Sobre a composição de redes de sensores sem fio

Sobre a composição de redes de sensores sem fio

Redes de sensores sem fio (WSN, na sigla em inglês) são redes compostas por um grande número de nós sensores com capacidade de percepção através de auto-organização. Os sensores monitoram condições físicas ou ambientais (como temperatura, som, vibração, pressão, movimento ou poluentes) em diferentes locais. O desenvolvimento de redes de sensores sem fio teve origem em aplicações militares, como o monitoramento de campos de batalha. Atualmente, as redes de sensores sem fio são utilizadas em diversas áreas civis, como monitoramento ambiental e ecológico, monitoramento de saúde, automação residencial e controle de tráfego.

Uma arquitetura típica de sistema de rede de sensores sem fio inclui nós sensores sem fio distribuídos (grupos), nós de convergência transmissor-receptor, internet ou satélites de comunicação e nós de gerenciamento de tarefas, conforme mostrado na figura abaixo. Um grande número de nós sensores é implantado aleatoriamente dentro ou próximo à área de monitoramento e pode formar uma rede por meio de auto-organização. Os dados monitorados por um nó sensor são transmitidos de salto em salto entre os outros nós sensores. Durante a transmissão, os dados de monitoramento podem ser processados ​​por múltiplos nós, roteados para o nó coletor após múltiplos saltos e, finalmente, chegam ao nó de gerenciamento pela internet ou satélite. O usuário configura e gerencia a rede de sensores por meio do nó de gerenciamento, libera tarefas de monitoramento e coleta dados de monitoramento.

As redes de sensores sem fio incluem principalmente dois tipos de nós:

Nós sensores: nós com funções de sensoriamento e comunicação, responsáveis ​​por monitorar a área alvo e obter dados na rede de sensores, além de estabelecer comunicação com outros nós sensores. Capazes de realizar processamento simples de dados.

Nó coletor: também conhecido como nó de estação base, responsável por resumir os dados enviados pelo nó sensor, realizar fusão de dados e outras operações, e finalmente enviar os dados processados ​​para a Internet.

Nó de destino

O nó coletor possui capacidade de processamento, armazenamento e comunicação relativamente alta. Ele atua como gateway, conectando a rede de sensores à rede externa, como a Internet, e realiza a conversão entre os dois protocolos. Publica tarefas de monitoramento a partir dos nós de gerenciamento e encaminha os dados coletados pela WSN para a rede externa. O nó coletor pode funcionar como um nó sensor com funções aprimoradas, possuindo, entre outras vantagens, alimentação de energia suficiente. Todas as informações armazenadas em Flash e SRAM são transmitidas para o computador. Através de um software de montagem, as informações adquiridas podem ser facilmente convertidas para o formato de arquivo assembly, permitindo a análise de informações confidenciais, como o código do programa, o protocolo de roteamento e as chaves armazenadas no nó sensor. Ao mesmo tempo, o código do programa pode ser modificado e carregado no nó sensor.

Nó de gerenciamento

O nó de gerenciamento é usado para gerenciar dinamicamente toda a rede de sensores sem fio: o proprietário da rede de sensores acessa os recursos da rede de sensores sem fio por meio do nó de gerenciamento.

Estrutura topológica de uma rede de sensores sem fio

Três topologias comuns

Topologia em estrela: rede simples e de baixo custo; porém, a cobertura da rede é pequena e, caso o nó coletor falhe, toda a comunicação entre os nós sensores conectados a ele e o centro da rede será interrompida. Quando a estrutura de topologia em estrela é usada para a rede, a bateria tem uma vida útil mais longa.

Topologia em malha: Apresenta as vantagens de alta confiabilidade de rede e ampla cobertura, mas a duração da bateria é curta e o gerenciamento é complexo.

Topologia em árvore: Possui algumas características das topologias em estrela e em malha, o que não só garante uma ampla cobertura de rede, como também evita que a duração da bateria seja muito curta, além de ser mais flexível e eficiente.

Características de uma rede de sensores sem fio

1. Auto-organização; 2. Orientação a dados; 3. Relevância para a aplicação; 4. Dinamismo; 5. Grande escala de rede; 6. Confiabilidade

A rede de sensores sem fio (WSN, na sigla em inglês) é considerada uma das tecnologias mais importantes que impactarão o futuro da humanidade. Essa tecnologia emergente oferece às pessoas uma nova maneira de obter e processar informações. Devido às características da própria WSN, existe uma grande diferença entre ela e a tecnologia de rede tradicional existente, o que impõe muitos novos desafios.

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