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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
Abril de 2005
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Agenda
IntroduçãoModelo de Rede PropostoHAR: Hierarchy-Based Anycast RoutingAvaliação de PerformanceConclusão
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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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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
IntroduçãoModelo de Rede PropostoHAR: Hierarchy-Based Anycast RoutingAvaliação de PerformanceConclusão
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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
IntroduçãoModelo de Rede PropostoHAR: Hierarchy-Based Anycast RoutingAvaliação de PerformanceConclusão
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HAR: Hierarchy-Based Anycast Routing
Utilização de árvores hierárquicas Raiz – estação base Nós internos / Folhas – sensores
Formato do pacote Type IDsrc
IDdst
IDgrp
Sequence Length Data
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Árvores Hierárquicas – Inserção de Nós1) Construção da Árvore Hieráquica
CREQ
Área de Alcance• BS envia CREQ
• Sensor cria a PC
BS
• Sensor aguarda Tcreq
• Sensor envia CREP
CREP
• Sensor aguarda Tcacp
• BS envia CACP
CACP
• Sensor inserido
2) Sensor envia CREQ
CREQ
Área de Alcance
S1
S2
S3
S4
S5
S6
S7
• 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 > Tcapt) Retransmissão do CREQ (até 2 vezes) Seleciona outro nó pai
Nó filho inserido Envio de CREQ
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Árvores Hierárquicas – Inserção de Nós1) Rede em funcionamento
DATA
• Sensores S1 e S2 enviando pacotes 2) Novo sensor ligado• Sensor envia PREQ• Sensor aguarda Tcreq
DATA
CREQ
• Sensor recebe CREQ• Sensor cria a PC• Sensor envia CREP para S5
• Sensor aguarda Tcacp
• Sensor inserido
3) Sensor envia CREQ
Área de Alcance
PREQ
CACP
CREQ
S5
S6
S6
S4
S3
S2
S1
S5
CREQ
• S5 envia CACP para sensor
S7
CREP
S5
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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 eleitoAguarda CACP (child acceptance)
Time-out (tempo de espera > Tcapt) Nó filho inserido
Sem respostaAguarda pacote CREQEnvio 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
IntroduçãoModelo de Rede PropostoHAR: Hierarchy-Based Anycast RoutingAvaliação de PerformanceConclusão
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Avaliação de Performance
Metodologia50, 70 e 100 sensores fixosÁrea de 250 m2
Capacidade de TX/RX de 19200 bpsTráfego CBR associado ao UDP:
128 bps (0,25 pps)256 bps (0,5 pps)512 bps (1 pps)1024 bps (2 pps)
Tcreq=0,1s e Tcapt=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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IntroduçãoModelo de Rede PropostoHAR: Hierarchy-Based Anycast RoutingAvaliação de PerformanceConclusão
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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 dinâmicasQuantidade de estações base
Consumo de energia Confiabilidade Implementação em um ambiente real
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Conclusão
Questões:Periodicidade de envio de CREQs pela BSDeterminação do Tcreq dos sensores