Protocol for Wireless Sensor Networks

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Nov 21, 2013 (3 years and 6 months ago)

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UNIVERSIDADE FEDERAL FLUMINENSE

INSTITUTO DE COMPUTAÇÃO


HAR: Hierarchy
-
Based Anycast Routing
Protocol for Wireless Sensor Networks

(Niwat Thepvilojanapong, Yoshito Tobe, Kaoru Sezaki)



Prof. Dr. Célio V. N. Albuquerque




Etienne César R. de Oliveira

Mestrando em Computação

eoliveira@ic.uff.br


Abril

de 200
5

UNIVERSIDADE FEDERAL FLUMINENSE

INSTITUTO DE COMPUTAÇÃO


Agenda


Introdução


Modelo de Rede Proposto


HAR: Hierarchy
-
Based Anycast Routing


Avaliação de Performance


Conclusão



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INSTITUTO DE COMPUTAÇÃO


Introdução


Avanços Tecnológicos


MEMS
-
based (Micro
-
Electro
-
Mechanical Systems)


Low
-
Power RF


Desenho de novos de Sistemas Operacionais


Aplicações


Monitoramento de ambientes


Sistemas de rastreamento


Detecção de Falhas


Detecção de Intrusos


Limitações


Poder Computacional


Área de Armazenamento


Banda de Transmissão


Gerenciamento de Energia


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INSTITUTO DE COMPUTAÇÃO


Introdução


Rede de Sensores


Monitoramento de tarefas específicas


Envio de dados coletados de forma periódica ou espontânea


Reconstrução de rotas em caso de falhas individuais ou
coletivas de sensores


Proposta do HAR


Simplicidade


Escalabilidade


Robustez


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Agenda


Introdução


Modelo de Rede Proposto


HAR: Hierarchy
-
Based Anycast Routing


Avaliação de Performance


Conclusão



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INSTITUTO DE COMPUTAÇÃO


Modelo de Rede Proposto


Estações Base


Quantidade reduzida


Recursos “ilimitados”


Sensores


Quantidade significativa


Recursos limitados


Antenas omni
-
direcionais


Transmissão por RF


Fixos


Anycast


Protocolo
Multipoint
-
to
-
point


N

conjunto de sensores


BS


conjunto de estações base


(s, d), s
Є {N} e d Є {BS}


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Agenda


Introdução


Modelo de Rede Proposto


HAR: Hierarchy
-
Based Anycast Routing


Avaliação de Performance


Conclusão



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INSTITUTO DE COMPUTAÇÃO


HAR:
Hierarchy
-
Based Anycast Routing



Utilização de árvores hierárquicas


Raiz


estação base


Nós internos / Folhas


sensores


Formato do pacote


Type


ID
src


ID
dst


ID
grp


Sequence


Length


Data



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Árvores Hierárquicas


Inserção de Nós

1) Construção da Árvore Hieráquica

CREQ

Área de Alcance



BS envia CREQ



Sensor cria a PC

BS



Sensor aguarda T
creq



Sensor envia CREP

CREP



Sensor aguarda T
cacp



BS envia CACP

CACP



Sensor inserido

2) Sensor envia CREQ

CREQ

Área de Alcance

S
1

S
2

S
3

S
4

S
5

S
6

S
7



Sensor recebe CREQ

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Árvores Hierárquicas


Inserção de Nós


Recebimento de CREQs (
child request
)


Construção da PC (
parental candidate
)


Seleção do nó pai


Menor crq_time (tempo de recebimento do CREQ pelo nó pai)


Menor joined_time (tempo de recebimento de um pacote CACP
pelo nó pai)


Envio de CREP (
child reply
) para o nó pai eleito


Aguarda CACP (
child acceptance)


Time
-
out (tempo de espera > T
capt
)


Retransmissão do CREQ (até 2 vezes)


Seleciona outro nó pai


Nó filho inserido


Envio de CREQ







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Árvores Hierárquicas


Inserção de Nós

1) Rede em funcionamento

DATA



Sensores S
1

e S
2

enviando pacotes

2) Novo sensor ligado



Sensor envia PREQ



Sensor aguarda T
creq

DATA

CREQ



Sensor recebe CREQ



Sensor cria a PC



Sensor envia CREP para S
5



Sensor aguarda T
cacp



Sensor inserido

3) Sensor envia CREQ

Área de Alcance

PREQ

CACP

CREQ

S
5

S
6

S
6

S
4

S
3

S
2

S
1

S
5


CREQ



S
5

envia CACP para sensor

S
7

CREP

S
5

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Árvores Hierárquicas


Inserção de Nós


Envio de PREQs (
parent request
) em
broadcast


Recebimento de CREQ enviados em
unicast


Construção da PC (
parental candidate
)


Seleção do nó pai


Menor crq_time (tempo de recebimento do CREQ pelo nó pai)


Menor joined_time (tempo de recebimento de um pacote CACP pelo nó
pai)


Envio de CREP (
child reply
) para o nó pai eleito


Aguarda CACP (
child acceptance)


Time
-
out (tempo de espera > T
capt
)


Nó filho inserido


Sem resposta


Aguarda pacote CREQ


Envio periódíco de PREQ



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Tratamento de Falhas


On
-
demand


Acknowledgement do protocolo MAC


Seleção de candidatos a partir da tabela PC


Envio de CREQ


Recebimento de CACP


Tabela PC vazia ou sem resposta ao CREQ


Envio de PREQ


Prevenção de
loop

(descarte pelos nós filhos e netos)


Recebimento de CREQ


Envio CREP


Recebimento de CACP


Tabela PC vazia e sem resposta ao CREQ e ao PREQ


Envio de PQRY aos filhos


Resposta de PREP


Selecão aleatória de um candidado a nó pai


Envio de REV em
unicast


Filho seleciona um novo nó pai


Filhos sem candidatos ou sem resposta PREP


Envio de REV a um nó de forma aleatória










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Roteamento
Anycast e Mudança de Estados


Anycast


Envio de um pacote para um receptor dentro de um grupo


Mudança de Estados

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Agenda


Introdução


Modelo de Rede Proposto


HAR: Hierarchy
-
Based Anycast Routing


Avaliação de Performance


Conclusão



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Avaliação de Performance


Metodologia


50, 70 e 100 sensores fixos


Área de 250 m
2


Capacidade de TX/RX de 19200 bps


Tráfego CBR associado ao UDP:


128 bps (0,25 pps)


256 bps (0,5 pps)


512 bps (1 pps)


1024 bps (2 pps)


T
creq
=0,1s e T
capt
=0,3s


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Avaliação de Performance


Taxa de Envio de Pacotes (PDR)


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Avaliação de Performance


Latência Média


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Avaliação de Performance


Quantidade de Saltos


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Agenda


Introdução


Modelo de Rede Proposto


HAR: Hierarchy
-
Based Anycast Routing


Avaliação de Performance


Conclusão



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Conclusão


Performance superior


Taxa de Envio de Pacotes (PDR)


Latência Média


Quantidade de Saltos


Escalabilidade


Redes maiores


Maior quantidade de sensores


Maior área


Redes dinâmicas


Quantidade de estações base


Consumo de energia


Confiabilidade


Implementação em um ambiente real



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Conclusão


Questões:


Periodicidade de envio de CREQ
s
pela BS


Determinação do T
creq

dos sensores