Monitoramento e sinalização de eventos baseado em redes de sensores sem fio

Abstract

Avanços recentes em tecnologias sem fio e sistemas embarcados permitiram a popularização da internet das coisas (IoT) e redes de sensores sem fio (RSSF), em aplicações importantes como edifícios inteligentes, segurança, rastreamento, automação industrial etc. Em RSSF, algoritmos de comunicação eficientes são de suma importância para atender aplicações com resposta temporal adequada e que permitam estender a vida útil de nós sensores alimentados por bateria. Neste contexto, protocolos de camada MAC, são responsáveis por realizarem o controle do rádio do nó sensor, sendo de fundamental importância na eficiência energética e de comunicação. Neste trabalho é realizada uma análise dos protocolos de camada MAC, avaliando o atraso fim-a-fim da comunicação e o consumo de energia de um nó sensor sem fio através de simulação de software. Também foi realizado um experimento com a RSSF padronizada Zigbee. Tanto a simulação quanto o experimento foram realizados analisando a utilização da RSSF para uma aplicação de monitoramento e sinalização de eventos prediais, avaliando as características temporais das respostas, confrontando com a regulamentação existente de sistemas de detecção e alarme de incêndio (SDAI). Os resultados das simulações demonstraram que protocolos de camada MAC assíncronos consomem menos energia em comparação aos protocolos síncronos, possibilitando estender a duração da bateria e conseguindo atender os requisitos temporais de SDAI. Os experimentos com RSSF Zigbee demonstraram que é possível estabelecer uma arquitetura de RSSF em um prédio atendendo requisitos temporais regulamentados para eventos de alarme e falha.

Recent advances in wireless technologies and embedded systems have enabled a dissemination of the internet of things (IoT) and wireless sensor networks (WSN), in important applications such as smart buildings, security, tracking, industrial automation, etc. In WSN, efficient communication algorithms are of paramount importance to meet applications with adequate temporal response and that allow a long useful lifetime for battery-powered sensor nodes. In this context, MAC layer protocols, are responsible for controlling the sensor node radio, being of fundamental importance in energy and communication efficiency. In this work, an analysis of MAC layer protocols is performed, evaluating the end-to-end communication delay and energy consumption of a wireless sensor node through software simulation. An experiment was also carried out with the Zigbee standardized WSN. Both the simulation and the experiment were carried out evaluating the use of WSN for a monitoring and signaling application of building events, evaluating the temporal characteristics responses, comparing with the existing regulation of fire detection and alarm systems (SDAI). The simulation results showed that asynchronous MAC layer protocols consume less power compared to synchronous protocols, making it possible to extend baterry life and managing to meet the regulatory temporal requirements of SDAI. The experiments with WSN Zigbee demonstrated that it is possible to establish a WSN architecture in a building meeting the regulated time requirements for alarm and fault events.