O documento apresenta soluções centralizadas e distribuídas para o problema (k, r)-CDS em redes de sensores sem fio. A solução centralizada tem menor sobrecarga de mensagens e número de nós no backbone, enquanto a solução distribuída é mais escalável. Os resultados mostram que a solução distribuída se aproxima da centralizada em alguns cenários e pode ser usada quando o conhecimento global não está disponível.

1. Bounded-Distance Multi-Coverage
Backbones in Wireless Sensor
Networks
Dalton Cézane

2. Introdução
 Controle de topologia + WSN → Desempenho;
 Primeiro trabalho a apresentar estas soluções;
 Problema (k, r)-CDS (redundância e confiabilidade);
 Soluções: centralizada e distribuída;
 Comparação das soluções.

3. Redes de sensores sem fio
 Avanços dos processadores de baixo consumo,
sensores, sistemas embarcados e comunicação sem
fio;
 Grande número de nós sensores (compactos e
autônomos);
 Unidade de processamento, fonte de energia, sensor
e dispositivo de comunicação;
 Grande uso em aplicações militares, industriais e
ambientais.

4. Controle de topologia
 Controle de topologia com backbone – roteamento e
broadcasting;
 ”Desligamento” de alguns nós (consumo/vida útil);
 Redução de nós ativos: reduz colisões de pacotes
(QoS);
 Em redes Ad Hoc e WSN (Wireless Sensor
Networks): variante do ”Conjunto Dominante
Conectado” (CDS);
 Confiança/confiabilidade.

5. (k, r)-CDS
 Proposta:
 Múltipla dominação – k membros (mínimo);
 Cobertura – r hops de distância (máximo);
 Solução centralizada;
 Solução distribuída.

6. Solução centralizada
 Conhecimento da topologia da rede;
 Cores no algoritmo: branca, cinza e preta;
 Algoritmo:
 Todos os nós brancos;
 Nó com maior vizinhança → preto (empate: id);
 Nós adjacentes ao preto → cinza;
 Nó cinza com > n° nós brancos → preto (empate: id);
 Falta de nós brancos → nó com mais vizinhos cinzas;
 Finaliza quando todos os nós satisfizerem o (k, r)-CDS.

7. Exemplo – solução centralizada

8. Solução distribuída
 Sem conhecimento da topologia da rede: apenas
vizinhos com distância até r-hops;
 Estende o (k, r)-DS, para redes ad hoc;
 Uso de estação base;
 Conhecimento vizinhança a r-hop (s).

9. Solução distribuída
 Algoritmo:
 BS envia IM aos vizinhos, informando distância à base;
 Nós atualizam dBS e a anunciam com nova IM;
 Se IM possui menor dBS, nó reenvia aos vizinhos;
 Backbone → k nós mais próximos ao BS com menor dBS
(empates: nó com maior grau, depois ID);
 BS cria e envia, aos vizinhos, EM com uma lista de BM;
 Processo similar aos demais nós, mas escolhem-se nós
pertencentes ou adjacentes ao backbone (CDS);
 Atualiza a lista de BM, na EM, e retransmite aos vizinhos;
 NM enviada os novos nós eleitos (notificação);
 Processo se repete até todos os nós elegerem seus BM.

10. Exemplo – Solução distribuída

11. Desempenho
 Comparação entre soluções no simulador;
 Topologias baseadas no modelo unit disk graph;
 Assumiu-se protocolo sem colisão, com todas as
transmissões com sucesso;
 Topologias estáticas;
 Solução tomada como “ótima”: centralizada;
 Repetição de experimentos (30 vezes), variando
parâmetros (k, r);

12. Desempenho
 Dois cenários: um denso e outro esparso;
 Métricas utilizadas: sobrecarga de mensagens de
controle e número total de nós no backbone;
 Sobrecarga de mensagens de controle:
 Solução centralizada → O(n2);
 Solução distribuída → O(n.r);
 Número de backbones:
 Solução centralizada → menor em ambos os cenários;
 Solução distribuída → semelhante no cenário 2.

13. Desempenho

14. Desempenho: cenário 1

15. Desempenho

16. Desempenho

17. Conclusão
 Primeira solução do gênero;
 Redundância requerida pelas WSNs;
 Nova base para o projeto de outros protocolos;
 Soluções: centralizada e distribuída;
 Trabalhos futuros:
 Mecanismo de poda (processo de eleição);
 Outras métricas de cobertura (processo de eleição);
 Balanceamento de carga. *

18. Referência
 Sausen, P. S.; Spohn, M. A.; Lima, A. M. N.;
Perkusich, A. Bounded-Distance Multi-Coverage
Backbones in Wireless Sensor Networks.
Proceedings of the 2007 ACM symposium on
Applied computing. New York, NY, USA, 2007.