para encontrar a “cobertura” ´
e ter uma redundˆ
ancia de sensores gerando uma
maior densidade de elementos. Mesmo uma distribuic¸˜
ao homogˆ
enea de sensores pode n˜
ao ser adequada
devidos a condic¸˜
oes ambientais como obst´
aculos e fontes de ru´
ıdo. Outra aplicac¸˜
ao de redundˆ
ancia est´
a
relacionada ao fato de que o custo de se ter um nodo sensor quando a rede ´
e criada ´
e, em muitos casos,
inferior ao custo de renovac¸˜
ao de recursos dos nodos por causa de falhas ou destruic¸˜
ao. Neste caso,
pode-se explorar redundˆ
ancia para aumentar o tempo de vida ajustando o uso dos nodos sensores em
func¸˜
ao da densidade e demanda.
A redundˆ
ancia tamb´
em pode ser tratada por processos de software. As informac¸ ˜
oes comuns
coletadas por nodos sensores diferentes podem ser correlacionadas. Desta forma, reduz-se a redundˆ
ancia
de informac¸˜
ao transportada pela rede.
3.2 Manutenc¸˜
ao
O objetivo da manutenc¸˜
ao ´
e prolongar o tempo de vida da rede, reduzir a imprevisibilidade e atender
aos requisitos da aplicac¸˜
ao. Ao longo do tempo alguns nodos atingem n´
ıveis de energia que podem
restringir de forma parcial ou total sua capacidade. A manutenc¸˜
ao desta rede pode ser reativa, preventiva,
corretiva ou adaptativa a este tipo de evento, ou a outros que venham a ocorrer [29]. A manutenc¸˜
ao ´
e
funcional durante todo tempo de vida da rede. Suas func¸ ˜
oes s˜
ao utilizadas pelas demais fases, a saber:
estabelecimento, sensoriamento, processamento e comunicac¸˜
ao.
As atividades de estabelecimento da rede, sensoriamento, processamento e comunicac¸˜
ao n˜
ao s˜
ao
seq¨
uenciais. Isto fica claro quando falhas, que n˜
ao s˜
ao excec¸˜
oes, ocorrem. Isto resulta em uma topologia
dinˆ
amica em RSSF mesmo quando os nodos s˜
ao estacion´
arios. Mecanismos de manutenc¸˜
ao destas redes
devem ser propostos de forma a prolongar seu tempo de vida. Esta manutenc¸˜
ao pode exigir uma nova
distribuic¸˜
ao de nodos e uma nova organizac¸˜
ao da rede.
3.3 Sensoriamento
As atividades de sensoriamento est˜
ao relacionadas com a percepc¸˜
ao do ambiente e a coleta de dados.
De acordo com o tipo da aplicac¸˜
ao e os tipos de sensores envolvidos, esta fase inclui a determinac¸˜
ao
de distˆ
ancia do alvo, ru´
ıdos do ambiente, tipo do dado coletado, volume de informac¸˜
ao envolvida e
freq¨
uˆ
encia de amostragem. De igual importˆ
ancia ´
e a determinac¸˜
ao de ´
areas de sobreposic¸˜
ao dos nodos
sensores. A descoberta destas ´
areas pode resultar na alterac¸˜
ao do estado de um nodo sensor. Por exemplo,
se a ´
area de percepc¸˜
ao de dois sensores possui uma intersecc¸˜
ao, isto pode resultar em uma correlac¸˜
ao de
informac¸˜
oes antes da transmiss˜
ao ou na alterac¸˜
ao do estado de um destes sensores de forma que apenas
um permanec¸a ativo ou transmita seus dados pela rede.
Sabendo-se que um nodo sensor falha em decorrˆ
encia da falta de energia, destruic¸˜
ao ou in-
operˆ
ancia tempor´
aria, ´
e importante avaliar se o n´
umero de sensores ativos ´
e adequado `
a execuc¸˜
ao da
tarefa e prover mecanismos de tolerˆ
ancia a falhas.
Coleta de Dados. O objetivo de uma rede de sensores ´
e coletar informac¸˜
oes de uma regi˜
ao de
observac¸˜
ao espec´
ıfica, processar a informac¸˜
ao e transmit´
ı-la para um ou mais pontos de acesso `
a rede,
neste texto chamados de nodo sink e ou estac¸˜
oes base. A atividade de coleta envolve o c´
alculo da ´
area
de cobertura dos sensores e a exposic¸˜
ao dos sensores sobre aos alvos.
196
XXI Simpósio Brasileiro de Redes de Computadores
ÍNDICE

A exposic¸˜
ao pode ser informalmente especificada como uma habilidade comum de observar um
alvo no campo do sensor. Formalmente, a exposic¸˜
ao pode ser definida como a integral de uma func¸˜
ao
de sensoriamento que depende da distˆ
ancia dos sensores sobre um caminho de um ponto inicial ps a um
ponto final pf. Os parˆ
ametros da func¸˜
ao de sensoriamento dependem da natureza do dispositivo sensor.
A exposic¸˜
ao est´
a diretamente relacionada com a cobertura.
A cobertura de conectividade ´
e mais importante nos casos de RSSFs ad hoc j´
a que as conex˜
oes
s˜
ao peer-to-peer. A cobertura deve, em geral, responder a quest˜
oes sobre a qualidade de servic¸o (super-
vis˜
ao) que pode ser provida por uma particular rede de sensor. Um ponto inicial ´
e definir o problema da
cobertura de v´
arios pontos de vista incluindo determin´
ısticos, estat´
ısticos, melhor e pior caso e apresen-
tando exemplos em cada dom´
ınio.
Sensoriamento Distribu´
ıdo. As RSSFs realizam o monitoramento distribu´
ıdo de uma ´
area. Outra
possibilidade ´
e usar um sistema sensor centralizado, como imagem de sat´
elite ou radar. No entanto, a
soluc¸˜
ao distribu´
ıda tem vantagens, dentre elas podemos citar:
•Permitir maior tolerˆ
ancia a falha atrav´
es de redundˆ
ancia [29].
•Prover cobertura de uma grande ´
area atrav´
es da uni˜
ao de v´
arios pequenos sensores.
•Ajustar o sistema para a aplicac¸˜
ao determinando o n´
umero apropriado de sensores.
•Estender a ´
area de cobertura e densidade, reconfigurando o sistema quando um nodo sensor
falha.
•Garantir a qualidade do sensoriamento pela combinac¸˜
ao de informac¸˜
ao de diferentes perspecti-
vas espaciais.
•Melhorar o desempenho do sensoriamento com diferentes tipos de sensores.
•Monitorar um fenˆ
omeno cont´
ınuo.
•Localizar um fenˆ
omeno discreto por interm´
edio de um nodo individual e habilidade para com-
binar informac¸˜
ao com outros nodos.
•Usar diferentes tecnologias como um sensor de pequena distˆ
ancia capaz de sensoriar o fenˆ
omeno
somente para distˆ
ancias pr´
oximas.
•Superar os efeitos ambientais colocando os sensores pr´
oximos aos objetos de interesse.
3.4 Processamento
O processamento na rede de sensores pode ser dividido em duas categorias:
•Processamento de suporte: diz respeito a todo processamento funcional dos sensores, ou seja, o
processamento envolvido com o gerenciamento, comunicac¸˜
ao e manutenc¸˜
ao da rede, como, por
exemplo, as atividades envolvidas com os protocolos.
•Processamento da informac¸˜
ao: os dados coletados pelo nodo sensor podem ser processados em
func¸˜
ao da aplicac¸˜
ao e/ou do envolvimento do nodo sensor em relac¸ ˜
oes de colaborac¸˜
ao. Os dados
poder˜
ao estar sujeitos a compress˜
ao, correlac¸˜
ao, critptografia, assinatura digital, etc. Um outro
processamento importante diz respeito aos gatilhos que definem os est´
ımulos para a coleta dos
dados. Por exemplo, os nodos sensores de temperatura podem ter seu processamento estimulado
em func¸˜
ao de uma variac¸˜
ao ou rompimento dos limites estabelecidos.
3.5 Comunicac¸˜
ao
As RSSFs representam uma conex˜
ao que faltava entre a Internet e o mundo f´
ısico. Estas redes diferem
de outros tipos de redes sem fio, como ad hoc e infra-estruturada. Nas redes infra-estruturadas toda a
comunicac¸˜
ao entre os n´
os m´
oveis ´
e realizada atrav´
es da utilizac¸˜
ao de estac¸˜
oes de suporte a mobilidade
(estac¸˜
oes r´
adio base). Neste caso, os nodos m´
oveis, mesmo pr´
oximos uns dos outros, est˜
ao impos-
sibilitados de efetuar qualquer tipo de comunicac¸˜
ao direta. Na rede ad hoc, os n´
os m´
oveis realizem
comunicac¸˜
ao diretamente entre si, n˜
ao existindo estac¸˜
oes de suporte `
a mobilidade. Os n´
os de uma rede
ad hoc podem se mover arbitrariamente fazendo com que a topologia da rede mude freq¨
uentemente. Ao
197
XXI Simpósio Brasileiro de Redes de Computadores
ÍNDICE

inv´
es de m´
oveis, os n´
os de uma rede de sensores s˜
ao, na maioria das vezes, estacion´
arios. A topologia
destas redes ´
e altamente vari´
avel devido ao recurso limitado de energia. A capacidade das redes sem fio
ad hoc ´
e restringida pela interferˆ
encia m´
utua das transmiss˜
oes concorrentes entre os nodos. Uma carac-
ter´
ıstica da rede sem fio m´
ovel ´
e a variac¸˜
ao do tempo do canal em func¸˜
ao dos enlaces de comunicac¸˜
ao.
Tal variac¸˜
ao pode ocorrer devido ao enfraquecimento multipath, perdas no caminho pela atenuac¸˜
ao da
distˆ
ancia, obst´
aculos e interferˆ
encias de outras entidades como os pr´
oprios sensores.
As diferentes tecnologias de comunicac¸˜
ao sem fio possuem limitac¸˜
oes quanto a obst´
aculos e
faixa de alcance como ilustrado na figura 21.
Figura 21: Limitac¸ ˜
oes quanto a obst´
aculos e faixa de alcance
Em raz˜
ao da limitac¸˜
ao do alcance de transmiss˜
ao dos nodos, o envio da informac¸˜
ao envolve
caminhos multi-hop atrav´
es de outros nodos, como ilustrado na figura 8.
As condic¸˜
oes de ru´
ıdo podem afetar o sensoriamento, a comunicac¸˜
ao entre os nodos e significar
um gasto de energia desnecess´
ario. ´
E o caso num ambiente com um n´
ıvel de ru´
ıdo maior, onde a in-
tensidade da perturbac¸˜
ao varia de acordo com as caracter´
ısticas do ambiente e conforme a densidade de
sensores em determinada regi˜
ao, ou quando os sensores est˜
ao muito pr´
oximos, gerando interferˆ
encia nos
vizinhos numa transmiss˜
ao.
Protocolos de comunicac¸˜
ao sem fio para redes de sensores est˜
ao discutidos na sec¸˜
ao 2.4
3.6 Alguns Coment´
arios
Como visto, as caracter´
ısticas das RSSFs s˜
ao dependentes da aplicac¸˜
ao. Desta forma, o modelo funcional
deve tentar identificar o maior n´
umero de requisitos em relac¸˜
ao `
as seguintes tarefas:
•Estabelecimento da rede: distribuic¸˜
ao dos nodos, despertar dos nodos, dimens˜
oes envolvidas,
densidades, tipos de sensores, ´
area de cobertura, organizac¸˜
ao, topologia, conectividade, etc.
•Manutenc¸˜
ao: correc¸˜
ao das situac¸˜
oes de anormalidade provocadas por falhas nos nodos,
adaptac¸˜
ao `
as condic¸˜
oes de energia da rede, chegada de novos e/ou nodos diferentes, etc.
•Sensoriamento: tempo de exposic¸˜
ao do alvo, tipos de dados, largura de banda e freq¨
uˆ
encia de
atualizac¸˜
ao.
•Comunicac¸˜
ao: quais as poss´
ıveis tecnologia de acesso (WLAN, Bluetooth), como estabelecer a
topologia da rede, mobilidade dos nodos.
•Processamento: algoritmos de controle, compress˜
ao, seguranc¸a, criptografia, codificac¸˜
ao e
correc¸˜
ao de erro.
198
XXI Simpósio Brasileiro de Redes de Computadores
ÍNDICE

4 Energia em Redes de Sensores Sem Fio
Como descrito anteriormente, os nodos de uma RSSF possuem recursos bastante limitados, tais como
pouca capacidade computacional, pouca mem´
oria e pouca reserva de energia (proveniente de uma ba-
teria). Al´
em disso, em muitas aplicac¸˜
oes, os sensores ser˜
ao colocados em ´
areas remotas, o que n˜
ao
permitir´
a facilmente o acesso a esses elementos para manutenc¸˜
ao. Neste cen´
ario, o tempo de vida da
rede depende da quantidade de energia dispon´
ıvel nos nodos sensores e, por isso, esses nodos devem
balancear seus recursos limitados com o objetivo de aumentar o tempo de vida da rede. Portanto, a
conservac¸˜
ao de energia ´
e um dos aspectos mais importantes a serem considerados no projeto das RSSFs.
O conhecimento sobre a quantidade de energia dispon´
ıvel em cada parte da rede ´
e chamada de
mapa de energia e esta informac¸ ˜
ao pode auxiliar a prolongar o tempo de vida da rede. O mapa de energia
de uma RSSF pode ser representado como uma imagem em n´
ıveis de cinza como a ilustrada na figura 7,
na qual ´
areas claras representam regi˜
oes com mais energia dispon´
ıvel, e regi˜
oes com pouca energia
s˜
ao representadas por ´
areas escuras. De posse do mapa de energia, ´
e poss´
ıvel determinar se alguma
parte da rede est´
a na iminˆ
encia de falhar devido a falta de energia [41]. O conhecimento das ´
areas
com pouca energia dispon´
ıvel pode ajudar tamb´
em na tarefa de disposic¸˜
ao de novos sensores, porque
sensores adicionais podem ser colocados seletivamente nas regi˜
oes com pouca energia dispon´
ıvel. A
escolha da melhor localizac¸˜
ao para o nodo sorvedouro pode tamb´
em ser feita com base no mapa de
energia. ´
E prov´
avel que nodos pr´
oximos a este nodo ir˜
ao gastar mais energia porque eles ser˜
ao utilizados
mais frequentemente para transmitir pacotes para o nodo sorvedouro. Consequentemente, se o nodo
sorvedouro for movido para ´
areas com maior quantidade de energia dispon´
ıvel, ´
e poss´
ıvel que o tempo
de vida da rede seja prolongado. Protocolos de roteamento tamb´
em podem beneficiar-se da informac¸˜
ao
da quantidade de energia dispon´
ıvel em cada parte da rede. Um algoritmo de roteamento pode fazer um
melhor uso das reservas de energia se este seletivamente escolher rotas que utilizam nodos com maior
quantidade de energia dispon´
ıvel de tal forma que partes da rede com poucas reservas de energia possam
ser preservadas. Esses algoritmos de roteamento podem tambem criar um backbone virtual conectando
ilhas com grande quantidade de energia. Outras poss´
ıveis aplicac¸˜
oes que podem utilizar o mapa de
energia s˜
ao algoritmos reconfigur´
aveis e fus˜
ao de dados. De fato, ´
e dif´
ıcil pensar em alguma aplicac¸˜
ao
e/ou algoritmo que n˜
ao se beneficiaria com o uso do mapa de energia.
Portanto, aplicac¸˜
oes, protocolos e algoritmos para RSSFs n˜
ao podem ser escolhidos con-
siderando apenas sua “elegˆ
ancia”e capacidade, mas definitivamente a quantidade de energia consumida.
Assim, o projeto de qualquer soluc¸˜
ao para uma RSSF deve levar em considerac¸˜
ao a quest˜
ao de energia.
4.1 Modelo de Energia
O modelo de energia de um nodo sensor pode ser visto como um provedor de energia, que depende de
uma bateria com capacidade finita, e de elementos consumidores. Os consumidores de energia s˜
ao os
modelos de r´
adio, processador e dispositivos de sensoriamento. Cada entidade consumidora notifica o
provedor seu consumo de energia, que por sua vez informa a quantidade de energia dispon´
ıvel. Como j´
a
visto, os elementos que comp˜
oem o modelo de energia s˜
ao a bateria, o r´
adio, o processor, a mem´
oria e
os dispositivos de sensoriamento.
Vale destacar que neste modelo a quantidade de energia gasta pelo r´
adio ´
e muito maior que a
quantidade gasta pelos outros dispositivos consumidores de energia. Estudos indicam que a execuc¸˜
ao
de 3000 instruc¸˜
oes gastam a mesma quantidade de energia que enviar 1 bit a 100 m via r´
adio [35]. Isto
indica que o compromisso entre comunicac¸˜
ao e computac¸˜
ao em RSSFs deve ser resolvido em favor da
computac¸˜
ao.
A seguir ser˜
ao apresentados alguns modelos de dissipac¸˜
ao de energia para nodos sensores. O
objetico destes modelos ´
e descrever o comportamento do consumo de energia em cada nodo de uma
RSSF.
199
XXI Simpósio Brasileiro de Redes de Computadores
ÍNDICE

4.2 Modelos de Dissipac¸˜
ao de Energia
Como n˜
ao existe nenhuma RSSF densa em pleno funcionamento, para se realizar simulac¸˜
oes que en-
volvam a energia destas redes, ´
e necess´
ario o conhecimento da dissipac¸˜
ao de energia dos nodos sensores.
Com este objetivo, alguns modelos de dissipac¸˜
ao de energia s˜
ao propostos na literatura. Estes modelos
tentam descrever o comportamento real de uma RSSF em termos de consumo de energia.
Em [41], s˜
ao propostos dois modelos para representar a dissipac¸˜
ao de energia nos nodos sen-
sores. O primeiro ´
e chamado de modelo de dissipac¸˜
ao uniforme. Durante um evento de sensoriamento,
cada nodo nna rede tem uma probabilidade pde iniciar uma atividade de sensoriamento local, e cada
nodo dentro de um c´
ırculo de raio rcom centro em nconsome uma quantidade fixa de energia e. O outro
modelo ´
e chamado modelo de dissipac¸˜
ao baseado em hotspot. Neste modelo, existem hhotspots fixos
e uniformemente distribu´
ıdos na ´
area de sensoriamento. Cada nodo ntem uma probabilidade p=f(d)
de iniciar uma atividade de sensoriamento local e todo nodo dentro do c´
ırculo de raio rcentrado em n
consume uma quantidade fixa de energia e, onde f´
e uma func¸˜
ao de densidade e d=min∀i{|n−hi|}
´
e a distˆ
ancia de nao hotspot mais pr´
oximo. A principal desvantagem destes modelos ´
e que eles n˜
ao
levam em considerac¸˜
ao que a escassez de energia destas redes ir˜
ao influenciar o seu comportamento.
Por exemplo, para conservar energia, alguns nodos devem dormir por algum intervalo de tempo. Outros
problemas incluem a suposic¸˜
ao que todos os nodos que trabalham em um evento ir˜
ao gastar a mesma
quantidade de energia e que todos os eventos tˆ
em o mesmo raio de influˆ
encia.
Em [23], ´
e proposto outro modelo de dissipac¸˜
ao de energia para os nodos sensores. Neste mod-
elo, os sensores possuem v´
arios modos de operac¸˜
ao com diferentes n´
ıveis de ativac¸˜
ao e consequente-
mente com diferentes n´
ıveis de consumo de energia e, assim que poss´
ıvel, os sensores devem ir para um
modo que consome menos energia. Neste modelo, cada nodo tem quatro modos de operac¸˜
ao:
•Modo 1: sensoriamento desligado e r´
adio desligado;
•Modo 2: sensoriamento ligado e r´
adio desligado;
•Modo 3: sensoriamento ligado e r´
adio recebendo ou ouvindo o canal;
•Modo 4: sensoriamento ligado e r´
adio transmitindo.
O comportamento de cada nodo sensor pode ser descrito pelo diagrama da figura 22. No in´
ıcio,
cada nodo vai para o modo 1 com probabilidade sleep−prob ou para o modo 2 com (1−sleep−prob).
START
EVENT
2
4
1
3
ST AT
There is
no event
There is
no event
1-sleep_prob
sleep_prob
sleep_time
sleep_time
Time-out
state1_prob
state2_prob
state3_prob
state4_prob
Time-out
There
is
event
There
is
event
There
is
event
Figura 22: Diagrama de transic¸˜
ao de estados: 1, 2, 3 e 4 representam os modos de operac¸˜
ao dos nodos
sensores, ST ´
e um timer s´
ıncrono e AT ´
e um ass´
ıncrono.
200
XXI Simpósio Brasileiro de Redes de Computadores
ÍNDICE

Quando o nodo vai para o modo 1, ele ir´
a dormir por sleep−time segundos. Durante este per´
ıodo,
este nodo estar´
a economizando energia, mas ele n˜
ao ser´
a capaz de se comunicar e nem de sensoriar
nenhum evento. Depois de sleep−time segundos, o nodo acorda e vai para o modo 3 para verificar se
existe algum evento para ele ou se existe algum outro nodo querendo se comunicar com ele. Se existe um
evento para este nodo, ele ir´
a para os modos 1, 2, 3 or 4 com probabilidades state1−prob,state2−prob,
state3−prob estate4−prob, respectivamente. Se n˜
ao existe nenhum evento para este nodo, ele ir´
a para o
modo 1 com probabilidade sleep−prob e para o modo 2 com (1−sleep−prob).
Se um nodo vai para o modo 2, ele ficar´
a neste estado durante sleep−time segundos, mas ao
contr´
ario do modo 1, um nodo que esta no modo 2 pode identificar a ocorrˆ
encia de um evento porque
neste modo de operac¸˜
ao o sensoriamento est´
a ligado. Se um evento ocorrer durante sleep−time segun-
dos, o nodo ir´
a para os modos de operac¸˜
ao 1, 2, 3 ou 4 com probabilidades state1−prob,state2−prob,
state3−prob estate4−prob, respectivamente. Se nenhum evento acontecer no intervalo sleep−time se-
gundos, o nodo ir´
a para o modo 3 para verificar se existe algum nodo tentando se comunicar com
ele e novamente ir´
a para o modo de operac¸˜
ao 1 com probabilidade sleep−prob e para o modo 2 com
(1−sleep−prob).
Neste modelo, os eventos s˜
ao simulados por um processo de Poisson com parˆ
ametro λ. Portanto,
o n´
umero de eventos que s˜
ao gerados em cada segundo de simulac¸ao ´
e descrito pela vari´
avel aleat´
oria:
P(X=x) = λxe−λ
x!(1)
Quando um evento ocorre, uma posic¸˜
ao (X, Y )´
e aleatoriamente escolhida para ele. O raio de
influˆ
encia de cada evento ´
e uma vari´
avel aleat´
oria uniformemente distribu´
ıda entre event−radius−min e
event−radius−max, e todos os nodos dentro do raio de influˆ
encia de um evento ser˜
ao afetados por ele.
Isto significa que quando estes nodos detectarem a existˆ
encia de um evento (estes nodos devem estar nos
modos de operac¸˜
ao 2, 3 ou 4), eles ir˜
ao para os modos 1, 2, 3 ou 4 com probabilidades state1−prob,
state2−prob,state3−prob estate4−prob, respectivamente. A durac¸˜
ao de cada evento ser´
a representada
por uma vari´
avel aleat´
oria uniformemente distribu´
ıda entre event−duration−min eevent−duration−max
segundos. Depois deste intervalo de tempo, os dados devem ser propagados para o nodo sorvedouro.
Este comportamento ´
e simulado fazendo com que todos os nodos distantes dist−line da linha reta que
une o ponto (X, Y )e o nodo sorvedouro v˜
ao para o modo de operac¸˜
ao 3 e depois para o 4 por um curto
per´
ıodo de tempo.
As transic¸˜
oes de estado descritas acima tentam capturar o comportamento dos nodos sensores
especialmente em termos de consumo de energia. Melhoramentos deste modelo vir˜
ao principalmente na
direc¸˜
ao de se determinar quais s˜
ao os valores mais adequados dos parˆ
ametros utilizados neste modelo.
4.3 Mapa de Energia
O conhecimento das reservas de energia dispon´
ıvel em cada parte da rede ´
e uma informac¸˜
ao importante
para as RSSFs. A forma mais natural de se pensar na construc¸˜
ao do mapa de energia ´
e uma na qual
periodicamente cada nodo envia para o nodo sorvedouro sua energia dispon´
ıvel. Esta abordagem ser´
a
chamada de ingˆ
enua. Como, para a maioria das aplicac¸˜
oes, as RSSFs ter˜
ao muitos nodos com recursos
limitados, a quantidade de energia gasta na abordagem ingˆ
enua ser´
a proibitiva. Por esta raz˜
ao, t´
ecnicas
mais eficientes em termos de consumo de energia devem ser propostas para obter a quantidade de energia
dispon´
ıvel em cada parte da rede. A seguir, ser˜
ao apresentadas duas abordagens para construc¸˜
ao do mapa
de energia de RSSFs.
4.3.1 Mapa de Energia baseado em Agregac¸ ˜
ao
O trabalho proposto em [41] tenta obter o mapa de energia de uma rede de sensores utilizando uma
abordagem baseada em agregac¸˜
ao. O processo de construc¸˜
ao do mapa de energia pode ser descrito
201
XXI Simpósio Brasileiro de Redes de Computadores
ÍNDICE

como:
1. Determinando a energia residual local: em cada nodo, a energia residual ´
e medida periodica-
mente. Um nodo sensor apenas precisa enviar para o nodo sorvedouro sua energia local quando
existe uma queda significativa quando comparada com a ´
ultima vez que o nodo reportou sua
energia dispon´
ıvel.
2. Disseminando a informac¸˜
ao da quantidade de energia local: a informac¸˜
ao da energia local em
cada nodo deve ser disseminada atrav´
es da rede para que o mapa de energia de toda a rede
seja calculado. Para que isto acontec¸a, o nodo sorvedouro envia uma mensagem requisitando
a informac¸˜
ao de energia. Esta mensagem propaga-se atrav´
es da rede por meio de flooding.
Quando os nodos sensores recebem esta mensagem, cada nodo associa como seu pai o nodo que
lhe enviou a mensagem. Uma ´
arvore de agregac¸˜
ao ´
e ent˜
ao constru´
ıda e a ra´
ız desta ´
arvore ´
e o
nodo sorvedouro. A seguir, cada nodo envia sua energia local para o seu pai nesta ´
arvore. A
´
arvore de agregac¸˜
ao ´
e atualizada periodicamente para se adaptar ao dinamismo e falhas da rede.
3. Agregac¸˜
ao: ao longo do caminho para o nodo sorvedouro, os nodos que recebem duas ou mais
informac¸˜
oes de energia podem agreg´
a-las de acordo com v´
aria regras. Se as informac¸˜
oes de en-
ergia s˜
ao de ´
areas topologicamente adjacentes e se tˆ
em n´
ıvel de energia semelhante, elas podem
ser agregadas em uma tupla que cont´
em um pol´
ıgono que descreve a colec¸˜
ao de nodos e a faixa
do n´
ıvel da energia residual destes nodos. O objetivo da agregac¸˜
ao ´
e reduzir o custo de se coletar
a informac¸˜
ao de energia as custas de pouca perda de informac¸˜
ao.
4.3.2 Mapa de Energia baseado em Predic¸ ˜
ao
Em [23], s˜
ao discutidas as possibilidades de se construir o mapa de energia usando abordagens baseadas
em predic¸˜
ao. Nestas abordagens, cada nodo envia para o nodo sorvedouro os parˆ
ametros do modelo
que descreve o seu consumo de enegia e o nodo sorvedouro utiliza esta informac¸˜
ao para atualizar local-
mente a informac¸˜
ao da energia dispon´
ıvel em cada nodo. A motivac¸˜
ao desta abordagem ´
e que se cada
nodo ´
e capaz de prever a quantidade de energia que ser´
a gasta, ele pode enviar esta informac¸˜
ao para o
nodo sorvedouro e nenhuma outra informac¸˜
ao de energia ser´
a enviada durante o per´
ıodo em que este
modelo descreve satisfatoriamente o consumo de energia. Ent˜
ao, se um nodo pode eficientemente predi-
zer a quantidade de energia que ele ir´
a gastar no futuro, ´
e poss´
ıvel economizar energia no processo de
construc¸˜
ao do mapa de energia de uma rede de sensores.
Com o objetivo de prever o consumo de energia, dois modelos foram foram propostos em [23]:
um modelo probabilistico baseado nas Cadeias de Markov, e um modelo estat´
ıstico no qual o modelo
ARIMA (Autoregressive Integrated Moving Average) [3] ´
e utilizado para fazer as previs˜
oes. No ARIMA,
o n´
ıvel de energia em cada nodo sensor ´
e representado por uma s´
erie no tempo.
A principal diferenc¸a entre a abordagem baseada em predic¸˜
ao e a baseada em agregac¸˜
ao ´
e que
nesta, cada nodo envia para o nodo sorvedouro apenas sua energia dispon´
ıvel, enquanto que na abor-
dagem baseada em predic¸˜
ao, s˜
ao enviados tamb´
em os parˆ
ametros de um modelo que descreve o con-
sumo de energia no futuro. Neste caso, cada nodo envia para o nodo sorvedouro sua energia dispon´
ıvel
e tamb´
em os parˆ
ametros do modelo escolhido para representar seu consumo de energia. Com estes
parˆ
ametros, o nodo sorvedouro pode atualizar localmente a energia dispon´
ıvel em cada nodo da rede,
diminuindo assim a quantidade de pacotes de informac¸˜
ao de energia na rede.
5 Fus˜
ao de Dados
Fus˜
ao de dados tem sido apontada como uma alternativa para pr´
e-processar os dados de uma RSSF de
forma distribu´
ıda aproveitado a capacidade de processamento dos sensores. Diversas definic¸ ˜
oes podem
202
XXI Simpósio Brasileiro de Redes de Computadores
ÍNDICE

ser encontradas na literatura. Em 1991 o grupo de trabalho de fus˜
ao de dados do JDL (Joint Direc-
tors of Laboratories) do Departamento de Defesa dos EUA [36] definiu fus˜
ao de dados como um pro-
cesso de m´
ultiplos n´
ıveis e facetas que trata a detecc¸˜
ao autom´
atica, associac¸˜
ao, correlac¸˜
ao, estimac¸˜
ao e
combinac¸˜
ao de dados e informac¸˜
oes de m´
ultiplas fontes. Considerando os tipos de dados a serem combi-
nados, Klein [18] generalizou esta definic¸˜
ao afirmando que estes dados tamb´
em podem ser provenientes
de uma ´
unica fonte. Em [12], Hall e Llinas definem fus˜
ao de dados como sendo a combinac¸˜
ao de dados
de m´
ultiplos sensores e informac¸˜
oes relacionadas provenientes de bases de dados associadas para obter
maior precis˜
ao e inferˆ
encias espec´
ıficas que n˜
ao podem ser obtidas a partir de um ´
unico sensor.
Argumentando que estas definic¸˜
oes est˜
ao restritas a sinais, sensores e m´
etodos utilizados na
fus˜
ao em 1999 Wald [38] muda o foco definindo fus˜
ao de dados como um ambiente (framework) for-
mal onde s˜
ao expressados m´
etodos e ferramentas para combinar dados de diferentes origens visando a
obtenc¸˜
ao de informac¸˜
oes de maior qualidade. O conceito de “maior qualidade” depende da aplicac¸˜
ao.
Al´
em disso, dados de um mesmo sensor referentes a instantes de tempo distintos representam fontes
diferentes. Uma forma especial de fus˜
ao de dados ´
e chamada de agregac¸˜
ao onde um conjunto de dados
´
e condensado com o objetivo de reduzir seu volume. Segundo Cohen et al. [7], a agregac¸˜
ao de dados ´
e
um processo que inclui uma colec¸˜
ao de dados, a composic¸˜
ao flex´
ıvel e programada destes dados em um
novo dado refinado de menor volume e a entrega destes dados agregados aos seus consumidores.
5.1 Importˆ
ancia da Fus˜
ao de Dados
Sensores est˜
ao sujeitos a condic¸˜
oes ambientais hostis que podem interferir nas leituras e medidas obti-
das. Tais condic¸˜
oes incluem variac¸ ˜
oes bruscas de temperatura, ru´
ıdos eletromagn´
eticos, radiac¸˜
ao etc.
Portanto, eventualmente as leituras dos sensores podem ser imprecisas ou at´
e mesmo in´
uteis. Mesmo
sob condic¸˜
oes ambientais perfeitas os sensores n˜
ao podem prover leituras absolutamente perfeitas. Um
sensor ´
e essencialmente um dispositivo de medic¸˜
ao e como tal possui uma incerteza associada `
a sua
leitura. A incerteza representa a imperfeic¸˜
ao de seus componentes e do m´
etodo utilizado para obtenc¸˜
ao
das medidas.
As RSSFs freq¨
uentemente possuem um grande n´
umero de nodos sensores trazendo um novo
desafio de escalabilidade relacionado ao consumo de energia desnecess´
ario provocado pela transmiss˜
ao
de dados redundantes e colis˜
oes. A fus˜
ao de dados possui pelo menos dois fatores que tornam importante
a sua utilizac¸˜
ao em RSSFs. O primeiro consiste na obtenc¸˜
ao de leituras de maior precis˜
ao tornando a
rede mais robusta e menos vulner´
avel `
a falhas e imprecis˜
oes de um ´
unico nodo sensor. O segundo fator ´
e
aeconomia de energia atrav´
es da reduc¸˜
ao da quantidade de mensagens e de dados que s˜
ao transmitidos
pelos nodos sensores.
A fus˜
ao de dados pode ser utilizada para combinar tanto dados de sensores do mesmo tipo (que
observam a mesma entidade) quanto dados de sensores de tipos diferentes. No primeiro caso, tipicamente
as leituras dos sensores s˜
ao combinadas com o objetivo de eliminar redundˆ
ancias e ru´
ıdos aumentando a
precis˜
ao e reduzindo o volume de dados. No segundo caso, o objetivo ´
e aumentar a resoluc¸˜
ao do dado
gerando um novo dado mais representativo e de maior resoluc¸˜
ao. Por exemplo, um radar determina a
distˆ
ancia de um objeto enquanto um sensor infra-vermelho determina a distˆ
ancia angular deste objeto. A
fus˜
ao do dado de um radar e um sensor infravermelho permite determinar a posic¸˜
ao exata do objeto.
5.2 Modelos de Fus˜
ao de Dados
Os modelos de fus˜
ao de dados aqui apresentados s˜
ao modelos de processos, i.e., modelos que descrevem
um conjunto de processos e como estes se relacionam. Estes modelos descrevem as funcionalidades que
um sistema de fus˜
ao deve possuir abstraindo-se de poss´
ıveis implementac¸˜
oes ou instˆ
ancias espec´
ıficas.
Observe que os modelos descritos a seguir incluem n˜
ao somente a atividade de fus˜
ao propriamente dita
mas tamb´
em a obtenc¸˜
ao dos dados sensoriais e a tomada de ac¸˜
oes baseada na interpretac¸˜
ao dos dados
fundidos.
203
XXI Simpósio Brasileiro de Redes de Computadores
ÍNDICE

5.2.1 Modelos Centrados nos Dados
Neste tipo de modelo, a fus˜
ao de dados ´
e dividida com base na abstrac¸˜
ao dos dados sendo fundidos.
Portanto, nestes modelos n˜
ao existe a necessidade de explicitar uma seq¨
uencia de execuc¸˜
ao das func¸˜
oes
nem dos sub-processos da fus˜
ao. Exemplos destes modelos incluem o JDL (Joint Directors of Lab-
oratories) [12], Fus˜
ao Ativa [25], DFD (Data-Feature-Decision) [8] e Waterfall [20]. Estes modelos
costumam incluir os seguintes tipos de abstrac¸˜
oes:
•Dado sensorial: leituras providas pelos sensores como medidas num´
ericas, formas de ondas e
imagens.
•Sinais: resultado de algum processamento de sinais, alinhamento ou correlac¸˜
ao.
•Caracter´
ısticas: caracter´
ısticas extra´
ıdas dos sinais e consideradas relevantes para a aplicac¸˜
ao.
•Vis˜
ao da entidade: estimativa ou previs˜
ao dos estado da entidade monitorada.
•Vis˜
ao da situac¸˜
ao: interpretac¸˜
ao da situac¸˜
ao que ´
e obtida atrav´
es da introduc¸˜
ao de contexto
examinando as relac¸˜
oes entre entidades.
•Tomada de decis˜
ao: planejamento de atividades baseado na an´
alise da situac¸˜
ao identificada.
5.2.2 Modelos centrados nas funcionalidades
Estes modelos possuem sua organizac¸˜
ao baseada na funcionalidade apenas. Portanto, neste caso ´
e
necess´
ario explicitar qual ´
e a seq¨
uˆ
encia de cada funcionalidade a ser executada durante o processo de
fus˜
ao. Exemplos de modelos funcionais s˜
ao o OODA (Observe-Orient-Decide-Act) [4] e o Ciclo de
Inteligˆ
encia [32]. Tipicamente estes modelos est˜
ao divididos em quatro fase:
•Alimentac¸˜
ao: coleta dos dados.
•Fus˜
ao: fus˜
ao dos dados com o objetivo de aumentar a sua relevˆ
ancia.
•Avaliac¸˜
ao: avaliac¸˜
ao das alternativas identificadas, tomada de decis˜
ao e direcionamento de ativi-
dades.
•Execuc¸˜
ao: execuc¸˜
ao das decis˜
oes tomadas na fase anterior.
5.3 M´
etodos de Fus˜
ao de Dados
Os m´
etodos de agregac¸˜
ao s˜
ao os mais simples e produzem como resultado um dado de menor rep-
resentatividade do que o conjunto dos dados utilizados na fus˜
ao. A vantagem destes m´
etodos reside
na reduc¸˜
ao do volume de dados que trafegam pela rede e inclui operac¸˜
oes de agregac¸˜
ao como m´
edia,
m´
aximo,m´
ınimo,contagem esupress˜
ao. Este ´
ultimo corresponde simplesmente `
a supress˜
ao de dados
considerados redundantes. Este tipo de fus˜
ao pode ser utilizada em soluc¸˜
oes onde se deseja justamente
obter este tipo de dado agregado sendo que a obtenc¸˜
ao deste valores ´
e feita de forma distribu´
ıda pelos
pr´
oprios nodos sensores.
M´
etodos de inferˆ
encia tˆ
em como objetivo processar dados redundantes com o objetivo de reduzir
o n´
ıvel de ru´
ıdo das medidas obtidas pelos sensores. Exemplos destes m´
etodos incluem Fus˜
ao Bayesiana
eFiltros Dempster-Shafer. Outros m´
etodos populares s˜
ao os m´
etodos de estimativas originados na teoria
de controle que tˆ
em como objetivo estimar o vetor de estado de um processo a partir de um vetor ou
seq¨
uˆ
encia de vetores de medic¸˜
oes de sensores. Estes m´
etodos incluem o quadrados m´
ınimos,quadrados
m´
ınimos ponderados eFiltros de Kalman.
M´
etodos de intervalos operam sobre sensores abstratos. A leitura deste tipo de sensor n˜
ao ´
e
um valor ´
unico e sim um intervalo de valores que deve conter o valor real. Para este tipo de sensor
s˜
ao utilizados os m´
etodos de intervalos que incluem as func¸˜
oes Mde Marzullo [21], Sde Schmid e
Schossmaier [31] e Ωde Prasad et al. [27].
204
XXI Simpósio Brasileiro de Redes de Computadores
ÍNDICE

5.4 Fus˜
ao de Dados em RSSFs
Tipicamente, as RSSFs s˜
ao consideradas redes centradas em dados, ou seja, o interesse nos dados sen-
soriados n˜
ao se restringe `
a aplicac¸˜
ao, sendo comum a todas as atividades que possam tirar proveito da
correlac¸˜
ao existente entre estes dados. Assim, as atividades como roteamento devem permitir que os
dados sejam analisados no n´
ıvel da aplicac¸˜
ao para decidir de estes ser˜
ao retransmitidos, fundidos ou
suprimidos.
A B C
S
a
a
a
b
b
b
c
c
c
(a) Roteamento tradicional.
A B C
S
a
b
ab
c
c
abc
(b) Roteamento centrado em da-
dos.
Figura 23: Soluc¸˜
ao tradicional e centrada em dados utilizando fus˜
ao de dados.
A figura 23 ilustra como o roteamento centrado em dados pode ser utilizado para reduzir o
n´
umero de transmiss˜
oes e conseq¨
uentemente economizar energia. Nesta figura, temos trˆ
es nodos A,
BeCenviando dados para o nodo sink S. No roteamento tradicional a difus˜
ao destes dados geraria
9mensagens enquanto que na soluc¸˜
ao centrada em dados este valor cai para 6 mensagens apenas. Os
nodos em destaque fazem a fus˜
ao dos dados. O primeiro funde as mensagens aebem ab e o segundo
funde as mensagens ab ecem abc.
No caso da utilizac¸˜
ao de fus˜
ao de dados no roteamento em uma rede plana (figura 23) o caso
´
otimo para a fus˜
ao/agregac¸˜
ao de dados corresponde ao menor n´
umero poss´
ıvel de mensagens transmiti-
das [19], isto sob o ponto de vista de consumo de energia. Para isso, considere uma RSSF com knodos
fonte (nodos que geram dados), s1, s2, . . . , sk, e um sink,D. Em uma soluc¸˜
ao que utiliza fus˜
ao, os dados
roteados percorrem uma ´
arvore de fus˜
ao saindo dos nodos s1, s2, . . . , skem direc¸˜
ao ao nodo D. Esta
´
arvore ´
e o reverso de uma ´
arvore multicast onde existe um fonte e m´
ultiplos destinos. Segundo [19],
a´
arvore multicast com um n´
umero m´
ınimo de arestas corresponde a ´
arvore de Steiner m´
ınima em um
grafo. Assim, o n´
umero m´
ınimo de transmiss˜
oes por dado em uma ´
arvore de fus˜
ao corresponde ao
n´
umero de arestas da ´
arvore de Steiner m´
ınima em uma rede com o conjunto de nodos (s1, s2, . . . , sk,
D).
Em [11], Garey e Johnson mostram que o problema da ´
arvore de Steiner m´
ınima ´
e NP-completo.
Portanto, assumindo uma disposic¸˜
ao arbitr´
aria de nodos de uma RSSF e um grafo Gque represente esta
rede, a tarefa de roteamento centrado em dados com uma ´
arvore de fus˜
ao ´
otima ´
e NP-dif´
ıcil.
Uma alternativa ao roteamento centrado em dados ´
e a utilizac¸˜
ao de agentes m´
oveis [28]
(figura 24) onde os dados permancem armazenados localmente nos sensores e o c´
odigo execut´
avel move-
se pelos nodos da rede. O agente m´
ovel ´
e definido por Qi et al. [28] como uma entidade formada por
quatro atributos. O primeiro ´
e a identificac¸˜
ao ´
unica do agente e seu sink. O segundo ´
e o buffer que
cont´
em os dados parcialmente fundidos pelo agente. O terceiro atributo ´
e o itiner´
ario que define a rota a
ser seguida. Esta rota pode ser est´
atica ou dinˆ
amica respondendo `
as mudanc¸as da rede. Por fim o atributo
m´
etodo define o c´
odigo ou algoritmo de fus˜
ao que ser´
a executado pelo agente.
Nesta abordagem, um ou mais agentes transitam pela RSSF seguindo seu itiner´
ario. Os sensores
205
XXI Simpósio Brasileiro de Redes de Computadores
ÍNDICE

A
B
C
S
agente
Figura 24: Fus˜
ao de dados utilizando agentes m´
oveis.
fazem suas leituras do ambiente e armazenam os dados localmente. O agente m´
ovel ao se hospedar em
um nodo consulta os dados locais do sensor hospedeiro, executa a fus˜
ao destes com os dados parcial-
mente fundidos, armazena o resultado em seu buffer e segue seu itiner´
ario at´
e voltar ao sink para reportar
o resultado final da fus˜
ao. Note que a definic¸˜
ao da rota ´
otima de um agente m´
ovel tamb´
em ´
e um problema
NP-dif´
ıcil.
A utilizac¸˜
ao de fus˜
ao de dados seja em algoritmos de roteamento e disseminac¸˜
ao de dados [19,
16] seja na adoc¸˜
ao de agentes m´
oveis [28] traz como grande vantagem a economia de energia atrav´
es da
reduc¸˜
ao do volume de dados que ´
e trafegado pela rede. Em [19] foram alcanc¸ados n´
ıveis de economia
de energia variando entre 50 e80% se comparados `
a abordagem tradicional de roteamento. Contudo, ´
e
importante alertar para o fato de que o prec¸o desta economia ´
e a demora na entrega do dado das fontes ao
sink. Al´
em disso, ao se utilizar fus˜
ao de dados surge novos problemas como sincronizac¸˜
ao que consiste
em se determinar quanto tempo e por quantos nodos um sensor deve esperar antes de fazer a fus˜
ao.
6 Auto-organizac¸˜
ao em Redes de Sensores Sem Fio
RSSFs podem ser usadas para as mais diversas aplicac¸ ˜
oes, tais como sensoreamento de f´
abricas,
aplicac¸˜
oes militares e monitoramento ambiental. Em algumas dessas aplicac¸˜
oes, sensores podem ser
distribu´
ıdos de forma manual, um a um em locais pr´
e-determinados, ou “jogados” na ´
area que se deseja
sensoriar. Essa ´
ultima forma citada deve ser mais aplicada aos casos em que a rede cont´
em centenas ou
at´
e milhares de sensores, em casos em que a ´
area que se deseja monitorar ´
e remota, de dif´
ıcil acesso ou
in´
ospita.
Uma vez presentes no ambiente, RSSFs podem sofrer alterac¸˜
oes de topologia devido a v´
arios
fatores, tais como: sensores podem ser destru´
ıdos pelo ambiente, sensores podem parar de funcionar
devido ao esgotamento da bateria, sensores podem ser ligados e desligados para fins de economia de
energia, novos sensores podem ser acrescentados `
a rede e pode-se ter intermitˆ
encia na comunicac¸˜
ao sem
fio devido a ru´
ıdos ou obst´
aculos no ambiente.
Assim, pela natureza dinˆ
amica das RSSFs, essas redes devem ter a capacidade de se ajustar a
poss´
ıveis alterac¸˜
oes sem interferˆ
encia humana, o que ´
e chamado de auto-organizac¸˜
ao.
6.1 O problema da Auto-organizac¸˜
ao de RSSFs
Para melhor contextualizar o desafio da auto-organizac¸˜
ao de redes de sensores, vamos examinar carac-
ter´
ısticas topol´
ogicas em uma rede com elevado n´
umero de sensores distribu´
ıdos densamente. Basica-
mente s˜
ao consideradas trˆ
es fases [1]:
206
XXI Simpósio Brasileiro de Redes de Computadores
ÍNDICE

1. Fase de distribuic¸˜
ao dos sensores: sensores podem ser distribu´
ıdos em um campo atrav´
es do
lanc¸amento em massa ou colocados um a um. Se a rede for formada por uma grande quantidade
de sensores, ou o local que se deseja sensoriar ´
e de dif´
ıcil acesso, acredita-se ser a primeira
opc¸˜
ao mais interessante, pois traz facilidades tais como: menor custo de instalac¸˜
ao, eliminac¸˜
ao
da necessidade de planejar e organizar a rede, aumenta a flexibilidade de composic¸˜
ao da rede e
pode usar m´
etodos de distribuic¸˜
ao de sensores mais f´
aceis. Por´
em, essas facilidades trazem a
necessidade da rede se auto-organizar e ser tolerante a falhas.
2. Fase p´
os-distribuic¸˜
ao: ap´
os a distribuic¸˜
ao dos sensores no local a ser sensoriado, mudanc¸as
topol´
ogicas nessas redes podem ocorrer devido a v´
arios fatores. Por exemplo, sensores podem
sofrer mudanc¸as de localizac¸˜
ao, a alcanc¸abilidade desses sensores pode variar devido a inter-
ferˆ
encias e surgimento de obst´
aculos m´
oveis, a energia dispon´
ıvel nos sensores pode ser insu-
ficiente, e sensores podem apresentar defeitos ou at´
e mesmo serem destru´
ıdos pelo ambiente.
Como ´
e imposs´
ıvel prever o acontecimento desses eventos, as redes tˆ
em que ter a capacidade de
se reorganizar para manter o seu funcionamento mesmo na presenc¸a desses eventos.
3. Fase de re-distribuic¸˜
ao de sensores adicionais: sensores adicionais podem ser introduzidos em
redes j´
a existentes com o objetivo de substituir dispositivos defeituosos ou aumentar a ´
area de
cobertura. Novamente, a rede tem que ter a capacidade de se reorganizar para fazer uso desses
dispositivos adicionais, al´
em disso, vantagens podem ser obtidas de uma nova topologia para
aumentar a vida ´
util da rede reduzindo o consumo de energia.
O problema da auto-organizac¸˜
ao de uma RSSF poderia ser facilmente resolvido com uma vis˜
ao
geral de toda a rede. Facilmente poderiam ser calculados os grupos de nodos que tˆ
em que se comu-
nicar, as rotas mais eficientes para a transmiss˜
ao dos dados ou que sensores podem ser desligados em
determinados instantes para que haja economia de energia e a rede tenha maior sobrevida e se mantenha
a cobertura desejada. Por´
em, muitas aplicac¸˜
oes dessas redes exigem que elas sejam autosuficientes,
ou seja, funcionem sem intervenc¸˜
ao humana. Esse fato aliado com a dinˆ
amica dessas redes e com a
necessidade de que elas sejam escal´
aveis e robustas, acredita-se ser mais interessante e vantajoso proje-
tar aplicac¸˜
oes de RSSFs baseadas em algoritmos localizados (localized algorithms) [9], onde sensores
interagem apenas entre si, de forma coletiva, para atingir um objetivo global desejado. Este aspecto,
aliado `
as restric¸˜
oes de energia, processamento e largura de banda, aumenta ainda mais o desafio da
auto-organizac¸˜
ao de RSSFs.
Essencialmente, a auto-organizac¸˜
ao de RSSFs ´
e a sua habilidade de realizar mudanc¸as estruturais
sem intervenc¸˜
ao humana, de forma a torn´
a-las escal´
aveis e robustas diante das caracter´
ısticas dinˆ
amicas
inerentes a esse tipo de rede.
6.2 Protocolos para Auto-organizac¸˜
ao de RSSFs
Em [34], s˜
ao descritos algumas propostas de protocolos para a auto-organizac¸˜
ao de RSSFs, descritos a
seguir.
SMACS – Self-Organizing Medium Access Control for Sensor Networks. Protocolo distribu´
ıdo
para a descoberta dos vizinhos de um nodo. O SMACS ´
e utilizado na inicializac¸˜
ao e organizac¸˜
ao da
camada de enlace da rede. Este protocolo forma uma rede de comunicac¸˜
ao entre nodos sem a necessidade
de um nodo principal ou mestre. Ele constr´
oi uma topologia flat, ou seja, uma topologia onde n˜
ao h´
a
a formac¸˜
ao de clusters nem nodos principais. Ele assume que a largura de banda dispon´
ıvel n˜
ao ´
e um
gargalo e, portanto, nodos podem escolher aleatoriamente qualquer freq¨
uˆ
encia para operar. Nodos se
comunicam intermitentemente e podem se desligar automaticamente para economizar energia quando
n˜
ao h´
a dados para transmitir. A camada MAC utiliza TDMA, sendo que sua estrutura pode mudar de
tempos em tempos. O esquema TDMA consiste de duas regi˜
oes: a primeira ´
e chamada de per´
ıodo de
bootup, quando os nodos aleatoriamente procuram uma freq¨
uˆ
encia fixa para novos nodos serem inclu´
ıdos
207
XXI Simpósio Brasileiro de Redes de Computadores
ÍNDICE

na rede ou reconstruir enlaces perdidos; a segunda regi˜
ao ´
e reservada para a comunicac¸˜
ao de dados com
os nodos vizinhos.
Ap´
os a distribuic¸˜
ao f´
ısica dos nodos sensores no local que se deseja sensoriar, cada nodo desperta
de acordo com uma distribuic¸˜
ao randˆ
omica e realiza a descoberta dos vizinhos no per´
ıodo de bootup.
Logo que um novo enlace ´
e descoberto, o primeiro per´
ıodo de tempo que est´
a livre nos dois nodos ´
e
atribu´
ıdo a um canal, que ´
e adicionado permanentemente aos seus esquemas. Para reduzir colis˜
oes na
atribuic¸˜
ao de canais com outros enlaces, cada canal deve operar em uma frequˆ
encia diferente ou ter um
c´
odigo de espalhamento (spreading). `
A medida que o tempo avanc¸a, os nodos v˜
ao aumentando sua
vizinhanc¸a, conectando novos nodos, quando, eventualmente, todos os nodos ser˜
ao conectados uns aos
outros. A habilidade de se ter um esquema de comunicac¸˜
ao ass´
ıncrono permite aos nodos formar enlaces
sob demanda. Os padr˜
oes de recebimento e transmiss˜
ao s˜
ao repetidos periodicamente, com um tempo
fixo para todos os nodos, caracter´
ıstica do TDMA. Ap´
os um enlace ser formado, um nodo sabe quando
ligar seus transceptores no tempo certo para a comunicac¸˜
ao. Isso leva a uma economia significativa de
energia.
EAR – Eavesdrop-And-Register. Este protocolo permite a comunicac¸˜
ao entre nodos m´
oveis e nodos
estacion´
arios. ´
E desej´
avel que uma conex˜
ao seja configurada com o m´
ınimo de mensagens poss´
ıvel.
Os nodos m´
oveis mantˆ
em um registro de todos os sensores em sua vizinhanc¸a e tomam decis˜
oes de
quando terminar uma conex˜
ao. O algoritmo EAR ´
e transparente ao SMACS, de forma que este ´
ultimo ´
e
completamente funcional sem a introduc¸˜
ao de nodos m´
oveis na rede.
O EAR usa o primeiro per´
ıodo de tempo seguido do per´
ıodo de bootup para a comunicac¸˜
ao. Ele
usa as mensagens de convite enviadas em broadcast pelos nodos est´
aticos para formar o registro de todos
os nodos alcanc¸´
aveis. O protocolo usa as seguintes mensagens: BI (Broadcast Invite), para os nodos
estacion´
arios convidarem outros nodos a se conectarem `
a rede; MI (Mobile Invite), resposta de um nodo
m´
ovel a um BI; MR (Mobile Response), resposta de um nodo estacion´
ario a um MR; e MD (Mobile
Disconnect), informac¸˜
ao de desconex˜
ao de um nodo m´
ovel a um estacion´
ario.
O nodo m´
ovel adiciona a seus registros qualquer nodo estacion´
ario enviando a mensagem BI.
Quando recebe um MI, um nodo estacion´
ario determina quando ele tem um slot TDMA dispon´
ıvel para
a comunicac¸˜
ao. Se houver um slot dispon´
ıvel, uma aceitac¸˜
ao MR ´
e enviada. Se o sinal entre os nodos for
se degradando ou aumentando, um MD pode ser enviado ou uma nova conex˜
ao solicitada. Para prevenir
overheads de comunicac¸˜
ao, s˜
ao usados temporizadores para evitar uma espera indeterminada caso um
MI seja recebido.
SAR – Sequential Assignment Routing. O algoritmo SAR cria m´
ultiplas ´
arvores cujas ra´
ızes est˜
ao
a um salto do nodo sink, ou seja, s˜
ao seus vizinhos. Cada ´
arvore cresce em direc¸˜
ao externa ao sink
deixando de fora nodos com baixa QoS (baixa vaz˜
ao e alto atraso) e baixo n´
ıvel de energia. No final
desse procedimento, pode ocorrer a inclus˜
ao de alguns nodos em ´
arvores diferentes. Neste caso, os nodos
podem escolher a ´
arvore a ser usada na transmiss˜
ao de suas informac¸˜
oes de volta ao sink. A cada uma
dessas ´
arvores s˜
ao atribu´
ıdos parˆ
ametros para a definic¸˜
ao de qual caminho adotar. Por exemplo, energia
estimada pelo n´
umero de pacotes que poderiam ser enviados caso houvesse um uso exclusivo da ´
arvore,
e m´
etrica de QoS adicional.
Periodicamente, a redefinic¸˜
ao dos caminhos s˜
ao iniciadas pelo sink de forma a ocorrer a
adaptac¸˜
ao do roteamento devido a poss´
ıveis mudanc¸as na topologia da rede. Adicionalmente, existem
dois algoritmos chamados SWR (Single Winner Election) e MWE (Multi Winner Election), que s˜
ao us-
ados para realizar as atividades de sinalizac¸˜
ao e transferˆ
encia de dados no processamento e informac¸˜
oes
cooperativas locais.
208
XXI Simpósio Brasileiro de Redes de Computadores
ÍNDICE

ASCENT – Adaptive Self-Configuring Sensor Network Topologies. O protocolo ASCENT n˜
ao ´
e
um protocolo para roteamento ou disseminac¸˜
ao de dados. Ele ´
e um protocolo que simplesmente decide
que nodos far˜
ao parte da infra-estrutura de roteamento. Aspectos como o roteamento e difus˜
ao de dados
funcionam sobre essa topologia multi-hop. Assim, s˜
ao complementares ao ASCENT.
O ASCENT consiste de v´
arias fases. Quando um nodo ´
e inicializado, ele entra em um modo de
escuta chamado fase de descoberta de vizinhos, onde cada nodo obt´
em um n´
umero estimado de vizinhos
transmitindo ativamente mensagens baseadas em medidas locais. Quando essa fase termina, os nodos
entram em uma fase de decis˜
ao de inclus˜
ao, onde os nodos decidem quando devem se juntar `
a rede
de difus˜
ao multi-hop. Durante essa fase, o nodo pode participar temporariamente da rede para avaliar
quanto ele contribui para melhorar a conectividade. Se o nodo resolver se juntar `
a rede por um per´
ıodo
maior, ele entra na fase ativa e comec¸a a enviar mensagens de controle de roteamento e de dados. Se um
nodo resolver n˜
ao participar da rede, ele entra na fase adaptativa, onde ´
e desligado por um per´
ıodo de
tempo ou limita sua faixa de transmiss˜
ao.
6.3 Coment´
arios
Os trˆ
es primeiros protocolos descritos acima focam a sincronizac¸˜
ao de baixo n´
ıvel para a formac¸˜
ao da
rede. Por outro lado, o ASCENT [6] ´
e um protocolo que trata da formac¸˜
ao de uma topologia multi-hop
mais eficiente.
A auto-organizac¸˜
ao de redes de sensores apresenta um grande desafio devido `
as caracter´
ısticas
dinˆ
amicas inerente a esse tipo de rede. O grande desafio consiste na criac¸˜
ao de algoritmos distribu´
ıdos
localizados eficientes e robustos que permitam manter a funcionalidade da rede economizando energia,
processamento e largura de banda de comunicac¸˜
ao, recursos esses escassos nesse tipo de rede.
7 Gerenciamento de Redes de Sensores Sem Fio
Por se tratar de um assunto t˜
ao abrangente e de um sistema com caracter´
ısticas t˜
ao particulares, a
definic¸˜
ao de uma arquitetura de gerenciamento para as redes de sensores exige o estudo de v´
arios con-
textos nas diferentes ´
areas funcionais (configurac¸˜
ao, falhas, seguranc¸a, desempenho e contabilizac¸˜
ao) e
n´
ıveis de gerenciamento (elemento de rede, gerenciamento de elemento de rede, gerenciamento de rede,
gerenciamento de servic¸o, gerenciamento de neg´
ocio). O gerenciamento da rede de sensores tamb´
em
prevˆ
e a utilizac¸˜
ao de modelos que representem o estado da rede, como por exemplo, mapa de energia,
topologia, conectividade, e modelos n˜
ao determin´
ısticos, e abstrac¸˜
ao de fases para o seu ciclo de vida, ou
seja, estabelecimento da rede, manutenc¸˜
ao, sensoriamento do ambiente, processamento e comunicac¸˜
ao.
O projeto de uma rede de sensores dependente da aplicac¸˜
ao e das caracter´
ısticas envolvidas
com essas redes. Assim, o gerenciamento deve considerar os aspectos gen´
ericos envolvidos com o
estabelecimento e a manutenc¸˜
ao da rede e com o sensoriamento, o processamento e a comunicac¸˜
ao dos
dados. Isto significa que o gerenciamento dever´
a encontrar as poss´
ıveis similaridades existentes e para
estas, propor uma lista de func¸˜
oes de gerenciamento. Nas redes de sensores, o gerenciamento de energia
´
e um dos principais aspectos a ser considerado j´
a que a longevidade da rede depende da sua utilizac¸˜
ao
racional. Isto implica na limitac¸˜
ao da capacidade de processamento e na reduc¸˜
ao da largura de banda
utilizada para transmiss˜
ao.
Uma discuss˜
ao importante do ponto de vista de gerenciamento diz respeito ao comportamento
imprevis´
ıvel da rede, principalmente devido ao ambiente onde a rede est´
a inserida. Consequentemente,
os resultados obtidos por uma aplicac¸˜
ao espec´
ıfica poder˜
ao ser diferentes a cada execuc¸˜
ao. Outra con-
seq¨
uˆ
encia da imprevisibilidade ´
e a poss´
ıvel ociosidade dos nodos por um per´
ıodo longo de tempo.
As redes de sensores s˜
ao ditas de aplicac¸˜
ao espec´
ıfica (application-specific) j´
a que s˜
ao desen-
volvidas para uma determinada func¸˜
ao. As atividades de planejamento, desenvolvimento e manutenc¸˜
ao
ocorrem em func¸˜
ao do objetivo da rede. Assim, as aplicac¸˜
oes que utilizam redes de sensores assumem
209
XXI Simpósio Brasileiro de Redes de Computadores
ÍNDICE

e executam as pr´
oprias func¸˜
oes de gerenciamento que tendem a ser espec´
ıficas ao inv´
es de prop´
osito
geral. Al´
em disso, as redes de sensores s˜
ao desenvolvidas sem uma separac¸˜
ao l´
ogica entre as funcional-
idades de gerenciamento (servic¸os e func¸ ˜
oes de gerenciamento) e as funcionalidades da rede. Talvez
isso seja conseq¨
uˆ
encia da n˜
ao utilizac¸˜
ao de uma arquitetura de gerenciamento para RSSFs que permita a
superposic¸˜
ao da rede l´
ogica da gerˆ
encia sobre a rede f´
ısica de aplicac¸˜
ao espec´
ıfica.
Uma arquitetura para o gerenciamento de RSSFs chamada MANNA foi proposta em [30]. As
pr´
oximas sec¸˜
oes descrevem os princ´
ıpios e conceitos utilizados no desenvolvimento desta arquitetura
que ´
e a primeira e ´
unica at´
e o momento.
7.1 Objetivos do Gerenciamento
O objetivo do gerenciamento das RSSFs ´
e estabelecer um conjunto de servic¸os de gerenciamento que
visem promover a produtividade da planta e dos recursos dispon´
ıveis integrando as diferentes func¸ ˜
oes de
gerenciamento e garantido o n´
ıvel de qualidade estabelecido para os servic¸os providos pela RSSF.
A definic¸˜
ao de servic¸os de gerenciamento consiste em encontrar que tarefas ou func¸˜
oes devem
ser executadas quando, onde e com quais dados. Os servic¸os de gerenciamento s˜
ao executados por um
conjunto de func¸˜
oes que quando bem sucedidas, concluem a execuc¸˜
ao do servic¸o definindo portanto o
aspecto funcional do gerenciamento.
Uma func¸˜
ao de gerenciamento representa as menores partes funcionais de um servic¸o de gerenci-
amento como percebido pelos usu´
arios. Isto quer dizer que uma arquitetura de gerenciamento deve exibir
uma lista de func¸˜
oes para tratar do funcionamento integrado entre a RSSF, as aplicac¸˜
oes e os usu´
arios.
Com isto, as funcionalidades de gerenciamento ser˜
ao independentes das atividades fins da rede, mesmo
que isto n˜
ao se explicite na implementac¸˜
ao.
A arquitetura de gerenciamento MANNA define uma lista de func¸ ˜
oes para tratar do funciona-
mento integrado entre a rede de sensores, as aplicac¸˜
oes e os usu´
arios. Com isto, as funcionalidades
de gerenciamento ser˜
ao independentes das atividades fins da rede mesmo que isto n˜
ao se reflita na
implementac¸˜
ao.
As func¸˜
oes de gerenciamento podem utilizar modelos que representem o estado da rede sobre
perspectivas e instantes diferentes.
Um esquema de construc¸˜
ao do gerenciamento a partir da definic¸˜
ao de servic¸os e func¸ ˜
oes e da
utilizac¸˜
ao de modelos foi definido em [30] e pode ser observado na figura 25. Um servic¸o pode utilizar
uma ou mais func¸˜
oes de gerenciamento. Dois servic¸os podem especificar func¸˜
oes em comum. Algumas
func¸˜
oes devem utilizar modelos para recuperar o estado da rede sobre algum aspecto.
Figura 25: Relacionamento entre servic¸os, func¸˜
oes e modelos
210
XXI Simpósio Brasileiro de Redes de Computadores
ÍNDICE

7.2 Modelos, Servic¸os e Func¸˜
oes de Gerenciamento
A arquitetura de gerenciamento MANNA define a utilizac¸˜
ao de modelos que representem o estado da
rede e que ser˜
ao utilizados pelas func¸˜
oes de gerenciamento na realizac¸˜
ao dos servic¸os de gerenciamento.
Alguns modelos definidos em [30] s˜
ao:
•´
Area de Cobertura: este modelo descreve a ´
area de cobertura da rede sobre diferentes aspectos,
comunicac¸˜
ao e sensoriamento.
•Topologia da rede: este modelo descreve o mapa de localizac¸˜
ao dos nodos na ´
area monitorada.
•Conectividade da rede: este modelo descreve o mapa de conectividade e alcance da rede.
•Produc¸˜
ao: este modelo descreve o mapa de produc¸˜
ao dos nodos, isto ´
e, quais nodos est˜
ao cole-
tando e disseminando seus dados na rede. Este modelo depende do tipo de disseminac¸˜
ao e coleta
da rede.
•Energia residual: de acordo com sua localizac¸˜
ao, a energia restante de cada sensor ´
e diferente.
Esta informac¸˜
ao tamb´
em pode ser visualizada considerando uma regi˜
ao ou intervalo de tempo.
•Padr˜
ao de utilizac¸˜
ao: descreve a atividade da rede. Pode ser delimitada por per´
ıodo de tempo,
quantidade de dados transmitidos por cada unidade sensor ou, ainda, pelo n´
umero de movimen-
tos realizados pelo alvo.
•Custo: este modelo representa a rede em func¸˜
ao do custo de equipamento, custo de energia e
pessoal, necess´
arios para manter os n´
ıveis de desempenho desejados.
•Modelos n˜
ao determin´
ısticos: conforme j´
a mencionado, as redes de sensores s˜
ao totalmente
imprevis´
ıveis e n˜
ao confi´
aveis. Assim, modelos estat´
ısticos e probabil´
ısticos podem ser muito
mais eficientes na estimativa do comportamento da rede, do que modelos determin´
ısticos.
Outros modelos est˜
ao definidos em [29] para a representac¸˜
ao das funcionalidades da rede sobre
outras perspectivas. Al´
em dos modelos citados acima, s˜
ao estabelecidos modelos para representar as
relac¸˜
oes b´
asicas existentes entre os componentes da rede. Nas redes de telecomunicac¸ ˜
oes e sistemas dis-
tribu´
ıdos existem duas categorias de relac¸ ˜
oes (estruturais e de cooperac¸˜
ao) que podem ser representadas
atrav´
es de modelos:
•Modelos estruturais: representam as relac¸ ˜
oes de agregac¸˜
ao e a relac¸˜
ao de conectividade.
•Modelos de cooperac¸˜
ao: representam relac¸˜
oes tal como a relac¸˜
ao “usu´
ario do servic¸o”. As
relac¸˜
oes de cooperac¸˜
ao s˜
ao criadas, ativadas e terminadas entre os componentes da rede e sis-
temas distribu´
ıdos. Os componentes envolvidos podem, por iniciativa pr´
opria ou ativados por
atores externos, ajustar seu comportamento ou compartilhar recursos para realizar objetivos co-
muns. Na rede de sensores a colaborac¸˜
ao entre os sensores, em geral, ´
e do tipo peer-to-peer.
As redes de sensores s˜
ao ditas dinˆ
amicas, operam e devem responder a ambientes dinˆ
amicos.
Na maioria das aplicac¸˜
oes, as redes s˜
ao formadas de maneira ad hoc e seus nodos s˜
ao tipicamente esta-
cion´
arios. Ao longo do tempo, os sensores podem falhar em decorrˆ
encia da falta de energia. Desses
acontecimentos decorre a alterac¸˜
ao parcial ou total do estado da rede. Neste caso, a utilizac¸˜
ao dos
modelos propostos ´
e de fundamental importˆ
ancia para o gerenciamento embora sua atualizac¸˜
ao seja
extremamente dinˆ
amica e complexa.
7.3 Servic¸os de Gerenciamento
Tendo em vista as funcionalidades das redes de sensores, a arquitetura de gerenciamento provˆ
e diferentes
servic¸os que foram definidos da perspectiva do usu´
ario e sem considerar o modelo de informac¸˜
ao ou
protocolos utilizados na camada de aplicac¸˜
ao [30].
Servic¸o de estabelecimento da rede. Este servic¸o inicia com func¸˜
oes de planejamento estrat´
egico e
continua com func¸˜
oes de instalac¸˜
ao de recursos necess´
arios aos servic¸os providos pela rede e func¸ ˜
oes de
211
XXI Simpósio Brasileiro de Redes de Computadores
ÍNDICE

configurac¸˜
ao da rede. Algumas das func¸˜
oes envolvidas s˜
ao distribuic¸˜
ao de nodos, atribuic¸˜
ao de valores
aos parˆ
ametros configur´
aveis, descoberta inicial da topologia, e descoberta da localizac¸˜
ao.
Servic¸o de manutenc¸˜
ao da rede. A energia ´
e o principal parˆ
ametro gerenciado nestas redes. Indepen-
dente da aplicac¸˜
ao, o mapa de energia, o mapa de topologia e o mapa da ´
area de cobertura s˜
ao alguns
dos principais modelos utilizado no gerenciamento. A arquitetura depende das informac¸˜
oes contidas nos
mapas para manter a qualidade de servic¸o e, consequentemente, a capacidade de realizar as tarefas para
as quais elas foram propostas.
O servic¸o de manutenc¸˜
ao da rede inclui func¸˜
oes para controlar, analisar e reagir aos n´
ıveis de
energia da rede de sensores e a toda alterac¸˜
ao decorrente de mudanc¸as nesses n´
ıveis de energia. A
manutenc¸˜
ao apresenta as seguintes caracter´
ısticas em relac¸˜
ao ao estado da rede:
•Preventiva: medic¸˜
oes peri´
odicas do estado da rede podem determinar o comportamento e predi-
zer estados futuros. A previs˜
ao ser´
a´
util na manutenc¸˜
ao preventiva de falhas e para uma
manutenc¸˜
ao pr´
o-ativa da rede.
•Reativa: um esquema de tolerˆ
ancia a falhas deve ser implementado nas redes para que a
ocorrˆ
encia de uma ou mais falhas possa ter seus efeitos minimizados. A monitorac¸˜
ao da rede
permite identificar regi˜
oes de baixo desempenho e prover medidas corretivas para estas situac¸ ˜
oes.
•Corretiva: a ocorrˆ
encia de falhas por problemas de energia, calibrac¸˜
ao, comunicac¸˜
ao e etc, pode
significar alterac¸˜
ao no estado da rede. Poder˜
ao surgir ´
areas n˜
ao cobertas ou com baixa cobertura.
Assim, a manutenc¸˜
ao corretiva utiliza func¸˜
oes para corrigir essas e outras situac¸˜
oes.
•Adaptativa: de acordo com sua localizac¸˜
ao, a energia restante de cada sensor ´
e diferente. Uti-
lizando esta informac¸˜
ao, em conjunto com os dados gerados pelo modelo de topologia da rede,
pode-se identificar as ´
areas que apresentar˜
ao um tempo de vida curto. A manutenc¸˜
ao adaptativa
permitir´
a a adaptac¸˜
ao da rede `
a novas situac¸ ˜
oes de energia.
Servic¸o de processamento. Os dados coletados pelos sensores podem ser processados localmente.
Este processamento permite ao sensor preparar ou selecionar a informac¸˜
ao que ser´
a transmitida pela
rede. Este processamento pode incluir operac¸˜
oes como compress˜
ao, filtragem, agregac¸˜
ao, e correlac¸˜
ao.
Isto significa que as funcionalidades dos sensores n˜
ao est˜
ao relacionadas apenas com a percepc¸˜
ao do
ambiente e a coleta de dados mas tamb´
em com o processamento e a transmiss˜
ao dos dados.
Servic¸o de comunicac¸ ˜
ao. A comunicac¸˜
ao dos componentes na rede ´
e realizada atrav´
es da utilizac¸˜
ao de
interfaces de comunicac¸˜
ao sem fio. Desta forma, esta rede apresenta problemas cl´
assicos das redes sem
fios (taxa elevada de dados perdidos na comunicac¸˜
ao e dificuldade de controle do consumo de energia,
o que resulta na necessidade da utilizac¸˜
ao de algoritmos para definir o comportamento do sensor). O
servic¸o de comunicac¸ ˜
ao utiliza func¸˜
oes para gerenciar os aspectos de comunicac¸˜
ao das redes de sensores.
Al´
em dos servic¸os relacionados diretamente com as funcionalidades das RSSFs, servic¸os de
suporte podem ser propostos para finalidades como seguranc¸a e qualidade de servic¸o.
Servic¸o de Seguranc¸a. O servic¸o de seguranc¸a tem como objetivo dotar a RSSF de pelo menos duas
caracter´
ısticas b´
asicas: confiabilidade e disponibilidade. A confiabilidade ´
e definida como sendo a ca-
pacidade que um sistema tem em responder a uma dada especificac¸˜
ao dentro de condic¸˜
oes definidas e
durante um certo tempo de funcionamento. A disponibilidade ´
e a probabilidade de que o sistema esteja
funcionando em um dado instante.
Agregadas `
a confiabilidade e `
a disponibilidade, caracter´
ısticas como privacidade, autenticidade
e integridade complementam o grupo de caracter´
ısticas importantes no contexto de seguranc¸a. Enquanto
privacidade preocupa-se em garantir que informac¸ ˜
oes n˜
ao sejam acessadas por pessoas ou programas n˜
ao
autorizados, autenticidade trata da possibilidade de identificar sem equ´
ıvocos a autoria de determinada
212
XXI Simpósio Brasileiro de Redes de Computadores
ÍNDICE

ac¸˜
ao, e integridade da impossibilidade de modificac¸˜
ao, intencional ou n˜
ao, de dados ou recursos.
Servic¸o de QoS. O fator principal que dificulta a provis˜
ao de garantia de QoS para RSSFs ´
e o con-
sumo de energia. Naturalmente, outros parˆ
ametros como conectividade da rede e quantidade de sensores
dispon´
ıveis tamb´
em devem ser considerados. O problema ´
e que quanto maior o n´
umero de parˆ
ametros
de QoS a serem gerenciados, maior o consumo de energia. Al´
em disso, estas redes apresentam os mes-
mos problemas das redes sem fio tradicionais, ou seja, recursos limitados e canais de comunicac¸˜
ao n˜
ao
confi´
aveis e sujeitos a erros causados por ru´
ıdo, sombreamento e interferˆ
encias.
Nos ambientes previstos para utilizac¸ ˜
ao das redes de sensores sem fio, a garantia da qualidade de
servic¸o e seu monitoramento s˜
ao ainda mais dif´
ıceis. A reac¸˜
ao `
as violac¸˜
oes da QoS podem ser tomadas
tanto pela aplicac¸˜
ao, que far´
a uma renegociac¸˜
ao de novos valores para os parˆ
ametros de interesse, ou
pela rede, que se adaptar´
a ao novo cen´
ario sem notificar a aplicac¸˜
ao. Esta ´
ultima opc¸˜
ao ´
e prov´
avel que
n˜
ao seja escolhida nas RSSFs j´
a que a rede precisaria conhecer detalhes da aplicac¸˜
ao sendo executada
para agir de forma apropriada. Qualquer que seja a estrat´
egia usada, a renegociac¸˜
ao dos novos n´
ıveis de
QoS devem ser baseados no mapa de energia da rede e de outros parˆ
ametros relevantes.
7.4 Func¸˜
oes de Gerenciamento para RSSFs
Os servic¸os descritos acima utilizam diferentes func¸ ˜
oes para desenvolver o gerenciamento da RSSFs. De
forma geral, as func¸ ˜
oes de gerenciamento utilizam modelos para monitorar e controlar as funcionalidades
da rede [30]. Algumas destas func¸ ˜
oes est˜
ao brevemente descritas a seguir [29]:
•Func¸˜
ao de deposic¸˜
ao de nodos: tipicamente os sensores s˜
ao colocados de forma aleat´
oria no
ambiente em que ir˜
ao coletar dados. A adic¸˜
ao de novos nodos depender´
a do estado da rede.
•Func¸˜
ao de configurac¸˜
ao de parˆ
ametros de operac¸˜
ao da rede: envolve atividades de determinac¸˜
ao
de valores para os parˆ
ametros da rede e dos nodos. Alguns parˆ
ametros poder˜
ao ser configurados
e outros s˜
ao dependentes da rede. Por exemplo, o tipo do canal, tipo de propagac¸˜
ao, tipo de
protocolo de controle de acesso ao meio, tipo de mecanismo de disseminac¸˜
ao da informac¸˜
ao, tipo
de roteamento, tipo de sincronizac¸˜
ao, densidade de sensores, n´
umero de nodos ativos, velocidade
do alvo, tempo de exposic¸ ˜
ao do sensor, m´
etricas de qualidade, parˆ
ametros de tr´
afego, alcance da
rede, etc.
•Func¸˜
ao de estado da rede: na maioria das aplicac¸˜
oes os nodos s˜
ao distribu´
ıdos de forma aleat´
oria
no ambiente. Nessa operac¸˜
ao, muitos nodos podem ser danificados. No decorrer do tempo,
os nodos sobreviventes pertencentes `
a rede podem atingir n´
ıveis de energia insuficientes `
a
realizac¸˜
ao de tarefas. Assim, o estado da rede ´
e dinˆ
amico e para determinar sua condic¸˜
ao em um
determinado instante ´
e preciso obter dados e/ou estabelecer modelos sobre diferentes perspecti-
vas como, por exemplo, mapa de energia, modelo de conectividade, topologia e a func¸˜
ao custo
para a realizac¸˜
ao de tarefas.
•Func¸˜
ao de topologia: como os nodos s˜
ao distribu´
ıdos de forma aleat´
oria sobre ´
area de cobertura,
qualquer configurac¸˜
ao anterior ´
e in´
util. Os nodos caem sobre a ´
area a ser monitorada, despertam
e utilizam mecanismos para estabelecimento da topologia. ´
E fato que no decorrer do tempo de
vida da rede muitos nodos falhar˜
ao por falta de energia. Como conseq¨
uˆ
encia destas alterac¸˜
oes
na rede diz-se que a topologia destas redes ´
e dinˆ
amica. Assim, a qualquer tempo a func¸˜
ao de
descoberta de topologia poder´
a ser utilizada.
•Func¸˜
ao de conectividade da rede: as redes de sensores devem sobreviver `
a conectividade inter-
mitente. Uma relac¸˜
ao b´
asica de conectividade define uma conex˜
ao f´
ısica ou l´
ogica entre dois ob-
jetos que se comunicam. As conex˜
oes de comunicac¸˜
ao s˜
ao elementos de rede f´
ısicos ou l´
ogicos.
A relac¸˜
ao de conectividade pode ter estado ativo, por exemplo, dados sendo transmitidos, ou
inativo.
•Func¸˜
ao de agregac¸˜
ao: a agregac¸˜
ao ´
e uma relac¸˜
ao entre um objeto composto e seus componentes
imediatos. Esta func¸˜
ao pode ser usada para determinar as relac¸˜
oes de agregac¸˜
ao existentes na
rede como, por exemplo, os clusters existentes.
213
XXI Simpósio Brasileiro de Redes de Computadores
ÍNDICE

•Func¸˜
ao de mapa de energia: o n´
ıvel de energia nos nodos e na rede pode ser visualizado con-
siderando a regi˜
ao ou um intervalo de tempo. Esta func¸˜
ao solicita a atualizac¸˜
ao do mapa de
energia.
•Func¸˜
ao de localizac¸˜
ao dos nodos: em geral, as redes de sensores fazem a nomeac¸˜
ao dos dados
ao inv´
es de nomear os nodos como ´
e usual na Internet. Nas redes de sensores pode-se utilizar
coordenadas espaciais para nomear dados ou um par (atributo, valor). De qualquer forma, esta
func¸˜
ao permite estabelecer o mecanismo utilizado para localizac¸˜
ao dos nodos na rede de sensores
e, conseq¨
uentemente, o esquema de nomeac¸˜
ao.
•Func¸˜
ao de determinac¸˜
ao da ´
area de cobertura da rede: no planejamento estrat´
egico deve-se
estabelecer a ´
area de cobertura da rede considerando o tipo da ´
area (interna/externa), dimens˜
oes,
condic¸˜
oes ambientais, condic¸˜
oes de deposic¸˜
ao dos nodos, etc.
•Func¸˜
ao de controle da densidade de nodos: deve-se considerar as condic¸˜
oes de distribuic¸˜
ao
dos nodos, esquemas de tolerˆ
ancia a falhas, custo incremental de novos nodos, tratamento da
redundˆ
ancia, etc. A densidade da rede ´
e determinada pela precis˜
ao dos resultados gerados,
alcance de comunicac¸˜
ao de cada nodo sensor, intersecc¸˜
ao de ´
areas de sensoriamento e aspectos
de tolerˆ
ancia a falhas. Por exemplo, se os sensores est˜
ao muito pr´
oximos, podem ocorrer ´
areas
de intersecc¸˜
ao de sensoriamento, ou seja, dois sensores podem coletar os mesmos dados. Neste
caso, a redundˆ
ancia de nodos pode ser resolvida por mecanismos de correlac¸˜
ao de dados ou pela
troca do estado operacional de um dos sensores apenas ficando o outro inativo. Por outro lado,
a redundˆ
ancia ´
e importante quando da ocorrˆ
encia de falhas. O sensor inativo poder´
a substituir o
sensor cujo n´
ıvel de energia ´
e insuficiente para execuc¸˜
ao de suas tarefas.
Em certas aplicac¸˜
oes, para que os resultados produzidos pela rede sejam precisos h´
a a necessi-
dade de utilizar uma alta densidade de sensores. Por´
em, a transmiss˜
ao de dados por um nodo
pode gerar interferˆ
encia no seu vizinho. Em contraste com os tradicionais protocolos baseados
na Internet e em redes ad hoc, os protocolos de redes de sensores devem suportar um grande
n´
umero de n´
os formando ´
areas altamente densas. Na determinac¸˜
ao da densidade de sensores, as
caracter´
ısticas ambientais tamb´
em devem ser consideradas, como no caso de uma alta probabili-
dade de perdas na deposic¸˜
ao de tais sensores. Outro fator relacionado com a densidade de nodos
´
e o custo. Em certas aplicac¸ ˜
oes, adicionar novos nodos pode ter custo muito elevado.
•Func¸˜
ao de estado operacional do nodo: pode ser ativo, inativo, e eventualmente outros, depen-
dendo das diferentes atividades e do n´
ıvel de energia dos sensores e da rede como um todo.
•Func¸˜
ao de estado administrativo dos nodos: podem haver momentos em que ´
e desej´
avel que
um nodo passe a um estado administrativo de interesse da aplicac¸˜
ao, como, por exemplo, no
caso de dois nodos sensores apresentarem uma intersecc¸˜
ao de ´
area de cobertura. Neste caso, a
aplicac¸˜
ao pode retirar de servic¸o um destes nodos. Outros estados poss´
ıveis s˜
ao bloquear o nodo
para coleta e ativar para comunicac¸˜
ao, ou bloquear para toda e qualquer atividade. Condic¸˜
oes
para um nodo voltar a operar normalmente tamb´
em podem ser definidas como a destruic¸˜
ao de
um sensor vizinho.
•Func¸˜
ao de estado de uso dos nodos: define uma combinac¸˜
ao dos estados do nodo. Por exemplo,
se o nodo est´
a administrativamente em servic¸o e operacionalmente inativo, seu estado de uso ´
e
desligado.
•Func¸˜
ao de custo de comunicac¸˜
ao: o custo de comunicac¸ ˜
ao pode ser superior ao custo do proces-
samento local. Uma func¸˜
ao de avaliac¸˜
ao de custos pode ser necess´
aria para estabelecer crit´
erios
que permitam decidir entre o processamento local da informac¸˜
ao antes de envi´
a-la na rede.
•Func¸˜
ao de sincronizac¸˜
ao: em certas aplicac¸˜
oes pode ser importante a utilizac¸˜
ao de timestamps.
A func¸˜
ao de sincronizac¸˜
ao poder´
a ser utilizada em esquemas de criptografia, na coordenac¸˜
ao e
planejamento de eventos futuros, para ordenar eventos armazenados no log durante a depurac¸˜
ao
do sistema, para suprimir mensagens redundantes. Devido `
as restric¸˜
oes de energia nas redes
de sensores, o m´
etodo de sincronizac¸˜
ao deve usar menos energia o que o torna diferente dos
m´
etodos convencionais de sistemas distribu´
ıdos.
214
XXI Simpósio Brasileiro de Redes de Computadores
ÍNDICE

•Func¸˜
ao de consumo de energia: cada nodo ou componente do nodo (transceptor, mem´
oria e
processador) pode notificar seu consumo de energia por atividade, intervalo de tempo ou de
acordo com seu estado administrativo.
•Func¸˜
ao de n´
ıvel de energia: cada nodo pode notificar seu n´
ıvel de energia residual.
•Func¸˜
ao de verificac¸˜
ao da ´
area de cobertura da rede: a localizac¸˜
ao dos nodos permite verificar se
existem ´
areas descobertas ou inadequadas aos objetivos da aplicac¸˜
ao.
•Func¸˜
ao de verificac¸˜
ao do tr´
afego: como a largura de banda dos sensores ´
e pequena, deve-se
monitorar e controlar o tr´
afego de dados. Isto pode ser feito estabelecendo prioridades para as
informac¸˜
oes processadas localmente.
•Func¸˜
ao de monitorac¸˜
ao da Qualidade de Servic¸o: o monitoramento do desempenho dos servic¸os
´
e importante para garantir a QoS oferecida pela rede.
•Func¸˜
ao de controle de QoS: a partir da violac¸˜
ao dos limites de QoS decis˜
oes devem ser tomadas
para se estabelecer um novo n´
ıvel de qualidade de servic¸o.
•Func¸˜
ao de integrac¸˜
ao com o usu´
ario: desenvolvedores de redes de sensores empregam t´
ecnicas
de integrac¸˜
ao que variam de interfaces gr´
aficas de usu´
arios baseadas em mapas at´
e pequenos
dispositivos de m˜
ao. Um sistema efetivo pode permitir ao usu´
ario consultar, controlar, dirigir e
responder prontamente a tais comandos. Diferentes m´
etodos para interac¸˜
ao com estes sistemas
devem ser investigados.
•Func¸˜
ao de orientac¸˜
ao operacional: permite estabelecer prioridades para as ac¸ ˜
oes operacionais.
•Func¸˜
ao de cooperac¸˜
ao: as relac¸˜
oes de cooperac¸˜
ao s˜
ao criadas, ativadas e terminadas entre os
componentes da rede. Os componentes envolvidos podem, por iniciativa pr´
opria ou ativados
por atores externos, ajustar seu comportamento ou compartilhar recursos para realizar objetivos
comuns.
•Func¸˜
ao de an´
alise de energia: analisa o impacto das mudanc¸as no mapa de energia para a
aplicac¸˜
ao.
•Func¸˜
ao de correlac¸˜
ao da informac¸˜
ao: a correlac¸˜
ao de eventos ´
e uma forma de minimizar os
efeitos da alta densidade. Se a rede for densa, a ocorrˆ
encia de um ´
unico evento ´
e identificada por
v´
arios sensores. Os sensores devem, ent˜
ao, correlacionar as informac¸ ˜
oes produzidas e repassadas
por v´
arios nodos para diminuir o tr´
afego da rede poupando energia.
O exemplo mostrado na figura 26 ilustra o relacionamento do uso de servic¸os, func¸˜
oes e mode-
los. Neste cen´
ario, considere o estabelecimento da rede de sensores. Esta fase tem in´
ıcio com o planeja-
mento da rede, continua com func¸˜
oes de distribuic¸˜
ao dos nodos, descoberta do estado da rede, topologia,
configurac¸˜
ao de parˆ
ametros, verificac¸˜
ao da ´
area de cobertura, e outras. No caso da func¸˜
ao de descoberta
do estado da rede s˜
ao necess´
arios os modelos de mapa de energia, modelo de custo, modelo de topologia
da rede e modelo de conectividade. Outros servic¸os e func¸˜
oes de gerenciamento definidos podem ser
encontrados em [29].
7.5 Abstrac¸˜
oes para o Gerenciamento das RSSFs
O gerenciamento das RSSFs pode ser organizado a partir das abstrac¸˜
oes fornecidas pelas ´
areas funcionais
de gerenciamento, n´
ıveis de gerenciamento, funcionalidades da rede (configurac¸˜
ao, manutenc¸˜
ao, senso-
riamento, processamento e comunicac¸˜
ao) e em func¸˜
ao das aplicac¸˜
oes `
as quais se destinam. A Figura. 27
apresenta o relacionamento existente na definic¸˜
ao e na utilizac¸˜
ao das func¸˜
oes e da informac¸˜
ao de geren-
ciamento. A nova dimens˜
ao proposta pela arquitetura MANNA para o gerenciamento das RSSFs pode
ser observada na parte superior da figura.
A adoc¸˜
ao de uma estrat´
egia baseada no framework tradicional de ´
areas funcionais e n´
ıveis de
gerenciamento possibilita uma futura integrac¸˜
ao do gerenciamento. As sec¸˜
oes seguintes discutem o
gerenciamento das RSSFs no contexto das abstrac¸˜
oes fornecidas pelas ´
areas funcionais e n´
ıveis de geren-
ciamento.
215
XXI Simpósio Brasileiro de Redes de Computadores
ÍNDICE

Figura 26: Exemplo do relacionamento entre servic¸os, func¸˜
oes e modelos
Figura 27: Abstrac¸ ˜
oes para as funcionalidades de gerenciamento
7.6 ´
Areas Funcionais de Gerenciamento
Os conceitos envolvidos com as ´
areas funcionais de gerenciamento das RSSFs diferem das definic¸˜
oes es-
tabelecidas para as redes tradicionais. A arquitetura de gerenciamento considera que as ´
areas funcionais
de falhas, desempenho, seguranc¸a e contabilizac¸˜
ao s˜
ao extremamente dependentes da ´
area funcional de
configurac¸˜
ao.
Gerenciamento de Configurac¸˜
ao. O gerenciamento da configurac¸˜
ao ´
e uma das ´
areas funcionais de im-
portante relevˆ
ancia. Isto porque as condic¸ ˜
oes de operac¸˜
ao das RSSF s˜
ao dependentes do gerenciamento
da configurac¸˜
ao que inclui func¸˜
oes que planejamento e manutenc¸˜
ao da rede. Em outras palavras, sendo o
objetivo da rede monitorar (coletar dados, processar dados e enviar estes dados ao observador) e contro-
lar um ambiente, qualquer problema ou situac¸˜
ao n˜
ao prevista na configurac¸˜
ao da rede pode comprometer
a qualidade de servic¸o de uma RSSF.
O gerenciamento da configurac¸˜
ao envolve a monitorac¸˜
ao e a manutenc¸˜
ao do estado da rede.
O estado da rede ´
e dependente de v´
arios aspectos, como energia, topologia e conectividade. Assim,
pode-se utilizar modelos para se descrever esses aspectos. Outros aspectos devem ser considerados
no gerenciamento de configurac¸˜
ao: localizac¸˜
ao dos nodos, organizac¸˜
ao, densidade, estado operacional,
216
XXI Simpósio Brasileiro de Redes de Computadores
ÍNDICE

estado administrativo, estado de uso da rede, etc.
Gerenciamento de Falhas. O gerenciamento de falhas ´
e o conjunto de func¸˜
oes que habilita a detecc¸˜
ao,
isolamento e correc¸˜
ao de operac¸˜
ao anormal da rede de sensores e seu ambiente. As redes de sensores
devem ser robustas e sobreviver a despeito da ocorrˆ
encia de falhas nos nodos individuais, na rede ou
falhas que ocasionam conectividade intermitente.
A falha n˜
ao ser´
a uma excec¸˜
ao, mas uma ocorrˆ
encia normal na rede. Em todo momento no-
dos sensores falham em decorrˆ
encia da falta de energia. Assim, o gerenciamento de falhas deve prover
func¸˜
oes que permitam detectar nodos em que o n´
ıvel de energia ´
e insuficiente para a execuc¸˜
ao de ativi-
dades.
A rede deve ser tolerante a falhas no sentido de resolver os problemas de topologia e conectivi-
dade decorrentes das falhas nos nodos, resolver o problema da cobertura e da exposic¸˜
ao. Assim, o geren-
ciamento de falhas deve prover func¸˜
oes de correc¸˜
ao de anormalidades incluindo func¸˜
oes de manutenc¸˜
ao
da rede. Este processo pode incluir a ativac¸˜
ao de nodos, a disposic¸˜
ao de novos nodos, alterac¸˜
oes na
topologia da rede, func¸˜
oes de verificac¸˜
ao do mapa de energia, func¸˜
oes de verificac¸˜
ao da ´
area de cober-
tura, etc.
O gerenciamento de falhas provˆ
e facilidades para o gerenciamento de desempenho. As medi-
das de qualidade para gerenciamento de falhas incluem medidas dos componentes RAS – Reliability,
Availability e Survivability.
Gerenciamento de Seguranc¸a. O gerenciamento de seguranc¸a trata da protec¸˜
ao das informac¸˜
oes es-
trat´
egicas, procurando agregar aos dispositivos de acesso ao sistema, controles de acesso aos usu´
arios e
notificando poss´
ıveis problemas de seguranc¸a.
As redes de sensores empregam grande n´
umero de nodos sensores comunicando e desen-
volvendo padr˜
oes irregulares de processamento distribu´
ıdo ad hoc que por sua vez podem produzir
informac¸˜
ao de alta qualidade com consumo minimizado de recurso. Para prover confidencialidade, inte-
gridade e autenticac¸˜
ao, esquemas de seguranc¸a dever˜
ao ser adotados, como por exemplo, mecanismos de
criptografia e assinatura digital. Estas funcionalidades de seguranc¸a s˜
ao dif´
ıceis de disponibilizar devido
`
a natureza n˜
ao estruturada da rede, a conectividade intermitente e a limitac¸˜
ao de recursos.
O controle de acesso aos dados tamb´
em representa uma funcionalidade importante para as redes
de sensores. Em aplicac¸˜
oes militares, o alcance das transmiss˜
oes pode ser reduzido de forma impl´
ıcita,
isto ´
e os nodos sensores devem possuir tamanho reduzido e apresentar um alcance de transmiss˜
ao pe-
queno para reduzir a probabilidade de detecc¸˜
ao da rede pelo inimigo.
Gerenciamento de Desempenho. O gerenciamento de desempenho inclui func¸ ˜
oes para avaliar e repor-
tar o comportamento do equipamento, rede e elemento de rede. Todo comportamento e funcionalidade
das redes de sensores est˜
ao associados ao n´
ıvel de energia.
O papel do gerenciamento de desempenho ´
e coletar e analisar dados estat´
ısticos com prop´
osito
de monitorar e corrigir o comportamento e a efetividade da rede, dos elementos da rede ou outros equipa-
mentos, e auxiliar no planejamento, provisionamento, manutenc¸˜
ao e medida da qualidade. Lembrando
que a qualidade da rede de sensores est´
a associada ao tempo de vida desta rede. Assim, os dois obje-
tivos principais das redes de sensores s˜
ao: disseminar informac¸˜
ao coletada sobre o ambiente monitorado
e prolongar o tempo de vida da rede. Nota-se que este prop´
osito ´
e diferente das outras redes sem fio
onde o objetivo ´
e prover qualidade de servic¸o e alta largura de banda. Por´
em, as redes de sensores her-
daram os problemas cl´
assicos das redes sem fio, quais sejam, percentagem elevada de dados perdidos na
comunicac¸˜
ao e dificuldade de controle de energia.
Na ´
area de desempenho, o desafio diz respeito ao n´
umero de parˆ
ametros gerenciados, pois se for
217
XXI Simpósio Brasileiro de Redes de Computadores
ÍNDICE

grande, o consumo de recursos tamb´
em aumenta e o tempo de vida da rede pode ser comprometido. Con-
tudo, o monitoramento do desempenho da rede ´
e necess´
ario para garantir a qualidade do servic¸o entregue
pelas redes de sensores. Um exemplo de QoS pode ser observado no intervalo de tempo necess´
ario para
se obter informac¸˜
ao sobre um ambiente monitorado. Se o tempo de entrega for excessivo esta informac¸˜
ao
pode perder seu valor para a aplicac¸˜
ao.
O gerenciamento de desempenho pode disponibilizar func¸˜
oes que permitem `
a aplicac¸˜
ao definir
a m´
etrica de qualidade. Isto poder´
a influenciar na densidade de nodos, exposic¸˜
ao, quantidade de energia
dissipada, etc.
Um mecanismo para implementac¸˜
ao de qualidade de servic¸o nas redes de sensores ´
e atribuir
diferentes n´
ıveis de importˆ
ancia `
as informac¸˜
oes. Por exemplo, um sensor na floresta coleta a informac¸˜
ao
de temperatura de 25◦C na primavera, que est´
a na faixa de valores esperados. Se fosse 50◦C na mesma
situac¸˜
ao, isto seria uma informac¸˜
ao mais relevante. Para informac¸˜
oes ou pacotes de informac¸˜
oes de
maior importˆ
ancia, a rede deve fazer um esforc¸o maio para entreg´
a-lo. Isto ´
e, a energia gasta deve variar
com a importˆ
ancia dos dados. Outro aspecto de gerenciamento importante diz respeito `
a instalac¸˜
ao de
redes ad hoc em terreno desconhecido, onde o comportamento das conex˜
oes sem fio pode ser altamente
imprevis´
ıvel e poderia conter altas taxas de erros ou ainda ocasionar um atraso que compromete o valor
da informac¸˜
ao para o usu´
ario.
Em geral, o gerenciamento de desempenho inclui os seguintes grupos de conjuntos de func¸˜
oes:
garantia da qualidade, monitoramento do desempenho, controle do desempenho e an´
alise do desem-
penho. O processo de gerenciamento de QoS inicia com a detecc¸˜
ao da degradac¸˜
ao e finaliza com a
eliminac¸˜
ao da causa prim´
aria do problema, passando por est´
agios intermedi´
arios de investigac¸ ˜
ao, an´
alise,
etc.
Gerenciamento de Contabilizac¸˜
ao. Inclui as func¸˜
oes relacionadas aos registro dos recursos consum-
idos, estabelecendo m´
etricas, quotas e limites que poder˜
ao ser utilizados por func¸˜
oes de outras ´
areas
funcionais.
A contabilizac¸˜
ao pode prever func¸ ˜
oes custo que representam o consumo de energia por nodo ou
por componente do nodo. Estas func¸˜
oes pode ser utilizada para trac¸ar o comportamento da rede e at´
e
mesmo inferir sobre o comportamento dos nodos.
7.7 N´
ıveis de Gerenciamento
O gerenciamento das redes de sensores pode utilizar abstrac¸˜
oes de n´
ıveis de gerenciamento, conforme
definido na arquitetura l´
ogica em camadas do modelo OSI. A arquitetura l´
ogica em camadas (LLA –
Logical Layer Architecture) foi adotada pelo ITU-T com objetivo principal de dominar a complexidade
do ambiente em partes mais compreens´
ıveis.
Neste modelo as funcionalidades de gerenciamento s˜
ao dependentes do n´
ıvel de gerenciamento.
Est˜
ao propostos quatro n´
ıveis de atividades: gerenciamento de elemento de rede, gerenciamento de rede,
gerenciamento de servic¸os e gerenciamento de neg´
ocios, como mostrado na figura 28.
Muitos sistemas utilizam este modelo na forma bottom-up. Uma situac¸˜
ao detectada no n´
ıvel
inferior, por exemplo, gerˆ
encia de elemento de rede, ´
e apresentado ao n´
ıvel superior, neste exemplo,
gerˆ
encia de rede, e assim sucessivamente. O gerenciamento nos n´
ıveis mais altos requer uma abordagem
resultante do gerenciamento nos n´
ıveis inferiores. Contudo, o valor do modelo no contexto das redes de
sensores consiste em primeiramente utiliz´
a-lo numa abordagem top-down. Somente a partir da an´
alise
das quest˜
oes relativas ao neg´
ocio ´
e que as necessidades de investimento nos n´
ıveis inferiores ficar˜
ao
claras. Somente a partir da definic¸˜
ao da aplicac¸˜
ao e de seus requisitos na camada de servic¸os ´
e que se
pode planejar as camadas de gerenciamento de rede, gerenciamento de elemento de rede e elemento de
rede.
218
XXI Simpósio Brasileiro de Redes de Computadores
ÍNDICE

Elemento de Rede
Gerência de Elemento Rede
Gerência de Rede
Gerência de 
Serviço
Gerência de
Negócios
Figura 28: Arquitetura l´
ogica em camadas
Ap´
os a definic¸˜
ao do contexto da rede de sensores, o modelo em camadas poder´
a ser utilizado de
forma bottom-up. A gerˆ
encia do neg´
ocio ser´
a dependente da obtenc¸˜
ao de uma excelˆ
encia no gerencia-
mento de servic¸os. A excelˆ
encia no gerenciamento de servic¸os, por sua vez, depende da excelˆ
encia no
gerenciamento de rede que depende da excelˆ
encia do gerenciamento de cada um de seus componentes
individuais.
Gerenciamento de Neg´
ocios. A partir dos objetivos definidos para esta camada de gerenciamento ´
e
que surgem os requisitos que permitem definir as caracter´
ısticas das redes de sensores. Sendo as redes de
sensores dependentes da aplicac¸˜
ao, o gerenciamento de neg´
ocios trata do desenvolvimento de servic¸os
e determinac¸˜
ao da func¸˜
ao custo. Representa a rede de sensores em func¸˜
ao do custo associado com as
atividades de estabelecimento, manutenc¸˜
ao, sensoriamento, processamento e comunicac¸˜
ao. Inclui as
definic¸˜
oes com relac¸˜
ao ao impacto ambiental, direito internacional, direito civil, etc.
Gerenciamento de Servic¸os. Como em todo contexto das redes de sensores, o gerenciamento de
servic¸o ´
e depende da aplicac¸˜
ao. Neste sentido, cabe a arquitetura de gerenciamento a responsabilidade
de gerenciar os servic¸os providos pelas redes de sensores.
Os servic¸os dizem respeito `
as funcionalidades associadas com os objetivos da aplicac¸˜
ao. Todos
os servic¸os tˆ
em como prioridade b´
asica o consumo racional de energia. Por exemplo, coleta de dados no
ambiente, processamento dos dados, e comunicac¸˜
ao.
As dificuldades associadas ao gerenciamento de servic¸os est˜
ao relacionadas com o tr´
afego e o
controle de um grande n´
umero de eventos. Contudo, o monitoramento do desempenho dos servic¸os ´
e
importante para garantir a qualidade do servic¸o entregue pela rede.
Gerenciamento de Rede. No gerenciamento de rede s˜
ao considerados os relacionamentos entre os
nodos sensores. Sabe-se que os nodos individuais s˜
ao destinados ao sensoriamento, processamento e
comunicac¸˜
ao. Desta forma, os nodos podem estar envolvidos em relac¸ ˜
oes de colaborac¸˜
ao, conectividade
e agregac¸˜
ao.
O comportamento dos nodos ´
e refletido neste n´
ıvel de gerenciamento tendo em vista que o
mapa de energia da rede ´
e dependente dos n´
ıveis de energia presentes nos nodos. Na definic¸˜
ao das
redes de sensores, os seguintes parˆ
ametros podem estar presentes: tipo de canal, tipo de propagac¸˜
ao,
219
XXI Simpósio Brasileiro de Redes de Computadores
ÍNDICE

tipo de protocolo MAC, tipo de sincronizac¸˜
ao de fila, tipo de protocolo de roteamento, dimens˜
ao da
topologia, cobertura, n´
umero de nodos sensores, velocidade do alvo, tempo de exposic¸˜
ao, n´
ıvel de ru´
ıdo
do ambiente, m´
etricas de qualidade, mapa topol´
ogico, mapa de energia, latˆ
encia, etc.
Gerenciamento do Elemento de Rede. O n´
ıvel de elemento de rede da arquitetura l´
ogica em camadas
corresponde aos elementos da rede que necessitam ser gerenciados ou que possuem func¸˜
oes de geren-
ciamento. Neste caso, os nodos sensores representam estes elementos. O n´
ıvel de gerenciamento de
elemento de rede ´
e composto de sistemas relacionados com as atividades de gerenciamento individuais
dos nodos sensores.
Quanto `
as funcionalidades destes nodos pode-se observar que os nodos: s˜
ao compostos de ba-
teria, processador, sensor, transceptor e mem´
oria; devem possuir somente conhecimento local da rede;
podem ser utilizados em func¸˜
oes da rede como, por exemplo, encaminhar uma informac¸˜
ao a fim de man-
ter a conectividade da rede; s˜
ao atuantes durante a vida ´
util de sua bateria; s˜
ao estacion´
arios na maioria
das aplicac¸˜
oes, (posicionados de forma fixa); podem apresentar v´
arios estados operacionais (ativo, ina-
tivo) conforme o n´
ıvel de energia restante; podem apresentar v´
arios estados administrativos (em servic¸o
de sensoriamento, bloqueado, sono, em servic¸o de comunicac¸˜
ao, etc) a fim de que o consumo de energia
seja gerenciado.
A arquitetura de um n´
o sensor proposta pelo projeto SensorSim [10] e ilustrada na figura 29 ´
e
formada pelos seguintes modelos:
Figura 29: Modelo proposto de microsensor do projeto SensorSim
•Modelo de func¸˜
oes: representa a abstrac¸˜
ao de software de um sensor, incluindo toda a capaci-
dade de software dos m´
odulos propostos. Estes m´
odulos s˜
ao:
–Pilha de protocolos de rede e de sensoriamento: s˜
ao coordenadas por camadas superi-
ores que s˜
ao um middleware e a aplicac¸˜
ao do usu´
ario. A pilha de protocolos de rede,
possibilita a comunicac¸˜
ao sem fio. Ela ´
e composta por uma camada f´
ısica que modela
um WaveLan Wireless Card, uma camada MAC que utiliza o protocolo de comunicac¸˜
ao
220
XXI Simpósio Brasileiro de Redes de Computadores
ÍNDICE

sem fio padr˜
ao 802.11 e a camada de rede que utiliza o protocolo de roteamento DSR
(Dynamic Source Routing).
–Middleware: permite que informac¸ ˜
oes adquiridas no canal de sensoriamento sejam
repassadas para a pilha de protocolos de rede, a fim de serem transmitidos a outro
n´
o. Outra func¸˜
ao desta camada ´
e de permitir uma interface padr˜
ao para a camada de
aplicac¸˜
ao.
–Aplicac¸˜
ao do usu´
ario.
•Modelo do consumo e provimento de energia: representa o hardware de um sensor que interage
com o modelo de func¸˜
oes. Consiste de um provedor de energia (bateria) e v´
arios elementos
consumidores. (r´
adio, UCP e recursos para a percepc¸˜
ao do ambiente). Cada consumidor pode
notificar ao provedor seu consumo de energia, e o provedor pode relatar para os consumidores
a quantidade de energia restante. O modelo de consumo e provimento de energia ´
e constitu´
ıdo
pelos seguintes sub-submodelos:
–Bateria: representa o armazenador de energia de cada sensor. Este modelo provˆ
e uma
quantidade finita de energia e uma taxa de consumo da bateria.
–R´
adio: inclui um transceptor, um amplificador e uma antena. A quantidade de energia
consumida varia de acordo com o estado de operac¸ ˜
ao. Este modelo ´
e utilizado pela pilha
de protocolos de rede.
–UCP: representa o consumo de energia da UCP. Este consumo ir´
a depender, na maioria
das vezes, da velocidade de processamento e do modo de operac¸˜
ao. O consumo de
energia pode ser medido pelo n´
umero de ciclos de rel´
ogio para diferentes tarefas, tais
como, processamento do sinal e verificac¸˜
ao de CRC. Este modelo ser´
a usado em todas
as operac¸˜
oes que fazem parte do modelo de sensor.
–Dispositivos de sensoriamento: representa a energia consumida pelos dispositivos que
realizam a percepc¸˜
ao do ambiente. Este modelo ´
e utilizado pela pilha de protocolos de
sensoriamento.
8 Outros T´
opicos
Esta ´
ultima sec¸˜
ao discute o problema de projeto de software para RSSFs, que ´
e tipicamente um sistema
reativo, quest˜
oes de pesquisa relacionadas com RSSFs e algumas conclus˜
oes deste curso.
8.1 Projeto de Software
Uma rede de sensores sem fio ´
e um tipo de sistema distribu´
ıdo reativo que pode estar ou n˜
ao associado
a aplicac¸˜
oes cr´
ıticas. Logo, os princ´
ıpios de projeto de um sistema com essas caracter´
ısticas devem ser
empregados durante o seu desenvolvimento. Al´
em disso, a soluc¸˜
ao proposta deve levar em considerac¸˜
ao
restric¸˜
oes e caracter´
ısticas dos sensores, e ambiente que comp˜
oem a aplicac¸˜
ao.
Pontos importantes no processo de projeto de software. A importˆ
ancia do projeto sistem´
atico de
software ´
e reconhecido desde que o termo “engenharia de software” foi proposto no final dos anos
1960. Provavelmente a raz˜
ao mais importante para se ter um projeto sistem´
atico est´
a relacionado com
o fato que o desenvolvimento de sistemas complexos envolve um grande n´
umero de detalhes. Se a
complexidade n˜
ao for mantida sob controle ser´
a muito dif´
ıcil obter os resultados desejados. Os princ´
ıpios
definidos pelos diferentes m´
etodos de projeto em engenharia de software servem para guiar os projetistas
no dom´
ınio da complexidade e detalhe onde eles poderiam se perder.
Uma outra raz˜
ao muito importante para o projeto sistem´
atico ´
e o impacto na qualidade do soft-
ware. Existem v´
arias caracter´
ısticas que s˜
ao desej´
aveis no projeto de software, sendo a confiabilidade do
221
XXI Simpósio Brasileiro de Redes de Computadores
ÍNDICE

sistema uma das mais importantes. Todas estas propriedades s˜
ao afetadas pelas decis˜
oes de projeto, que
tamb´
em ajudam a definir a estrutura do sistema.
Modelagem. Pelo fato de uma RSSF ser um sistema distribu´
ıdo reativo, j´
a que interage continuamente
com o ambiente, a parte de controle ´
e normalmente modelada por uma m´
aquina de estados finitos esten-
dida e comunicante (CEFSM – Communicating Extended Finite State Machine). A m´
aquina ´
e estendida
no sentido que predicados podem ser associados a transic¸˜
oes e comunicante porque interage com outras
m´
aquinas.
Este tipo de sistema ´
e dif´
ıcil de validar, seja atrav´
es de verificac¸˜
ao formal, simulac¸˜
ao ou teste.
Sendo assim, atenc¸˜
ao especial deve ser dada ao projeto desses sistemas, que al´
em da correc¸˜
ao devem se
preocupar com a eficiˆ
encia da soluc¸˜
ao proposta.
O problema do State build-up.Uma computac¸˜
ao pode ser vista como uma seq¨
uˆ
encia de passos que
determina os estados alcanc¸´
aveis a partir do estado inicial. Isto ´
e chamado de state build-up3, ou seja, o
estado de um nodo ´
e dado pela hist´
oria de estados a partir de um estado inicial. Neste sentido, o problema
de state build-up acontece em qualquer sistema. No entanto, esta quest˜
ao ´
e intensificada em sistemas
concorrentes reativos j´
a que os estados locais s˜
ao gerados a partir de interac¸˜
oes com outros processos,
aumentando a dificuldade em entender e especificar tais sistemas.
Um sistema reativo interage continuamente com seu ambiente. De forma gen´
erica, um ambiente
´
e tudo que se encontra fora do espac¸o de enderec¸amento de um processo, incluindo a´
ı o sistema opera-
cional, outros processos no pr´
oprio nodo, canal de comunicac¸˜
ao e ambiente f´
ısico que gera os “eventos”
que devem ser processados. Este cen´
ario pode ser ilustrado da seguinte forma. Considere um processo,
por exemplo, a implementac¸˜
ao de um protocolo, onde seu estado local pode ser definido informalmente
como os valores associados a suas vari´
aveis locais e ao conte´
udo do canal de comunicac¸˜
ao num dado
instante do tempo. O estado inicial 0 ´
e mostrado na figura 30 com dois c´
ırculos. Quando um novo
evento acontece seu estado local muda. Isto ´
e mostrado na figura 30 por uma transic¸˜
ao identificada por
hei. Normalmente um evento hei´
e classificado como envio de uma mensagem, recepc¸˜
ao de uma men-
sagem ou um evento interno. Este ´
ultimo tipo de evento pode ser, por exemplo, uma temporizac¸˜
ao ou
uma interrupc¸˜
ao que n˜
ao est´
a relacionada com o canal de comunicac¸˜
ao. Neste processo assume-se que
o ambiente onde o processo est´
a embutido n˜
ao altera o valor das vari´
aveis ou o conte´
udo do canal de
comunicac¸˜
ao.
-&%
'$
"!
#Ã
Estado 0
-
hei
&%
'$
Estado 1
-
hei
&%
'$
Estado 2
-
hei. . . -
hei
&%
'$

@
@

@@
Estado
inv´
alido
Figura 30: O problema de state build-up
Neste caso eventos v´
alidos na entrada podem levar a um estado inv´
alido na implementac¸˜
ao do
processo por um erro na especificac¸˜
ao do sistema. Por exemplo, um evento v´
alido ocorreu num estado
onde n˜
ao se imaginou que esse evento poderia acontecer. Quando a implementac¸˜
ao alcanc¸a um estado
inv´
alido, ela pode continuar a executar, mas produzindo resultados errados, ou pode falhar e parar.
Um estado inv´
alido foi alcanc¸ado quando os valores associados `
as vari´
aveis locais e o conte´
udo
do canal de comunicac¸˜
ao n˜
ao est˜
ao consistentes com as restric¸˜
oes e/ou requisitos que deveriam constar
da especificac¸˜
ao. Ou seja, a especificac¸˜
ao desse sistema n˜
ao previu a ocorrˆ
encia dessa situac¸˜
ao, supondo
3Este termo poderia ser traduzido por “crescimento ou aumento do estado” mas preferiu-se utilizar a express˜
ao conhecida
em inglˆ
es para n˜
ao haver d´
uvida do que se trata.
222
XXI Simpósio Brasileiro de Redes de Computadores
ÍNDICE

que a implementac¸˜
ao est´
a em conformidade com a especificac¸˜
ao. Isto significa que o estado global do
sistema n˜
ao ´
e mais correto quando o estado inv´
alido ´
e alcanc¸ado. Este ´
e um problema dif´
ıcil de ser
detectado na pr´
atica, mesmo quando a especificac¸˜
ao est´
a correta e a implementac¸˜
ao ´
e que cont´
em o erro.
Teste de sistemas reativos. Observe que esta situac¸˜
ao s´
o poder´
a ser eventualmente identificada na
implementac¸˜
ao se a seq¨
uˆ
encia de teste for t˜
ao longa quanto o comprimento do caminho que leva ao erro.
Para isto acontecer, a seq¨
uˆ
encia de teste deve exercitar exatamente cada mudanc¸a de estado. ´
E f´
acil
ver que esse problema torna-se exponencial `
a medida que mais eventos acontecem e novos estados s˜
ao
alcanc¸ados. Pior ainda, o erro pode n˜
ao ser identificado no caso da implementac¸˜
ao continuar executando
e fornecendo valores que s˜
ao considerados v´
alidos.
Normalmente, o teste de sistemas reativos ´
e feito exercitando um subconjunto de estados, princi-
palmente, o “espac¸o de testes” que est´
a mais pr´
oximo do estado inicial. Isto significa que a qualidade da
implementac¸˜
ao ´
e melhor avaliada nesse espac¸o j´
a que normalmente o n´
umero de combinac¸˜
oes de estados
poss´
ıveis ´
e menor.
Princ´
ıpio para aumentar a confiabilidade de sistemas reativos. Uma soluc¸˜
ao proposta na ´
area de
engenharia de software por Parnas, van Schouwen e Kwan [24] ´
e reinicializar sistemas reativos quando
eles se encontram em estados equivalentes ao estado inicial. Reinicializar significa que as vari´
aveis locais
devem assumir os valores que tinham quando comec¸aram a executar e a mem´
oria n˜
ao possui “lixo” a ser
coletado.
Do ponto de vista de uma CEFSM isto significa um estado, por exemplo, onde o processo est´
a
a espera de um evento. Este ´
e tipicamente o estado “inicial”, a partir do qual alguma ac¸˜
ao ´
e tomada
e, depois, o sistema eventualmente retorna a ele. Veja que esta t´
ecnica n˜
ao est´
a eliminando erros mas
tentando evitar que, se eles estiverem presentes, n˜
ao ocorrer˜
ao, assumindo que a implementac¸˜
ao foi bem
testada no espac¸o inicial. O objetivo ´
e aumentar a confiabilidade da implementac¸˜
ao evitando o problema
do state build-up. Esta t´
ecnica ´
e usada, por exemplo, em sistemas reativos cr´
ıticos como os encontrados
em usinas nucleares.
8.2 Quest˜
oes de Pesquisa
Redes de sensores sem fio tˆ
em recebido bastante atenc¸˜
ao da comunidade de pesquisa em computac¸˜
ao
m´
ovel devido aos avanc¸os tecnol´
ogicos que tˆ
em ocorrido nos ´
ultimos anos. Individualmente, as ´
areas de
sensores e detecc¸˜
ao e estimac¸˜
ao de eventos em sistemas distribu´
ıdos tˆ
em uma tradic¸˜
ao maior. Algumas
dos desafios nessa ´
area s˜
ao discutidos a seguir.
Comunicac¸˜
ao sem fio ×Detecc¸˜
ao e estimac¸˜
ao de eventos. ´
E importante estudar como as carac-
ter´
ısticas da comunicac¸˜
ao sem fio, em particular, o roteamento dinˆ
amico de uma rede m´
ovel ad hoc,
limitac¸˜
oes da largura de banda e da qualidade do canal de comunicac¸˜
ao, e restric¸˜
oes no consumo de
energia, afetam os algoritmos de detecc¸˜
ao e estimac¸˜
ao de eventos.
Carga na rede causado pelo processamento distribu´
ıdo. Nodos de sensores possuem capacidade
de processamento cujo resultado pode ter que ser comunicado a outros nodos atrav´
es de mensagens.
´
E necess´
ario definir ent˜
ao quantas mensagens devem ser trocadas e que recursos s˜
ao necess´
arios para
alcanc¸ar uma desejada qualidade de servic¸o.
Tolerˆ
ancia a falhas. Dada uma topologia de rede, deve-se determinar a robustez da rede de sensores
de continuar a executar a sua func¸˜
ao quando h´
a perda de sensores. Caso a rede seja tolerante a essas
falhas, ser´
a necess´
ario executar um algoritmo de reconfigurac¸˜
ao para que a RSSF possa adaptar-se a
223
XXI Simpósio Brasileiro de Redes de Computadores
ÍNDICE

essas alterac¸˜
oes.
Detecc¸˜
ao e estimac¸ ˜
ao distribu´
ıda A literatura na ´
area de detecc¸˜
ao e estimac¸˜
ao distribu´
ıda ´
e bem ampla,
incluindo o tema de fus˜
ao de dados de multi-sensores [37]. A id´
eia b´
asica desse processo ´
e ter um n´
umero
independente de sensores, cada um tomando uma decis˜
ao local, normalmente bin´
aria, e ent˜
ao combinar
as decis˜
oes num sorvedouro que ir´
a gerar uma decis˜
ao global. Algumas das quest˜
oes que devem ser
tratadas s˜
ao determinar as regras de decis˜
ao no processo de fus˜
ao que maximizam a probabilidade de
uma detecc¸˜
ao correta. Dependendo da topologia da rede de sensores, pode ser mais ´
util implementar
a detecc¸˜
ao ou estimac¸˜
ao distribu´
ıda usando uma estrutura de ´
arvore, onde as decis˜
oes s˜
ao passadas de
forma hier´
arquica dos nodos folha para a raiz.
Nos dois cen´
arios, a informac¸˜
ao de fus˜
ao vai dos sensores para o centro de fus˜
ao ou nodos ra´
ızes
intermedi´
arios. ´
E poss´
ıvel tamb´
em que os nodos de fus˜
ao tenham que realimentar os sensores quanto `
a
decis˜
ao tomada. Este processo ´
e chamado de realimentac¸˜
ao de decis˜
ao e pode ser feito usando tanto uma
estrutura centralizada quanto hier´
arquica.
Nos algoritmos usados para fazer a fus˜
ao de dados apresentados na literatura, a inicializac¸˜
ao,
roteamento e detalhes de reconfigurac¸˜
ao da rede n˜
ao s˜
ao considerados. Tamb´
em n˜
ao s˜
ao estudados os
efeitos de perda e retransmiss˜
ao de mensagens, atrasos, e restric¸˜
oes de energia e topologia da rede no
desempenho do algoritmo de detecc¸˜
ao e estimac¸˜
ao.
8.3 Conclus˜
oes
As RSSFs tˆ
em um grande potencial econˆ
omico, prometem transformar nossas vidas [26] e colocam
muitos desafios na construc¸˜
ao de sistemas. Aplicac¸˜
oes que dependem de dados em regi˜
oes de dif´
ıcil
acesso ou perigosas, at´
e aplicac¸˜
oes que monitoram parˆ
ametros biol´
ogicos do nosso organismo dependem
fudamentalmente de uma rede de sensores sem fio.
Essas redes devem se popularizar `
a medida que o hardware utilizado tenha maior capacidade e
seja mais barato. No entanto, a energia deve ser ainda um problema fundamental. Logo, deve-se projetar
uma rede de sensores sem fio tomando como referˆ
encia o conceito de Design for X ou simplesmente
DFX empregado em diferentes ´
areas como fabricac¸˜
ao de circuitos integrados. DFX significa considerar
no projeto diferentes aspectos importantes que podem ser conflitantes entre si.
RSSFs tratam de novos conceitos e problemas. Alguns, tais como localizac¸˜
ao, desenvolvimento
e rastreamento s˜
ao assuntos fundamentais, em que muitas aplicac¸˜
oes dependem para obter a informac¸˜
ao
necess´
aria [22]. Muitas caracter´
ısticas das redes de sensores, tais como auto-organizac¸˜
ao, localizac¸˜
ao,
mecanismos de enderec¸amento, servic¸os de binding, coleta de dados envolvendo problemas de cobertura
de ´
area e exposic¸˜
ao, topologia dinˆ
amica, arquitetura da aplicac¸˜
ao, mecanismos de seguranc¸a e tr´
afego s˜
ao
desafios em relac¸˜
ao aos sistemas distribu´
ıdos tradicionais, mas tamb´
em representam novas oportunidades
de pesquisa.
Referˆ
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