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Redes de SensoresRedes de Sensores

INE 5616 - Bancos de Dados IIINE 5616 - Bancos de Dados IIProfessor Doutor Renato FiletoProfessor Doutor Renato Fileto

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Redes de SensoresRedes de Sensores

Jorge Gonzaga JuniorJorge Gonzaga Junior

Marcelo Cardoso RicardoMarcelo Cardoso Ricardo

INE 5616 - Bancos de Dados IIINE 5616 - Bancos de Dados II

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SensorSensor•Um sensor é um Um sensor é um

equipamento capaz de equipamento capaz de mensurar fisicamente um mensurar fisicamente um fenômeno e convertê-lo fenômeno e convertê-lo em um sinal que pode ser em um sinal que pode ser lido por um instrumento lido por um instrumento ou por um observador.ou por um observador.

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Rede de sensoresRede de sensores•Uma rede de sensores Uma rede de sensores consiste de um grupo de consiste de um grupo de sensores distribuídos sensores distribuídos espacialmente e cooperando espacialmente e cooperando entre si no monitoramento entre si no monitoramento de algum fenômeno.de algum fenômeno.

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RSSFRSSF•São formadas por sensores São formadas por sensores dotados de um emissor de dotados de um emissor de sinal de rádio ou outro tipo sinal de rádio ou outro tipo de emissor de sinal sem fio, de emissor de sinal sem fio, um microcontrolador e uma um microcontrolador e uma fonte autônoma de energia.fonte autônoma de energia.

Rede de SensoresRede de Sensores• Redes largamente distribuídasRedes largamente distribuídas• SensoresSensores– ArmazenarArmazenar– ProcessarProcessar– TransmitirTransmitirMonitoram o ambienteMonitoram o ambiente– Rastreamento de produtos em um armazémRastreamento de produtos em um armazém– Controle do tráfego de veículosControle do tráfego de veículos– Sistemas de SegurançaSistemas de Segurança– Detecção de enchentesDetecção de enchentes

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Rede de SensoresRede de Sensores• Recursos RestritosRecursos Restritos– Comunicação: Comunicação:

Qualidade de serviço muito limitadaQualidade de serviço muito limitada– Consumo de Energia: Consumo de Energia:

Fornecimento limitado de energiaFornecimento limitado de energia– Processamento: Processamento:

Limitados poder de processamento e tamanho de Limitados poder de processamento e tamanho de memóriamemória– Incerteza em leituras de sensores: Incerteza em leituras de sensores:

Sinais detectados herdam incertezas, e podem Sinais detectados herdam incertezas, e podem conter conter ruídos do ambienteruídos do ambiente

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Modelos de envio de DadosModelos de envio de Dados modelo contínuomodelo contínuo os sensores os sensores

comunicam seus dados comunicam seus dados continuamente numa taxa pré-continuamente numa taxa pré-especificada.especificada.

modelo de dados orientado a modelo de dados orientado a eventoseventos os sensores reportam os sensores reportam informação somente se um evento de informação somente se um evento de interesse ocorre. interesse ocorre.

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Modelos de envio de DadosModelos de envio de Dados modelo iniciado pelo observadormodelo iniciado pelo observador (ou (ou request-replayrequest-replay) os sensores somente ) os sensores somente reportam seus resultados em resposta a reportam seus resultados em resposta a uma requisição explícita do observador uma requisição explícita do observador (ou diretamente, ou indiretamente (ou diretamente, ou indiretamente através de outros sensores).através de outros sensores).

modelo híbridomodelo híbrido as três estratégias co- as três estratégias co-existem na mesma rede.existem na mesma rede.

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Dados com SegurançaDados com Segurança• Para que uma rede de sensores forneça dados com Para que uma rede de sensores forneça dados com

segurança é necessário que os requisitos a seguir segurança é necessário que os requisitos a seguir sejam cumpridos:sejam cumpridos:

• Confidencialidade dos dados: Confidencialidade dos dados: A estratégia A estratégia padrão para manter os dados secretos é criptografar padrão para manter os dados secretos é criptografar os dados com uma chave secreta que somente o os dados com uma chave secreta que somente o receptor possua, garantindo confidencialidade.receptor possua, garantindo confidencialidade.

• Autenticação de dados: Autenticação de dados: O receptor precisa O receptor precisa assegurar que os dados usados em qualquer assegurar que os dados usados em qualquer processo de decisão se originam de fonte correta.processo de decisão se originam de fonte correta.

1010

• Integridade de dadosIntegridade de dados: Em : Em comunicação, integridade de dados comunicação, integridade de dados assegura ao receptor que o dado recebido assegura ao receptor que o dado recebido não foi alterado durante seu trânsito.não foi alterado durante seu trânsito.

• Dados recentesDados recentes: Garantir que os dados : Garantir que os dados são recentes implica em assegurar que são recentes implica em assegurar que não houve interferência de mensagens não houve interferência de mensagens antigas.antigas.

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Dados com SegurançaDados com Segurança

RoteamentoRoteamento

• Abordagem centrada no endereço:Abordagem centrada no endereço:– Encontrar rotas curtas entre pares de Encontrar rotas curtas entre pares de

nós endereçáveis.nós endereçáveis.

• Abordagem centrada em dadosAbordagem centrada em dados– Encontrar rotas de múltiplos nós para um Encontrar rotas de múltiplos nós para um

único destino que permita a agregação único destino que permita a agregação de dados redundantes dentro da rede.de dados redundantes dentro da rede.

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AlgoritmosAlgoritmos• Center at Nearest Source (CNS)Center at Nearest Source (CNS)

– Nó mais próximo ao sink é o ponto Nó mais próximo ao sink é o ponto de agregação.de agregação.

• Shortest Paths TreeShortest Paths Tree– Cada nó utiliza uma rota de Cada nó utiliza uma rota de

caminho mínimo. Rotas que se caminho mínimo. Rotas que se sobrepõem têm dados agregados.sobrepõem têm dados agregados.

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Funções de AgregaçãoFunções de Agregação• Funções de AgregaçãoFunções de Agregação

– MIN, MAX, MEDIAN, AVERAGE, COUNT, ...MIN, MAX, MEDIAN, AVERAGE, COUNT, ...• Propriedades:Propriedades:

– Duplicate sensitivity.Duplicate sensitivity.– A função de agregação retorna o mesmo A função de agregação retorna o mesmo

resultado quando os conjuntos resultado quando os conjuntos apresentam valores duplicados (MEDIAN, apresentam valores duplicados (MEDIAN, AVERAGE, COUNT).AVERAGE, COUNT).

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Funções de AgregaçãoFunções de Agregação• Exemplary/Summary.Exemplary/Summary.

– Exemplary retorna um valor representativo do Exemplary retorna um valor representativo do conjunto de dados (MIN, MAX, MEDIAN).conjunto de dados (MIN, MAX, MEDIAN).

– Sumary realiza algum calculo sobre todo o conjunto de Sumary realiza algum calculo sobre todo o conjunto de dados e retorna o valor calculado (AVERAGE, COUNT) .dados e retorna o valor calculado (AVERAGE, COUNT) .

• Monotonic aggregates.Monotonic aggregates.– Permite teste de predicados na rede antes do envio Permite teste de predicados na rede antes do envio

dos dados (Ex.: Enquanto nós enviam seus valores dos dados (Ex.: Enquanto nós enviam seus valores para uma consulta MAX, outros nós só enviam seus para uma consulta MAX, outros nós só enviam seus próprios valores se forem maiores que MAX corrente).próprios valores se forem maiores que MAX corrente).

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PerformancePerformance• Fatores que influenciam a Fatores que influenciam a

performance dos métodos de performance dos métodos de agregação:agregação:– Posição dos nósPosição dos nós– Número de nósNúmero de nós– Topologia de comunicação da redeTopologia de comunicação da rede

• Economia de energia x AtrasoEconomia de energia x Atraso

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RS como um Banco de RS como um Banco de DadosDados• RS podem ser vistas como um RS podem ser vistas como um

banco de dados.banco de dados.• Da mesma forma que tabelas de Da mesma forma que tabelas de

bancos de dados são consultadas, bancos de dados são consultadas, nós sensores podem ser nós sensores podem ser consultados.consultados.

1717

RS como um Banco de RS como um Banco de DadosDados• Consultas a Data Streams são sempre aproximadas Data Consultas a Data Streams são sempre aproximadas Data

Streams não tem tamanho limitado, logo quantidade de Streams não tem tamanho limitado, logo quantidade de armazenamento necessário cresce também de forma armazenamento necessário cresce também de forma ilimitada.ilimitada.– Sliding Windows: consulta a dados recentes da Sliding Windows: consulta a dados recentes da

stream.stream.– Batch Processing: Dados são armazenados em um Batch Processing: Dados são armazenados em um

buffer e consulta é realizada de tempos em tempos.buffer e consulta é realizada de tempos em tempos.– Sampling: Mais dados do que é possível processar – Sampling: Mais dados do que é possível processar –

Faz uma amostragem dos dados e realiza a consulta.Faz uma amostragem dos dados e realiza a consulta.– Synopisis: Consulta realizada sobre uma Synopisis: Consulta realizada sobre uma

aproximação dos dados (sinopse).aproximação dos dados (sinopse).

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TinyDBTinyDB• TinyDB é um sistema processador de TinyDB é um sistema processador de

consultas para extração de informações de consultas para extração de informações de uma rede de sensores que utilizam o TinyOS.uma rede de sensores que utilizam o TinyOS.

• Interface SQL-lite para especificar os dados a Interface SQL-lite para especificar os dados a serem extraídos, especificando a taxa que serem extraídos, especificando a taxa que essa consulta deve ser refeita.essa consulta deve ser refeita.

• Dada uma consulta a dados de interesse o Dada uma consulta a dados de interesse o TinyDB coleta os dados dos nós, os filtra, TinyDB coleta os dados dos nós, os filtra, agrega e dissemina para um PC.agrega e dissemina para um PC.

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TinyDBTinyDB• Query 1: “Retorne repetidamente as Query 1: “Retorne repetidamente as

temperaturas anormais mensuradas de temperaturas anormais mensuradas de todos os sensores”todos os sensores”– SELECT R.s.detectAlarmTemp(100) SELECT R.s.detectAlarmTemp(100)

FROM R WHERE $every() FROM R WHERE $every();;

A expressão A expressão $every()$every() é introduzida na é introduzida na contrução semântica para indicar que a contrução semântica para indicar que a query é por um longo tempo.query é por um longo tempo.

2020

TinyDBTinyDB• Query 2: “A cada minuto, retorne a Query 2: “A cada minuto, retorne a

temperatura mensurada por todos os temperatura mensurada por todos os sensores do nível 3”.sensores do nível 3”.– SELECT R.s.getTemp() FROM R SELECT R.s.getTemp() FROM R

WHERE R.floor = 3 AND $every(60);WHERE R.floor = 3 AND $every(60);

A expressão A expressão $every()$every() possui um argumento possui um argumento de tempo em segundos contendo de tempo em segundos contendo sucessivas saídas para o sensor.sucessivas saídas para o sensor.

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TinyDBTinyDB

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TinyDBTinyDB

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TinyDBTinyDB

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AplicaçõesAplicações•Militar Militar •Prevenção de Prevenção de terremotos e tufõesterremotos e tufões

•Detecção de Tsunamis Detecção de Tsunamis e grandes marése grandes marés

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AplicaçõesAplicações•Militar Militar •Prevenção de Prevenção de terremotos e tufõesterremotos e tufões

•Detecção de Tsunamis Detecção de Tsunamis e grandes marése grandes marés

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AplicaçõesAplicações•Prevenção de incêndios Prevenção de incêndios florestais florestais

•Projetos agropecuáriosProjetos agropecuários•BiossensoresBiossensores

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AplicaçõesAplicações

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AplicaçõesAplicações

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AplicaçõesAplicações

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AplicaçõesAplicações

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AplicaçõesAplicações

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AplicaçõesAplicações

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AplicaçõesAplicações

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FontesFontes• www.dcc.ufmg.br/~linnyer/• Mainwaring, Alan. (2002) “Wireless Sensor

Networks for Habitat Monitoring”. In:WSNA'02, Atlanta, Georgia, Setembro.

• Embrapa (Empresa Brasileira de Pesquisa Agropecuária) (2006).

• http://www.embrapa.br.• Tadpole Technology. (2006) “Ste. Michelle Wine

Estates Automates Vineyard Inspection with GO! Sync for ArcPad”. Disponível em: http://www.gisuser.com/content/view/8881/. Maio.

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FontesFontes•Wikipedia.com•http://www.cs.virginia.edu/nest•http://www.isi.edu/div7/scadds