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Redes de sensores sem fio

Entenda como pequenos sensores podem automatizar processos que facilitam a vida da humanidade.



Com os avanços tecnológicos nos ramos da comunicação sem fio, eletrônica digital e dos sistemas micro-eletro-mecânicos, houve uma revolução no sensoriamento remoto. Muitos estudos foram e estão sendo concentrados para o desenvolvimento de redes de sensores sem fio, com objetivo de monitorar e, eventualmente, controlar o ambiente ao qual estão inseridos sem que haja intervenção humana direta.

Uma rede de sensores sem fio é composta de nós que têm a capacidade de comunicarem entre si, de maneira otimizada, coletando informações de um dado meio ou fenômeno que venha ser analisado. As posições dos nós não são pré-definidas, são aleatórias, já que a implementação da rede de sensores sem fio em locais de difícil acesso pode ocorrer de forma que não se possa definir um local exato.

Então, as posições dos sensores devem ser tratadas pelos protocolos de comunicação e gerenciamento da rede, tornando um vasto campo para pesquisa. A comunicação destes nós é feita por meio de uma rede ad-hoc sem fio, em que um nó transmite para um outro nó próximo os valores do sensoriamento, e assim por diante.

Figura 1. Organização de sensores em um campo

Além do sensoriamento, os nós-sensores realizam o processamento de dados e a comunicação entre componentes da rede. Estes nós-sensores têm algumas funções, dentre as muitas, duas são imprescindíveis: determinar o valor de algum parâmetro em um determinado local; detectar um evento e realizar o processamento de valores e posteriormente apresentar estimativas sobre o evento.

Figura 2. Comparação do tamanho de um sensor

Utilizando sensores de baixo custo e bem pequenos no tamanho, contribui-se para que não sejam tão confiáveis, fazendo com que a rede tenha tolerância a falhas, que podem ocorrer por falta de energia, falta de visibilidade para outro nó da rede ou danos físicos de alguns nós, mas a rede ainda deverá operar com os sensores restantes, mesmo com velocidade de transmissão e processamento menores. Os níveis de tolerância da falha irão determinar os diferentes algoritmos de controle da rede.

Mesmo com pequenas falhas, as redes de sensores sem fio são utilizadas em larga escala em diversos ramos, que podem ser aplicações domésticas, militares, ambientais, médicas, dentre outras. Nas residências, os sensores são utilizados para automação de tarefas simples do cotidiano, como controlar a iluminação e equipamentos eletrônicos. Na área militar, também é bastante utilizado atualmente para monitoramento de soldados à distância, controle da munição, mapear o movimento de tropas inimigas, auxiliar os soldados no controle da mira em ambientes escuros, com pouca visibilidade do alvo. Na área da saúde, é utilizado para monitorar os movimentos dos pacientes ou controlar determinadas funções do corpo, como também controlar a quantidade de medicamentos utilizados por cada paciente. As aplicações se estendem por muitas áreas como no controle de tráfego, engenharias, aviação e entretenimento.

Figura 3. Rede de sensores no controle de tráfego

Uma rede de sensores sem fio não exige a definição de uma infraestrutura. Assim, o posicionamento dos nós na rede pode ser aleatório, pois os próprios nós são capazes de se comunicar e se organizar. Os sensores são capazes de monitorar determinado tipo de dados e enviar as informações monitoradas por ele, ou recebidas de outro nó, para um dos nós vizinhos. Essa comunicação entre os nós é realizada até que o nó chamado de sink recebe as informações. Esse nó é capaz de se comunicar com o gerenciador de tarefas através da Internet ou de uma conexão por satélite. Essa arquitetura baseada em múltiplos saltos é chamada de multihop, que permite a redução do consumo de energia na transmissão, pois evita que todos os nós da rede precisem transmitir informações diretamente ao nó sink. Em vez disso, os nós só precisam realizar transmissões aos seus vizinhos.

Figura 4. Comunicação multhop de sensores na rede

A área de redes de sensores sem fio vem atraindo bastante atenção pelos desafios e pela grande variedade de aplicações possíveis. Assim, as pesquisas e investimentos na área crescem constantemente, permitindo a evolução das tecnologias envolvidas. A busca por sensores cada vez menores e mais leves atrai os estudos para a busca de tecnologias e protocolos que permitam que os sensores comuniquem-se de maneira mais eficiente, consumindo menos energia e exigindo uma capacidade de processamento maior. Tudo isso tendo em vista o barateamento dos sensores, o que tornaria o uso das redes de sensores sem fio cada vez mais comuns e no futuro, possivelmente, as redes de sensores sem fio farão partes de nossas vidas, com aplicações ainda mais variadas que as existentes atualmente.


José Wemerson Farias Lima

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A convite do Jornal PET Elétrica, a engenheira eletricista Rachel Suassuna de Medeiros escreveu sobre a turma de 1973, da então Escola Politécnica da UFPB. Confira!




O Professor Dr. Marcelo Sampaio de Alencar destaca, em seu texto, as finalidades do Iecom, as pesquisas, as parcerias e os projetos nos quais está envolvido. Confira!




          









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