Projetos I Resumo de TCC. Luiz Rogério Batista De Pieri Mat:

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1 Projetos I Resumo de TCC Luiz Rogério Batista De Pieri Mat: MAD RSSF: Uma Infra estrutura de Monitoração Integrando Redes de Sensores Ad Hoc e uma Configuração de Cluster Computacional (Denise Janson Ferreira Junho / 2007) O trabalho apresentado por Denise Ferreira orientada por Mário Dantas, traz uma abordagem sobre a integração entre redes de sensores sem fio e agrupamento de computadores, buscando gerar um ambiente de computação de alto desempenho para dar suporte ao grande fluxo de dados e garantir processamento e armazenamnto para o grande volume de informações sobre o ambiente monitorado. Para facilitar o manuseio de ambientes de agregados de computadores a autora apresenta o pacote de software OSCAR (Open Source Cluster Application Resources). As redes de sensores sem fio utilizam se de uma tecnologia de comunicação que vem crescendo e popularizando se a cada dia. As redes sem fio já fazem parte do dia a dia das pessoas seja através de um notebook, ou em ambientes de computação ubíqua, gerando uma interação mais intensa com o usuário sem que o mesmo perceba o quanto está imerso neste contexto. Esta maneira de comunicação sem o uso de cabos entre os dispositivos trás novas facilidades como a mobilidade do usuário e integração de sistemas de forma mais automatizada e transparente. Ao mesmo tempo, estas novas tecnologias trazem novos desafios como: Alcance dos sinais, ruídos, segurança, etc. Para permitir integração e interoperabilidade entre dispositivos, faz se necessário uma padronização das redes sem fio, para tal o IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers) fornece as características técnicas para cada rede. Entre as tecnologias de transmissão de dados sem fio encontramos: Inframermelho; Banda Estreita; Espalhamento de Espectro; Miltiplexação Ortogonal por divisão de freqüência. Quando citados os protocolos de comunicação sem fio, certamente, no

2 momento atual, o mais popular e que está presente em praticamente todo ambiente computacional que faz uso de redes sem fio é o IEEE que atua em faixas de freqüência entre 2.4GHz e 5.0GHz. Pode alcançar algumas dezenas de metros dependendo das condições do ambiente e da potência dos sinais dos equipamentos. Outro protocolo que está se tornando cada vez mais presente é o BlueTooth, que vem sendo encontrado em dispositivos como celulares, PDAs, notebooks e similares. Seu alcance é normalmente na casa dos 10m, dependendo da classe do dispositivo e não tem necessidade de licença de uso. Tem uma baixa taxa de transmissão e é consideravelmente seguro. Outro aspecto que caracteriza as redes sem fio é a maneira como se estabelece a conectividade entres os componentes desta rede. As redes estruturadas possuem um único ponto de acesso ao qual todos os componentes devem se conectar, este por sua vez provê a conexão destes componentes com outras redes. Em uma outra abordagem encontramos as redes sem fio Ad Hoc que não possuem um ponto de acesso específico. Esta configuração de rede permite que todos os nodos da rede se comuniquem entre si diretamente. Esta característica faz com que redes Ad Hoc sejam usadas quando se faz necessário uma rede temporária e para um objetivo muito específico. Abaixo segue uma lista de aspectos que devem ser observados em redes Ad Hoc: Mobilidade dos nodos Limitação da largura de banda; Comunicação Multi Hop onde o trajeto entre dois pontos de comunicação pode passar por vários nodos desta rede; Auto Organização, cada nodo deve conseguir entrar na rede de forma autônoma; Energia normalmente os nodos de uma rede Ad Hoc são dispositivos móveis, sendo assim os protocolos devem zelar pelo baixo consumo de energia das baterias dos dispositivos; Dispersão geográfica dos nodos; Vínculo entre informação e a posição geográfica do nodo O avanço tecnológico e a miniaturização de componentes permitiu o desenvolvimento de dispositivos de pequeno porte com baixo poder de processamento, comunicação e pequeno consumo de energia. O acoplamento de monitores de grandezas a estes pequenos processadores permitiu o surgimento de sensores que podem transmitir suas leituras fazendo uso dos recursos de comunicação existentes nestes componentes. As redes de sensores sem fio possuem nodos que podem monitorar

3 temperatura, som, pressão, umidade, deslocamento ou qualquer outra grandeza física que possa ser medida. Entre os protocolos de comunicação de redes de sensores sem fio estão: IEEE , HomeRF e o BlueTooth. Apesar da pequena capacidade de processamento, em alguns casos é necessário um pequeno processamento da leitura por parte do dispositivo antes de transmitir suas informações, além disso, cada dispositivo muitas vezes vai servir de roteador para os dados gerados por outros dispositivos. Desta forma podemos citar como funções básicas de cada nodo: Sensoriamento; Processamento; Tráfego. As redes de são formadas normalmente por nodos homogêneos, podendo haver alguns de maior capacidade de processamento ou armazenamento e uma base para conectar toda a rede à uma estrutura computacional à quem interessam os dados coletados. Um dos maiores desafios de uma rede de sensores é aumentar o tempo de vida da mesma, reduzindo o consumo de energia de cada nodo. O desafio é demasiado grande visto que as instruções de comunicação consomem aproximadamente 100 vezes mais que as instruções de processamento. Segue abaixo algumas características das redes de sensores sem fio: Limitações de energia, potência de transmissão de dados, memória e poder de processamento; Variação dinâmica da topologia; Alta escalabilidade; Auto organização; Tolerância a falhas em virtude da grande população de nodos; São centadas nos dados, não dependendo da localização dos nodos; Comunicação baseada em broadcast de pequeno alcance e roteamento multihop; Alta densidade e esforço cooperativo entre os nodos; Há protocolos Ad Hoc que já foram propostos para usar nas redes de sensores sem fio, no entanto há ainda algumas característica próprias dos sensores que precisam de atenção especial, entre estas estão: Elevado número de sensores; Densidade de nodos; Tolerância a falhas; Mudança dinâmica de topologia;

4 Comunicação broadcast enquanto Ad Hoc usa ponto a ponto; Limitação de recursos nos nodos; Inexistência de identificadores dos nodos. Como citado no início deste resumo, o objetivo deste trabalho é a integração de redes de sensores sem fio e clusters computacionais, sendo assim, a seguir serão apresentadas informações pertinentes ao segundo item desta integração. Cluster computacionais buscam basicamente utilizar recursos ociosos na rede, aumentar a capacidade de armazenamento e processamento e tornar um sistema tolerante a falhas. A taxonomia Flynn, mais utilizada para classificação de ambientes de hardware, foca o número de instruções executadas em paralelo versus o conjunto de dados para o s quais as informações foram submetidas, suas divisões são: SISD Single Instruction Single Data, realiza uma instrução de cada vez; SIMD Single Instruction Multiple Data, realiza uma instrução de cada vez mas sobre multiplos dados; MISD Multiple Instruction Simple Data, controversa, esta arquitetura se propõe a executar multiplas instruções sobre um fluso de dados único; MIMD Multiple Instruction Multiple Data, a arquitetura mais encontrada em sistemas multicomputados, executa diferentes instruções sobre diferentes fluxos de dados, gerando o paralelismo real de processamento. O objetivo da inclusão de agregados de computadores neste trabalho é permitir a execução de tarefas complexas em paralelo pela rede, melhorando a performance e a disponibilidade de recursos. A autora cita em seu trabalho algumas formas de agregados de computadores, entre elas estão: Sistemas dedicados e sistemas não dedicados. O sistema de imagem única é uma das importantes partes de um agregado. Agregados podem estar configurados de duas formas em especial: configurações dedicadas: computadores estão conectados à rede mas não há uma interoperabilidade dos recursos; configurações dedicadas: utilizam pacotes específicos de softwares responsáveis pelo controle do ambiente. OSCAR (Open Source Cluster Application Resources) é usado no trabalho para implementar o agregado de computadores. O ambiente gerenciado pelo OSCAR normalmente é composto dos seguintes componentes: Servidores; Gateway; Clientes.

5 Redes de sensores sem fio normalmente geram grande quantidade de dados, no entanto estes não podem ser totalmente processados pelos nodos que possuem baixa capacidade de processamento, desta forma, quando considerada uma rede com milhares de nodos, um único computador pode não ser suficiente para processar o grande volume dados sensoriados, pois acabaria sobrecarregando seus recursos de memória e processamento. Entra então o papel dos agregados para efetuar o processamento de forma distribuída dos dados coletados. O trabalho apresentado por Denise permite um controle remoto dos resultados e implementa um sistema que envia alarmes a um dispositivo móvel no caso da leitura de valores fora de uma determinada faixa, isso tudo através de uma rede de sensores e um agregado de computadores. O trabalho pode ser considerado como um sistema de alto desempenho para monitoramento de redes de sensores sem fio com grande quantidade de sensores. Os componentes usados na rede em estudo são: Nodo Sensor Mica2, Placa do sensor MTS300 e placa de programação MIB510. Para a experiência de teste, os sensores foram programados de forma a monitorar a temperatura ambiente, os dados são transferidos à estação base e daí para o mestre do agregado de computadores. Os dados são então tratados e disponibilizados para acesso remoto. O MAD RSSF gera um histórico dos dados coletados para que posteriormente possa ser efetuado um estudo do ambiente. Visto que os dados são disponibilizados em um servidor, estes podem ser acessados remotamente, e caso sejam recebidos valores fora de uma determinada faixa, como já citado, um dispositivo móvel recebe um alerta. A autora apresenta em seu trabalho diagramas de classe e de seqüência para para apoiar a compreensão do sistema. Como resultado, a autora considera que o sistema mostrou se uma boa solução para monitoramento de redes de sensores sem fio e que o uso de dispositivos móveis pode apoiar no quesito de flexibilidade quando da monitoração de um sistema, este segundo não implica que o primeiro precise ser um MAD RSSF, mas a integração das tecnologias mostrou se satisfatória. Referência Ferreira, Denise MAD RSSF: Uma Infra Estrutura de monitoração integrando redes de sensores Ad Hoc e uma configuração de cluster computacional. UFSC junho/2007