Um protocolo de roteamento para redes sem fio adaptável por regras de aplicação

A troca de informação entre camadas da pilha de comunicações para otimizar o desempenho da rede tem se mostrado uma necessidade em redes de sensores sem fio (RSSF). Tal característica se faz necessária para que a rede possua um serviço confiável e eficiente mesmo diante das restrições severas de recursos encontrados nos elementos de rede que compõem uma RSSF. A otimização impõe um grande fardo ao desenvolvedor, que deve conhecer a fundo o funcionamento de cadaprotocolo, uma vez que uma otimização mal feita pode piorar o desempenho da rede ou mesmo impedir a sua operação. Esta dissertação apresenta um protocolo de roteamento pró-ativo, denominado PROC (Proactive ROuting with Coordination). O PROC é otimizado para RSSF de disseminação contínua de dados, que são redes onde os nós sensores enviam dados para o ponto de acesso em intervalos regulares de tempo. Pelo nosso conhecimento, o PROC é o primeiro protocolo de roteamento para redes de disseminação contínua de dados que provê mecanismos simples de interação com a aplicação tendo em vista a otimização do roteamento. Esta interação é feita pelas regras de aplicação, que permitem que o PROC se adapte em tempo de execução a mudanças no ambiente. As rotas são criadas em um processo de duas fases. O PROC determina na primeira fase quais nós irão repassar dados a partir das informações fornecidas pela aplicação via regras de aplicação. A segunda fase garante que todos os nós da rede possuem rotas. Com isso, o PROC permite que programadores que não conhecem o funcionamento do protocolo possam otimizar oprocesso de criação de rotas. O protocolo ainda implementa mecanismos simples de tolerância a falhas que aumentam a sua resiliência frente a falhas silenciosas. Verificamos utilizando simulações que o PROC aumenta em até 12% o tempo de vida da rede em comparação aos protocolos de roteamento EAD e ao TOSB (uma versão simplicada do protocolo TinyOS Beaconing). O PROC também se recupera mais rapidamente de falhas de nós devido ao uso de algoritmos de tolerância a falhas. O PROC é escalável, pois a quantidade de mensagens enviadas por nó requerida para a construção de rotas independe de densidade ou tamanho da rede. Além disso, o protocolo proposto requer pouca memória, pois armazena umaquantidade de informação proporcional ao número de nós que são alcançados diretamente. Por fim, a implementação do protocolo na plataforma Mica2, que é a plataforma mais utilizada na pesquisa em RSSF, encontra-se disponível para download.The exchange of information among the layers of the communication stack has been frequently used in Wireless Sensor Networks (WSNs) to increase the performance of the network. Such interaction among layers enhances the reliability and eciency of the communication, despitethe severely restricted resources found on sensor nodes. However, such optimizations impose a huge burden on the developer, as an unsound decision might decrease the overall performance or even hinder the operation of the network. This dissertation presents a proactive routing protocol, called PROC (Proactive ROuting with Coordination). The protocol is optimized to static continuous data dissemination WSNs, thatis, every node periodically sends data towards the access point. To our knowledge, PROC is the first protocol devised specically to continuous dissemination networks which provides simple optimization mechanisms, allowing the applications to eortlessly optimize routing operation to their needs. This interaction takes place using the application rules, which allow PROC to adapt in runtime to any change in the environment. Routes are established in a two-phase process. In the rst phase, PROC determines which nodes will forward data, based on the information provided by the application rules. The second phase ensures that all nodes have valid routes. Unexperienced programmers might optimize the routes created by PROC, as no knowledge concerning the operation of the protocol is required. The protocol also includes fault-tolerance mechanisms that increase its resiliency against silentfailures. Simulation results showed that PROC increases the average network lifetime by up to 12% when compared to EAD and TOSB (a simplied version of the TinyOS Beaconing protocol). PROC also quickly recovers from failed nodes due to its fault-tolerance algorithms. PROC ishighly scalable, since the amount of route maintenance messages sent by each node is independent of node density or network size. urthermore, the protocol presents a low memory footprint as nodes only store information concerning one-hop neighbors. Finally, the implementation of PROC in the Mica2 platform, which is the most frequently used platform by researches in the eld, is available for download