Linnyer Beatrys Ruiz [email protected] Depto. Engenharia Elétrica UFMG Disciplina...
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Linnyer Beatrys RuizLinnyer Beatrys Ruiz
[email protected]@dcc.ufmg.br
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
www.dcc.ufmg.br/~linnyer