WSN (Wireless Sensor Network)

As redes de sensores sem fios, mundialmente conhecidas pela sigla WSN (Wireless Sensor Network), foram desenvolvidas pelos militares cuja intenção era vigiar o campo de batalha. Porém hoje, devido à constante miniaturização dos componentes e outros fatores, tais redes passaram a ser empregadas nas mais diversas áreas do conhecimento, como na saúde, segurança e meio ambiente. Elas, basicamente, permitem monitorar e estudar um determinado fenômeno ou acontecimento, auxiliando, assim, na tomada de decisões. Por exemplo: já existem WSNs instaladas em crateras de vulcões (ver imagem abaixo). Essas redes analisam os riscos de uma possível erupção e quando algo “anormal” é detectado, todas as providências podem ser tomadas para evitar a catástrofe.

As redes WSNs podem ser comparadas às Ad-Hoc, pois muitos dos algoritmos empregados nas redes Ad-Hoc foram “copiados” para as redes de sensores. Porém, vale salientar que a comunicação entre os nós pertencentes a uma WSN é feita por radiodifusão (broadcast) enquanto nas redes Ad-Hoc a comunicação é do tipo ponto-a-ponto. Os nós de uma rede de sensores sem fios geralmente ficam sujeitos a diversos tipos de falhas em virtude do meio no qual estão inseridos (exemplo do vulcão). Isto, claro, sem mencionar o término da bateria responsável por alimentar os sensores. Por esses motivos, as redes WSNs contam com algoritmos capazes de reorganizar o percurso das informações quando um ou mais nós param de funcionar. Legal, né?

Diversos padrões já ratificados podem ser utilizados na construção de uma WSN. Entretanto, o mais promissor é o ZigBee (IEEE 802.15.4), standard especialmente desenvolvido para ser empregado em projetos de sensoriamento e monitoramento. Os componentes que operam em conformidade com o ZigBee consomem pouca energia, são baratos e possuem drivers extremamente enxutos. Também operam com baixas taxas de transferências de dados, atingindo, no máximo, 250 kbps. Alias todas as aplicações WSN (como controle de iluminação, temperatura, detectores de fumaça e outros) não exigem altas velocidades para cumprirem com seus propósitos. Além do ZigBee, também há WSNs construídas em conformidade com os padrões WirelessHART (Wireless Highway Addressable Remote Transducer Protocol) e 6LoWPAN (IPv6 over Low Power Wireless Personal Area Networks).

Um nó WSN também é conhecido por “módulo sensor”. Este módulo sensor é, geralmente, formado por cinco componentes: hardware (sensor e conversor analógico-digital), memória, processador de sinais, transceptor (transmissor e receptor wireless) e bateria. A saber: o conversor analógico-digital é o responsável por transformar o sinal analógico criado pelos sensores, quando do reconhecimento de um fenômeno monitorado, em sinal digital, tratável pela unidade de processamento de sinais. O tipo do sensor empregado em uma WSN dependerá, exclusivamente, da variável a ser monitorada. Ele poderá ser um sensor de pressão, umidade, movimento, som, foto-sensor (para fenômenos ópticos), termo-sensor (para fenômenos de calor) dentre outros.

Os sistemas operacionais empregados em WSNs são “infinitamente” menores e, por conseqüência, menos complexos quando comparados aos SOs convencionais (um Linux da vida). Eles não precisam de uma interface de usuário, por exemplo. Inclusive, todos que já leram sobre as redes de sensores sem fios provavelmente se lembram do TinyOS. Diz-se que o TinyOS foi o primeiro sistema operacional desenvolvido para uma WSN. Seus programas são escritos em uma linguagem especial chamada NesC, considerada uma extensão do famoso C. Interessante, não?

Fechando…

A maior preocupação existente em torno do módulo sensor é com o consumo de energia. Afinal, sabe-se que a tecnologia de desenvolvimento dos circuitos e componentes eletrônicos cresce em ritmo mais acelerado em relação aos “preguiçosos” avanços da indústria de baterias. Por esta razão, praticamente todas as redes WSN adotam técnicas que fazem todo o sistema economizar energia. Exemplo: o algoritmo, além de reorganizar a rede devido a falhas, deverá calcular o menor e melhor trajeto entre o fenômeno estudado e a estação responsável por transformar os dados coletados em informações. Mais: a unidade de processamento de sinais pode evitar o desperdício de energia através do chaveando do seu modo de operação (entre ativo e inativo). Desta maneira, a unidade funcionará apenas quando os sensores enviarem algum dado para ser processado, fato que poderá prolongar, e muito, a vida de todo o conjunto. Poderá? Sim, pois, conforme o tipo do sensor empregado no sistema o chaveamento entre ativo e inativo da unidade poderá representar um gasto energético ainda maior. Por isso é preciso fazer uma análise aprofundada de toda a WSN para descobrir a real vantagem em utilizar esta técnica. Há vários outros métodos que visam a economia de energia, mas neste artigo eles serão omitidos, afinal, nosso objetivo é (foi) apresentarmos uma “visão geral” das redes de sensores sem fios!

É isso!