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Rede sem fios de Sensores Multimídia (WMSN). Computação Móvel Prof. Dr. Alfredo Goldman. Wesley Seidel Carvalho. A survey on wireless multimedia sensor networks. Autores Ian F. Akyildiz Tommaso Melodia Kaushik R. Chowdhury. Introdução. Motivação.
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Rede sem fios de Sensores Multimídia (WMSN) Computação Móvel Prof. Dr. Alfredo Goldman Wesley Seidel Carvalho
A survey on wireless multimedia sensor networks Autores Ian F. Akyildiz Tommaso Melodia Kaushik R. Chowdhury
Motivação Riqueza de conteúdo para ensino teórico; Desafios Práticos.
Diferenças entre WMSN e WSN: • WSNs (Redes de sensores sem fio) • Medidas escalares de fenomenos fisicos: Temperatura, pressão, umidade, localização de objetos... • Necessitam de baixa largura de banda para transmissão • Tolerantes a atrasos. • WMSNs (Redes de sensores multimídia sem fio) • Recuperar informações do ambiente: • Os mesmo das WMSNs • + • audio, video e imagens estáticas. • Armazenar dados, processamento real-time, unir dados multimedias obtidos de fontes diferentes...
Aplicações das WMSN • A idéia da WMSN's não é apenas reforçar as WSN's existentes, mas também permitir novas aplicações: • Redes de sensores multimidia de vigilancias. • Armazenamento de atividades potencialmente relevantes. • Evitar o trafego(transito), sistema de controle e execução. • Prestação de cuidados médicos avançados. • Assistencia automatizada para idosos e familias que necessitam de monitoramente. • Monitoramento ambiental. • Serviços de localização de pessoas: • Controle de processos industriais:
Mais para entender... • As WMSNs prometem aumentar o horizonte dos monitoramentos tradicionais e sistemas de vigilâncias: • Ampliar o campo de visão. • Através de sistema de cameras e sensores distribuidos. • Reforçar a visão. • Através de sobreposição de cameras em um mesmo ponto de visão. • Eliminar a ambiquidade através da junção de audio, video e/ou sensores infra-vermelhos; • Disponibilizar visualizações de multi-resoluções: • Imagens obtidas de um mesmo ponto de visão, com resoluções diferentes.
Desafios...(Agora vem a necessidade de estudo...) • Ultimos 20 anos: • Algoritmos, protocolos e técnicas de entrega de conteúdo multimedia para rede de LARGA ESCALA. • Depois, readaptação dos mesmo para a internet... :P~ • Mas nas WMSNs, as exigencias são maiores e muito pouco exploradas. Por exemplo: • Limitações de recursos: • Tudo é pequeno: bateria, memoria, capacidade de processamento • Capacidade de canal variável: • Existe muita interferencia do meio, então é necessário técnicas de tratamento... Roteamento, controle de energia, rate policies...
Não queriam Desafios ??(Tem mais ae embaixo...) • Acoplamento de funcionalidades entre camadas (Cross-layer): • Casamento de funcionalidades de camadas diferentes. • Processamento multimedia na rede: • Mesclagem de counteúdo multimedia, compressão, eliminação de redundancias... • Pelas caracteristicas mostradas, percebemos então que é necessário repensar alguns paradigmas tradicionais: • Qualidade de serviço (QoS) • O consumo de energia ( impulsionou a maioria dos estudos de WSN até agora )
Fatores que influenciam o desenvolvimento das redes de sensores multimedia.
Fatores que influenciam o desenvolvimento das redes de sensores multimedia: • QoS específico por aplicação. • Busca por maior largura de banda. • Técnicas de codificação de fontes multimedias. • Processamento multimedia em rede • Consumo de energia • Arquiteturas flexiveis para suportar diferentes aplicações. • Cobertura Multimedia. • Integração com arquiteturas IP ( Internet ) • Integração com outras tecnologias sem fios.
Arquitetura de Redes. • Preocupação inicial: Escalabilildade. • As WNS´s são baseadas em arquiteturas planas : • Todos os sensores são "iguais". • Podem interagir apenas com sensores vizinhos. • A Topologia plana não serve para WMSN´s pois a capacidade de processamento, transmissão e energia necessária, podem não estar disponível em cada nodo.
Uma Proposta de arquitetura. • Single-tier flat • Sensores identicos • Processamento distribuido • Armazenamento centralizado • Single-tier clustered • Diferentes sensores • Processamento centralizado • Armazenamento centralizado • Multi-tier • Diferentes sensores • Processamento distribuido • Armazenamento distribuido
Uma Proposta de arquitetura. • Single-tier flat • Aplicações em que todos os sensores podem ser iguais em suas capacidades.
Uma Proposta de arquitetura. • Single-tier clustered • Sensores com menos recursos: executam as tarefas mais simples • Sensores com mais recursos: executam as tarefas mais complexas • Por exemplo, em sistemas de vigilancia, as cameras de baixa-resolução podem detectar movimentos de possiveis intrusos, e essas acionam por demanda as cameras para alta-resolução para reconhecimento de objetos e monitoramento.
Uma Proposta de arquitetura. • Multi-tier • Um exemplo também em sistemas de vigilancia. • Camada baixa: sensores de baixa resolução • Camada alta : sensores com zoom, alta definição. • Existe um trabalho que mostra consideraveis vantagens em relação a single-tier, em termos de escalabilidade, baixo custo, cobertura, funcionalidade e maior alcance.
SensEye Streaming de video • Camada 3 Webcam + Stargate wakeup • Camada 2 Cameras de baixa resolução wakeup • Camada 1 Sensores Escalares + Mote
Para que tudo isso funcione, precisamos de sensores...Então vamos falar de......sensores....
Sensores (Hardwares)...(Sensores de imagem de baixa resolução) • CCD (charged-coupled) • Chips separados (captura e processamento); • Tecnologia dos dispositivos tradicionais; • Alta definição; • Alto custo; • Uso: Para casos que se é exigido alta qualidade de imagem: imagens de satélites, equipamentos médico-hospitalares... • CMOS ( complementary metal-oxide semiconductor ) • Chip integrado (captura e processamento) • Custo reduzido • Menores, mais leves, e... ... consomem menos energia. :D • Uso: Webcams, PDA´s, cameras "digitais" de consumo. ( São interfaceadas com dispositivos ricos computacionalmente )
Sensores (Hardwares)...(Cyclops) • Sensores de imagem de baixa resolução ( Low-resolution imaging motes ) • Cyclops ( Interface eletrônica), é composto por: • câmera ( CMOS Agilent ADCM-1700 CIF camera), • micro controlador de 8-bits ( ATMEL ATmega128L microcontroler- MCU), • controla a imagem, • configura seus parâmetros, e • executa processamentos locais na imagem para produzir uma inferencia. • Possui • dispositivo programável de lógica complexa ( CPLD ), • SRAM externa • Flash externa. • Firmware • linguagem nesC[48], • baseado nas bibliotecas do TinyOS. • Está conectado a um modulo remoto que fornece um interface de alto nivel que esconde a complexidade do dispositivo de imagem para o host remoto.
Sensores (Hardwares)... • CMUcam 3 (Universidade Carnegie Mellon) • É uma câmera embutida. • resolução de 352x288 pixels RGB • carrega até 26 fps na memória. • compressão JPEG • Biblioteca de manipulação de imagens • Pode ser ligada com um motes TelosB compatível com 802.15.4
Sensores (Hardwares)...(Sensores de imagem de média resolução) • Plataformas de processamento de alta performance para sensores. • Alto Consumo de energia • Stargate da Intel ( processador PXA-255 XScale 400 MHz ) • permite a conectividade da rede de sensores sem fio, com o mundo real, através de várias interfaces: • Rede Wifi ( através do cartão wifi ) • Serial RS-232 • 10/100 Ethernet • USB Host • Quando conectado a uma webcam, pode funcionar como um sensor multimédia de media-resolução.
Sensores (Hardwares)...(Sensores de imagem de média resolução) • Imote • processador ARM7 8bits, 12 MHz • Bluetooth • Memória flash de 32Kbyte • Memória RAM de 63 Kbyte • Imote 2 • PXA271 XScale, 320/416/520 MHz • 256 KB de memória SRAM, • 32 MB de memória Flash • 32 MB de SDRAM • Suporte a Bluetooth • Varias portas de E/S para sensores digitais ou cameras... :D • Está sendo usada para nova plataforma Stargate 2 • Suporta Linux & Java
Sensores (Hardwares)...(Captação de energia) • Esse assunto é foco em muitas pesquisas • Técnicas utilizadas ( Economia ): • Otimizações de hardwares • Otimização dinâmica de voltagem • clock rate • Procedimentos de wake-up • Técnicas de obtenção de energia do próprio ambiente • Sinais de radio ( Muito baixo em comparação a luz solar ) • campos elétrico ( encontrado apenas perto de fortes transmissores) • energia deliberada em broadcast de RF ( Limitada por leis ) • Vibrações magnéticas ( baseada no movimento magnético ou em bobinas ) • São insuficientes se comparado ao consumo dos dispositivos multimedia • São boas para dispositivos com ciclo de vida curtíssimo.
Sensores (Hardwares)...(Sensores de imagem de baixa resolução) • Dois outros estudos comparam processadores de 8-bits com de 32-bits. E mostram que apesar do consumo de energia de 32 bits ser maior, o tempo de execução é muito menor o que compensa o uso do de 32 bits... • Eles mostram que por mais simples que seja o algoritmo, o consumo de energia no de 8bits é no mínimo de 1 a 2 vezes maior do que no de 32bits...
Processamento colaborativo em rede • Alinhamento de dados e registro de imagens • Técnicas de “image registration” • Diferentes pontos de visão (analise de multi-visão) • Momentos Diferentes (analise multi-temporal) • Diferentes sensores (analise multi-modal) • WMSNs como sistema de visão computacional distribuído • Tratamento de imagens na própria rede • Interface de consulta de forma declarativa para o usuário
Processamento colaborativo em rede(Exemplo) SELECT Object, Location REPORT = 30 FROM Network WHERE Access = Restrict PERIOD = 30
Conclusão • Necessidade de: • Otimizações nos algoritmos de codificação multimedia. • Roteamento com atrasos limitados • Protocolos MAC Multi-channel • Ainda existem muitas pesquisas em aberto na área.
Copiando alguém... Duvidas desde que não seja do professor ?
