Redes Sem Fios e Redes Móveis

Transcrição

1 Aula 05: Arquitetura de um Nó / Nodo Eudisley Anjos Redes Sem Fios e Redes Móveis

2 Quais as caracterís5cas de um nó? 2 Eudisley Anjos - eudisley@ci.ufpb.br

3 Arquitetura do nó Para construir uma RSSF par5mos dos nós Os nós de uma rede devem ser: Baratos Pequenos Eficientes em energia Equipados com sensores suficientes Computação e memória adequadas, etc.

4 E quais os componentes de um nó? 4 Eudisley Anjos - eudisley@ci.ufpb.br

5 Hardware de um nó sensor Requisitos da aplicação Trade- off Reduzindo cada vez mais...

6 Hardware de um nó sensor Componentes de um nó: Controlador Memória Sensores e atuadores Comunicação Fonte de energia Memória Comunicação Controlador Sensores/ Atuadores Fonte de Energia

7 Controladores Centro do nó (CPU) Executa vários programas Diversos 5pos de arquiteturas Controladores de propósito geral

8 Controladores Microcontroladores Programáveis Baixo consumo DSP (Digital Signal Processors) Alto processamento FPGA (Field- Programmable Gate Arrays) Gasto energé5co Complexidade ASIC (Applica9on- Specific Integrated Circuits) Alta performance e baixo consumo Hardware congelado

9 Memória Rápida Necessidade de RAM So`ware em ROM, EEPROM, Flash Energia Orientada a aplicações

10 Comunicação Padrões de redes de sensores (profibus, modbus, etc) Meio de transmissão RF e suas vantagens! Não RF

11 Transceiver Disposi5vo de Comunicação Trasmissor e receptor Conversão de bits em ondas Halfduplex (de)modulação, amplificador, filtro, etc

12 Transceiver - Caracterís5cas Serviços a camada superior Mac (orientado a pacotes ou a bits) Consumo e eficiência energé5ca Energia para transmissão de um bit Estados (sleeping, ac5ve, iddle) Canais de frequência (múl5plos canais) Evitando colisões (protocolos MAC) Estado afeta tempo e energia Sending, receiving, mudança de canal, etc Taxa de dados U5lizado com modulação e codificação para a melhor taxa para WSN

13 Transceiver - Caracterís5cas Modulação Mais de uma modulação normalmente está presente (ASK, FSK, etc) Codificação Seleção de esquemas de codificação para o tranceiver Controle de potência de transmissão A maioria dos transceivers permitem controle dentro das regulações Ganho Razão entre o sinal de saída e de entrada em decibéis Melhor um maior ganho Ruído (Noise Figure) É definido como a razão entre SNR (Signal- to- Noise Ra5o) na saída sobre o SNR na entrada (em decibéis) Sensi5vidade do receiver Mínima potência de sinal para que o receiver prescreva a taxa de erros dos pacotes

14 Transceiver - Caracterís5cas Alcance É considerada na falta total de Interferência e portanto várias caracterís5cas estão envolvidas. Bloqueio de performance Até quanto a potência pode ser alcançada sem interferência (interferência tolerada) Emissão fora da banda Essa emissão deve ser evitada. Potência próxima a frequência do canal Sensi5vidade do canal e rssi Monitorar o canal Estabilidade de frequência Condições ambientais (ex. sol) Faixa de voltagem Uma determinada faixa de operação de voltagem ou u5lização de um circuito estabilizador

15 Transceiver - Estrutura Radio Frequência Front- end Processador Baseband

16 Transceiver - Estados Transmite Antena irradia energia Recebe Módulo de recepção é a5vado Idle Aguardando recebimento (partes ligadas e partes desligadas) Dormindo (Sleep) Partes significantes estão desligadas Diversos 5pos de modo sleep Operações entre estados causa consumo!

17 Aluno Voluntário Outros conceitos de RF Radio Wakeup Spread- spectrum transceivers Comunicação em Banda Ultra- Larga

18 Outras comunicações Wireless Aluno Voluntário Óp5ca Ultrassom Infravermelho A5vidade para um aluno para a próxima aula J

19 Sensores e Atuadores Essenciais em RSSF Vastas possibilidades Categorias de Sensores: Passive Omnidirec5onal (self- powered) Passive Narrow- Beam Ac5ve Na prá5ca várias categorias são u5lizadas (Teoria x Prá5ca) Área de cobertura de sensores Atuadores Similar a sensores Esquecido na teoria Nunca confie em um atuador

20 Fonte de Energia Aspectos principais: armazenar e prover energia Replanejamento de consumo Normalmente u5liza baterias para armazenamento AA- 2.2 a 2.5 Ah a 1.5v Baterias são um poderoso campo de estudo Baterias Tradicionais Material químico Capacidade (J/cm 3 ) x Capacidade sobre carga Self- discharge Recarga eficiente (viciada memory effect) Relaxa5on (mul5plas baterias) Não Tradicionais Combussvel (metanol, hidrogênio, etc) Hidrocarbonos Substâncias radioa5vas CC/CC (DC/DC)

21 MS MS- 03: Wireless Control of an Automated Guided Vehicle MS- 04: Power Saving and Energy Op5misa5on in WSN MS- 05: Measuring and Reducing Noise in WSN Explicar o que é white noise, pink- noise, brown- noise, etc J

22 Perguntas? 22 Eudisley Anjos - eudisley@ci.ufpb.br