CapÃtulo 1 : Rede de sensores sem fio
As redes de sensores sem fio, também conhecidas como WSNs, são redes que consistem em sensores geograficamente dispersos e dedicados. Estes sensores monitorizam e registam as condições ambientais e, em seguida, transmitem os dados que recolheram para um ponto centralizado. Os WSNs têm a capacidade de monitorar aspetos do ambiente, incluindo temperatura, som, níveis de poluição, umidade e vento. Estas redes são utilizadas numa variedade de aplicações comerciais e industriais, tais como a monitorização e controlo de processos industriais e a monitorização da saúde das máquinas.
Uma rede de sensores sem fio (WSN) é composta por "nós", que podem variar em número de alguns a centenas ou milhares. Cada nó na rede está ligado a outros sensores. Cada um desses nós normalmente consiste em vários componentes, incluindo um transceptor de rádio com uma antena interna ou uma conexão com uma antena externa, um microcontrolador, um circuito eletrônico para interface com os sensores e uma fonte de energia, que normalmente é uma bateria ou alguma forma de coleta de energia que está embutida dentro do nó. Um nó de sensor pode ser tão grande quanto uma caixa de sapatos ou tão pequeno quanto uma partícula de poeira (pelo menos em teoria), mas as dimensões microscópicas ainda não foram alcançadas na prática. Da mesma forma, o custo de um nó de sensor pode variar de alguns dólares a centenas de dólares, dependendo do nível de complexidade do nó. A disponibilidade de recursos como energia, memória, velocidade de processamento e largura de banda de comunicações pode ser limitada devido aos limites de tamanho e custo. A topologia de um WSN pode variar de uma simples rede em estrela a uma complexa rede de malha sem fio multi-hop. Ambas as topologias são exemplos de WSNs. Tanto o encaminhamento quanto a inundação são opções viáveis de propagação.
As WSNs são frequentemente usadas para fins de monitoramento de área. No processo de monitoramento de área, um WSN está estacionado em toda uma área que está sendo observada para um determinado fenômeno. Um exemplo de geofencing na vida civil é o fechamento de gasodutos ou oleodutos, enquanto um exemplo de seu uso nas forças armadas seria a instalação de sensores para detetar a presença de forças hostis.
Redes de sensores implantadas, vestíveis e incorporadas ao ambiente são as três principais categorias de redes de sensores usadas em aplicações médicas. O termo "dispositivos médicos implantáveis" refere-se àqueles que são projetados para serem colocados dentro de um paciente vivo. Tecnologia vestível é qualquer tipo de equipamento eletrônico que se destina a ser usado ou transportado pelo usuário do dispositivo. Os sensores que já estão presentes no ambiente são utilizados por sistemas embarcados no ambiente. Medição da posição do corpo, localização de indivíduos e monitoramento abrangente de pacientes doentes em casa e em hospitais são todos os usos potenciais desta tecnologia. Os dados coletados por uma rede de câmeras de profundidade, um piso de deteção ou outros dispositivos que são funcionalmente equivalentes são usados como entrada por dispositivos que são implantados no ambiente. Estes dispositivos monitorizam o estado fisiológico de uma pessoa, a fim de fornecer um diagnóstico de saúde contínuo. Informações sobre a saúde, aptidão física e quantidade de energia gasta de uma pessoa podem ser coletadas através de redes de área corporal.
Começando com a implantação da Great Duck Island, as redes de sensores sem fio têm sido usadas para monitorar uma ampla variedade de animais e ecossistemas. Estas espécies e habitats incluem marmotas, sapos de cana na Austrália e zebras no Quénia.
Existem várias aplicações no domínio da monitorização de parâmetros ambientais; Alguns exemplos dessas aplicações são mostrados abaixo. Todos eles são confrontados com as dificuldades adicionais de ambientes severos e fontes de alimentação limitadas.
Experiências demonstraram que a exposição de um indivíduo à poluição atmosférica em áreas urbanas pode variar muito de uma pessoa para outra.
É possível identificar o início de um incêndio numa floresta através da instalação de uma rede de Nós Sensores em toda a área. Os nós têm a capacidade de serem equipados com sensores para medir a temperatura, humidade e os gases que são criados por incêndios nas árvores ou plantas. A deteção precoce é essencial para uma resposta eficaz por parte do corpo de bombeiros; Com o uso de redes de sensores sem fio, o corpo de bombeiros será capaz de determinar quando um incêndio foi iniciado e como ele está se espalhando.
Uma rede de sensores sem fio é usada por um sistema de deteção de deslizamento de terra para detetar os pequenos movimentos do solo e mudanças em diferentes parâmetros que podem ocorrer antes ou durante um deslizamento de terra. Estes movimentos e alterações podem ocorrer a qualquer momento. É provável que, analisando os dados coletados, seja possível prever o início dos deslizamentos de terra muito antes de quando eles realmente ocorreriam.
O monitoramento da qualidade da água inclui a realização de análises das características físicas da água encontrada em reservas de água subsuperficiais, barragens, rios, lagos e oceanos. O uso de um grande número de sensores distribuídos sem fio torna possível gerar um mapa da condição da água que é mais preciso. Também abre caminho para a instalação permanente de estações de monitoramento em áreas de difícil acesso, eliminando a necessidade de recuperação manual de dados.
As redes de sensores sem fios têm potencial para ser uma ferramenta eficiente para mitigar os efeitos destrutivos de catástrofes naturais, como inundações. Os rios, que precisam de monitoramento em tempo real dos níveis flutuantes da água, foram equipados com nós sem fio, que foram implementados com sucesso.
Para fins de manutenção baseada na condição de máquinas (também conhecida como CBM), as redes de sensores sem fio foram criadas porque permitem funcionalidades adicionais e proporcionam reduções de custos consideráveis.
Com um sistema com fios, pode ser difícil ou mesmo impossível chegar a algumas áreas, como equipamentos giratórios e veículos sem amarras. No entanto, os sensores sem fio não têm essa limitação.
A recolha de dados para a monitorização da informação ambiental pode também ser realizada através da implantação de redes de sensores sem fios. Ficar de olho em coisas como a temperatura de uma geladeira ou a quantidade de água em um tanque de transbordamento em uma usina nuclear pode ser considerado exemplos disso. Depois disso, pode-se utilizar os dados estatísticos para demonstrar o quão bem os sistemas têm operado. A capacidade dos WSNs de fornecer feeds de dados "ao vivo" é uma das muitas maneiras pelas quais eles se destacam acima dos registradores tradicionais.
A monitorização da qualidade e do nível da água inclui muitas atividades, tais como a verificação da qualidade das águas subterrâneas ou superficiais e a garantia da infraestrutura hídrica de um país em benefício tanto dos seres humanos como dos animais.
É possível colocá-lo em uso para evitar o desperdício de água.
Utilizando sensores com interface correta e redes de sensores sem fios, é possível monitorizar o estado da infraestrutura civil e dos processos geofísicos associados em tempo quase real, bem como durante longos períodos de tempo através da gravação de dados.
Redes de sensores sem fio são usadas na vinha, bem como na adega da vinícola, a fim de monitorar a produção de vinho.
O Wide Area Tracking System, às vezes conhecido como WATS, é um protótipo de rede que foi projetado para detetar dispositivos nucleares terrestres. Na Direção de Não Proliferação, Controle de Armas e Segurança Internacional (NAI) do Laboratório Nacional de Los Alamos (LLNL), um dos principais focos da pesquisa em curso é a criação de sensores mais eficazes.
Durante uma audiência sobre terrorismo nuclear e contramedidas que ocorreu em 1º de outubro de 1997 perante o Subcomitê de Pesquisa e Desenvolvimento Militar da Câmara dos Representantes dos Estados Unidos, uma apresentação sobre o WATS foi feita.
Há estudos que sugerem que o uso de sensores para monitoramento de incidentes faz uma melhoria significativa na maneira como os corpos de bombeiros e departamentos de polícia reagem a eventos imprevistos.
As características mais distintivas de um WSN são as seguintes:
Limites na quantidade de energia que pode ser usada por nós que dependem de baterias ou coleta de energia. Entre os fornecedores estão nomes como ReVibe Energy.
Capacidade de lidar com a falha de nós individuais (resiliência)
Há algum movimento nos nós (para nós altamente móveis, veja MWSNs)
Heterogeneidade dos nós
Homogeneidade dos nós
Capacidade de expansão para uma implantação muito grande
Capacidade para reter circunstâncias graves impostas pelo ambiente
Facilidade de utilização
Otimização das camadas cruzadas Além disso, há três problemas principais com o método convencional em camadas:
A técnica tradicional de hierarquização não permite a partilha de informação entre os vários níveis, o que resulta na falta de todo o conhecimento necessário em cada camada. A estratégia convencional em camadas é incapaz de fornecer qualquer garantia de que toda a rede será otimizada.
A estratégia convencional em camadas é incapaz de responder às mudanças nas condições externas...
