Amostragem Adaptativa em Redes de Sensores

Uma nova área tecnológica está em crescente desenvolvimento. Esta área, denominada de internet das coisas, surge na necessidade de interligar vários objetos para uma melhoria a nível de serviços ou necessidades por parte dos utilizadores. Esta dissertação concentra-se numa área específica da tecnologia internet das coisas que é a sensorização. Esta rede de sensorização é implementada pelo projeto europeu denominado de Future Cities [1] onde se cria uma infraestrutura de investigação e validação de projetos e serviços inteligentes na cidade do Porto. O trabalho realizado nesta dissertação insere-se numa das plataformas existentes nessa rede de sensorização: a plataforma de sensores ambientais intitulada de UrbanSense. Estes sensores ambientais que estão incorporados em Data Collect Unit (DCU), também denominados por nós, medem variáveis ambientais tais como a temperatura, humidade, ozono e monóxido de carbono. No entanto, os nós têm recursos limitados em termos de energia, processamento e memória. Apesar das grandes evoluções a nível de armazenamento e de processamento, a nível energético, nomeadamente nas baterias, não existe ainda uma evolução tão notável, limitando a sua operacionalidade [2]. Esta tese foca-se, essencialmente, na melhoria do desempenho energético da rede de sensores UrbanSense. A principal contribuição é uma adaptação do protocolo de redes Ad Hoc OLSR (Optimized Link State Routing Protocol) para ser usado por nós alimentados a energia renovável, de forma a aumentar a vida útil dos nós da rede de sensorização. Com esta contribuição é possível obter um maior número de dados durante períodos de tempo mais longos, aproximadamente 10 horas relativamente às 7 horas anteriores, resultando numa maior recolha e envio dos mesmos com uma taxa superior, cerca de 500 KB/s. Existindo deste modo uma aproximação analítica dos vários parâmetros existentes na rede de sensorização. Contudo, o aumento do tempo de vida útil dos nós sensores com recurso à energia renovável, nomeadamente, energia solar, incrementa o seu peso e tamanho que limita a sua mobilidade. Com o referido acréscimo a determinar e a limitar a sua mobilidade exigindo, por isso, um planeamento prévio da sua localização. Numa primeira fase do trabalho analisou-se o consumo da DCU, visto serem estes a base na infraestrutura e comunicando entre si por WiFi ou 3G. Após uma análise dos protocolos de routing com iv suporte para parametrização energética, a escolha recaiu sobre o protocolo OLSR devido à maturidade e compatibilidade com o sistema atual da DCU, pois apesar de existirem outros protocolos, a implementação dos mesmos, não se encontram disponível como software aberto. Para a validação do trabalho realizado na presente dissertação, é realizado um ensaio prévio sem a energia renovável, para permitir caracterização de limitações do sistema. Com este ensaio, tornou-se possível verificar a compatibilidade entre os vários materiais e ajustamento de estratégias. Num segundo teste de validação é concretizado um ensaio real do sistema com 4 nós a comunicar, usando o protocolo com eficiência energética. O protocolo é avaliado em termos de aumento do tempo de vida útil do nó e da taxa de transferência. O desenvolvimento da análise e da adaptação do protocolo de rede Ad Hoc oferece uma maior longevidade em termos de tempo de vida útil, comparando ao que existe durante o processamento de envio de dados. Apesar do tempo de longevidade ser inferior, quando o parâmetro energético se encontra por omissão com o fator 3, a realização da adaptação do sistema conforme a energia, oferece uma taxa de transferência maior num período mais longo. Este é um fator favorável para a abertura de novos serviços de envio de dados em tempo real ou envio de ficheiros com um tamanho mais elevado.

A new technology area is in increasing development, this area called Internet of things arises the need to link various objects to raising the level of services or needs from users. This dissertation focuses on a specific area of internet technology of the things that is sensing. This sensing network is implemented by the European project called Future Cities [1] where you create a research infrastructure and validation of smart projects and services in Porto. The work done in this thesis is part of an existing platforms that network sensing: the environmental sensor platform titled UrbanSense. These environmental sensors are incorporated into Collect Data Unit (DCU), also known by us, measure environmental variables such as temperature, humidity, ozone and carbon monoxide. However, we have limited resources in terms of power, processing and memory. Despite major developments in terms of storage and processing, the energy level, especially in batteries, there is still such a remarkable evolution, limiting their operation. This thesis will focus on improving the energy performance of UrbanSense sensor network. The main contribution is an adaptation of networks Ad Hoc protocol OLSR (Optimized Link State Routing Protocol) to be used by us powered by renewable energy, in order to extend the life of the nodes of the sensing network. With this contribution is possible to get more data for longer periods of time, approximately 10 hours, resulting in increased collection and sending of the same with a rate greater than about 500 KB / s. There an analytical approach of the various parameters in the sensing network. However, increasing the lifetime of the sensor nodes using renewable energy, particularly solar energy increases its weight and size which limits its mobility. With that extra to determine and limit their mobility demanding, so advance planning on your location. In a first phase of the study analyzed the consumption of DCU, as these are the basis on infrastructure and communicating with each other by WiFi or 3G. After an analysis of routing protocols that support energy parameter, the choice fell on the OLSR protocol due to maturity and compatibility with the current system of DCU, because although there are other protocols, their implementation, if any, is not available as open source software. vi For the validation work performed in this work is done, a test without renewable energy, for the characterization of system limitations. With this test, it became possible to verify the compatibility between the various materials and adjustment strategies. In a second validation test is implemented an actual test system with 4 nodes to communicate using the protocol with energy efficiency. The protocol is evaluated in terms of increasing the lifetime of the node and throughput. The development of the analysis and adaptation of the Ad Hoc network protocol offers greater longevity in terms of lifetime compared when there is upstream processing. Despite the longevity of time is less than when the energy parameter is by default with the factor 3, the realization of the system adaptation as energy offers greater throughput over a longer period. This is a favorable factor for the opening of new real-time data push services or sending files with a higher size.