Minimizando Hot Spots no Roteamento em Redes de Sensores Sem Fio

1. Minimizando Hot Spots no Roteamento em Redes de Sensores Sem Fio Fernando Henrique Gielow Aldri Luiz dos Santos (Orientador) {fhg07,aldri}@inf.ufpr.br NR2 – Universidade Federal do Paraná CTIC CSBC - 2010

2. Roteiro • Redes de Sensores Sem Fio (RSSF) • Roteamento nas RSSF • Hot spots • CEA • RRUCR • Definição do raio dos sensores • Clustering & Backbone inicial • Rotação de líderes • Coleta de dados & Manutenção • Avaliação de desempenho • Conclusão

3. Redes de Sensores Sem Fio (RSSF) • Sensores: dispositivos com recursos escassos [1] • Pouca capacidade de processamento • Tempo de vida limitado: bateria Imote2 TelosB Mica2 Iris Micaz [1]http://www.xbow.com/ (Crossbow Technology)

4. Redes de Sensores Sem Fio (RSSF) • Aplicações • Monitoramento remoto • Monitoramento urbano • Sistemas de segurança

5. Roteamento nas RSSF • Clustering (agrupamento) [2] • Roteamento de maneira geral apenas em cima dos líderes ( ) • Permite agregação de dados • Limita transmissões de dados • Facilita o reuso de recursos ou canais [2] Dechene DJ, Jardali AE, Luccini M, and Sauer A. A survey of clustering algorithms for wireless sensor networks. Project Work, Hamburg University of Technology, Germany, 2006.

6. Hot spots • Hot spots são áreas sobrecarregadas com tráfego constante de dados • Em redes com transmissões N para 1acontece próximo do sink • Mitigação: Mobilidade [3], Clusters desiguais [4] [3] Vlajic, N. and Stevanovic, D. (2009). Sink mobility in wireless sensor networks: a (mis)match between theory and practice. In IWCMC, pages 386–393. [4] Chen, G., Li, C., Ye, M., and Wu, J. (2009). An unequal cluster-based routing protocol in wireless sensor networks. Wirel. Netw., 15(2):193–207.

7. A arquitetura propostaCluster-based Energy Architecture (CEA) • Energia • Interna aos clusters • Externa aos clusters • Rotas • Manutenção • Otimização APLICAÇÃO DADOS DE ENERGIA ROTAÇÃO DEFINIÇÃO DE ESCOPOS SENSOREAR DADOS ENCAMINHAR DADOS ENERGY DATA MONITOR DE ENERGIA CLUSTERING DESIGUAI COLETA DE DATOS MANUTENÇÃO DE ROTAS OTIMIZAÇÃO DE ROTAS SOLICITAR INFORMAÇOES DE ENERGIA GERÊNCIA DO BACKBONE GERENCIAMENTO DE ROTAS GERÊNCIA DE ENERGIA INTER-CLUSTERS GERÊNCIA DE ENERGIA INTRA-CLUSTER

8. O protocolo proposto • Rotation Reactive Unequal Cluster based Routing (RRUCR) • Protocolo multi-hop baseado em clusters para redes com tráfego do tipo N para 1 • Aplicações de coleta de dados por exemplo • Clusters desiguais para mitigar o hot spot • Manutenção dinâmica das rotas

9. Fases do RRUCR • Definição do raio dos sensores • Clustering & Backbone inicial • Rotação de líderes • Coleta de dados & Manutenção

10. RRUCRDefinição do raio dos sensores • Potências de transmissão ordenadas e indexadas • Sink cobre as potências de transmissão utilizadas 4 3 2 4 4 2 3 1 4 3 2 2 3

11. RRUCRClustering & Backbone inicial • Clustering • Clusters proporcionais à sua ditância até a base • Mitigar o afunilamento das rotas, o Hot Spot • Backbone inicial • Processo iniciado pelo sink • Mensagens propagadas onda à onda pelos líderes • Atualizando a rota, e repassando a mensagem 1x

12. RRUCRRotação de líderes • Balancear consumo de energia interno • Prolongar o tempo de vida • Pode gerar quebra de enlaces, quando líderes mais distantes são selecionados • Forçar atualização das rotas de quem rotacionou( ) e de quem se comunicava com o antigo líder ( )

13. RRUCRColeta de dados & Manutenção • Sensores normais enviam seus dados aos líderes • Os líderes roteam os dados até a base com abordagem multi-hop • A mensagem de dados tem um campo que identifica a distância do sensor até o sink • Utilizado para atualizar as rotas • Se for necessária e um sensor com distância menor que a do sensor em questão até o sink for achada • Abordagem reativa, sem muito overhead

14. Avaliação de desempenhoParâmetros • 1000x1000m • 700 sensores • Energia inicial entre 0.9 e 1.1 J • 32 bytes de dados gerados à cada 0.1s, 1% de prob. • 5000s • Parâmetros de rádio de acordo com o Mica2 [1] • 3 Cenários • Sem falhas • Falhas perto do sink • Falhas longe do sink • Simulador ns-2.30 • 35 simulações – intervalo de confiança de 95% • Comparação com o UCR [3]

15. Avaliação de desempenho 17% 13% 21%

16. Avaliação de desempenho

17. Conclusão • Hot spot mitigado • Menos mortes próximas ao sink, maior tempo de vida • Quantidade balanceada de clusters • RRUCR aumentou o tempo de vida de redes sem falhas em 21.36%, em relação ao UCR • Melhor taxa de entrega de dados

18. Conclusão • Página do projeto com mais informações • www.nr2.ufpr.br/~fernando/rrucr/ • Código disponível sob licença LGPL • Simulação ns-2.30 • Script instalação email para contato: fhg07@inf.ufpr.br

19. Referências [1] http://www.xbow.com/ (Crossbow Technology) [2] Dechene DJ, Jardali AE, Luccini M, and Sauer A. A survey of clustering algorithms for wireless sensor networks. Project Work, Hamburg University of Technology, Germany, 2006. [3] Vlajic, N. and Stevanovic, D. (2009). Sink mobility in wireless sensor networks: a (mis)match between theory and practice. In IWCMC, pages 386–393. [4] Chen, G., Li, C., Ye, M., and Wu, J. (2009). An unequal cluster-based routing protocol in wireless sensor networks. Wirel. Netw., 15(2):193–207.

20. Publicações • Gielow, F. H., e Santos, A. L. (2009). Um protocolo de roteamento baseado em clusters desiguais para minimizar Hot Spots em RSSF. XIV Workshop de Gerência e Operação de Redes e Serviços, Maio. • Gielow, F. H., e Santos, A. L. (2010). Minimizando Hot Spots no Roteamento em Redes de Sensores Sem Fio. XXIX Concurso de Trabalhos de Iniciação Científica – Sociedade Brasileira de Computação (SBC), Julho. Prêmio de primeiro Lugar • Gielow, F. H., e Santos, A. L. (2010). Um Protocolo de Roteamento Reativo a Rotações para Minimizar Hot Spots em Redes de Sensores Sem Fio. Revista Eletrônica de Iniciação Científica (REIC), Ano X, Volume III, Setembro. Dúvidas?