Roteamento baseado em localização geográfica: Protocolo Multi-Geo

Abstract

Este trabalho apresenta o Multi-Geo, uma versão modificada do protocolo Multi-K, para Rede de Sensores sem Fio (RSSF). O Multi-K é um protocolo adaptativo híbrido que tem seu comportamento baseado no tráfego da rede em um dado inter- valo de tempo, comportando-se de maneira reativa quando a freqüência de eventos é baixa ou de maneira pró-ativa quando a freqüência de eventos aumenta. No modo pró-ativo, o Multi-K gera uma árvore de espalhamento parcial para a rede que deve ser mantida periodicamente. A diferença do Multi-Geo em relação ao Multi-K se refere ao uso de regiões virtuais e à restrição de comunicação entre os nodos da rede. No proto-colo Multi-K, os nodos podem comunicar entre si bastando que um esteja ao alcance do outro. No protocolo Multi-Geo, apenas nodos que se encontram em uma mesma região virtual conseguem se comunicar, exceto um nodo especial em cada região, denominado clusterhead. Um clusterhead consegue se comunicar com clusterheads de outras regiões. É através deles que as mensagens da rede conseguem ser transportadas por regiões diferentes para que possam atingir o nodo sorvedouro (sink ). O objetivo do protocolo Multi-Geo é a redução do número de mensagens de controle e de dados na rede que são responsáveis por grande parte do consumo de energia da mesma. Além disso, o protocolo Multi-Geo preserva o esquema de envio multi-hop que é outra estratégia eficiente para a economia no consumo de energia da rede. A modificação proposta foi simulada usando o simulador NS-2 (Network Simulator 2) e comparada ao protocolo Multi-K. Os cenários de simulação consideraram duas situações distintas, uma onde os nodos e os eventos eram distribuídos uniformemente e outra onde os cenários de simulação possuíam distribuição não-uniforme dos nodos e estes localizados em regiões próximas ao nodo sink. Para a primeira situação, as simulações mostraram que a abordagem proposta pelo Multi-Geo varia bastante com o aumento da probabilidade de falhas. Para cenários com probabilidade de falhas igual a zero, verificou-se a manutenção da taxa de entrega de dados e uma redução no consumo de energia quando comparada com o protocolo Multi-K. Para cenários de simulação com distribuição não-uniforme dos nodos, o protocolo Multi-Geo apresentou uma solução muito interessante, pois obteve uma redução do consumo de energia bastante significativa em comparação ao protocolo Multi-K e manteve a taxa de entrega de dados. Este último conjunto de simulações representa aplicações reais nas quais os eventos tendem a se concentrar em áreas próximas ao nodo sink e os clusterheads podem ser conectados à rede elétrica.

This work presents Multi-Geo, a modified version of Multi-K, a protocol for Wireless Sensor Network (WSN). Multi-K is an adaptive hybrid protocol whose behavior is based on the network trafic in a given time. It is set to a reactive behavior when the frequency of events is low or it is set to pro-active behavior when the frequency of events increases. In the pro-active behavior, the Multi-K generates a partial spanning tree that must be maintained periodically. The diference between Multi-Geo and Multi-K is related to the use of virtual regions and the restriction of communication between the nodes in the network. In the Multi-K protocol, the nodes can communicate with any other node located in its signal range. In Multi-Geo, only nodes that are in the same virtual region are able to communicate. The exception is for a particular node in each region, called clusterhead. A clusterhead can communicate with clusterheads of other regions. It is through them that the messages generated on the network can be carried over diferent regions, in order to reach the sink node. The goal of the Multi-Geo protocol is to reduce the number of control and data messages in the network that are responsible for much of the total energy consumption. In addition, the Multi-Geo preserves the scheme of multi-hop sending that is another effective strategy for the economy in energy consumption of the network. The proposed changes were simulated using the NS-2 (Network Simulator version 2) and the results were compared with those of Multi-K protocol. The simulation scenarios considered two diferent situations: one in which the nodes and the events were uniformly distributed; and another one in which the nodes and the events had non-uniform distribution and the concentration of nodes was located in regions close to the sink node. For the first situation, the simulations showed that the approach proposed in the Multi-Geo protocol, vary considerably with the increase in the probability of failure. In scenarios with the probability of failure equals to zero, the data delivery rate was kept and a reduction in energy consumption was observed when compared to the Multi-K results. For simulation of scenarios with non-uniform distribution of nodes, Multi-Geo protocol showed a very interesting solution, since it provided a reduction of energy consumption quite significant in comparison to the Multi-K protocol and kept the data delivery rate. The latter set of simulations represents real applications in which the events tend to be located around specific areas and the clusterheads can be connected to a power source.