MECANISMOS EFICIENTES PARA DISSEMINAÇÃO DE FLUXOS DE DADOS PARA APLICAÇÕES DA INTERNET DAS COISAS E REDES DE SENSORES SEM FIO DE LARGA ESCALA

Abstract

Com o advento da Internet das Coisas (IoT – Internet of Things) no âmbito industrial, comercial e residencial, o desenvolvimento de aplicações e mecanismos de comunicação eficientes baseadas em Redes Sensores Sem Fio (RSSF) têm se tornado uma área atrativa, principalmente por sua adaptabilidade em ambientes de larga escala. Além de ser uma tecnologia adequada para ambientes de difícil acesso por sistemas cabeados e a atuação humana (WILLIG; MATHEUS; WOLISZ, 2005; AFSAR; TAYARANI-N, 2014), RSSFs compõem propriedades de dinamicidade, autonomia, operação colaborativa, mobilidade e flexibilidade no processo de comunicação (AKYILDIZ et al., 2002). Com os crescentes avanços tecnológicos dos sistemas de comunicação sem fio e dos dispositivos Micro e Nano eletrônicos, as RSSFs têm sido apontadas com uma das tecnologias mais relevantes no âmbito de aplicações da Internet das Coisas. A principal ideia dessa revolução tecnológica é, além de conectar pessoas, animais, veículos e qualquer outro tipo de “objeto” a “qualquer hora” e em “qualquer lugar”, permitir que essas instâncias possam gerar e propagar informações de forma inteligente, autônoma e com custos reduzidos. Através do uso de dispositivos sensores cada vez mais robustos em termos de processamento, memória, armazenamento e comunicação, IoT permite que os “objetos” possam cooperar entre si, utilizando a Internet como infraestrutura global de comunicação, a fim de atingir objetivos comuns (ATZORI; IERA; MORABITO, 2010; WHITMORE; AGARWAL; DA XU, 2014). Entre as principais áreas de aplicação de IoT, temos: cidades Inteligentes, automação industrial e residencial, veículos autônomos, agricultura de precisão e smart healthcare (STANKOVIC, 2008; BARONTI et al., 2007; KUMAR; OVSTHUS; KRISTENSEN, 2014; MAHMOOD; SEAH; WELCH, 2015). Nos últimos anos, várias normas foram liberadas por órgãos de padronização e alianças industriais, que são adequadas para construir RSSFs baseadas em redes pessoais sem fio de baixas taxas de transmissão. Dentro deste contexto, o conjunto de normas IEEE 802.15.4 (IEEE Computer Society, 2015) e ZigBee (ZigBee Alliance, 2012) é apontado como a pilha de protocolos mais amplamente utilizada para implementação de RSSFs, oferecendo capacidade de sensoriamento, mobilidade, autonomia e cooperação entre dispositivos, que são adequadas para aplicações de IoT. Este conjunto de normas oferece suporte para um tipo especial de topologia de rede peer-to-peer conhecido como redes cluster-tree, que são apontadas pela literatura como uma das topologias de rede mais adequadas para implementar RSSFs em larga escala (LI et al., 2011; LIN; WANG; KONG, 2015). Apesar de uma série de benefícios do uso de topologias cluster-tree direcionadas a aplicações IoT, tais como sincronização de tempo, eficiência energética e a possibilidade de implementar mecanismos de agregação ou fusão de dados, este tipo de rede ainda apresenta sérias limitações geradas pelo seu modelo de comunicação hierárquico (baseado no roteamento em árvore), o que agrava métricas relevantes de rede relacionadas aos principais fluxos de dados gerados pelas aplicações (JURCIK et al., 2010). Além disso, a interoperabilidade entre tecnologias de RSSFs e a Internet (IoT) impõe uma série de desafios de pesquisa, o que motiva o desenvolvimento de mecanismos eficientes para garantir qualidade de serviços para os principais fluxos de dados gerados pelos dispositivos de rede. is fluxos de dados para aplicações da Internet das Coisas, tanto a nível local (tecnologias baseadas em RSSFs), quanto a nível global (tecnologias baseadas na Internet), bem como a interoperabilidade entre as duas tecnologias. Com isso, este projeto estudou e projetou mecanismos eficientes de comunicação para prover qualidade de serviço para os fluxos de dados de aplicações baseadas em RSSFs e IoT, garantindo assim os principais requisitos impostos por essas aplicações e evitando problemas típicos, tais como altos atrasos de comunicação, descarte de pacotes e perda da integridade da informação do evento monitorado. Com isso, este projeto fornece sólidas contribuições para o estado da arte na área de Redes de Sensores sem Fio e Internet da Coisas, além da formação de recursos humanos especializados e consolidação de parcerias nacionais e internacionais.