Energy-Efficient Communication Protocol for Wireless Microsensor Networks (LEACH) - PowerPoint PPT Presentation

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Energy-Efficient Communication Protocol for Wireless Microsensor Networks (LEACH)

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Energy-Efficient Communication Protocol for Wireless Microsensor Networks (LEACH) Wendi Heinzelman, Anantha Chandraskasan e Hari Balakrishnan Massachucets Institute ... – PowerPoint PPT presentation

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Title: Energy-Efficient Communication Protocol for Wireless Microsensor Networks (LEACH)


1
Energy-Efficient Communication Protocol for
Wireless Microsensor Networks(LEACH)
  • Wendi Heinzelman, Anantha Chandraskasan e Hari
    Balakrishnan
  • Massachucets Institute of Technology

Apresentado por Sávio Cavalcanti
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Sumário
  • Objetivo
  • Introdução
  • Modelo do Rádio
  • Análise de protocolos
  • LEACH
  • Conclusão
  • Comentários

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Objetivo do Artigo
  • Protocolo de Comunicação
  • Redes de Sensores
  • Micro-sensores.
  • Analisar protocolos existentes
  • Eficiente em energia
  • Impacto dissipação de energia e
  • Tempo de vida do sistema.
  • Propor protocolo adequado

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Introdução
  • Tecnologia baseada MEMS
  • Micro-sensores
  • Mais baratos
  • Maior quantidade
  • Qualidade de sensoriamento e
  • Tolerância à falhas.
  • Necessidades
  • Projetos de Protocolos
  • Melhor consumo de energia e
  • Melhor utilização da banda passante.

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Modelo de Rádio
Transmissão de uma mensagem com k bits a uma
distância d ETx (k,d) ETx-elec (k) ETx-amp
(k,d) Eelec k ?amp k d2 Recepção
desta mesma mensagem ERx (k) ERx-elec (k)
Eelec k
ETx-elec Energia dissipada/bit no
Transmissor ERx-elec Energia dissipada/bit no
Receptor ?amp Energia dissipada/bit para
amplificar
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Pressuposições
  • Estação base é fixa e está longe dos nós
  • Os nós são limitados em energia e homogêneos
  • Todos os nós conseguem se comunicar com a estação
    base em um salto e
  • Nós podem se comunicar entre si e com a estação
    base.

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Análise de protocolos
  • Comunicação direta com a base
  • Sensor manda diretamente para a base
  • Base distante
  • Grande perda de energia para transmitir
  • Morte rápida e
  • Tempo de vida do sistema curto.
  • Base próxima
  • Apenas uma recepção e
  • Boa solução (possivelmente ótima)

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Análise de protocolos (2)
  • Comunicação Múltiplos Saltos
  • Minimum Energy routing protocol (MTE)
  • Comunicação com a base através de nós
    intermediários
  • Roteadores e
  • n recepções e n transmissões.
  • Pode ser mais oneroso que comunicação direta.

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Resultado da Simulação
  • Após 180 rodadas
  • 100 nós
  • Mensagens com 2000 bits e
  • Nós vivos círculos e Nós Mortos pontos.

MTE
Comunicação Direta
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Análise de protocolos (3)
  • Ambos possuem vantagens e desvantagens
  • Protocolo mais eficiente
  • Depende da arquitetura de rede e
  • Dos parâmetros de rádio do sistema.

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Análise de protocolos (4)
  • Protocolo de grupo (clustering) como solução
  • Nós organizados em grupos
  • Um líder por grupo (estação base local)
  • Nós do grupo conversam apenas com o líder e
  • Somente o líder do grupo conversa com estação
    base.
  • Reduz consideravelmente o gasto de energia e
  • Problema Nó líder é fixo.

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LEACH Low-Energy Adaptive Clustering Hierarchy
  • Protocolo de grupo (clustering protocol)
  • Auto-Organizável
  • Trabalha com rodadas
  • Distribui o consumo de energia aleatoriamente.
  • Mestre do grupo não é fixo
  • Eleição
  • Nós se comunicam com o mestre do grupo (cluster
    head)
  • Nó mestre do grupo se comunica com a base fixa.
  • Nós organizam os grupos
  • Grupos dinâmicos.

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LEACH (2)
  • Tempo t1 d
  • Novo grupo C de nós se elegem Mestre de Grupo.
  • Tempo t1
  • C nós se elegem Mestre de Grupo.

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LEACH (3)
  • Número ótimo de mestres de grupo
  • Varia de acordo com topologia
  • Custo de computação x comunicação e
  • Percentual da quantidade de nós da rede.

5 dos nós
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LEACH - Detalhamento
  • Quatro fases
  • Anúncio
  • Criação do grupo
  • Criação do escalonamento e
  • Transmissão dos dados.

Fase Transiente
Fase Estacionária
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LEACH Detalhamento (2)
  • Anúncio
  • Eleição do Mestre (Cluster Head)
  • Decisão de cada nó
  • Escolhe um número aleatório (x) entre 0 e 1
  • Se x lt T(n) (Threshold) gt Nó Mestre do Grupo.

P
, se n ? G
Grupo de Nós que não foram Mestre de Grupo nas
1/P rodadas.
1 P (r mod 1/P)
T(n)
0 , caso contrário
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LEACH Detalhamento (3)
  • Anúncio
  • Cada nó eleito Mestre de Grupo
  • Envia esta informação a todos os nós não eleitos
  • Nó não eleito
  • Mantém seus receptores ligados
  • Ao receber o anúncio dos líderes definem qual
    grupo vão participar
  • Potência do sinal recebido.
  • Término da fase.

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LEACH Detalhamento (4)
  • Fase de Criação do Grupo
  • Cada nó não eleito Mestre de Grupo
  • Envia informação a Mestre de Grupo escohido sobre
    sua participação no seu grupo.
  • Fase de Criação do Escalonamento
  • Mestre do Grupo
  • Recebe informação dos participantes do seu grupo
    e
  • Cria escalonamento de comunicação entre os
    participantes - TDMA.

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LEACH Detalhamento (5)
  • Fase de Transmissão dos Dados
  • Nós mestres recebem os dados de todos os
    participantes do grupo
  • Comprimem os dados e
  • Encaminham à Estação Base.
  • Grupos Hierárquicos.

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Simulação - Resultados
  • Matlab
  • Total de Mestre de Grupo 5 do total de nós

Total de energia dissipada
Tempo de vida do sistema
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Conclusão
  • Mais eficiente em consumo de energia global
  • Totalmente distribuído
  • Sem necessidade de um controle centralizado.
  • Redução do consumo
  • Entre 7x e 8x se comparado com Comunicação
    Direta.
  • Entre 4x e 8x se comparado com MTE.
  • Mais que o dobro do tempo de vida do sistema
  • Comparado com outros protocolos

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Comentários
  • Necessidade de sincronismo entre os nós
  • Número maior do valor ótimo de nós eleitos e
  • Segurança
  • Buraco Negro
  • Seleção de líder malicioso
  • Modelos de confiança.
  • Invasão de sensores maliciosos
  • Contagem de nós
  • Fase de Iniciação do grupo.
  • Sybil
  • Métodos de autenticação.
  • Etc.

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Energy-Efficient Communication Protocol for
Wireless Microsensor Networks(LEACH)
  • Dúvidas
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