Avaliação integrada de consumo de energia e confiabilidade em rede sensores sem fio usando modelos

Abstract

Rede de Sensores Sem Fio (RSSF) é um tipo de rede ad hoc formada tipicamente por centenas de pequenos dispositivos, chamados de nós sensores, os quais cooperam entre si para coletar e enviar informações até um nó sorvedouro. Esses nós sensores possuem recursos limitados de processamento, armazenamento e energia. Geralmente, a RSSF é implantada para coleta de informações em ambientes de difícil acesso, impossibilitando a substituição dos nós sensores caso apresentem alguma falha ou quando a energia acaba. Sendo assim, planejar e estimar o tempo de vida (consumo de energia) e a qualidade do serviço (confiabilidade) de uma RSSF antes de implantá-la são atividades cruciais. Existem duas deficiências quando se observam soluções para o problema mencionado: elas se concentram na avaliação do consumo da aplicação ou apenas da infraestrutura de comunicação( e.g., protocolos de comunicação); e, quando os trabalhos avaliam os dois juntos, eles avaliam ou o consumo de energia ou a confiabilidade, e não ambas. Tais deficiências devem ser resolvidas para se ter um bom planejamento da RSSF. Neste cenário, esta tese propõe uma metodologia para guiar o usuário no desenvolvimento de RSSFs levando em consideração o consumo de energia e a confiabilidade das aplicações e da infraestrutura. A metodologia orienta o usuário no planejamento, codificação, otimização, validação e implantação da RSSF. Com relação à avaliação, a metodologia inclui quatro conjuntos de modelos formais baseados em Coloured Petri Ned (CPN) e em Reliability Block Diagram (RBD) para avaliar o consumo de energia e a confiabilidade, respectivamente. Esses quatro conjuntos de modelos são criados através de um processo de composição usando pequenos modelos reusáveis. Todas as atividades da metodologia são suportadas por um conjunto de ferramentas que automatiza a avaliação das RSSFs. Os modelos CPN e RBD foram validados através de experimentos, comparando os resultados obtidos a medições e dados encontrados na literatura. Uma análise de sensibilidade foi realizada para identificar quais fatores tem maior impacto sobre o consumo de energia e a confiabilidade das RSSFs. As contribuições foram a metodologia, unindo o planejamento da aplicação com da infraestrutura da RSSF e avaliando o consumo de energia e a confiabilidade de forma integrada; os modelos formais baseados nas instâncias da RSSF; o conjunto de ferramentas para suportar a metodologia proposta; e a análise de sensibilidade, que mostrou quais fatores afetam mais o consumo e a confiabilidade da RSSF.