Simulating sensor networks

Tese de mestrado em Informática, apresentada à Universidade de Lisboa, através da Faculdade de Ciências, 2010Nos últimos anos, as redes de sensores sem fios conheceram um grande impulso em variadas ´áreas, nomeadamente na monitorização industrial e ambiental e, mais recentemente, na logística e noutras aplicações que envolvem processos de negócio e a chamada Internet das Coisas e dos Serviços. Contudo, e apesar dos avanços que se têm verificado tanto em termos de hardware como de software, estas redes são difíceis de programar, testar e instalar. A simulação de redes de sensores é frequentemente utilizada para testar e depurar aplicações para redes de sensores, pois permite testar a execução de das aplicações em ambientes virtuais. Esta tese aborda um problema que diz respeito a testar estas redes através de simulação: a definição (manual) de modelos. A nossa abordagem aponta para a geração de modelos de simulação directamente a partir de aplicações redes de sensores, em particular, modelos para o simulador VisualSense criados a partir de aplicações escritas em Callas, uma linguagem de programação para as redes de sensores. Para tal, criamos uma ferramenta capaz de gerar modelos que ´e paramétrica pelos modelos de rede e modelos sensores da rede que se pretende modelar, e ainda por um conjunto extensível de parâmetros de simulação. As nossas experiências mostraram resultados encorajadores na simulação de redes de grande escala, uma vez que conseguimos executar simulações com até 5000 nós. À medida que as redes de sensores sem fios começam a ser utilizadas em processos de negócio, a informação que recolhem do ambiente tem cada vez mais influência no decurso dos fluxos de trabalho associados aos processos de negócio. De um modo geral, os testes levados a cabo em fluxos de trabalho fazem uso de informação gravada em fluxos de trabalho executados previamente, tornando difícil testar o sistema como um todo. Em alternativa, e como uma segunda proposta desta tese, propomos testar fluxos de trabalho através da incorporação de resultados obtidos nas simulações das aplicações das redes de sensores. Além de cobrir os casos cobertos pela primeira abordagem, esta técnica permite testar novos fluxos de trabalho, bem como as mudanças ocorridas num determinado fluxo de trabalho por acontecimentos no ambiente.In recent years, Wireless Sensor Networks have gaining momentum in several fields, notably in industrial and environmental monitoring and, more recently, in logistics. However, and in spite of the advances in hardware and software, Wireless Sensor Networks are still hard to program, test, and deploy. Simulation is often used for testing and debugging sensor networks because they allow us to perform deployments in virtual environments. This paper addresses a key problem of testing such networks using simulation: (manual) model definition. Our approach is to generate simulation models directly from WSN applications, in particular, VisualSense simulator models from applications written in Callas, a programming language for WSN. For that purpose, we create a model generator tool that is parameter sable by network and sensor templates, and by an extensible set of simulation parameters. Our experiments show encouraging results on simulating large scale networks, as we are able to handle WSN with as many as 5000 nodes. As Wireless Sensor Networks begin to play some role in business processes, the information they gather from the environment influences the execution of workflows. Generally, the tests carried out on these systems make use of recorded information in earlier workflow executions, making it difficult to test the system as a whole. Alternatively, and as a second proposal of this thesis, we propose testing such workflows by incorporating results obtained from the simulation of sensor network applications. Besides covering the situations described in the first approach, this technique allows the testing of new workflows, as well as the changes made to a given workflow by events in the environment