Introdução a computação móvel. Middlewares para Rede de Sensores sem Fio. Uma avaliação na ótica de Adaptação ao Contexto

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1 Introdução a computação móvel Monografia: Middlewares para Rede de Sensores sem Fio Uma avaliação na ótica de Adaptação ao Contexto Adriano Branco

2 Agenda Objetivo do trabalho O que é uma WSN Middlewares para WSN Critérios de avaliação Middleware SINA Middleware Impala Middleware MiLAN Resumo e Conclusão

3 Objetivo do Trabalho Avaliar diferentes tipos de middlewares para rede de sensores sem fio. Foco nos critérios relacionados a ciência de contexto

4 O que é uma WSN? Uma rede de sensores é um grupo de pequenos sistemas autônomos denominados de Nós Sensores (sensor nodes), estes nós cooperam para resolver pelo menos um problema comum. Geralmente suas funções incluem algum tipo de percepção de parâmetros físicos.

5 Definição WSN Um Nó Sensor sem Fio (WSN - Wireless Sensor Network) é um sistema que tem capacidade de: comunicação, computação, sensoriamento e armazenagem.

6 Definição WSN Esses nós miniaturizados operam em restrições severas em termos de recursos disponíveis, como: energia da bateria, memória de programa, largura de banda disponível e poder de processamento.

7 Componentes de um Nó Sensor

8 A rede de nós... Centenas de milhares destes nós sensores são implantados numa larga variedade de aplicações, que vão desde campos vulcânicos até monitoramento ambiental. Esses nós sensores podem se comunicar uns com os outros numa rede ad-hoc usando caminhos de comunicação multi-hop, assim formando uma rede de sensores (WSN) Devido à natureza inacessível desses nós sensores, essas redes devem ser simultaneamente autônomas e de longa duração. Os nós sensores precisam sobreviver às duras condições ambientais e conservar o máximo de energia possível.

9 Sistema Operacional Embora os serviços sejam semelhantes aos serviços dos sistemas operacionais tradicionais, a realização destes serviços em WSN é um problema não-trivial, devido às limitações das capacidades de recursos.

10 Middleware - Complexidade Para o mundo de WSN, além da complexidade de ser um sistema distribuído, teremos algumas complexidades adicionais, como: limitação de recursos, manutenção da topologia da rede e suporte para controle dos diversos sensores.

11 Middleware - Características Características básicas encontradas nos trabalhos: Controle da Topologia Ciência do contexto Adaptação aos recursos Integração da Aplicação Centralização dos dados Suporte para aplicações de tempo real

12 Critérios de avaliação Dividimos os critérios em 2 grupos: Critérios para Ciência de Contexto Critérios para Adaptação aos recursos

13 Critérios para Ciência de Contexto Contexto do nó Recursos - Energia, Alcance do Rádio, Memória, etc... Informações da Aplicação Contexto do grupo/rede Recursos - Distribuição da Energia, Sinal Rádio, Densidade do grupo, etc... Conectividade entre nós Informações consolidadas da Aplicação

14 Critérios para Adaptação aos recursos Topologia dinâmica Suporte para centralização de dados Mecanismos especializados Capacidade de informar a aplicação

15 Avaliação - Middlewares Selecionamos 3 middlewares com diferentes abordagens: SINA (Database approach) Impala (Modular approach) MiLAN (Application-driven approach)

16 SINA Em SINA, uma rede de sensores é conceitualmente vista como uma coleção de datasheets, cada datasheets contém uma coleção de atributos de cada nó sensor. Esse sistema funciona como fosse uma base de dados que pode ser consultada por meio de linguagens SQTL e SQL-like.

17 Avaliação SINA

18 Impala Impala é uma arquitetura de middleware que permite que a aplicação de WSN seja modular, adaptável e de fácil reparo. Adota um modelo de programação modular baseado em eventos e fornecendo uma interface de programação amigável. Usa uma leve camada de sistema para realizar a adaptação dinâmica de aplicativos baseados em parâmetros e em falhas do dispositivo, e atualizações automáticas de aplicação.

19 Avaliação Impala

20 MiLAN Middleware Linking Applications and Networks MiLAN recebe uma descrição dos requisitos da aplicação, monitora as condições da rede e otimiza as configurações do sensor e da rede para maximizar a vida útil do aplicativo. Para alcançar esses objetivos, as aplicações especificam os seus requisitos através de grafos especializados. Nesses grafos é possível determinar quais sensores ou conjunto de sensores pode fornecer o nível de QoS para cada variável.

21 Avaliação MiLAN

22 Avaliação - Resumo

23 Avaliação - Resumo Identificamos que MiLAN suporta todos os critérios pois, dentro de uma abordagem orientada a aplicação, carrega características de integrar a aplicação e a rede através de variáveis e de seus QoSs, permitindo facilmente aplicar o conceito de ciência de contexto. Impala, com sua abordagem modular, consegue suportar de alguma forma a maioria das características, ficando devendo um pouco no suporte a grupos e a capacidade de informar a aplicação. SINA, com sua abordagem de banco de dados, consegue uma bom suporte para agregação de dados e inclui alguns mecanismos especializados, por outro lado, fica devendo no suporte diretamente associado à ciência de contexto.

24 Conclusão Nesta avaliação podemos identificar, que de alguma, forma os middlewares suportam um mínimo de ciência de contexto, normalmente para economia de energia e ajuste de topologia da rede. Também identificamos outras capacidades de ciência de contexto que naturalmente facilitam o trabalho original e justificam uma reavaliação dos modelos existentes para incluir formalmente o conceito amplo de ciência de contexto. A aplicação dessa visão mais abrangente pode gerar diversas facilidades nos modelos de programação em WSN.

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