Multi-K: Um protocolo de roteamento para redes de sensores sem fio usando árvores de espalhamento parcias

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Data

2007-08-10

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Universidade Federal de Viçosa

Resumo

Este trabalho apresenta uma versão modifcada do protocolo de disseminação de dados Multi, para rede de sensores sem fio (RSSF), chamado Multi-K. Uma RSSF é uma rede formada por um conjunto de dispositivos autônomos distribuídos que usam sensores para monitorar de forma cooperativa as condições físicas ou ambientais. O Multi é um protocolo adaptativo híbrido, comportando-se de maneira reativa quando a freqüência de eventos é baixa ou de maneira pró- ativa quando a freqüência de eventos aumenta. No comportamento pró-ativo, o Multi gera uma árvore de espalhamento para a rede, que deve ser mantida periodicamente. A diferença entre os protocolos Multi e Multi- k é construção da árvore de espalhamento. No primeiro protocolo, a construção da árvore tem alcançabilidade máxima, ou seja, atinge todos os nodos da rede. No segundo, é efetuada a construção parcial com o objetivo de alcançar os nodos com profundidade máxima do nodo fonte. O protocolo Multi-K usa uma abordagem de construir, a partir do nodo sorvedouro, uma árvore de k saltos (hops) até cada nodo fonte (ou gerador de dados). A distância d (em hops) de um nodo fonte até o nodo sink é definida pelo caminho de custo mínimo. Quando dois ou mais nodos estão transmitindo dados, o número de saltos k, para a construção da árvore, é determinado pelo maior valor de d. Desta forma, se a alta frequência de eventos se concentrar em áreas próximas ao nodo sink, haverá um número menor de mensagens de controle para construir e manter a árvore de espalhamento parcial. A modificação proposta foi simulada usando o simulador NS-2 (Network Simulator 2 ) e comparada com a versão original do protocolo Multi. Os cenários de simulação consideraram duas situações distintas. Na primeira, os nodos eram distribuídos uniformemente e os eventos também ocorriam com distribuição uniforme. Nesta situação, os resultados mostraram que a abordagem proposta no Multi-K é escalável, mantém a taxa de entrega de dados e consegue uma pequena redução no consumo de energia quando comparada com o Multi. Na segunda situação, com cenários de simulação com distribuição não- uniforme dos nodos e estes, localizando-se em regiões próximas ao nodo sink, o protocolo Multi-K apresentou uma solução muito interessante, pois obteve uma redução do consumo de enegia bastante significativa em comparação ao protocolo Multi. Este último conjunto de simulações representam aplicações reais no qual os eventos concentram- se em áreas próximas ao nodo sink.
This work presents Multi-K, a modified version of Multi which is a data dissemination protocol for wireless sensor networks. A WSN is a wireless network consisting of spatially distributed autonomous devices using sensors to cooperatively monitor physical or environmental conditions. The Multi protocol is a hybrid adaptive protocol, that can either use a reactive behavior when the frequency of events is low or can use a proactive behavior when the frequency of events is high. In the proactive behavior, Multi generates a spanning tree for the network that must periodically be refreshed. The Multi-K protocol uses an approach of branching, starting from the sink node, a tree of k hops, to each source node (node that is transmitting data). The distance d (hops) from a single source node to the sink node is defined as the shortest path. When two or more nodes are transmitting data, the number of hops k, for building the tree, is determined by the longest value of d. In this way, if the frequency of events were concentrated in the area near the sink node, it would have a lower number of control messages to build and keep the partial spanning tree. The proposed modification was simulated using simulator NS-2 (Network Simulator 2) and the results were compared with those obtained by the original version of the protocol. The simulation scenarios considered two distinct situations. In the first one, the nodes were uniformly distributed and the events also happened with uniform distribution. In this situation, the results showed that the proposed approach in Multi-K is scalable, can keep the data delivery rate and provides a small reduction in the energy consumption when compared Multi. In the second situation, in which the simulation scenarios considered non-uniform distribution of the nodes, and with the nodes concentrated in regions near the sink node, the Multi-K protocol presented a very interesting solution, since it provided a signficant reduction in the energy consumption, in comparison the Multi protocol. This last set of simulation represents real applications where the events are concentrated in areas near to the sink node.

Descrição

Palavras-chave

Redes de computadores, Redes de sensores sem fio, Protocolos de comunicação, Computer networks, Wireless sensor networks, Communication protocol

Citação

GONÇALVES, Rodrigo Trindade. Multi-K: a routing protocol for wireless sensor networks using partial spanning trees. 2007. 69 f. Dissertação (Mestrado em Metodologias e técnicas da Computação; Sistemas de Computação) - Universidade Federal de Viçosa, Viçosa, 2007.

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