HAR: Hierarchy-Based Anycast Routing Protocol for Wireless Sensor Networks (Niwat Thepvilojanapong, Yoshito Tobe, Kaoru Sezaki) Prof. Dr. C

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HAR Hierarchy-Based Anycast Routing Protocol for
Wireless Sensor Networks(Niwat Thepvilojanapong,
Yoshito Tobe, Kaoru Sezaki)Prof. Dr. Célio V.
N. Albuquerque

• Etienne César R. de Oliveira
• Mestrando em Computação
• eoliveira_at_ic.uff.br
• Abril de 2005

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Agenda

• Introdução
• Modelo de Rede Proposto
• HAR Hierarchy-Based Anycast Routing
• Avaliação de Performance
• Conclusão

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Introdução

• Avanços Tecnológicos
• MEMS-based (Micro-Electro-Mechanical Systems)
• Low-Power RF
• Desenho de novos de Sistemas Operacionais
• Aplicações
• Monitoramento de ambientes
• Sistemas de rastreamento
• Detecção de Falhas
• Detecção de Intrusos
• Limitações
• Poder Computacional
• Área de Armazenamento
• Banda de Transmissão
• Gerenciamento de Energia

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Introdução

• Rede de Sensores
• Monitoramento de tarefas específicas
• Envio de dados coletados de forma periódica ou
  espontânea
• Reconstrução de rotas em caso de falhas
  individuais ou coletivas de sensores
• Proposta do HAR
• Simplicidade
• Escalabilidade
• Robustez

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Agenda

• Introdução
• Modelo de Rede Proposto
• HAR Hierarchy-Based Anycast Routing
• Avaliação de Performance
• Conclusão

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Modelo de Rede Proposto

• Estações Base
• Quantidade reduzida
• Recursos ilimitados
• Sensores
• Quantidade significativa
• Recursos limitados
• Antenas omni-direcionais
• Transmissão por RF
• Fixos
• Anycast
• Protocolo Multipoint-to-point
• N ? conjunto de sensores
• BS ? conjunto de estações base
• (s, d), s ? N e d ? BS

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Agenda

• Introdução
• Modelo de Rede Proposto
• HAR Hierarchy-Based Anycast Routing
• Avaliação de Performance
• Conclusão

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HAR Hierarchy-Based Anycast Routing

• Utilização de árvores hierárquicas
• Raiz estação base
• Nós internos / Folhas sensores
• Formato do pacote
• Type
• IDsrc
• IDdst
• IDgrp
• Sequence
• Length
• Data

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Árvores Hierárquicas Inserção de Nós
1) Construção da Árvore Hieráquica

• BS envia CREQ

• Sensor recebe CREQ

• Sensor cria a PC

S6

• Sensor aguarda Tcreq

• Sensor envia CREP

• Sensor aguarda Tcacp

S1

• BS envia CACP

• Sensor inserido

2) Sensor envia CREQ
S5
BS
S7
S2
S4
S3
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Árvores Hierárquicas Inserção de Nós

• Recebimento de CREQs (child request)
• Construção da PC (parental candidate)
• Seleção do nó pai
• Menor crq_time (tempo de recebimento do CREQ pelo
  nó pai)
• Menor joined_time (tempo de recebimento de um
  pacote CACP pelo nó pai)
• Envio de CREP (child reply) para o nó pai eleito
• Aguarda CACP (child acceptance)
• Time-out (tempo de espera gt Tcapt)
• Retransmissão do CREQ (até 2 vezes)
• Seleciona outro nó pai
• Nó filho inserido
• Envio de CREQ

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Árvores Hierárquicas Inserção de Nós
1) Rede em funcionamento

• Sensores S1 e S2 enviando pacotes

2) Novo sensor ligado

• Sensor envia PREQ

• Sensor aguarda Tcreq

• Sensor recebe CREQ

S1

• Sensor cria a PC

• Sensor envia CREP para S5

S6

• Sensor aguarda Tcacp

• S5 envia CACP para sensor

• Sensor inserido

S2
3) Sensor envia CREQ
S5
S5S6
S5
S7
S3
S4
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Árvores Hierárquicas Inserção de Nós

• Envio de PREQs (parent request) em broadcast
• Recebimento de CREQ enviados em unicast
• Construção da PC (parental candidate)
• Seleção do nó pai
• Menor crq_time (tempo de recebimento do CREQ pelo
  nó pai)
• Menor joined_time (tempo de recebimento de um
  pacote CACP pelo nó pai)
• Envio de CREP (child reply) para o nó pai eleito
• Aguarda CACP (child acceptance)
• Time-out (tempo de espera gt Tcapt)
• Nó filho inserido
• Sem resposta
• Aguarda pacote CREQ
• Envio periódíco de PREQ

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Tratamento de Falhas

• On-demand
• Acknowledgement do protocolo MAC
• Seleção de candidatos a partir da tabela PC
• Envio de CREQ
• Recebimento de CACP
• Tabela PC vazia ou sem resposta ao CREQ
• Envio de PREQ
• Prevenção de loop (descarte pelos nós filhos e
  netos)
• Recebimento de CREQ
• Envio CREP
• Recebimento de CACP
• Tabela PC vazia e sem resposta ao CREQ e ao PREQ
• Envio de PQRY aos filhos
• Resposta de PREP
• Selecão aleatória de um candidado a nó pai
• Envio de REV em unicast
• Filho seleciona um novo nó pai
• Filhos sem candidatos ou sem resposta PREP
• Envio de REV a um nó de forma aleatória

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Roteamento Anycast e Mudança de Estados

• Anycast
• Envio de um pacote para um receptor dentro de um
  grupo
• Mudança de Estados

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Agenda

• Introdução
• Modelo de Rede Proposto
• HAR Hierarchy-Based Anycast Routing
• Avaliação de Performance
• Conclusão

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Avaliação de Performance

• Metodologia
• 50, 70 e 100 sensores fixos
• Área de 250 m2
• Capacidade de TX/RX de 19200 bps
• Tráfego CBR associado ao UDP
• 128 bps (0,25 pps)
• 256 bps (0,5 pps)
• 512 bps (1 pps)
• 1024 bps (2 pps)
• Tcreq0,1s e Tcapt0,3s

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Avaliação de Performance

• Taxa de Envio de Pacotes (PDR)

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Avaliação de Performance

• Latência Média

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Avaliação de Performance

• Quantidade de Saltos

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Agenda

• Introdução
• Modelo de Rede Proposto
• HAR Hierarchy-Based Anycast Routing
• Avaliação de Performance
• Conclusão

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Conclusão

• Performance superior
• Taxa de Envio de Pacotes (PDR)
• Latência Média
• Quantidade de Saltos
• Escalabilidade
• Redes maiores
• Maior quantidade de sensores
• Maior área
• Redes dinâmicas
• Quantidade de estações base
• Consumo de energia
• Confiabilidade
• Implementação em um ambiente real

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Conclusão

• Questões
• Periodicidade de envio de CREQs pela BS
• Determinação do Tcreq dos sensores