Linnyer Beatrys RuizLinnyer Beatrys Ruiz

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Depto. Engenharia Elétrica UFMGDepto. Engenharia Elétrica UFMG

Disciplina 2º.semestre/2004Disciplina 2º.semestre/2004

Aula 7Aula 7

Redes de Sensores Sem FioRedes de Sensores Sem Fio

Gerenciamento de RSSF

Arquitetura MANNAArquitetura MANNA

Linnyer Beatrys RuizLinnyer Beatrys Ruiz

Auto-organizaçãoAuto-configuração

Negociação de Serviços Qos: sensing, processing, dissemination

Self-serviceSelf-optimization

Atividades e Funções de Gerenciamento Levantamento de

Requisitos PlanejamentoProgramação dos nós

(config. Manual)Placement

Deposição dos nós

Nodes Setup Network Bootup Operação

Área monitorada •Tipo:•DimensõesFenômeno

•Definição dos Serviços•Definição do número de nós•Tipo de nós•Organização da rede•protocolos

DeterministaAleatóriaManual...

Self-test (ex.: calibração)Self-configuration

Descoberta de Localização

SensoriamentoProcessamentoDisseminação

gerenciamento de energia: self-sustaininggerenciamento de área de cobertura

gerenciamento de tarefas do nóSelf-diagnosisSelf-protection

Self-healingSelf-maintenanceSelf-Knowledge

Gerenciamento de Elemento de Rede

Função de ComunicaçãoMeio Vizinhos EB

Função de estado

operacional

Função de estado

administrativo

Ao elemento de rede são acrescentadas

funções de gerenciamento

Construção de uma Aplicação de GerenciamentoServiços de Gerenciamento

Serviço X Serviço Y

Função 1 Função 2 Função 3

Modelo # Modelo *

MIB

Automáticos, semi-automáticos e manuais

Serviços de Gerenciamento(Self-management)

• ...• Auto-organização• Auto-configuração• Auto-diagnóstico• Auto-cura• Auto-descoberta

• Auto-otimização• Auto-serviço• Auto-consciência• Auto-conhecimento• Auto-sustento• Auto-manutenção• ...

Funções de Gerenciamento

• ...• Função de configuração de parâmetros• Função de geração do mapa de topologia• Função de cálculo da densidade• Função de controle da densidade• Função de definição da área de cobertura

• ... Automáticas, semi-automáticas e manuais

Modelo ou Mapas

Mapa de energia Mapa de topologia

Mapa de área de cobertura

HigherErrorVarianceLower

Mapa de custo

Mapa de conectividade

Desenvolvendo uma Solução de Gerenciamento

• Aplicação que monitora a qualidade do ar utilizando 188 nós sensores (em média);

• Sensoriamento/disseminação contínuos;• Utilizando parâmetros de nós reais;• Selecionando serviços e funções de

gerenciamento da lista proposta pela arquitetura.• Objetivos:

– Avaliar o impacto da configuração sobre o desempenho da rede– Avaliar o impacto do gerenciamento sobre a aplicação construída

NOMS2004, WCSF2003

Cenários de Simulação• RSSFs plana e

hierárquica• Hierárquica homogênea

e heterogênea• Com ponto de acesso

localizado no perímetro ou no centro da rede

• 20% de redundância• Gerenciamento

centralizado

#Organiza-

çãoCompo-

siçãoLocalização do Ponto de Acesso (PA)

Gerencia-mento

1 Plana Homo Perímetro Sim

2 Plana Homo Perímetro Não

3 Plana Homo Centro Sim

4 Plana Homo Centro Não

5 Hierarq. Homo Perímetro Sim

6 Hierarq. Homo Perímetro Não

7 Hierarq. Homo Centro Sim

8 Hierarq. Homo Centro Não

9 Hierarq. Hetero Perímetro Sim

10 Hierarq. Hetero Perímetro Não

Cenários de Simulação• Três tipos diferentes de

configuração:– Número de clusters– Número de nós/cluster– Nós redundantes

# Número de líderes

Nós por grupo

Nós backup Gerenciamento

10A 16 9 2 Sim

10B 16 9 2 Não

10C 12 12 3 Sim

10D 12 12 3 Não

10E 9 16 4 Sim

10F 9 16 4 Não

(A) (B) (C)

Cenário Plana

Ponto de Acesso

Ponto de Acesso

Cenários Hierárquicos Heterogêneos Simulados

Coordenada X

Coord

enad

a Y

Nós Comuns

Nós Backups

Ponto Acesso

Gerente

Cluster Head

16 Cluster Heads

9 nós comuns por grupo

Cenários Hierárquicos Heterogêneos Simulados

Coordenada X

Coord

enad

a Y

Nós Comuns

Nós Backups

Ponto Acesso

Gerente

Cluster Head

12 Cluster Heads

12 nós comuns por grupo

Cenários Hierárquicos Heterogêneos Simulados

Coordenada X

Coord

enad

a Y

Nós Comuns

Nós Backups

Ponto Acesso

Gerente

Cluster Head

9 Cluster Heads

16 nós comuns por grupo

Parâmetro Valor

Tipo dos Nós Mica-Motes

Número de nós 176 em média

Tamanho do Grupo nos cenários 5, 6, 7 e 8

16 grupos de 9 nós comuns

Área Coberta 115mx95m

Condições Ambientais Variações não são simuladas

Energia Inicial Nó 1Joule

Protocolo de Transporte UDP

Protocolo de roteamento AODV

Protocolo MAC IEEE 802.11

Largura de Banda 100kbps

Distribuição dos Nós Uniforme

Parâmetros de Simulação

Alcance dos nós 15m

Energia consumida TX

0.036J

Energia consumida RX

0.0054J

Energia cosumida no

processamento

0.00165J quando ativo0.000006J quando

inativo0.00048J quando em

“idle”

Mobilidade dos nós

Nenhuma

Nós Redundantes

20% do total de nós

Received TRAPsProcessingAggregationSent TRAP

Received SENSOR-REPORT

Common Node Agents ManagerSelf-testDiscover locationState ManagementSent TRAPs

SENSINGPROCESSINGDISSEMINATION

Received TRAPsTopology Map

Energy MapCoverage Area Map

Sent SET operation

Principais Serviços de Gerenciamento

1. Coverage area maintenance management service

• …

Topology MapCoverage Area Map

Principais Serviços de Gerenciamento

Coverage Area Map

Quando o gerente identifica uma área descoberta ou prevê que isso vai ocorrer, ele

reativa backup.

Principais Serviços de Gerenciamento

2. Configuração dos parâmetros de operação– O gerenciamento reduz a potência de

transmissão do cluster-head de acordo com a distância da estação base

Ponto de Acesso

Mapa de Produção

Coordenada X

16 CH/9comuns

Cenário 4 em T = 31 sProduzindo em A1

Produzindo em A2

Não Produzindo

Trade off

Lifetime(power)

Rapidity(latency -1)

Quality(coverage)

Resultados dos ExperimentosAtraso Médio

Produção

Resultados dos ExperimentosMensagens Perdidas

Efe

ito A

OD

V

Resultados dos ExperimentosConsumo de Energia

16grupos - 9nós comuns

Outros experimentos para RSSFs organizadas em 12 grupos de 12 nós comuns e 9 grupos de 16 nós comuns.

Serviço de Auto-organização de RSSFs

Mudanças estruturais em sua organização sem intervenção humana

Localizado Baseado em políticas Cooperação entre líderes para

formação dos grupos

Serviço de Manutenção da Área de Cobertura

RSSF densa identifica nós redundantes os retira de serviço temporariamente

RSSF esparsa identifica áreas sem cobertura tenta ativar nós redundantes

X

Serviço de Manutenção da Área de Cobertura

Identificação de nós redundantes: Algoritmo de Voronoi

Calcula a Área de Voronoi

(AV) para cada elemento ni

de um dado conjunto de nós

C = {n1, …,nm}

Definição das Políticas

G1 G2

P1: Nós com maior capacidade de hardware serão líderes

LÍDER

LÍDER1

2

3

4 5

6

7

8 9

10

11

Definição das Políticas

G1 G2

1

2

3

45

6

7

8 9

10

11

P2: Nós comuns enviam ML para líderes dentro de seu alcance

ML: coordenada X, coordenada Y, Identificador

Definição das Políticas

G1 G2

1

2

3

45

6

7

8 9

10

11

P3: Líderes formam grupos iniciais, executam Voronoi e trocam MG entre si

MG: Lista ativos, Lista redundantes,

Identificador, Coordenadas X e Y

Ativos: 1, 2, 3, 4, 6, 7 Redundantes: 5

Ativos: 6, 8, 9, 10, 11 Redundantes: 5, 7

Definição das Políticas

G1 G2

1

2

3

45

6

7

8 9

10

11

P3: Identificação dos conflitos

Conflito Ativo x Redundante

Conflito Ativo x Ativo

Conflito Redundante x Redundante

Definição das PolíticasP3: Resolução dos conflitos e envio de mensagens MN

Perde: 7 Ganha: 5 e 6

Perde: 5 e 6 Ganha: 7

M3: Lista de nós solicitados

G1 G2

1

2

3

4 5

6

7

8 9

10

11

Definição das PolíticasP3 e P4: envio de mensagens MP e MD

G1G2

1

2

3

4 5

6

7

8 9

10

11

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