Redes de Sensores

Redes de Sensores
INE 5616 - Bancos de Dados II
Professor Doutor Renato Fileto
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Redes de Sensores
Jorge Gonzaga Junior
Marcelo Cardoso Ricardo
INE 5616 - Bancos de Dados II
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Sensor
• Um sensor é um equipamento
capaz de mensurar
fisicamente um fenômeno e
convertê-lo em um sinal que
pode ser lido por um
instrumento ou por um
observador.
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Rede de sensores
• Uma rede de sensores
consiste de um grupo de
sensores distribuídos
espacialmente e cooperando
entre si no monitoramento
de algum fenômeno.
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RSSF
• São formadas por sensores
dotados de um emissor de
sinal de rádio ou outro tipo
de emissor de sinal sem
fio, um microcontrolador e
uma fonte autônoma de
energia.
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Rede de Sensores
• Redes largamente distribuídas
• Sensores
– Armazenar
– Processar
– Transmitir
Monitoram o ambiente
–
–
–
–
Rastreamento de produtos em um armazém
Controle do tráfego de veículos
Sistemas de Segurança
Detecção de enchentes
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Rede de Sensores
• Recursos Restritos
– Comunicação:
Qualidade de serviço muito limitada
– Consumo de Energia:
Fornecimento limitado de energia
– Processamento:
Limitados poder de processamento e tamanho de
memória
– Incerteza em leituras de sensores:
Sinais detectados herdam incertezas, e podem
conter ruídos do ambiente
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Modelos de envio de Dados


modelo contínuo os sensores
comunicam seus dados continuamente
numa taxa pré-especificada.
modelo de dados orientado a
eventos os sensores reportam
informação somente se um evento de
interesse ocorre.
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Modelos de envio de Dados


modelo iniciado pelo observador
(ou request-replay) os sensores
somente reportam seus resultados
em resposta a uma requisição
explícita do observador (ou
diretamente, ou indiretamente
através de outros sensores).
modelo híbrido as três estratégias
co-existem na mesma rede.
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Dados com Segurança
• Para que uma rede de sensores forneça dados
•
•
com segurança é necessário que os requisitos a
seguir sejam cumpridos:
Confidencialidade dos dados: A estratégia
padrão para manter os dados secretos é
criptografar os dados com uma chave secreta
que somente o receptor possua, garantindo
confidencialidade.
Autenticação de dados: O receptor precisa
assegurar que os dados usados em qualquer
processo de decisão se originam de fonte
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correta.
Dados com Segurança
• Integridade de dados: Em
comunicação, integridade de dados
assegura ao receptor que o dado recebido
não foi alterado durante seu trânsito.
• Dados recentes: Garantir que os dados
são recentes implica em assegurar que
não houve interferência de mensagens
antigas.
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Roteamento
•
Abordagem centrada no endereço:
–
•
Encontrar rotas curtas entre pares de
nós endereçáveis.
Abordagem centrada em dados
–
Encontrar rotas de múltiplos nós para um
único destino que permita a agregação
de dados redundantes dentro da rede.
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Algoritmos
•
Center at Nearest Source (CNS)
–
•
Nó mais próximo ao sink é o ponto de
agregação.
Shortest Paths Tree
–
Cada nó utiliza uma rota de caminho
mínimo. Rotas que se sobrepõem têm
dados agregados.
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Funções de Agregação
•
Funções de Agregação
–
•
MIN, MAX, MEDIAN, AVERAGE, COUNT,
...
Propriedades:
– Duplicate sensitivity.
–
A função de agregação retorna o mesmo
resultado quando os conjuntos
apresentam valores duplicados (MEDIAN,
AVERAGE, COUNT).
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Funções de Agregação
•
•
Exemplary/Summary.
– Exemplary retorna um valor representativo do
conjunto de dados (MIN, MAX, MEDIAN).
– Sumary realiza algum calculo sobre todo o
conjunto de dados e retorna o valor calculado
(AVERAGE, COUNT) .
Monotonic aggregates.
– Permite teste de predicados na rede antes do
envio dos dados (Ex.: Enquanto nós enviam
seus valores para uma consulta MAX, outros
nós só enviam seus próprios valores se forem
maiores que MAX corrente).
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Performance
•
Fatores que influenciam a performance
dos métodos de agregação:
–
–
–
•
Posição dos nós
Número de nós
Topologia de comunicação da rede
Economia de energia x Atraso
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RS como um Banco de Dados
•
•
RS podem ser vistas como um banco de
dados.
Da mesma forma que tabelas de bancos
de dados são consultadas, nós sensores
podem ser consultados.
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RS como um Banco de Dados
•
Consultas a Data Streams são sempre aproximadas Data
Streams não tem tamanho limitado, logo quantidade de
armazenamento necessário cresce também de forma
ilimitada.
–
Sliding Windows: consulta a dados recentes da
stream.
–
Batch Processing: Dados são armazenados em um
buffer e consulta é realizada de tempos em tempos.
–
Sampling: Mais dados do que é possível processar –
Faz uma amostragem dos dados e realiza a consulta.
–
Synopisis: Consulta realizada sobre uma
aproximação dos dados (sinopse).
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TinyDB
•
•
•
TinyDB é um sistema processador de
consultas para extração de informações de
uma rede de sensores que utilizam o
TinyOS.
Interface SQL-lite para especificar os dados
a serem extraídos, especificando a taxa
que essa consulta deve ser refeita.
Dada uma consulta a dados de interesse o
TinyDB coleta os dados dos nós, os filtra,
agrega e dissemina para um PC.
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TinyDB
•
Query 1: “Retorne repetidamente as
temperaturas anormais mensuradas de
todos os sensores”
– SELECT
R.s.detectAlarmTemp(100)
FROM R WHERE $every();
A expressão $every() é introduzida na
contrução semântica para indicar que a
query é por um longo tempo.
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TinyDB
•
Query 2: “A cada minuto, retorne a
temperatura mensurada por todos os sensores
do nível 3”.
– SELECT R.s.getTemp() FROM R
WHERE R.floor = 3 AND $every(60);
A expressão $every() possui um argumento
de tempo em segundos contendo sucessivas
saídas para o sensor.
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TinyDB
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TinyDB
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TinyDB
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Aplicações
• Militar
• Prevenção de terremotos e
tufões
• Detecção de Tsunamis e
grandes marés
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Aplicações
• Militar
• Prevenção de terremotos e
tufões
• Detecção de Tsunamis e
grandes marés
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Aplicações
• Prevenção de incêndios
florestais
• Projetos agropecuários
• Biossensores
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Aplicações
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Aplicações
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Aplicações
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Aplicações
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Aplicações
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Aplicações
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Aplicações
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Fontes
• www.dcc.ufmg.br/~linnyer/
• Mainwaring, Alan. (2002) “Wireless Sensor Networks for
•
•
•
Habitat Monitoring”. In:WSNA'02, Atlanta, Georgia,
Setembro.
Embrapa (Empresa Brasileira de Pesquisa Agropecuária)
(2006).
http://www.embrapa.br.
Tadpole Technology. (2006) “Ste. Michelle Wine Estates
Automates Vineyard Inspection with GO! Sync for
ArcPad”. Disponível em:
http://www.gisuser.com/content/view/8881/. Maio.
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Fontes
• Wikipedia.com
• http://www.cs.virginia.edu/nest
• http://www.isi.edu/div7/scadds
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