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Redes de Sensores Sem Fio (RSSF) |
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Autora: Thienne M. Johnson
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O que são
sensores?
Sensores são dispositivos que
recebem e respondem à sinais ou estímulos [1]. Eles podem ser usados para medir
quantidades físicas, como temperatura e pressão, e converter os dados obtidos
em sinais eletrônicos [2]. A Figura 1 mostra alguns tipos de sensores.
Figura 1: Exemplos de Sensores
Seu uso hoje em dia está difundido por diversos setores.
Eles podem ser usados em aplicações industriais (têxtil, espacial), na agicultura
(informações clima local), na segurança (detecção de intrusão, aeroportos,
automóveis), etc.
Neste artigo veremos como os sensores se comunicam com as
centrais de controle e monitoração.
Uso de
sensores em rede
Enquanto o ato de gerar dados pelo sensor é razoavelmente
bem compreendido, transmitir dados de um sensor para um sistema da monitoração
é um desafio, devido ao alto custo e à complexidade de redes de
comunicações. Os sistemas cabeados
funcionam basicamente assim: sensores ligados via cabos até centrais de coleta
de dados (datalogs), e esses dados
são acessados por uma central de controle.
Dependendo da distância entre os datalogs
e o centro de controle, o cabeamento entre eles se torna impraticável, e os
dados chegam a ser coletados localmente semanalmente ou em intervalos de tempos
maiores.
Em relação às redes sem fio, a falta de padrões da
indústria complicou o processo da integração de sensores, atrasando a
distribuição em grande escala. Assim, enquanto os sensores continuam a ganhar
inteligência, eles permanecem incapazes de comunicar seus dados aos sistemas
remotos. A maioria de sensores são ligados por fio aos sistemas de monitoração
e controle, devido, em parte, à falta de soluções sem fio apropriadas e
confiáveis de confiança.
Os padrões wireless,
including o Wi-Fi, Bluetooth, e ZigBee, emergiram para fornecer maior
flexibilidade do que os sistemas cabeados e para reduzir o risco de integrar
comunicações wireless
proprietárias. Com o Wi-Fi e o Bluetooth
produzindo milhões das unidades anualmente, os custos caíram dramaticamente. A
tecnologia ZigBee, o primeiro padrão wireless projetado especificamente para a
monitoração remota e controle, pode melhorar significativamente o alcance e a
confiabilidade de redes de sensores sem fio.
Existem ainda os protocolos de comunicações das redes
cabeadas, como o ModBus, LonTalk,
ou DeviceNet, que fazem um
bom trabalho integrando os sensores aos seus ambientes e fornecem altos níveis
de confiabilidade e da segurança. As redes cabeadas são apropriadas sempre que
os dados forem tempo-críticos ou missão-críticos.
Uso de
comunicação sem fio
Uma rede de
sensores sem fio (RSSF) pode ser caracterizada pelo uso de uma quantidade
grande de nós-sensores com a capacidade de se comunicar. Esses nós podem ser
colocados dentro do fenômeno a ser analisado ou próximo a ele, diferentemente
das redes de sensores tradicionais. As posições de cada nó não são
pré-determinadas ou pré-calculadas, são aleatórias, visto que a implantação de
redes de sensores em locais de difícil acesso pode ocorrer pelo uso de
helicóptero, apenas "soltando" os nós sobre a região a ser analisada.
A comunicação entre estes nós é feita através de uma rede ad-hoc sem fio, um nó transmitindo a
outro nó próximo os valores do sensoriamento (Figura 2). Este próximo nó deve
se encarregar de passar os dados para o próximo nó, e assim por diante. A idéia
é tirar proveito de dispositivos tão pequenos e (espera-se) baratos que possam
ser usados em larga escala [3].
Figura 2: Exemplo de uma Rede de
Sensores Sem Fio
As RSSF têm características que as diferem bastante das
redes mais comuns. Uma característica das RSSF é que são centradas em dados,
diferente das redes tradicionais centradas em endereço. Assim, um nó difunde
(ou pede) informações baseadas em atributos. Além disso, os nós-sensores devem
atender a requisitos específicos da aplicação, muito comumente os nós focam-se
em apenas um atributo, ou um pequeno conjunto de atributos, necessitando então
de processamento no interior da rede. As restrições impostas à rede de sensores
sem fio implicam em uma série de requisitos para os protocolos de comunicação
nunca antes encontrados em tal escala.Como conseqüência de suas
características, os protocolos de comunicação e gerenciamento da rede devem ter
capacidades de auto-organização.
As tecnologias de
comunicação sem fio a ser usada pode ser escolhida entre várias opções, como GPRS,
Wi-Fi, Bluetooth, e ZigBee. A tabela abaixo mostra um comparativo das tecnologias
[4].
Tabela 1: Comparativo das
tecnologias
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Select the Best Wireless Standard for Your Application |
||||
|
|
ZigBee |
Bluetooth |
Wi-Fi |
GPRS/GSM |
|
System resource |
4-32 KB
|
250 KB+
|
1 MB ± |
16 MB+ |
|
Battery life (days) |
100-1,000+
|
1-7 |
0.1-5 |
1-7 |
|
Nodes per network |
255/65,000+
|
7 |
30 |
1-1000 |
|
Bandwidth (KBps) |
20-250 |
720 |
11,000+
|
64-128 |
|
Range (meters) |
1-75+ |
1-10+ |
1-100 |
1000+ |
|
Application
Focus |
Monitoring
and control |
Cable
replacement |
Web,
email, and video |
Wireless
voice and data |
|
Success
Metrics |
Reliable, secure networking |
Low incremental cost |
High data throughput |
Broad geographic coverage |
Em próximos artigos, iremos
analisar como os nós de uma RSSF se comunicam.
Referências
[1]
Glossário. www.ukhealthcare.uky.edu/patient/glossary/glossary-s.htm
[2]
Glossário fpmicro.com/resources/glossary.htm
[3] Redes de
Sensores sem Fio. Escola
Politécnica, Departamento de Engenharia Eletrônica e de Computação.
[4] Standards-Based Wireless Networking Alternatives
(*) Thienne M. Johnson,
(thienne@ieee.org) é professora e pesquisadora da
área de Redes de Computadores. Graduou-se em Tecnologia de Processamento de
Dados (UNAMA). Possui Mestrado (UFSCar) e Doutorado (UFPE) em Ciência da
Computação. Realiza pesquisas em Redes Sem Fio e Avaliação de Desempenho na
Universidade da Amazônia (UNAMA). Ministra aulas de Avaliação de Desempenho de
Sistemas Computacionais, Tópicos Especiais em Informática e Projeto Integrado
de Computação. É coordenadora do projeto INFOCLIMA, de estudo de redes sem fio e
redes de sensores. É tutora do PET Computação e coordenadora do curso de
Especialização em Desenvolvimento de Sistemas Baseados em Software Livre.
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