Rede de sensores sem fio

Rede de Sensores Sem Fio: Introdução

Graças às inovações tecnológicas nos ramos da comunicação sem fio, da eletrônica digital e dos sistemas micro-eletro-mecânicos, o mundo vem assistindo a uma revolução no sensoriamento remoto. Muitos estudos foram e estão sendo concentrados para o desenvolvimento de redes de sensores sem fio. A ilha de Great Duck, no Maine, EUA, por exemplo, é um grande laboratório pioneiro nesse ramo, fazendo parte de um projeto suportado pela Intel.

Mas, afinal, o que são redes de sensores 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 predeterminadas 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.

Sendo assim, essas posições devem ser tratadas pelos protocolos de comunicação e gerenciamento da rede, tornando esses protocolos um campo vasto para pesquisa. 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. Este próximo nó deve se encarregar de passar os dados para o próximo nó, e assim por diante. A ideia é tirar proveito de dispositivos tão pequenos e (espera-se) baratos que possam ser usados em larga escala. Temos na imagem abaixo um exemplo de o quão pequenos são esses sensores, praticamente do tamanho de uma moeda.

Figura 1: Comparação do tamanho de um sensor

Os sensores realizam, além do sensoriamento, processamento de dados e comunicação entre componentes. As RSSF apresentam melhorias em relação aos sensores tradicionais, que apresentam os seguintes problemas:

• Os sensores podem ser posicionados longe do evento a ser monitorado, levando a sensores grandes e complexos.

• Muitos sensores são colocados próximos ao evento a ser monitorado, apenas enviando os valores para uma central de processamento, o que exige um estudo bastante cuidadoso da topologia de comunicação e métodos próprios para cada aplicação devem ser desenvolvidos.

Algumas funções típicas de nós-sensores:

• Determinar o valor de algum parâmetro em um determinado local;

• Detectar eventos e estimar valores parâmetros em função do evento detectado;

• Classificar um objeto detectado;

• Rastrear um objeto.

As RSSF levam óbvias vantagens sobre as redes com fio, pois eliminam altos custos com cabeamento e podem ser implantadas em locais de difícil acesso, podendo, como já dito, ser implantadas através de um helicóptero, talvez, sobre a área a ser analisada. A Ember Corp, de Boston, é uma das empresas pioneiras desse ramo. A evolução desta tecnologia vem sendo impulsionada pela procura, cada vez maior, por parte de grandes empresas do ramo industrial.

O setor varejista, por exemplo, tem feito uso desta tecnologia com a conhecida “etiqueta de identificação de rádio frequência”, a “etiqueta inteligente” (RFID), que seria uma substituição da tecnologia de códigos de barra. Cada mercadoria com RFID identifica-se a si própria, formando um diretório atualizado do estabelecimento, que deve possuir um leitor de rádio. Uma etiqueta tem preço aproximado de US$ 0,20, com tendência de queda nos próximos anos, podendo chegar a menos da metade do preço atual. Sensores mais sofisticados, que criam sua própria rede e realizam processamento de sinais custam em torno de US$ 50.

Muitas grandes corporações já utilizam, ou testam o RFID, como por exemplo: Benetton, Prada, Procter & Gamble, Gillete, Unilever e Wal-Mart. Traduzindo, muito dinheiro deve ser injetado nas pesquisas nesse campo. O Banco Central Europeu pensa em utilizar o RFID em notas de dinheiro. A York International, gigante do segmento de sistemas de ventilação, pretende instalar vários nós-sensores nos condicionadores de ar vendidos a seus clientes, facilitando a monitoração das temperaturas, que deverão ser enviadas aos escritórios da York, aliviando o trabalho dos técnicos e aumentando a produtividade. A Intel já experimenta sistemas baseados nesses sensores em centros de saúde para ajudar pacientes com problemas de lapsos de memória, lembrando-lhes a hora de comer ou de beber água.

Na Universidade da Califórnia, em Berkley, está sendo desenvolvido, com o apoio da Intel, um sistema operacional em código aberto, chamado de TinyOs, que exige pouca memória (cerca de 8 Kb), importante para sensores, que devem ser os menores possível. O TinyOs já é utilizado pela empresa Crossbow, para rastreamento de peças de carro.

Uma rede de sensores e constituída por um grande numero de nos, utilizados sob demanda em uma área de interesse. Cada no possui um ou mais sensores, além da capacidade de processamento, armazenamento e comunicação.

As redes de sensores sem fio tem despertado o interesse da comunidade cientifica devido a sua aplicabilidade que abrange diversas áreas, tais como militar, ambiental, medica e industrial. Essas redes diferem de redes tradicionais em vários aspectos. Algumas características são: composta por um grande numero de nos sensores; os sensores possuem altas limitações de energia, baixa capacidade de processamento e memoria. Além disso, algumas aplicações de RSSF requerem características de auto-organização, podendo se ajustar de forma autônoma as possíveis mudanças estruturais devido a intervenções externas, tais como alterações da topologia causadas por falhas, inclusão de nos ou por uma solicitação feita por uma entidade externa (usuário).

O objetivo de uma RSSF e coletar dados de uma região sensoriada e permitir a extração destes por uma entidade externa através do no sink.

O principal requisito da rede, que afeta todas as fases de seu ciclo de vida e independe da aplicação, e o consumo de energia. A comunicação em RSSF consome mais energia do que o processamento