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Type: Dissertação
Title: Consumo energético de animais em pastagem baseado em um modelo de mobilidade híbrido para redes de sensores sem fio
Author: Cañizales, Yelco Antonio Marante
First Advisor: Barrére, Eduardo
Referee Member: Silva, Edelberto Franco
Referee Member: Andrade, Ricardo Guimarâes
Resumo: O monitoramento de animais surgiu para a pecuária como um fator importante para o controle de qualidade e produtividade. A ideia é monitorar cada animal com a finalidade de fornecer ao produtor o resumo diário das atividades do bovino. Na maioria dos casos, o monitoramento é realizado através de um colar com sensor GPS embutido. O colar armazena o posicionamento do animal em um determinado ambiente, permitindo o monitoramento em tempo real, através do envio das informações para uma estação base. No entanto, os testes e a implantação desses equipamentos no mundo real são custosos, complexos e levam tempo para serem colocados em funcionamento. Neste cenário, a utilização de simuladores de redes de sensores sem fio se torna essencial para o desenvolvimento desse tipo de tecnologia. As redes de sensores sem fio são formadas por pequenos nós sensores com limitações de processamento, memoria e energia. Cada nó sensor é alimentado por uma bateria interna, tornando o tempo de vida da rede um parâmetro importante. Nos últimos anos, o problema de roteamento nas redes de sensores sem fio tem tido destaque na literatura e muitos protocolos de roteamento foram propostos. A maioria desses protocolos têm como foco a confiabilidade da transmissão e a eficiência energética das redes. Neste trabalho apresentamos um modelo configurável capaz de calcular o consumo energético de animais em pasto baseado em um modelo de mobilidade híbrido utilizado nos modelos de mobilidade individuais (Markoviano de Percurso Aleatório e Gauss-Markov) e em grupos (com Ponto de Referência) em redes ad hoc. O modelo de mobilidade foi implementado no simulador Castalia 3.2 e o algoritmo que faz os cálculos do consumo energético foi implementado em Python. A solução foi avaliada, como prova de conceito, em 3 distribuições de áreas, com 3 matrizes de relevo, para observar o comportamento esperado. Os resultados mostraram que o modelo é totalmente configurável e tem um bom funcionamento, semelhante à mobilidade real dos animais, conseguindo fazer os cálculos de consumo energético esperados. Além disso, este trabalho apresenta a avaliação de desempenho dos protocolos de roteamento: Multipath Rings (Proativo), Bypass e AODV (Reativos) e LEACH (Hierárquico). Como resultado, o protocolo que gerou o menor consumo de energia foi o LEACH e o maior consumo foi o Multipath Rings, em relação ao número de pacotes recebidos pelo nó Sink mostraram que a menor perda foi para o Multipath Rings e a maior perda foi para o LEACH.
Abstract: Animal monitoring has emerged for livestock as an important factor for quality control and productivity. The idea is to monitor each animal to provide the producer with a daily summary of cattle activities. In most cases, monitoring is accomplished through a collar with a built-in GPS sensor. The collar stores the animal’s positioning in a given environment, allowing real-time monitoring by sending information to a base station. However, testing and deploying this equipment in the real world is costly, complex and takes time to get up and running. In this scenario, the use of wireless sensor network simulators becomes essential for the development of this type of technology. Wireless sensor networks are made up of small sensor nodes with limitations in processing, memory, and power. Each sensor node is powered by an internal battery, making network life an important parameter. In recent years, the routing problem in wireless sensor networks has been highlighted in the literature and many routing protocols have been proposed. Most of these protocols focus on transmission reliability and the energy efficiency of networks. In this work, we present a configurable model capable of calculating the energy consumption of pasture animals based on a hybrid mobility model used in the individual mobility models (Markovian Random Walk and Gauss-Markov) and groups (with Reference Point) in ad hoc networks. The mobility model was implemented in the Castalia 3.2 simulator and the algorithm that makes the energy consumption calculations was implemented in Python. The solution was evaluated as proof of concept in 3 area distributions, with 3 relief matrices, to observe the expected behavior. The results showed that the model is fully configurable and has a good functioning, similar to the actual mobility of the animals, being able to make the expected energy consumption calculations. Also, this work presents the performance evaluation of the routing protocols: Multipath Rings (Proactive), Bypass and AODV (Reactive) and LEACH (Hierarchical). As a result, the protocol that generated the lowest power consumption was LEACH and the highest power consumption was Multipath Rings. About the number of packets received by the sink node, the lowest loss was for Multipath Rings and the highest loss was for LEACH.
Keywords: Redes de sensores sem fio
Protocolos de roteamento
Modelos de mobilidade
Consumo energético da rede
Consumo energético de animais em pastagem
Wireless sensor networks
Routing protocols
Mobility models
Network energy consumption
Energy consumption of pasture animals
CNPq: CNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::CIENCIA DA COMPUTACAO
Language: por
Country: Brasil
Publisher: Universidade Federal de Juiz de Fora (UFJF)
Institution Initials: UFJF
Department: ICE – Instituto de Ciências Exatas
Program: Programa de Pós-graduação em Ciência da Computação
Access Type: Acesso Aberto
Attribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 Brazil
Creative Commons License: http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/br/
URI: https://repositorio.ufjf.br/jspui/handle/ufjf/11409
Issue Date: 6-Nov-2019
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