Modelos de comunicação cooperativa e equidade no consumo de energia em enlaces cooperativos aplicados à RSSF

Abstract

As Redes de Sensores Sem Fio (RSSF) são utilizadas para monitorar o ambiente, como por exemplo, queimadas em florestas, informações sísmicas ou temperatura. Essas redes são compostas de nós sensores que, em geral, tem dimensões pequenas, operam por bateria e tem alcance de rádio limitado. Considerando uma RSSF de múltiplos saltos, alguns nós podem não obter uma rota para o escoamento dos dados sensoriados devido ao alcance de transmissão limitado, falha dos enlaces, esgotamento natural da bateria ou eventos externos. Recentemente, técnicas de comunicação cooperativa (CC) tem sido exploradas como alternativa para aumentar a conectividade da rede, tendo em vista sua capacidade de aumento do raio de transmissão. Este aumento está associado a capacidade dos nós transmissores em compartilhar recursos da camada física, obtendo assim os benefícios de um sistema de MIMO (Multiple-Input Multiple-Output). Trabalhos relacionados exploram o uso de CC com o intuito de aumentar a conectividade. No entanto, estes trabalhos visam apenas a conectividade sem preocupação com o custo para escoar dados e a indisponibilidade de nós que possuem maiores demandas para estabelecer os enlaces CC. Este trabalho tem como foco o estudo a equidade no custo energético para o estabelecimento dos enlaces CC. Estes enlaces são utilizados para prover um aumento na conectividade e possibilitar a criação de rotas mais eficientes para o escoamento dos dados em um RSSF. A primeira contribuição deste trabalho é propor um mecanismo que explora CC para reduzir o número de saltos para alcançar o nó sorvedouro. Em seguida, propomos um modelo de CC e uma heurística de seleção de nós auxiliares que promove o balanceamento energético. Por fim, propomos uma heurística de seleção de nós auxiliares que promove tanto o balanceamento energéticos dos enlaces CC quanto a conectividade em uma RSSF. As técnicas propostas apresentam ganho de conectividade de até 134% estabelecendo enlaces cooperativos balanceados onde os nós possuem uma diferença em custo de energia de apenas 8% nos cenários avaliados.