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Defesa de tese - PPGC

“Cooperative Context-Aware Setup and Performance of Surveillance Missions Using Static and Mobile Wireless Sensor Networks”
Quando 14/12/2011
das 08:00 até 11:00
Onde Auditório José Mauro Volkmer de Castilho - Prédio 43424 - Instituto de Informática
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PROGRAMA DE POS-GRADUAÇÃO EM COMPUTAÇÃO

Aluno: Edison Pignaton de Freitas

Orientador: Professor Carlos Eduardo Pereira

Coorientador: Professor Flávio Rech Wagner

Coorientador: Professor Tony Larsson (Universidade de Halmstad - Suécia)

Linha de Pesquisa: Sistemas Embarcados

 

Banca Examinadora:

Professor Antonio Alfredo Ferreira Loureiro (UFMG)

Professor Cláudio Fernando Resin Geyer (UFRGS)

Professora Linnyer Beatrys Ruiz Aylon (UEM)

Presidente da Banca: Professor Carlos Eduardo Pereira

 

Resumo: Sistemas de vigilância são geralmente empregados no monitoramento de áreas de grandes dimensões nas quais seus usuários visam detectar ou observar fenômonos se seu interesse. O uso de redes de sensores sem fio nesses sistemas apresenta especial interesse, uma vez que essas redes podem apresentar soluções de baixo custo e robustas para cobrir áreas extensas. Dentro deste contexto, novas aplicações tem surgido com a proposta de uso de redes de sensores sem fio compostas por nós sensores estáticos e móveis. Uma das motivações para esta tendência é a diminuição do custo de implantação e operação do sistema, além da possibilidade de proporcionar incremento em suas funcionalidades. O uso de ambos sensores estáticos e móveis pode reduzir o custo total de sistemas de vigilância através da cooperação entre sensores estáticos simples e de baixo custo com sensores móveis mais sofisticados. Redes de sensores móveis são especialmente aplicáveis em cenários nos quais o deslocamento de sensores é necessário, ou existe alguma restrição específica ao uso de sensores estáticos, como sigilo ou camuflagem. Independente da motivação, sistemas que utilizam diferentes combinações de sensores estáticos e móveis têm aparecido e com eles, diversos desafios para a sua interoperabilidade. Isto é particularmente importante em sistemas de vigilância.

O foco desta tese se concentra na proposta de soluções para redes de sensores sem fio com uso cooperativo de sensores estáticos e móveis, com particular atenção a sensibilidade ao contexto na configuração e execução de missões de sensoriamento. Ortogonalmente aos problemas de configuração e execução de missões, o objetivo deste trabalho é manter um baixo custo de comunicação associado as soluções propostas. Esta preocupação se dá pelo fato de que comunicação é o maior consumidor de energia em redes de sensores, o que é um problema especialmente importante no caso de nós sensores com limitada fonte de energia, i.e. alimentados por baterias. No caso de nós sensores móveis, esta limitação relativa ao uso de energia pode não ser relevante, uma vez que seu movimento deve consumir uma quantidade muito mais expressiva de energia do que a comunicação. Para este tipo de nó sensor, o problema em relação à comunicação está relacionado a estabilidade dos enlaces de comunicação, bem como ao curto intervalo de tempo disponível para transmitir e receber dados. Logo, o melhor é comunicar o menos possível. Considerando-se a interação entre nós sensores estáticos e móveis, todas estas restrições relativas a comunicação devem ser observadas.

Com relação à interação entre nós sensores estáticos, os problemas de disseminação e alocação de missões de sensoriamento são estudados e uma solução que explora o uso de informações locais é proposta e avaliada. Esta solução emprega agentes de software móveis que têm a capacidade de tomar decisões autônomas sobre a disseminação e alocação para atender os requisitos das missões através do uso de informações de contexto local. Para redes de sensores móveis, o problema estudado se refere a como transferir missões entre os nós sensores de acordo com seu movimento. Este problema assume que cada missão deve ser executada em uma determinada área de interesse, e que os nós sensores se movem de acordo com diferentes padrões de movimento passando por estas áreas. Assume-se também que os nós sensores não têm compromisso em permanecer ou se mover para uma área específica devido a missão que transportam. Para tratar este problema, uma abordagem baseada em agentes móveis é proposta, na qual os agentes implementam a migração das missões de sensoriamento de um nó para outro usando informações de contexto geográfico para decidir a respeito de suas migrações. Para redes de sensores que combinam o uso de sensores estáticos e móveis, a cooperação entre eles é abordada através de um mecanismo com inspiração biológica para realizar a realizar a entrega de dados emitidos pelos sensores estáticos aos sensores móveis. O mecanismo explora uma analogia baseada no comportamento de formigas na construção e seguimento de trilhas para realizar a entrega de mensagens, inspirado no algoritmo de colônia de formigas. Esta abordagem é usada para se transmitir mensagens nas quais nós estáticos requerem a presença de nós sensor móveis mais sofisticados em determinadas regiões para que a missão de monitoramento seja cumprida.

As soluções propostas são flexíveis, sendo aplicáveis à diferentes domínios de aplicação, e menos complexas do que outras abordagens existentes. Primando pela simplicidade, elas nao demandam grande esforço computacional, nem grande espaço de memória para armazenamento de dados. Resultados experimentais evidenciam sua escalabilidade, avaliando por exemplo seu custo em termos de comunicação, alem de outras métricas de interesse para cada uma das soluções. Estes resultados são comparados aos atingidos por soluções de referência (solução ótima e baseada em inundação), indicando sua eficiência. Estes resultados são relativamente próximos do ótimo e significativamente melhores que aqueles atingidos por soluções baseadas em técnicas de inundação.

 

Palavras-Chave: Sistemas de vigilância; Redes de sensores sem fio; Sensores cooperativos; Sensores móveis; Networking biologicamente baseado; Sensibilidade ao contexto.

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