Redes de Sensores sem fio possuem características específicas do tipo de
aplicação. Por outro lados há requisitos que precisam ser atendidos por todas
as RSSFs fazendo com que algumas características comuns a todo tipo de RSSF
possam ser observadas.
Fluxo de dados predominantemente unidirecional:
Como o objetivo de uma RSSF é coletar dados de forma colaborativa entre os
nós sensores e transmití-los até uma estação base, acontece que na maior parte
do tempo os dados são disseminados em direção a essa estação utilizando nós
intermediários como roteadores. Essa estratégia multi-hop é utilizada pois,
como no caso de transmissão por rádio frequência, a atividade de maior
consumo de energia é justamente a transmissão. E sabe-se que a energia
consumida varia com o quadrado da distância de alcance da transmissão. Assim,
economiza-se energia ao se utilizar pequeno alcance de transmissão para os
nós.
Por outro lado, essa transmissão multi-hop faz com que os nós mais próximos
da estação base tenham um consumo de energia maior que o restante da rede.
Veremos mais adiante como se lida com essa desvantagem na seção arquitetura
quando falarmos do plano de gerenciamento de energia.
Em 2003 a TinyOS
lançou componentes que provêem roteamento ad-hoc multi-
hop para aplicações de redes de sensores. A implementação usa um algoritmo
(shortest-path-first) para determinar o caminho mais curto com destino à
estação base (root node) e estimação ativa de dois caminhos (active two- way
link estimation).
Topologia dinâmica:
Mesmo no caso em que os nós não são móveis, a topologia de uma RSSF é está
sofrendo constantes alterações. Isso ocorre pois nós sensores ficam inativos
devido a quebras e defeitos resultantes do lançamento, falta de energia,
ameaças e ataques à segurança, problemas de calibração dos dispositivos de
sensoriamento, falhas nos componentes e falhas de comunicação. Também
acontece de nós sensores serem ativados como no caso de se recuperarem de
uma falha ou novos nós que são lançados sobre a região para substituir outros
nós ou aumentar a área de cobertura.
Para todas estas situações a RSSF deve possuir um mecanismo de auto-
organização que dá a capacidade de se adaptar à melhor topologia para a
disposição atual de nós sensores.
Autonomia:
RSSFs tendem a serem autônomas devido aos desafios inerentes de uma RSSF.
Uma proposta é a utilização do paradigma de computação autonômica [11] no
desenvolvimento de sistemas embutidos para RSSFs auto-gerenciadas.
Tal paradigma estabelece que RSSF autonômica é capaz de se configurar e
reconfigurar sem intervenção humana direta [12]. Mais especificamente, uma
RSSF autonômica deve:
- otimizar seu funcionamento e monitorar seus componentes para
configurá-los às diferentes densidades de nós e cargas de trabalho para
atender aos requisitos de qualidade de serviço.
- [auto-organização] organizar-se em grupos
- [auto-configuração] adaptar-se a mudanças no ambiente e mudanças em
sua topologia e conectividade
- [auto-diagnóstico] detectar problemas tais como áreas descobertas
decorrentes da baixa densidade ou desperdício de energia e perdas de
informação em função da alta densidade de nós
- [auto-cura] recuperar-se dos problemas e eventos extraordinários que
causem mal funcionamento de seus componentes
- [auto-proteção] detectar identificar e proteger-se contra várias
ameaças (internas e externas) para manter sua segurança e integridade
- [auto-consciência] conhecer seu ambiente e o contexto onde realiza
suas atividades e agir de acordo com os requisitos de qualidade que
foram estabelecidos
- [auto-conhecimento] conhecer a si própria, assim como seus limites de
operação
- [auto-serviço] produzir e transportar os próprios dados
Escalabilidade:
É comum em aplicações de RSSF que a rede tenha um grande número de nós
distribuídos em áreas remotas ou inóspitas. Por isso a RSSF deve ser escalável.
Quando uma rede de sensores é projetada para ser escalável, os protocolos de
comunicação devem manter um estado global mínimo e possuir um overhead
de controle o menor possível.
Dependência da aplicação:
Qualquer projeto de hardware ou software para RSSFs deve levar em
consideranção que os parâmetros de configuração, operação e manutenção
variam com o tipo de aplicação. E assim também variam as características do
ambiente onde tais redes serão aplicadas. Isso promove o desenvolvimento de
diferentes arquiteturas de nós sensores e diferentes configurações para
arquiteturas já existentes, assim como o desenvolvimento de soluções de
gerenciamento compostas por diferentes serviços e funções.
Tarefas colaborativas:
Requerem um alto grau de cooperação entre os nós da rede para realizar uma
tarefa em comum. Essa característica difere da maioria das redes tradicionais
em que os nós executam aplicações diferentes.
Nomeação dos dados ao invés da nomeação dos nós:
No caso de uma RSSF o foco está sobre os dados coletados no sensoriamento, e
por este motivo muitas vezes se faz a nomeação dos dados ao invés da
nomeação dos nodos como é o padrão na internet. Dessa forma estes
endereços aparecem em todos os pacotes para identificar a fonte e o destino.
Uma das propostas da nomeação de dados utiliza coordenadas espaciais para
endereçar dados, isto se justifica devido à associação intrínseca dos dados com
o contexto físico onde o fenômeno ocorre.
Agregação dos dados:
Algumas RSSFs têm a capacidade de agregar ou sumarizar, ainda na rede, dados
coletados pelos sensores. Essa característica é importante por reduzir o número
de mensagens que precisam ser transmitidas pela rede, possibilitando uma
grande economia de energia.
Os nós sensores coletam dados com sua própria unidade de sensoriamento e
antes de transmitir para o próximo nó combinam com os dados recebidos,
sumarizando a informação antes de ser enviada à estação base.
Mobilidade dos sensores:
Essa característica divide as RSSFs em dois tipos, as redes estáticas e as redes
móveis. Atualmente, são mais comuns as redes estáticas, porém essas redes
também possuem topologia dinâmica devido à escassez do recurso energético
e a sujeição da rede a falhas em geral.
Um exemplo de RSSF estática é uma aplicação de monitoramento de
temperatura e umidade numa floresta. E um exemplo de rede móvel que
podemos citar é o conjunto de sensores colocados na superfície de um oceano
para medir o nível da água.
1. Introdução
