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Ferramenta de Visualização de Simulação para Aplicações

1. LedsC LEDS Led lt identificador do LED gt lt on ou off gt LI newlen2 lt tamanho da mensagem gt LI Sending seq lt numero da seqii ncia gt OD LI lt bytes separados por espa o de 00 a FF gt LI Got seq lt n mero da segu ncia gt from link lt identificador do sensor gt TossimPacketModelC TossimPacketModelC Init imt called REST02 TOSSIM envia mensagens de depura o via SerialForwarder poss vel conectar o TOSSIM com alguma outra aplica o atrav s do SerialForwarder para enviar dados 4 2 3 Requisitos Funcionais Os requisitos funcionais do TOSViz est o detalhados a seguir RF01 Receber Mensagens do TOSSIM A ferramenta deve ser capaz de estabelecer uma conex o com o TOSSIM por vez Quando conectada deve ser poss vel receber mensagens que definem as a es ocorridas na rede Prioridade essencial RFs relacionados RF02 RF05 RF12 RF13 RF02 Iniciar Visualiza o Assim que houver mensagens recebidas do TOSSIM o TOSViz deve permitir que o usu rio inicie a visualiza o da simula o Ao iniciar a ferramenta precisa interpretar as mensagens recebidas e executar as funcionalidades descritas em RF05 e RF08 Al m disso preciso guardar as informa es necess rias para posterior execu o das funcionalidades RF12 e RF13 Prioridade essencial RFs relacionados RF01 RF03 RF04 RF05 RF08 RF03 Pausar Vis
2. 43 MessageQueue Tiny VizMessageHandler TosstmSF Driver br cin ufpe tinyos statistics LedStatisticInfo MessageStatisticInfo MoteStatisticInfo br cin ufpe tinyos util Constants Util br cin ufpe tinyos viz ArrowConnection MessageConfig MessageInfo MoteEllipse MoteRoundedRectangle MoteSelectionManager Principal TinyVizPanel Tiny VizSWT Config 4 5 Implementa o A implementa o da interface gr fica da ferramenta concentra se em duas janelas principal ver Figura 4 6 e filtro de mensagens ver Figura 4 11 44 File Simulation View Help H gt pe Selected node Topology Szatistics Fom To Gain Messages Figura 4 6 Janela principal A janela principal est dividida em rea de visualiza o gr fica rea de informa es extras da simula o e rea de mensagens da simula o A rea de visualiza o gr fica exibe os sensores espalhados no painel e suas a es associadas e g ligar desligar LED enviar mensagens em broadcast receber mensagens de outros sensores Nela o usu rio pode controlar a continua o da simula o com os bot es para iniciar pausar e parar O exemplo mostrado na Figura 4 7 possut uma rede composta de quatro sensores onde dois deles est o enviando mensagens rs DS GH Figura 4 7 rea de visualiza o gr
3. Universidade Federal de Pernambuco Centro de Inform tica UFPE Gradua o em Ci ncia da Computa o TOSViz Ferramenta de Visualiza o de Simula o para Aplica es de Redes de Sensores Sem Fio Baseadas no TinyOS Recife Dezembro de 2008 Universidade Federal de Pernambuco Centro de Inform tica UFPE Gradua o em Ci ncia da Computa o TOSViz Ferramenta de Visualiza o de Simula o para Aplica es de Redes de Sensores Sem Fio Baseadas no TinyOS Trabalho de Gradua o Rilter Tavares do Nascimento Orientador Nelson Souto Rosa Este trabalho foi apresentado ao Centro de Inform tica da Universidade Federal de Pernambuco como requisito parcial para a obten o do Grau de Bacharel em Ci ncias da Computa o Recife Dezembro de 2008 A minha fam lia Agradecimentos Gostaria de agradecer primeiramente a Deus por permitir o sucesso da minha caminhada na vida at agora e a busca por novas oportunidades que contribuir o para o meu crescimento pessoal e profissional Agrade o ao professor e orientador Nelson Rosa Pessoa exemplo de profissionalismo e dedica o a comunidade acad mica um verdadeiro mestre Ele se disponibilizou e ajudou bastante na confec o deste trabalho Agrade o aos meus pais Railson e Marli pelo carinho conselhos paci ncia e dedica o ao longo de meu crescimento Agrade o ao nico amor da minha vida Ac cia Mulher maravilhosa qu
4. net tinyos message Message Classe do TinyOS que representa a mensagem gen rica trocada entre sensores ou entre sensor e computador BroadcastingMsg Especializa o da classe net tinyos message Message em mensagem que significa envio em broadcasting IntMessageMsg Especializa o da classe net tinyos message Message em mensagem que significa inicializa o do componente de troca de pacotes dados LedMessageMsg Especializa o da classe net tinyos message Message em mensagem que significa altera o de estado do LED LinkMsg Especializa o da classe net tinyos message Message em mensagem que significa poss vel conex o entre dois sensores e o ganho interfer ncia existente NextPacketDataMsg Especializa o da classe net tinyos message Message em mensagem que significa pr ximo byte daqueles que est o sendo enviados em uma mensagem NextPacketLengthMsg Especializa o da classe net tinyos message Message em mensagem que significa tamanho do pacote que est sendo enviado NextPacketSequenceMsg Especializa o da classe net tinyos message Message em mensagem que significa o n mero de sequ ncia para identifica o do pacote enviado PacketGotMsg Especializa o da classe net tinyos message Message em mensagem que significa recebimento do pacote 41 SendingPacketMsg Especializa o da classe net tinyos messa
5. wate 2422 led Red on 2445 led Yellow on 2468 led Green on 2952 led Red off 2975 led Yellow off Green off AA Figura 3 4 XATDB a interface gr fica para o ATEMU 20 Existe uma interface gr fica com o usu rio chamada de XATDB Figura 3 4 na qual poss vel depurar e observar a execu o do c digo assembly ou nesC atrav s de breakpoints wathpoints e execu o passo a passo 3 5 Avrora O Avrora 8 24 implementado em Java e a exemplo de outros simuladores orientados a objeto cria uma nova thread para cada n da rede Da mesma maneira que o ATEMU o c digo executado ciclo a ciclo mas para melhorar o desempenho e escalabilidade os n s n o s o sincronizados em todos os ciclos apenas quando necess rio Para tratar isso o Avrora possui duas estrat gias distintas para sincroniza o A primeira o intervalo de sincroniza o onde definida a frequ ncia que a sincroniza o ocorre A segunda estrat gia a espera pelo vizinho que mant m uma estrutura de dados global para verificar o progresso de cada sensor Este simulador uma aproxtma o do TOSSIM e do ATEMU Ele une caracter sticas presentes nos dois outros simuladores como simula o ciclo a ciclo e fila de eventos al m de efici ncia na sincroniza o e multi thread Avrora 50 mais lento que o TOSSIM e 20 vezes mais r pido que o ATEMU 24 19 Quanto escalabilidade da topologia o Avrora pode suportar uma rede
6. Fim do caso de uso Fluxos alternativos FA01 Existe uma topologia importada anteriormente 1 Se o usu rio estiver realizado uma importa o de topologia e o identificador do sensor est presente junto com a respectiva posi o o sistema exibe o sensor respeitando sua posi o importada Sistema executa o passo 3 do fluxo principal UC09 Alterar Topologia de Visualiza o Descri o permite que o usu rio altere as posi es dos sensores presentes na visualiza o da simula o Ator usu rio Pr condi es existir algum sensor ativo na rede P s condi es o sensor deve estar alocado na sua nova posi o escolhida pelo usu rio Requisitos Atendidos RF09 Casos de uso relacionados n o ha Fluxo de eventos principal 1 2 3 4 5 Usu rio seleciona o sensor desejado Usu rio escolhe nova localiza o para o sensor Sistema guarda a nova localiza o do sensor Sistema exibe o sensor na sua nova localiza o Fim do caso de uso UC10 Exportar Topologia de Visualiza o Da Descri o as posi es dos sensores presentes na visualiza o da simula o s o armazenadas em um arquivo Ator usu rio Pr condi es existir algum sensor ativo na rede P s condi es arquivo exportado com as informa es da topologia de visualiza o Requisitos Atendidos RF10 Casos de uso relacionados n o h Fluxo de eventos principal 1 Usu rio informa que dese
7. gt Acesso em 20 11 2008 9 Castalia Dispon vel em lt http castalia npc nicta com au gt Acesso em 26 08 2008 10 Curren D 2007 A Survey of Simulation in Sensor Networks Technical report University of Binghamton 11 Gay D Levis P von Behren R Welsh M Brewer E amp Culler D 2003 The nesC language A holistic approach to networked embedded systems in PLDI 03 Proceedings of the ACM SIGPLAN 2003 conference on Programming language design and implementation ACM New York NY USA pp 1 11 12 GTNetS Disponivel em lt http www ece gatech edu research labs MANIACS GTNetS index html gt Acesso em 26 08 2008 13 Landsiedel O Wehrle K amp Gotz S 2005 Accurate Prediction of Power Consumption in Sensor Networks in Proc EmNetS II Embedded Networked Sensors The Second IEEE Workshop on pp 37 44 14 Levis P 2006 TinyOS Programming 15 Mannasim Dispon vel em lt http www mannasim dcc ufmg br gt Acesso em 26 08 2008 16 NS 2 Dispon vel em lt http www isi edu nsnam ns gt Acesso em 26 08 2008 17 OMNet Dispon vel em lt http www omnetpp org gt Acesso em 26 08 2008 18 Pantazis N Pantazis N amp Vergados D 2007 A survey on power control issues in wireless sensor networks IEEE Communications Surveys amp Tutorials 9 4 86 107 19 Philip Levis Nelson Lee M W D C 2003 TOSSIM Accu
8. o 1 Antes de ser iniciada a simula o selecionar Import Topology no menu File 2 Escolher o arquivo a ser importado 3 Selecionar a bot o para abrir o arquivo selecionado Filtrando as mensagens 1 Na rea de mensagens apertar o bot o Filter 2 Escolher o filtro 3 Apertar o bot o OR Visualizando as informa es do sensor 1 Na rea de informa es da simula o selecionar um dos sensores listados 2 Escolher a aba Topology ou Statistics 58 59 Nelson Souto Rosa Orientador Rilter Tavares do Nascimento Aluno 60
9. 4 foi dito que o Console o meio mais usado No entanto para o redirecionamento dos dados para o SerialFormarder foi necess rio escolher um arquivo abstrato como meio de sa da O arquivo foi chamado de abstrato por n o existir fisicamente evitando a escrita em disco e diminui o de desempenho Ele apenas um espa o alocado na mem ria que precisa ser acessado atrav s de um cookie Este ltimo possui fun es de acesso escrita leitura busca e fechamento as quais podem ser redefinidas Desta forma quando o TOSSIM tentar colocar uma mensagem no arquivo a redefini o da fun o de escrita encaminha a mensagem para o SerialFormarder TCP IP TOSSIM TOSViz Figura 4 4 Arquitetura da solu o A Figura 4 4 mostra os relacionamentos entre os componentes e a intera o entre TOSSIM e TOSViz Os componentes que comp em o TOSViz s o apresentados e descritos na Tabela 4 3 37 Tabela 4 3 Componentes do TOSViz Componente Descri o Responsabilidade Configura o Guarda par metros relativos simula o e g unidade de tempo Gerenciador da simula o Verifica se as solicita es de consumo de mensagens recebidas podem ser atendidas respeitando o status da visualiza o e g iniciada pausada parada Interpretador Realiza o parser nas mensagens consumidas extraindo as informa es necess rias para a visualiza o da simula o Receb
10. BlinkC Timerl gt Timerl BlinkC Timer2 gt Timer2 BlinkC Leds gt LedsC Init BlinkC Init que ser o referenciados pelo atual componente e como eles ser o conectados Nesse exemplo o 11 BlinkAppC referencia MainC BlinkC LedsC 5 e tr s inst ncias de TimerMillic 5 7 2 4 TOSSIM O TOSSIM 25 um simulador baseado em eventos e g interrup o de hardware envio ou recebimento de mensagem No momento da execu o estes eventos s o colocados em uma fila e ordenados pelo tempo de ocorr ncia para serem executados posteriormente O simulador foi projetado especificamente para o TinyOS Durante seu projeto os desenvolvedores se concentraram nas seguintes caracter sticas 19 e Escalabilidade suportar a simula o de uma rede com centenas de n s e Completude capturar com exatid o todos os comportamentos observando o m ximo de intera es poss veis do sistema e Fidelidade capturar as mais curtas intera es entre os sensores importante para avalia o e testes e Valida o de algoritmos validar as implementa es dos algoritmos para os desenvolvedores verificarem se as aplica es ir o executar com sucesso em um cen rio real A escalabilidade um ponto forte para uma simula o Por m com o TOSSIM n o poss vel realizar testes de uma rede que cont m sensores com aplica es diferentes Todos os sensores da rede precisam executar a mesma aplica o ou seja
11. MessageInfo Re ne informa es do ltimo pacote trocado 42 pelos sensores e g tamanho sequ ncia dados tipo MoteEllipse Componente da visualiza o gr fica Possui um MoteRoundedRectangle e muda a cor da borda em eventos relacionados ao sensor e g broadcasting sele o MoteRoundedRectangle Componente da visualiza o gr fica Representa o sensor com tr s LEDs MoteSelectionManager Classe respons vel pelo gerenciamento da sele o de um sensor e a es da interface relacionadas a sele o Principal Tela principal da ferramenta que re ne as tr s reas da simula o e g gr fica mensagens e informa es do sensor TinyVizPanel Painel de visualiza o gr fica Tiny VizSW T Config Possui parametro para os componentes da visualiza o gr fica A Tabela 4 6 mostra a organiza o das classes e interfaces Foram originados 5 cinco pacotes separados pelos conceitos de interface gr fica com o usu rio uso geral dados estat sticos mensagens e coleta armazenamento e controle das mensagens recebidas do TOSSIM Tabela 4 6 Organiza o das classes e interfaces do sistema em pacotes Pacote Classes Interfaces br cin ufpe tinyos message BroadcastingMsg IntMessageMsg LedMessageMsg LinkMsg NextPacketDataMsg NextPacketLengthMsg NextPacketSequenceMsg PacketGotMsg SendingPacketMsg br cin ufpe tinyos sf MessageJob
12. RF07 Casos de uso relacionados nao ha Fluxo de eventos principal 1 Usuario informa que deseja realizar limpar as mensagens de simulacao 2 Sistema limpa a lista de mensagens de simula o resultantes das a es da rede dispon veis para o usu rio 3 Fim do caso de uso UC08 Exibir Topologia de Visualiza o Descri o sistema exibe a topologia de visualiza o junto com as a es de cada sensor altera o do status dos LEDs envio em broadcast e recebimento de mensagens Ator temporizador Pr condi es alguma a o precisa ter acontecido como resultado da interpreta o da mensagem consumida As a es s o mudan a de estado do LED envio e recebimento de mensagens P s condi es a topologia precisa ser atualizada com a a o exibida para o usu rio Requisitos Atendidos RF08 Casos de uso relacionados UC15 Ts Fluxo de eventos principal 1 5 Ap s a execu o do UC15 o temporizador pode exibir a topologia de visualiza o e a o do sensor pata o usu rio Caso o sensor que realizou a a o n o exista na simula o o sistema o exibe para o usu rio O identificador do sensor disponibilizado para sele o que ocorrer em UC14 Sua posi o na topologia de visualiza o criada aleatoriamente pelo sistema FA01 Sistema atualiza o estado do sensor de acordo com a a o realizada Sistema permite que o usu rio exporte a topologia de visualiza o para arquivo
13. biol gica ou quimicamente contaminada num campo de batalha ou em grandes constru es e Meio de transmiss o a comunica o feita atrav s de um meio sem fio utilizando ondas de r dio infravermelho ou Bluetooth por exemplo A escolha do uso de um meio deve se levar em considera o v rios pontos desde viabilidade econ mica a toler ncia a falhas e e Consumo de energia os sensores possuem limitadas fontes de energia Existem casos em que n o poss vel realizar a troca de baterias 2 2 TinyOS O TinyOS 14 23 um sistema operacional desenvolvido pela Universidade da Calif rnia que possui uma arquitetura baseada em componentes e foi especialmente projetado para redes de sensores As suas aplica es s o escritas em um dialeto de C denominado nesC network embedded systems C 11 14 que foi desenvolvido com o objetivo de ser eficiente em rela o ao limite de mem ria dos sensores e permitir r pida implementa o Um programa do TinyOS pode ser visto como um grafo de componentes os quais possuem vari veis privadas que podem ser referenciadas apenas pelo pr prio componente Os componentes possuem tr s abstra es computacionais Commands requisi o ao componente para execu o de algum servi o como por exemplo enviar um pacote para outros sensores Events sinaliza o do componente indicando o fim da execu o de um servi o A separa o da requisi o command e sinaliza o do final
14. cada tipo de mensagem O identificador do sensor torna se dispon vel nas op es de filtro dispon veis no UCO6 4 Fim do caso de uso UC06 Filtrar Mensagens de Simula o Descri o usu rio define um filtro para exibi o das mensagens de simula o Ator usu rio Pr condi es n o h P s condi es as mensagens de simula o precisam ser exibidas de acordo com o filtro definido pelo usu rio Requisitos Atendidos RF06 Casos de uso relacionados n o h Fluxo de eventos principal 1 Si io ee oS Usu rio informa que deseja realizar um filtro nas mensagens de simula o Sistema exibe as op es de filtro presentes no RF06 FA01 Usu rio escolhe os tipos de mensagens que ser o exibidas Usu rio escolhe exibir mensagens de um ou todos ou sensores Usu rio confirma opera o 30 6 Sistema exibe as mensagens de simula o respeitando o filtro indicado pelo usu rio 7 Fim do caso de uso Fluxos alternativos FA01 Usu rio cancela a opera o 1 Usu rio cancela a opera o 2 Sistema permanece com as mesmas op es de filtro escolhidas anteriormente 3 Fim do caso de uso UC07 Limpar Mensagens de Simula o Descri o as mensagens de simula o geradas at o momento s o apagadas permanentemente Ator usu rio Pr condi es n o h P s condi es n o h mensagem de simula o a ser exibida para o usu rio Requisitos Atendidos
15. capacidade de coletar informa es e rote las ao n Sink que o respons vel por se comunicar com a aplica o para gerenctamento de sensores atrav s da Internet Figura 1 1 Elementos de uma RSSF 3 Muitos sensores funcionam com o TinyOS 14 23 um sistema operacional espectalmente projetado para RSSF Sua arquitetura baseada em componentes que permitem r pida implementa o enquanto minimiza o tamanho do c digo respeitando a restri o de mem ria dos sensores A biblioteca de componentes inclui protocolos de rede servi os distribu dos drivers de sensores e ferramentas de aquisi o de dados O TinyOS utilizado no desenvolvimento e teste de v rios algoritmos e protocolos Para simula es ele acompanhado pela biblioteca TOSSIM 25 que suporta duas interfaces de programa o C e Python O desenvolvedor escreve um script de simula o em uma dessas linguagens que configura e executa a aplica o desenvolvida O TOSSIM possui um sistema de output de depura o Geralmente o programador utiliza o console como sa da para as informa es da depura o Um exemplo de output gerado pelo TOSSIM est mostrado na Figura 1 2 DEBUG lj Received active message length 13 for me 0 0 DEBUG lj Received upper packet DEBUG 1 LI receiving packet bu 21160 ff ff 000156 0 3 66 DEBUG 1 Got seq 17 from link DEBUG 1 Found the entry so upda DEBUG lj updat
16. da rede e Escalabilidade a quantidade de sensores monitorando um ambiente pode chegar ordem de milh es dependendo da aplica o As RSSFs precisam suportar essa capacidade bem como uma alta densidade de n s e Custos da produ o sabendo que as RSSFs possuem uma grande quantidade de n s importante que cada sensor tenha um valor baixo pois o uso de uma rede sem fio n o economicamente justificado se o seu custo for muito superior ao de sensores tradicionais e Restri es de hardware devido necessidade de serem pequenos e leves para facilitar a instala o em locais com diferentes peculiaridades os sensores sem fio t m baixa capacidade computacional e pouca mem ria Eles devem ter baixo consumo de energia visando evitar o inc modo da troca constante de bateria das centenas de sensores dispostos na rede e Topologia quando uma rede possu centenas de n s sua manuten o se torna mais dif cil Na fase de instala o preciso definir se os sensores v o ser colocados um a um por pessoas ou rob ou em massa e g por m sseis Na fase de p s instala o deve se gerenciar a energia dispon vel e os sensores que deixam de funcionar ou mudam de posi o Na fase de reinstala o alguns n s precisam ser adicionados ou substitu dos por causa de mau funcionamento ou mudan a atividade e Ambiente os sensores precisam funcionar em lugares remotos cr ticos como por exemplo no fundo do oceano numa rea
17. de at 1750 n s em um servidor com processador de dois n cleos de processamento poss vel realizar uma an lise criteriosa da energia consumida dos sensores atrav s da ferramenta chamada de AEON 2 13 que estende cada componente de hardware do Avrora monitorando o consumo durante a simula o A an lise de desempenho desta ferramenta mostra que o overhead adicionado ao Avrora m nimo por monitorar apenas a mudan a de estado dos componentes 13 3 6 Considera es Finais Este cap tulo apresentou algumas ferramentas de simula o para RSSFs Dentre os simuladores existentes foram analisados o TinyViz NS 2 OMNet ATEMU e Avrora O OMNet por exemplo oferece uma boa interface gr fica com o usu rio No ATEMU poss vel depurar a execu o das aplica es no nivel das instru es em assembly ou em nesC Uma caracter stica considerada destaque no Avrora a extens o da ferramenta para an lise apurada do consumo de energia dos sensores Cada simulador mostrado possut pontos fortes e fracos em rela o a escalabilidade desempenho precis o das informa es extra das da simula o e interface gr fica com o usu rio dia 4 TOSViz O TOSViz uma ferramenta de visualiza o do comportamento de RSSFs simuladas pelo TOSSIM No TOSViz poss vel visualizar e manipular uma topologia visualizar as trocas de mensagens entre os sensores obter informa es da simula o e g dados estat sticos
18. descritos na Tabela 4 5 20 Oyujansheysahessay OJUIISHEISHIT lt uas gt lt ua gt gt pioa Quogaajagajepdn PIOR Dante DT spur ost spopad fiswafiessayuy Sspupfuayayaeqyxan eso Iofeueyuonaalesajon ell lt lt jua gt gt Ajudas IEN wells d i T fisyjayaedfiuipuas fisyaouanbasjay2eq xan Deppen fisyafiessaypay fisyfiunsespeoig PE Pe elas shuas lt Nua gt wells lt lt Nua gt EEE jauedZyAuly Dip OAsyyayae diulpuagajpuey pioa Qspjoo tape dajpuey F plow ananasa pioa Qfspasuanhagjaye JpaNajpuey pios Opajnaaxgauu pioa OGsyyyjuaryaxoe qpranajpuey ugajo0q tanajnaarques Dip OHsweyeqayseganajpuey afiessany sIheuy ysiisahessayyxau pioa Qfsppuma puey pioa Qafessapalos pioa OfswafessaypaTajpuey plow QuajpueHabessapyalsiial 104 Hispjabessayyiujajpuey JajpueHafessapyziAAul SITABUY QsuajpueHafiessapyaf Dip QAswhuysespecigalpuey Dun awa Eech ve l l lt afiessayrafiessaursoAui jau lt lt Muas gt Din uajpueHafessapqajsihal FER E JBALIISUIISSO em Kaal qorafiessay pioa Qayngaxa plo Qpanjasayabessau qor zyenbrfiso MOIE Jauajs jaiiessapyaiiessau soAuny jau TM de classes tagrama D Figura 4 5 40 Tabela 4 5 Descri o das classes e interfaces usadas na ferramenta Classe Interface Descri o
19. es TOSSIM para aplica es de RSSFs desenvolvidas no TinyOS 2 x A cria o desta ferramenta de grande utilidade para a comunidade que desenvolve aplica es para RSSF pois permite a visualiza o e an lise de dados da simula o da aplica o antes de sua implementa o no ambiente f sico real Palavras Chaves sensores simulador sistemas distribu dos tinyos tossim ul Abstract Wireless sensor networks WSNs have been used in many areas such as security services ecology agriculture health military logistic robotic and so on The TinyOS has been the principal operating system for WSNs and the TOSSIM is the most used simulator In this context the aim of this work is developing a visualization tool of TOSSIM simulations for WSNs applications developed in TinyOS 2 x The creation of this tool is very interested by the community which develops WSNs applications because it allows the visualization and the analysis when simulating applications before theirs deployment in a real scenario Keywords sensors simulator distributed systems tinyos tossim w Sum rio Ee HEI ener eege t RESUMO ne ast ee EE EE EE iti JN DS E iv i o AHA e 2 1 1 CONTEXTO aE a EEE EAE A tana Sea EEE AAE E A 2 1 2 enen tte 4 1 3 Organiza o Elle E 4 2 Conceitos EE 6 Sch Redes de Sensores E 6 2 2 TNO i ici ieee shen ad uit dene 7 2 3 E 9 QeBiMi ee 9 Ee EE 9 23 9 E 11 2 4 TOSS M a E E E a 12 2 5 Con
20. na rede P s condi es informa es estat sticas do sensor selecionado exibidas para o usu rio Requisitos Atendidos RF13 Casos de uso relacionados UC15 Fluxo de eventos principal 1 Usu rio informa que deseja visualizar os dados estat sticos de uso de recursos Sistema executa UC15 Sistema exibe as informa es descritas no RF13 Fim do caso de uso UC14 Selecionar Sensor Descri o sele o de um dos sensores presentes na visualiza o da simula o Ator usu rio Pr condi es existir algum sensor ativo na rede P s condi es o sensor deve estar selecionado Requisitos Atendidos RF12 RF13 Casos de uso relacionados UC12 UC13 Fluxo de eventos principal 1 2 3 4 Sistema disponibiliza os sensores da rede Usu rio seleciona um sensor Sistema matca sensor como selecionado Fim do caso de uso UC15 Consumir Mensagem Le Descri o sistema consome uma mensagem dispon vel na lista de mensagens recebidas Ator temporizador Pr condi es deve existir alguma mensagem dispon vel para o tempo atual de simula o determinada pelo temporizador O sistema deve estar permitido de seguir com a visualiza o P s condi es a mensagem consumida deve ser removida da lista de mensagens recebidas Requisitos Atendidos RF03 RF05 RF08 RF12 RF13 Casos de uso relacionados UC05 UC08 Fluxo de eventos principal 1 Temporiz
21. presentes em uma lista e prontas para serem consumidas processadas Requisitos Atendidos RF01 Casos de uso relacionados n o h Fluxo de eventos principal 1 Sistema aguarda a solicita o do TOSSIM para estabelecer uma conex o via SertalForwarder Ops 6 ts TOSSIM envia uma solicita o para se conectar ao sistema Sistema estabelece uma conex o com o TOSSIM Para cada mensagem enviada pelo TOSSIM 4 1 Sistema verifica o tipo de mensagem recebida FE01 4 2 Sistema guarda a mensagem numa lista para ser consumida posteriormente TOSSIM finaliza a conex o com o sistema Sistema permite que o usu rio inicie a visualiza o da simula o FA01 Fim do caso de uso Fluxos alternativos FA01 Sistema n o recebe mensagens do TOSSIM 1 Se nenhuma mensagem for recebida durante a conex o com o TOSSIM o sistema n o permite que o usu rio inicie a visualiza o da simula o Sistema aguarda uma nova conex o voltando para o passo 1 do fluxo principal Fluxos de erro FE01 Sistema recebe mensagem de tipo inv lido 1 2 Sistema descarta a mensagem recebida que possui um tipo desconhecido Sistema recebe a pr xima mensagem e executa o passo 4 1 do fluxo principal UC02 Iniciar Visualiza o Descri o sistema come a a consumir as mensagens recebidas pelo TOSSIM e exibir as informa es da simula o para o usu rio fila Ator usu rio e temporizador Pr cond
22. uma rede com todos os n s id nticos Os desenvolvedores usam a biblioteca TOSSIM para escrever programas em Python ou C os quais configuram e executam as simula es A biblioteca prov um conjunto de servi os de comunica o para outras aplica es Isto permite que o TOSSIM se conecte atrav s de um socket TCP a uma aplica o em Java por exemplo para fins de monitora o ou intera o com a simula o O TOSSIM possui um sistema de depura o onde o usu rio escolhe os meios de sa da Geralmente o console utilizado para exibi o das mensagens de depura o mas poss vel escrever tamb m a sa da em um arquivo Cada meio associado a chaves canais de depura o que filtram as mensagens pertencentes apenas a elas Explicitamente dentro da aplica o o programador declara as mensagens de depura o e informa qual a chave que a possu O exmplo a seguir mostra como feita a defini o de uma Eidos mensagem de depura o 2 Desta forma est sendo criada uma mensagem Componente inicializado An que ser colocada na sa da quando a chave Start for usada 1 command error t StdControl start 2 dbg Start Componente inicializado n 3 return call Timer startPeriodic 1024 4 Na linha 3 do c digo Python de um scritp de simula o colocado a seguir adicionado o canal Start a saida padrao 1 sad 2 import sys 3 t addChannel Start sys std
23. 6 t busy TRUE event void Send sendDone message t msg error t error busy FALSE 10 As tasks descritas na Se o 2 2 podem estar presentes dentro da rea de implementa o do m dulo Um exemplo do uso de task pode ser visto a seguir Uma task 6 para sinalizar a finaliza o do envio foi criada e passa a ser chamada durante a execu o do comando read 10 filterVal 1 module PeriodicReadercC 2 Kei 3 4 implementation 3 baas 6 task void readDoneTask 7 signal Read readDone SUCCESS 8 9 command error_t Read read 10 post readDoneTask LIJ return SUCCESS 12 13 2 3 3 Configura es Toda aplica o em nesC precisa de configura o cuja responsabilidade a liga o entre os componentes Na liga o as interfaces providas por um componente s o conectadas s interfaces usadas por outros Na defini o da configura o tamb m existe a op o de usar e prover interfaces A configura o BlinkAppC 1 prov a interface Init 2 10 11 12 13 14 15 16 A implementa o da configura o especifica os componentes configuration BlinkAppc provides interface Init implementation components Main BlinkC LedsC components new TimerMilliC as Timer0 components new TimerMilliC as Timerl components new TimerMilliC as Timer2 BlinkC gt MainC Boot BlinkC TimerO gt Timer0
24. A Tabela 4 2 apresenta os atores identificados no sistema Tabela 4 2 Atores do TOSViz Ator Descri o Temporizador Periodicamente verifica se alguma mensagem recebida pode ser consumida processada pelo TOSViz TOSSIM Simulador de aplica es para RSSF Usu rio Usu rio final do sistema que simula a aplica o pelo TOSSIM e visualiza a simula o pelo TOSViz O diagrama da Figura 4 2 define os casos de uso UC do TOSViz Ds Exibir Topologia de Visualiza o Exibir Mensagens de Simula o TOSSIM D d z ssextend gt H H x lt lt extend gt gt Consumir Receber Mensagem Mensagens Selecionar Sensor Temporizador Iniciar Visualiza o Exibir Dados Estat sticos Pausar Visualiza o Exibir Dados da Topologia Parar Visualiza o Mensagens de Simula o Importar Topologia de Visualiza o Limpar Mensagens de Simula o Exportar Topologia de Visualiza o Topologia de Visualiza o Figura 4 2 Diagrama de casos de uso do TOSViz Os casos de uso identificados na Figura 4 2 s o descritos a seguir UC01 Receber Mensagens Descri o recebe as mensagens de depura o do TOSSIM Ator TOSSIM Pr condi es n o h P s condi es as mensagens recebidas precisam estar
25. EDs do sensor Copie para ele os arquivos dispon veis no diret rio da aplica o Blink do TinyOS e g opt tinyos 2 1 0 apps Blink para dentro de um novo diret rio chamado Blink Tente compilar essa aplica o com o comando make micaz sim sf Veja que n o foi poss vel compilar a aplica o pela aus ncia do componente SerialActiveMessageC A mensagem de erro foi 1 In component SerialActiveMessageC 2 opt tinyos 2 1 0 tos lib tossim sf sim SerialActiveMessageC nc In function startDone runTask 3 opt tinyos 2 1 0 tos lib tossim sf sim SerialActiveMessageC nc 74 SplitControl startDone not connected 4 opt tinyos 2 1 0 tos lib tossim sf sim SerialActiveMessageC nc In function stopDone runTask 5 opt tinyos 2 1 0 tos lib tossim sf sim SerialActiveMessageC nc 75 SplitControl stopDone not connected 6 make sim exe Error 1 Para resolver este problema preciso que a aplica o use o componente SerialActiveMessageC implementando os commands startDone e stopDone Eles n o s o usados dentro da aplica o mas preciso para a compila o voltada para uso do SerialFonmarder As linhas O arquivo de configura o Blink App nc deve ser atualizado de forma a ficar de acordo com o seguinte c digo 1 configuration BlinkAppC 2 3 implementation 4 components Main BlinkC LedsC 5 components new TimerMilliC as Timer0 6 components new Ti
26. M Received message from 3 3 Sent Message lt TOSMsg gt addr 0x19 type 0x3f group 0x7d length 0x2 data 0x3 0x0 0x0 0x0 0x0 0x0 0x0 O 3 TestTinyVizM Done sending success 1 2 TestTinyWizM Sending message to node 16 16 TestTinyvizM Received message from 2 2 Sent Message lt TOSMsg gt addr 0x10 type 0x3f group 0x7d length 0x2 data 0x2 0x0 0x0 0x0 0x0 0x0 0x0 O 2 TestTinyWizM Done sending success 1 6 TestTinyWizM Sending message to node 20 20 TestTinyWizM Received message from 6 4 7 T gt Highlight Clear Simulation paused Figura 3 1 TinyViz conectado ao TOSSIM simulando uma RSSF 23 A Figura 3 1 apresenta a interface gr fica do TinyViz exibindo a simula o de uma aplica o onde os sensores trocam mensagens entre si Do lado esquerdo os 14 sensores est o espalhados numa representa o gr fica da rede Do dado direito as aplica es espec ficas plugins est o dispon veis para o usuario controlar o funcionamento do TinyViz O usuario tem a disposi o na parte superior da aplica o recursos para iniciar pausar e encerrar uma simula o limpar o estado da representa o gr fica da rede e controlar a velocidade da visualiza o A arquitetura do TinyViz flex vel a ponto de permitir que desenvolvedores possam criar plugins de visualiza o e controle utilizando uma API provida pela engine TinyViz Esta engine publica os eve
27. a o precisam estar apagadas Requisitos Atendidos RF04 Casos de uso relacionados n o h Fluxo de eventos principal 1 Usu rio pede para o sistema parar a visualiza o da simula o 2 Sistema informa ao temporizador que deixe de consumir as mensagens e reiniciar o tempo da simula o para iniciar uma nova visualiza o posteriormente 3 Sistema apaga as mensagens da simula o as estat sticas de uso dos recursos de cada sensor a topologia de rede a topologia da visualiza o dos sensores e as mensagens recebidas presentes na lista 4 Fim do caso de uso 29 UC05 Exibir Mensagens de Simula o Descri o sistema exibe as mensagens resultantes das a es da simula o Ator temporizador Pr condi es alguma a o precisa ter acontecido como resultado da interpreta o da mensagem consumida As a es s o inicializa o mudan a de estado do LED envio e recebimento de mensagens e defini o da topologia P s condi es as a es precisam estar detalhadas para o usu rio Requisitos Atendidos RF05 Casos de uso relacionados UC15 Fluxo de eventos principal 1 Ap s a execu o do UC 15 o temporizador pode exibir as mensagens de simula o para o usu rio Sistema re ne informa es para detalhar e exibir as a es da simula o para o usu rio O detalhamento da mensagem composto pelo identificador do sensor tempo de ocorr ncia e dados espec ficos de
28. a an lise textual feita sobre a sa da da depura o da simula o Tamb m poss vel realizar um filtro na visualiza o dos eventos gerados pela rede e visando uma apresenta o de forma clara os eventos s o destacados por cores de acordo com seus tipos Esses fatores facilitam a an lise do trace da simula o O usu rio pode usar os recursos de importa o exporta o de topologia da visualiza o Assim h a op o de ter uma topologia preferencial sempre que uma nova simula o for visualizada Outra caracter stica interessante o resumo de informa es que podem ser adquiridas de um sensor da rede ap s o in cio da visualiza o da simula o Dentre essas informa es est o presentes a topologia e os dados estat sticos de utiliza o dos recursos tais como envio e recebimento de pacotes tempo de utiliza o dos LEDs estimativa do consumo de energia Um teste foi feito com TOSViz para mostrar o comportamento de uma rede cuja topologia possui 10 sensores usando uma aplica o onde ocorram frequentemente troca de pacotes A ferramenta proposta neste trabalho teve o seu objetivo cumprido quanto s funcionalidades levantadas e simplicidade de uso Contudo ainda existem limita es a serem superadas tais como o custo do consumo das mensagens recebidas do TOSSIM e escalabilidade da rede 6 1 Trabalhos Futuros Como trabalhos futuros as seguintes atividades devem ser consideradas Primeiro realizar um est
29. acket vi E Topology Selected node EN Cancel Figura 4 11 Janela de filtro das mensagens de simula o A Figura 4 11 mostra a janela para escolha do filtro das mensagens O filtro pode ser feito pelos tipos de mensagens e algum sensor espec fico Se nenhum sensor for escolhido mensagens de todos os sensores ser o mostradas 4 6 Considera es Finais Este cap tulo apresentou detalhes do TOSViz Uma vis o geral foi dada sobre o que a ferramenta e como funciona a integra o entre o TOSViz e o TOSSIM explicada com mais detalhes durante a defini o da arquitetura na Se o 4 3 Foram encontrados treze requisitos funcionais os quais deram origem a quinze casos de uso Os atores identificados nos casos de uso foram o usu rio o TOSSIM e o temporizador Os casos de uso foram considerados nas fases de An lise e Projeto A partir disso as classes foram criadas e agrupadas seguindo conceitos de interface gr fica com o usu rio uso geral dados estat sticos mensagens e coleta armazenamento e controle das mensagens recebidas do TOSSIM 47 5 Avalia o da Nova Ferramenta Uma topologia de rede com 10 sensores foi criada para avaliar o funcionamento do TOSViz em duas situa es distintas A primeira o caso onde todos os sensores apenas trocam o estado de seus LEDs tornando os acesos ou apagados Blink A outra situa o considerada mais pr xima da realidade de RSSF simula a exist nc
30. ador solicita o consumo de mensagens informando o tempo atual de simula o 2 Sistema consulta as mensagens 3 Sistema verifica o tipo da mensagem e extrai informa es para posterior exibi o da topologia da rede ou estat sticas de uso dos recursos dos sensores 4 Sistema elimina a mensagem consumida da lista de mensagens recebidas 5 Este caso de uso estendido por UC05 e UCO8 Fluxos de erro FE01 N o existem mensagens para o momento 1 Se nenhuma mensagem relacionada ao tempo informado for encontrada o caso de uso finalizado 4 3 Arquitetura A arquitetura da solu o foi elaborada para suportar o recebimento de mensagens do TOSSIM visto que este possui diversas mensagens de depura o para informar ao usu rio as a es acontecidas durante a simula o A Figura 4 3 mostra a alternativa encontrada para enviar as mensagens via SerialForwarder para a ferramenta de visualiza o sem precisar alterar o c digo fonte do TOSSIM O SerialFormarder 23 uma ferramenta do TinyOS que permite a comunica o de sensores com aplica es sobre o TCP IP Ent o foi usada a biblioteca do SerialFormarder na simula o visando encaminhar as mensagens de depura o do TOSSIM para o TOSViz 36 Arquivo abstrato V SerialForwarder e Figura 4 3 Redirecionamento das mensagens de depura o Um meio de sa da das mensagens de depura o pode ser escolhido na simula o Na Se o 2
31. am comprometidos Assim h grande consumo de mem ria em simula es de redes com mais de 120 n s Ele chega a ser 30 vezes mais lento que o TOSSIM 24 usado um arquivo XML de configura o que cont m v rias informa es da rede e especificamente de cada sensor Quando a topologia da rede pequena este arquivo pode ser gerado por algum usu rio mas no caso de grandes topologias mais conveniente escrever um script ou uma ferramenta para gerar o XML automaticamente Uma configura o minima precisa especificar a configura o do hardware c pia do execut vel bin rio do software a ser executado e localiza o de cada n 48S Visual AVR Debugger amp Simulator Eile Edit Debug Help Giovals Name Ve AUxUUSC4 Rib UxUU DI Le AO0xO005c4a LDI R27 0x00 Dei ADx005cdo STS 0x0272 R24 ADCREFN CalReqtask El a0x005 50 sts 0x0273 R25 ADCREPM ContReqhask 40x005c54 373 Ox0274 R26 AOxO0SCS8 sm 0x0275 R27 GQ ADCREFNfRefVal AOx005cSc LDD R24 Zei U ADCREFNSRegrort AOxO0SeSe CALL 0x0003a8 i ADCREPMSReqvector AOxO005c62 CALL Det Seng d ADxODSc66 HOR R25 R25 aAkStandard counter A0xO005c6S ADIW R28 0x01 DN AMStandard last aox00Sc a Iu RO 0x3 AMStandardistate AOxO0Sc6e CLI ADxOOSe6e our Ox3e B29 b 1000ControlMgg urrentParameters A0x005c70 our 0x3 RO b CC1000RadioInthjack code Se ANE Fe SES OD Deia Events Debug Breakpoints
32. bip IDE Sci re O 0 go BS OCH RE Nevigator 3 BE Outre gt O A re sg i Lae E metos E omen Select Image substring search any Character any sting Fiter matches 249 mages aut of 250 DO EI la a Ad ai Ei do Mo beaeted NED default tue JE serge m macennad Figura 3 3 OMNet 4 0 IDE 17 REA Para a ltima vers o do OMNet foi desenvolvida um Ambiente Integrado de Desenvolvimento IDE baseado na plataforma Eclipse Esta plataforma foi estendida com a cria o edi o e visualiza o de modelos arquivos NED e ini execu o em batch e an lise dos resultados das simula es 3 4 ATEMU ATEMU 7 20 simula as opera es de cada sensor da rede individualmente Desta forma ele permite que haja diferentes aplica es entre os sensores da rede durante a simula o Ele usa uma estrat gia de execu o onde cada n e cada dispositivo avan am em todas as rodadas de ciclo de clock para garantir que os n s seus dispositivos e a comunica o estejam sempre sincronizados Inicialmente o ATEMU implementado em C suporta apenas a simula o para sensores do tipo MICA2 mas sua arquitetura flex vel o suficiente para facilmente passar a suportar outras plataformas de hardware As informa es de simula o extra das do ATEMU possuem alto n vel de confian a em rela o opera o real da rede Em consequ ncia disto o desempenho e a escalabilidade da rede for
33. de topologia O arquivo deve conter apenas a posi o de cada sensor presente na rede atual Se durante a simula o for preciso criar mais sensores do que a quantidade presente na topologia importada as posi es dos novos sensores ser o geradas aleatoriamente pelo sistema Prioridade importante RFs relacionados RF08 RF09 RF10 RF12 Exibir Dados da Topologia da Rede O sistema deve ser capaz de exibir as poss veis conex es do sensor selecionado com outros n s da rede e os ganhos n veis de interfer ncia correspondentes Prioridade essencial RFs relacionados RF01 RF13 RF13 Exibir Dados Estat sticos ORs O sistema deve ser capaz de exibir os dados de expectativa de consumo dos recursos relativos a cada sensor da rede Os dados a serem exibidos s o e Mensagens quantidade de mensagens enviadas e recebidas e quantidade de bytes enviados e recebidos e LEDs tempo total que cada LED do sensor ficou acesso e Consumo estimado CPU transmiss o recebimento LEDs e total Prioridade essencial RFs relacionados RF01 RF12 4 2 4 Requisitos N o Funcionais Os requisitos n o funcionais s o detalhados a seguir RNF01 Facilidade de uso O sistema deve apresentar uma interface gr fica simples com boa usabilidade e de f cil aprendizado Prioridade importante RNF02 Portabilidade O sistema deve funcionar em sistemas operacionais baseados em Linux Prioridade essencial 4 2 5 Casos de uso
34. do servi o event chamada de shlitphase consequ ncia da estrat gia do TinyOS de n o bloquear durante a execu o do servi o Tasks fun o executada pelo escalonador do TinyOS em algum momento posterior Isto permite que commands e events tenham respostas imediatas ao passar a responsabilidade de tarefas consideradas com maior complexidade computacional para tasks Enquanto commands e events s o mecanismos para comunica o entre componentes tasks representam concorr ncia interna no componente O escalonador de tasks do TinyOS utiliza uma pol tica de escalonamento FIFO n o preemptiva Os componentes disponibilizam seus commands e events atrav s de interfaces que podem ser usadas por outros componentes Quando isto acontece diz se que eles est o ligados wired Como as interfaces est o especificando commands e events elas s o consideradas bidirecionais SecDedEncode Figura 2 1 Grafo simplificado dos componentes nesC da aplica o SenseToRfm do TinyOS 19 A Figura 2 1 apresenta um exemplo de grafo de componentes nesC de uma aplica o do TinyOS A aplica o SenseToRfm coleta periodicamente sinais de luz e envia o valor em broadcast para outros sensores Os n s do grafo s o os componentes e as 8 arestas s o interfaces As setas para cima indicam o fluxo de events e as setas para baixo indicam o fluxo de commands 2 3 Linguagem nesC A linguagem nesC 11 14 bastan
35. do o comando make micaz sim sf Coloque os arquivos do pacote de distribui o do TOSViz no diret rio da aplica o Blink Abra o arquivo main c e atualize a quantidade total de sensores da rede oF na vari vel local nodes declarada dentro da fun o main Compile os arquivos do TOSViz usando make f Makefile Driver Inicialize o TOSViz com o comando ava jar tosviz TosViz jar A ferramenta deve inicializar com a op o de in cio de visualiza o desabilitada Em seguida execute o comando main Perceba que o TOSSIM come a a enviar mensagens pelo SerialFormarder e o TOSViz habilitou o bot o para dar inicio a visualiza o da simula o Pressione esse bot o dar in cio a visualiza o Neste momento todos os sensores devem estar acendendo e apagando seus LEDs poss vel realizar a visualiza o de qualquer aplica o simulada no TOSSIM realizando os passos descritos aqui nesta se o Funcionalidades Alterando a topologia de visualiza o 1 Iniciar a visualiza o 2 Clicar e segurar o bot o esquerdo do mouse sobre o sensor 3 Arrast lo ao local desejado dentro do painel de simula o Exportando a topologia de visualiza o 1 Alterar a topologia ou iniciar a visualiza o 2 Selecionar Export Current Topology no menu File 3 Escolher nome e diret rio para o arquivo a ser exportado 4 Salvar o arquivo Importando a topologia de visualiza
36. do uso de recursos visualizar sequ ncia de a es e representar graficamente o comportamento da rede Detalhes do desenvolvimento da ferramenta s o apresentados nas pr ximas se es seguindo as etapas tradicionais de desenvolvimento de software defini o dos requisitos arquitetura projeto e implementa o 4 1 Vis o Geral Com o objetivo de facilitar a visualiza o da simula o o TOSViz interpreta as mensagens de depura o originadas do pr prio TOSSIM que seriam apresentadas ao usu rio em forma textual durante a simula o conforme mostrado na Figura 1 2 Socket TCP Usu rio Figura 4 1 Comunica o entre o TOSSIM e o TOSViz As mensagens s o transferidas para a ferramenta de simula o atrav s de um socket TCP conforme mostra a Figura 4 1 Isso explora a capacidade do TOSSIM de se conectar com outras aplica es citada na Se o 2 4 4 2 Requisitos Esta se o especifica os requisitos de alto n vel que o TOSViz deve prover Em particular s o identificados os requisitos funcionais n o funcionais casos de uso restri es e premissas E 4 2 1 Prioridade dos Requisitos Os requisitos do sistema recebem uma prioriza o estabelecida de acordo com os elementos descritos a seguir Isto importante para defini o de prioridades na fase de desenvolvimento e Essencial requisito necess rio para o funcionamento do sistema e Importante requisito que n o interfere no funcio
37. e dados at o rastreamento do inimigo ou sobreviv ncia no campo de batalha Um cen rio simples de entender a utiliza o de um sistema de defesa que atrav s de sensores substitui minas consideradas perigosas e obsoletas para detec o de invasores em territ rios Em outro cen rio agora para ambientes internos duas redes de sensores podem integrar a detec o de fuma a e inc ndio e os sinais luminosos que indicam sa das Em caso de emerg ncia a RSSF respons vel por encaminhar as pessoas para a sa da atrav s do caminho mais seguro Por fim na agricultura a irriga o pode ser controlada de forma mais econ mica e eficiente ao monitorar o solo a umidade do ar e clima 1 1 Contexto Os sensores podem estar dispostos em uma rede com ou sem fio As Redes de Sensores Sem Fio RSSFs v m sendo amplamente utilizadas em consegu ncia do desenvolvimento da tecnologia de comunica o sem fio e apresentam vantagens sobre as redes com fio e g facilidade de instala o mobilidade dos n s As RSSFs possuem as seguintes caracter sticas 3 topologia din mica grande quantidade de sensores sensores s o propensos a falhas comunica o broadcast sensores possuem limita o de energia capacidade computacional e mem ria e aus ncia de identificadores globais por causa da grande quantidade de sensores A Figura 1 1 mostra como os sensores geralmente s o espalhados em uma rea que est sendo monitorada Cada sensor tem a
38. e vem me ajudando a vencer os obst culos da vida e compartilhando momentos nicos e inesquec veis Agrade o a minha irm mais velha Riviane Ser humano que amo respeito e admiro quando n o atrapalha minhas atividades para ver o Orkut Agrade o a Vivian minha sobrinha de 1 ano e 3 meses que nos momentos de preocupa o no desenvolvimento deste trabalho aparecia gritando titio e sentando no meu colo para bater em todas as teclas do teclado puxar o fio do fone de ouvido e derrubar o mouse no ch o Agrade o a fam lia que vem me dando apoio na luta pelas minhas conquistas Agrade o aos amigos Buiu e Fundinho pelo companheirismo Pessoas que conhe o h muito tempo e que passaram este ltimo per odo atrapalhando minhas horas de estudo para sair e se divertir com as namoradas Agrade o aos amigos Chico David Digao Japa Felipe Moxinho Gravat Guedinho H lio Henrique Papel Petrolina Pigmeu Tanga Vivi e Xeroso B pelos momentos de descontra o dentro e fora do CIn e pelas caronas que peguei Z Resumo Redes de sensores sem fio RSSFs t m sido utilizadas em diversas reas que incluem servi os de seguran a ecologia agricultura sa de militar log stica rob tica e assim por diante O TinyOS tem sido o principal sistema operacional para RSSFs e o TOSSIM o simulador de RSSFs mais utilizado Neste contexto o objetivo deste trabalho implementar uma ferramenta de visualiza o de simula
39. eNeighborEntryIdx DEBUG 1 LinkEstimatorPSupdateNe DEBUG 1 Making link 1 mature DEBUG 1 MinPkt 3 totalPkt 3 DEBUG 3 newlenl 5 DEBUG 3 Max payload is 28 max DEBUG 3 Loaded on footer 0 16 DEBUG 3 Loaded on footer 121 DEBUG 3 newlen2 13 DEBUG 3 Sending seg 17 210 60 ff ff 000156 0 2 75 DEBUG 3 AM Sending packet id DEBUG 2 Received active message length 13 for me 0 0 DEBUG 2 Received upper packet DEBUG 2 LI receiving packet bu WEIEREN 9 608303607 Will signal up of type 112 and f addr G09b7d0 d ting prevseq 16 curseq 17 gap 1 ighborTableEst Entries is 7 6 17 112 len 13 to 65535 0x509b7f2 of type 112 and 9 666351440 Will signal up f addr amp 09b7f9 Figura 1 2 Exemplo de sa da gerada pelo TOSSIM Al m do TOSSIM existem outras ferramentas de simula o para aplica es de RSSF 1 tais como NS 2 16 Mannasim 15 SENSE 22 OMNet 17 Castalia 9 Qualnet 21 VisualSense 27 AlgoSenSim Hl e GT NetsS 12 1 2 Objetivo A Vers o 1 x do TinyOS possui uma ferramenta de visualiza o o TinyViz Na sua vers o atual Vers o 2 x o TinyViz n o foi adaptado e deixou de ser distribu do junto como TinyOS O objetivo deste trabalho implementar uma ferramenta de visualiza o de simula o para aplica es de RSSF desenvolvidas no TinyOS 2 x Neste caso mensagens de simula o geradas pelo TOSSIM s o recebidas e in
40. erface StdControl 2 ou seja precisa implementar os comandos start 13 e stop 16 dessa interface O componente usa as interfaces Timer 4 Read 5 Send 6 e Packet 7 Na defini o do evento readDone 22 s o feitas chamadas ao comando send 31 do componente de envio de pacotes Quando este componente finalizar o envio lan ado um evento sendDone indicando a conclus o da tarefa processo ER definido de shlitphase na Se o 2 2 Assim a aplica o pode liberar o acesso ao componente de envio de pacotes 38 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 module PeriodicSenseAndSendc provides interface StdControl uses interface Timer lt TMilli gt interface Read lt uintl6 tz interface Send interface Packet implementation message_t packet bool busy FALSE command error t StdControl start return call Timer startPeriodic 1024 command error_t StdControl stop return call Timer stop event void Timer fired call Read read event void Read readDone error t err uintl6 t val if err SUCCESS busy return else uint8_t payloadLen uintl6 t payload uintl6 t call Packet getPayload amp packet amp payloadLen if payloadLen gt sizeof uintl6 t payload val if call Send send amp packet sizeof uintl
41. fica 45 Selected node Topology Statistics From To Gain 1 0 114 0 1 114 1 2 54 2 1 55 1 3 60 3 1 60 Figura 4 8 Area de informa es da simula o topologia A rea de informa es da simula o possui um campo de escolha do n cujas informa es ser o exibidas nas duas abas dispon veis A primeira aba Figura 4 8 apresenta as poss veis conex es do sensor selecionado e a segunda aba Figura 4 9 disp es das estat sticas de uso dos recursos Selected node Topology Statistics Messages Sent 13 163 bytes Received 32 372 bytes Leds Led 0 Oh Omin Os on Led 1 Oh Omin Os on Led 2 Oh Omin Os on Estimated Consumption CPU 0 10800000000 Joule Leds 0 0 Joule Transmit 2 282E 6 Joule Receive 4 55700000000E 6 Joule Total 0 10800683900 Joule Figura 4 9 rea de informa es da simula o estat sticas A rea de mensagens da simula o diferencia os tipos de mensagens por cores Alguns exemplos dessas mensagens podem ser vistos na Figura 4 10 Nesta rea o usu rio visualiza todo o trace da simula o que pode ser limpo ou filtrado Messages Clear Filter a 0 0 7 2 2 Broadcasting packet Type 112 Length 7 Data 0 0 80 ff ff 0 O LI Figura 4 10 rea de mensagens da simula o 46 NE O Messages Filter Oo El s Receiving packet Vi Wi Mi Broadcasting p
42. ge Message em mensagem que significa o in cio do envio de um pacote org quartz Job Interface pertencente a biblioteca Quartz As atividades agendadas precisam implementar esta interface MessageJob Agendamento para consumo de mensagens Implementa a interface org quartz Job MessageQueue Representa a lista de mensagens recebidas do TOSSIM respons vel tamb m pelo controle do tempo da simula o Tiny VizMessageHandler Interface para consumo das mensagens Todas as classes que sofrem altera o quando uma mensagem consumida precisa implementar esta interface net tinyos message MessageListener Interface do TinyOS que permite o recebimento das mensagens enviadas pelo SerialFormarder TossimSFDriver Classe que implementa a interface net tinyos message MessageListener para recebimento das mensagens do SerialFormarder LedStatisticInfo Cont m dados estatisticos de LEDs relacionados a um sensor MessageStatisticInfo Cont m dados estat sticos de mensagens ep envio recebimento CPU relacionados a um sensor MoteStatisticInfo Reune os dados estatisticos de um sensor Constants Cont m as constantes utilizadas para implementa o da ferramenta Util M todos gen ricos do sistema ArrowConnection Componente da visualiza o gr fica Seta que significa um mensagem trocada entre dois sensores MessageConfig Tela para escolha do filtro das mensagens
43. i es existir mensagem na lista aguardando ser consumida P s condi es as mensagens consumidas n o devem mais estar presentes na Requisitos Atendidos RF02 Casos de uso relacionados n o h Fluxo de eventos principal 1 2 Usu rio pede para o sistema iniciar a visualiza o da simula o Sistema informa ao temporizador que as mensagens recebidas podem ser consumidas Sistema permite que o usu rio possa pausar ou parar a simula o DR 4 Fim do caso de uso UC03 Pausar Visualiza o Descri o sistema congela a visualiza o da simula o Ator usu rio e temporizador Pr condi es visualiza o da simula o ter sido iniciada P s condi es sistema congela a visualiza o da simula o Requisitos Atendidos RF03 Casos de uso relacionados n o h Fluxo de eventos principal 1 Usu rio pede para o sistema pausar a visualiza o da simula o 2 Sistema informa ao temporizador que deixe de consumir as mensagens por m guarde o tempo atual da simula o para continu la posteriormente 3 Sistema permite que o usu rio possa voltar a executar ou parar a simula o 4 Fim do caso de uso UC04 Parar Visualiza o Descri o sistema para a visualiza o da simula o e se prepara para uma nova simula o Ator usu rio e temporizador Pr condi es visualiza o da simula o ter sido iniciada ou pausada P s condi es todas as informa es da simul
44. ia de mensagens sendo trocadas constantemente MViz Nos dois exemplos foram observados a utiliza o da mem ria e do processador pelo TOSViz A avalia o foi feita utilizando uma m quina virtual executando o sistema operacional Xubun TOS e com aloca o de 512MB de mem ria O computador utilizado pela maquina virtual possui sistema operacional Windows XP SP2 1GB de mem ria RAM e processador Athlon 64 3200 A Tabela 5 1 possui o resultado dos testes com rela o ao uso de mem ria Resident Set Size RSS da ferramenta para as aplica es testadas usando a topologia com 10 n s Al m dos dois tipos de aplica es testadas foi observado o uso da mem ria quando a ferramenta est ociosa Neste caso a maior quantidade de mem ria usada foi na situa o onde o TOSViz aguarda conex o com o TOSSIM pois constantemente a tentativa de conex o falha e em seguida uma nova tentativa feita Tabela 5 1 Uso de mem ria do TOSViz para uma rede de 10 sensores Utiliza o da Utiliza o do Aplica o mem ria processador Nenhuma aguardando conex o com o 8150 KB lt 10 TOSSIM Nenhuma conectado com o TOSSIM 2500 KB lt 10 Blink 7700 KB 10 gt uso gt 50 Mviz 5800 KB gt 50 A sa da gr fica da visualiza o para a aplica o dos LEDs a Blink n o apresentou lentid o ou travamento do TOSViz por causa da baixa quantidade de mensagens recebidas do TOSSIM para indicar a altera o de sta
45. imento de mensagens Estabelece conex o com o TOSSIM recebe as mensagens de depura o e as guarda no reposit rio de mensagens recebidas Reposit rio de dados da simula o Armazena dados da simula o importantes e g dados estat sticos do uso de recursos topologia da rede para posterior exibi o para o usu rio Reposit rio de mensagens Armazena as mensagens recebidas do TOSSIM que ser o recebidas consumidas pela visualiza o Temporizador Periodicamente solicita o consumo das mensagens recebidas Visual Exibe o passo a passo da simula o gr fica e textualmente Recebe as requisi es do usu rio consulta o reposit rio de dados da simula o e exibe as informa es solicitadas A Tabela 4 4 apresenta as bibliotecas e frameworks utilizados no desenvolvimento da solu o proposta Tabela 4 4 Bibliotecas e frameworks Nome Vers o Arquivos Draw 2D 3 2 100 org eclipse draw2d_3 2 100 v20070529 jar Quartz 1 6 0 commons collections 3 1 jar commons logeine jar commons logeing apt jar jtayar quartz all 1 6 0 jar SWT 3 3 2 org eclipse swt gtk linux x86_3 4 0 v3448f jar 38 org eclipse swt_3 3 2 v3349d jar TinyOS 2 1 tinyos jar 4 4 Projeto Ap s a an lise dos requisitos e elabora o da arquitetura o sistema foi modelado seguindo o diagrama de classes da Figura 4 5 cujos elementos mostrados s o
46. ions ICIEA 2008 pp 1439 1443 54 Anexo A Guia do usu rio O guia do usu rio est dividido em tr s partes para que o usu rio n o sinta dificuldade na utiliza o do TOSViz Primeiro os elementos do painel de simula o e as mensagens de simula o s o detalhados Em Seguida apresentado um passo a passo para iniciar a visualiza o de um exemplo Por ltimo o uso das demais funcionalidades explicado Elementos do TOSViz nun Figura A 1 Sensor Internamente ele possui tr s ret ngulos que equivalem aos LEDs No decorrer da simula o exibido o status de ligado ou desligado a d 1 i A D mn SI Figura A 2 Sensor enviando mensagens em broadcast ET 1 ACD au Figura A 3 Troca de mensagem entre sensores O sentido da seta indica a dire o do fluxo de dados durante o envio recebimento 0 0 7 2 2 Broadcasting packet Type 112 Length 7 Data 0 0 80 ff ff 0 O Figura A 4 Mensagem exibida na area de mensagens A primeira coluna indica o tempo de simula o da ocorr ncia do evento a segunda coluna tem o identificador do sensor que originou a a o e a terceira coluna apresenta uma mensagem explicativa da a o A cor da linha identifica os diferentes tipos de mensagem ia Integra o com o TOSSIM O passo a passo da integra o mostrado usando a aplica o Blink que periodicamente altera o estado dos L
47. ja exportar a atual topologia de visualiza o para arquivo 2 Sistema solicita ao usu rio o diret rio e o nome que o arquivo ser salvo FA01 3 Usu rio informa diret rio e nome do arquivo 4 Sistema salva no arquivo as posi es dos sensores presentes na topologia associando as ao identificador desses sensores FE01 5 Fim do caso de uso Fluxos alternativos FA01 Usu rio cancela a opera o 1 Usu rio cancela a opera o 2 Sistema permanece com as mesmas op es de filtro escolhidas anteriormente 3 Fim do caso de uso Fluxos de erro FE01 Erro ao salvar o arquivo 1 Sistema n o salva arquivo devido a problemas de entrada sa da 2 Sistema informa o usu rio do erro 3 Fim do caso de uso UC11 Importar Topologia de Visualiza o Descri o as posi es dos sensores presentes na pr xima visualiza o da simula o s o importadas a partir de um arquivo Ator usu rio Pr condi es a visualiza o n o ter sido iniciada e nenhum outro arquivo tenha sido importado anteriormente para a pr xima visualiza o da simula o ree P s condi es sensores posicionados de acordo com a topologia importada Requisitos Atendidos RF11 Casos de uso relacionados n o h Fluxo de eventos principal 1 Usu rio informa que deseja importar uma topologia de visualiza o para a pr xima visualiza o de simula o 2 Sistema solicita ao usu rio o arquivo ser importado FA01 3 Usu rio i
48. jam filtradas pelo usu rio As op es de filtro s o tipo da mensagem e sensor Prioridade importante RFs relacionados RF05 RF07 Limpar Mensagens de Simula o O sistema deve permitir que as mensagens exibidas sejam exclu das Desta forma n o mais poss vel recuper las Prioridade desej vel RFs relacionados RF05 RF08 Exibir Topologia de Visualiza o gt O sistema deve exibir os sensores presentes na simula o A posi o de cada sensor deve respeitar a topologia importada atrav s do RF11 Se nenhuma topologia tiver sido carregada na aplica o a posi o de cada sensor ser gerada aleatoriamente pelo sistema Com o passar do tempo de simula o o sistema deve exibir envio de mensagens em broadcast e troca de mensagens entre os sensores Prioridade importante RFs relacionados RF01 RF09 RF10 RF11 RF09 Alterar Topologia de Visualiza o O sistema deve permitir que a posi o de cada sensor possa ser alterada de acordo com a prefer ncia do usu rio Prioridade importante RFs relacionados RF08 RF10 RF11 RF10 Exportar Topologia de Visualiza o O sistema deve permitir a exporta o da topologia atual para arquivo O arquivo deve conter apenas a posi o de cada sensor presente na rede atual Prioridade importante RFs relacionados RF08 RF09 RF11 RF11 Importar Topologia de Visualiza o O sistema deve permitir a importa o de um arquivo
49. mento de todos os objetos OTcl nos objetos de C Por ser um simulador de eventos discretos ele possui um agendador para gerenctar o momento que cada evento ocorrer Os eventos s o objetos cujos atributos s o identificador nico hor rio agendado e um ponteiro para um objeto que ir realizar 15 o tratamento Existe uma lista de eventos que s o disparados um a um e consequentemente cada evento disparado invoca o objeto respons vel por trat lo 3 3 OMNet OMNet 17 28 mais um sistema de simula o de eventos discretos com v rias extens es para simula o de redes sem fio Este simulador consiste de m dulos simples escritos em C e de composi es destes m dulos Os m dulos simples s o unidades indivis veis na hierarquia de m dulos capazes de se comunicar com outros componentes m dulos atrav s de suas portas de entrada e sa da definidas pela interface dos mesmos quando estabelecidas conex es entre elas As composi es de m dulos podem ter apenas m dulos simples ou uma combina o entre outras composi es e m dulos simples N o h limite para a hierarquia de componentes Dessa forma h a possibilidade de se criar um n da rede como sendo uma composi o capaz de calcular o uso de energia e coletar dados do ambiente A cria o da estrutura de composi es feita a partir da linguagem Network Definition NED 26 que espec fica para defini o de m dulos e suas conex es a par
50. merMilliC as Timerl 7 components new TimerMilliC as Timer2 8 components SerialActiveMessageC as Serial 9 10 BlinkC gt MainC Boot 11 BlinkC Timer0O gt TimeroO 12 BlinkC Timerl gt Timerl 13 BlinkC Timer2 gt Timer2 14 BlinkC Leds gt LedsC 15 56 16 17 BlinkC SerialControl gt Serial Foram adicionadas as linhas 8 e 16 no BlinkAppC Em seguida o arquivo de m dulo BlinkC nc teve as linhas 7 33 34 adicionadas ficando da seguinte forma 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 module BlinkC uses interfac imer lt TMilli gt as Timer0 uses interfac imer lt TMilli gt as Timerl uses interfac imer lt TMilli gt as Timer2 uses interface Leds uses interface Boot uses interface SplitControl as SerialControl implementation event void Boot booted call Timer0 startPeriodic 250 call Timerl startPeriodic 500 call Timer2 startPeriodic 1000 event void Timer0 fired call Leds ledOToggle event void Timerl fired call Leds ledlToggle event void Timer2 fired call Leds led2Toggle event void SerialControl startDone error_t error event void SerialControl stopDone error_t error Agora a aplica o pode ser compilada usan
51. namento do sistema mas sua aus ncia resulta num funcionamento n o satisfat rio e e Desej vel requisito que n o interfere no funcionamento b sico do sistema Pode ser implementado por ltimo ou n o implementado 4 2 2 Restri es e Premissas Em projetos de software geralmente existem limita es que interferem na forma que uma atividade executada Essas limita es s o chamadas de restri es Al m disto h a possibilidade de existir atividades que dependem de algumas premissas ou seja fatores considerados verdadeiros para tal atividade ser realizada com sucesso O desenvolvimento do TOSViz se baseia na exist ncia das seguintes restri es premissas REST01 Formato das mensagens de depura o do TOSSIM O TOSViz se baseia nas mensagens de depura o geradas pelo TOSSIM apresentadas na Tabela 4 1 Conforme apresentado na Se o 2 4 as chaves de depura o s o canais que cont m um conjunto de mensagens de depura o O usu rio escolhe esses canais e o meto de sa da das mensagens e g console arquivo Tabela 4 1 Mensagens de depura o do TOSSIM Chave de Depura o Formato da mensagem AM PACKET Broadcasting packet to everyone AM AM Sending packet id lt identificador do tipo da mensagem gt len lt tamanho da mensagem gt to lt n mero de destino gt Gain Getting link from lt identificador de sensor gt to lt identificador de sensor gt with gain lt valor do ganho gt
52. nca 33 OMNetr t40 DEE A baci a pp 17 Figura 3 4 XATDB a interface gr fica para o ATEMU DOLL 19 Figura 4 1 Comunica o entre o TOSSIM e o LOS Via erter EE 21 Figura 4 2 Diagrama de casos de uso do TOSVI1Z w cccessseseessssescsssssessesssssessesssesees Kn Figura 4 3 Redirecionamento das mensagens de depura o occ 37 Figura 4 4 Arquitetura gliese eise 37 Figara4 5 Diagrama de ClassesA td 40 Figura As Gs Janela principal eses serasa geed 45 Figura 4 7 rea de visualiza o gr fica sapiens esa Ra Ta 45 Figura 4 8 rea de informa es da simula o topologia scsssssscssssssseessecsssssseneees 46 Figura 4 9 rea de informa es da simula o Iestatietiensl 46 Figura 4 10 rea de mensagens da simula o ssssssssssssssssssesseseccssssssnsessesesssnssniens 46 Figura 4 11 Janela de filtro das mensagens de summe 47 Figura 5 1 Teste do visualizador com uma aplica o que apenas altera o estado dos LEDs eta era sa CONTA CANTA RE VAO E ON EAD ERROS CEA O AO EAN 49 Figura 5 2 Teste do visualizador com uma aplica o que frequentemente existem trocas de TINCT a6 CIS eigene ed eege 49 Figura A 1 Sensor Internamente ele possu tr s ret ngulos que equivalem aos LEDs No decorrer da simula o exibido o status de ligado ou desligado ss sss11s5111 55 Figura A 2 Sensor enviando mensagens em Brgadeat 55 Figura A 3 Troca de mensagem entre sensores O sentido da seta indica a dire o do fluxo de dados durante o e
53. nforma o arquivo 4 Sistema carrega as posi es dos sensores presentes no arquivo FE01 5 Fim do caso de uso Fluxos alternativos FA01 Usu rio cancela a opera o 1 Usu rio cancela a opera o 2 Sistema permanece com as mesmas op es de filtro escolhidas anteriormente 3 Fim do caso de uso Fluxos de erro FE01 Arquivo inv lido 1 Sistema identifica que o arquivo n o possui um formato esperado 2 Sistema informa o usu rio do erro 3 Fim do caso de uso UC12 Exibir Dados da Topologia da Rede Descri o o sistema exibe informa es da topologia da rede relativa apenas ao sensor selecionado Ator usu rio Pr condi es a visualiza o da simula o ter sido iniciada e existir sensores ativos na rede P s condi es informa es de topologia do sensor selecionado exibidas para o usu rio Requisitos Atendidos RF 12 Casos de uso relacionados UC15 Fluxo de eventos principal 1 Usu rio informa que deseja visualizar a topologia da rede 2 Sistema executa UC15 a a 3 Sistema exibe quais sensores que o sensor selecionado pode se comunicar e os ganhos n veis de interfer ncia correspondentes 4 Fim do caso de uso UC13 Exibir Dados Estatisticos Descri o o sistema exibe informa es estat sticas de uso de recursos relativas ao sensor selecionado Ator usuario Pr condi es a visualiza o da simula o ter sido iniciada e existir sensores ativos
54. ntos gerados pelo TOSSIM aos plugins Isto permite que por exemplo um p ugin visualize o tr fego das mensagens recebidas pelos sensores Os plugins tamb m podem controlar a simula o enviando comandos ao TOSSIM como por exemplo desabilitar um sensor da rede Dentre os plugins padr es do TinyViz pode se encontrar al m dos exemplos citados anteriormente mensagens de depura o para an lise do estado interno do sensor e breakpoints para pausar o TOSSIM 3 2 NS 2 O NS 2 foi criado em 1989 10 16 com o objetivo de simular o funcionamento das redes e se tornou bastante conhecido pelo fato de ser pioneiro e ter seu c digo aberto Este simulador baseado em eventos discretos e tem sua implementa o bem modularizada permitindo facilmente sua extensibilidade Dentre as adapta es feitas ao longo do tempo surgiu o suporte simula o de redes de sensores O NS 2 baseado em duas linguagens 5 C e OTcl O simulador foi escrito em C com o objetivo de utilizar o paradigma de orienta o a objeto e de ter melhor desempenho O usu rio elabora scripts de comandos baseados numa extens o orientada a objetos de Tcl Tool Command Language chamada de OT cl A partir do script gerado pelo usu rio pode se extrair informa es da topologia da rede protocolos usados aplica es que se deseja simular e o formato de sa da de dados do simulador O OTcl pode utilizar os objetos criados no C atrav s da liga o que cria um mapea
55. nvio recebiMento cccccccccccesscesecsssscssesseesssesssscsssssssesssesees 55 Figura A 4 Mensagem exibida na rea de mensagens A primeira coluna indica o tempo de simula o da ocorr ncia do evento a segunda coluna tem o identificador do ti sensor que originou a a o e a terceira coluna apresenta uma mensagem explicativa da a o A cor da linha identifica os diferentes tipos de mensagem ssssrsisssissrirssisssesssesssess 55 uiii Tabela 4 1 Tabela 4 2 Tabela 4 3 Tabela 4 4 Tabela 4 5 Tabela 4 6 Tabela 5 1 ndice de Tabelas Mensagens de depura o do TOSSUM sssssiiesi sesssstevcglocdcosssievensiethenvests 22 Atores AG COS rn E 26 Componentes E irie tat iera E Ea i 38 ele 38 Descri o das classes e interfaces usadas na ferramenta 4 Organiza o das classes e interfaces do sistema em pacotes 43 Uso de mem ria do TOSViz para uma rede de 10 sensores 48 1X Tu te tornas eternamente respons vel por aquilo que cativas Pequeno Principe Antoine de Saint Exup ry 1 Introdu o O uso de sensores facilita o monitoramento de ambientes f sicos Desta forma redes de sensores podem ser utilizadas em diversos dom nios de aplica o 3 6 tais como servi os de seguran a ecologia agricultura sa de militar log stica rob tica e assim pot diante Em aplica es militares o interesse vat desde a coleta d
56. out 4 a Sempre que o componente for inicializado ser colocado no Console sa da padr o a mensagem Componente inicializado 2 5 Considera es Finais Neste cap tulo foram definidos os conceitos de sensores e redes de sensores sem fio Os principais problemas das RSSFs foram apresentados toler ncia a falhas escalabilidade custos da produ o restri es de hardware topologia ambiente meio de transmiss o e consumo de energia O TinyOS foi apresentado como um sistema operacional para redes de sensores baseado em componentes que interagem entre si atrav s de comandos e eventos As aplica es do TinyOS s o constru das em nesC a qual foram apresentados alguns exemplos simples de c digos As aplica es feitas para o TinyOS podem ser simuladas por uma biblioteca chamada TOSSIM Este simulador tem a vantagem de suportar a escalabilidade da rede de sensores por m n o possui uma interface gr fica para visualiza o do comportamento da rede como um todo Ele pode se comunicar com alguma outra aplica o via socket para realizar este trabalho 39 3 Trabalhos Relacionados Simula o a forma mais comum de desenvolver e testar novos protocolos para uma rede de sensores O objetivo prever e modelar com exatid o o comportamento do ambiente do mundo real Existem v rias vantagens relacionadas ao uso de simula o baixo custo facilidade de implementa o e praticidade de executar testes em
57. rate and Scalable Simulation of Entire TinyOS Applications Technical report 20 Polley J Blazakis D McGee J Rusk D amp Baras J S 2004 ATEMU a fine grained sensor network simulator in Proc First Annual IEEE Communications Society Conference on Sensor and Ad Hoc Communications and Networks IEEE SECON 2004 pp 145 152 No 21 Qualnet Dispon vel em lt http www scalable networks com gt Acesso em 26 08 2008 22 SENSE Dispon vel em lt http www ita cs rpi edu sense index html gt Acesso em 26 08 2008 23 TinyOS Dispon vel em lt http www tinyos net gt Acesso em 18 08 2008 24 Titzer B L Lee D K amp Palsberg J 2005 Avrora scalable sensor network simulation with precise timing in Proc Fourth International Symposium on Information Processing in Sensor Networks IPSN 2005 pp 477 482 25 TOSSIM Dispon vel em lt http docs tinyos net index php TOSSIM gt Acesso em 18 08 2008 26 Varga A 1998 Parametrized Topologies for Simulation Programs in Proc Western Multiconference on Simulation WMC 98 Communication Networks and Distributed Systems CNDS OS 27 VisualSense Dispon vel em lt http ptolemy berkeley edu visualsense gt Acesso em 26 08 2008 28 Xian X Shi W amp Huang H 2008 Comparison of OMNET and other simulator for WSN simulation in Proc 3rd IEEE Conference on Industrial Electronics and Applicat
58. redes de larga escala Neste cap tulo algumas ferramentas de simula o ser o mostradas Cada descri o apresenta as caracter sticas principais as vantagens e as desvantagens da ferramenta 31 TinyViz Como mencionado na Se o 2 4 o TOSSIM pode se conectar com outras aplica es para permitir o monitoramento e intera o com a simula o TinyViz 19 23 a ferramenta de visualiza o do TOSSIM para vers o 1 x do TinyOS A sua interface gr fica foi implementada em Java e permite que o usu rio analise e controle a execu o da simula o File Layout Plugins Onjoff SimTime 7 281sec Dey Q ms P Car Q Prinyviz Viz Radio links c e AutoRun logger do not disable 27 din p eg e Debug messages Selected motes only Match 16 Sent Message lt T0SMsg gt addr 0x16 type 0x3f group 0x7d length 0x2 data 0x10 0x0 0x0 0x0 0x0 0x0 0x0 16 TestTinyWizM Done sending success 1 13 TestTinyWizM Received message from 22 22 Sent Message leg addr 0xd type 0x3f group 0x7d Clength 0x2 data 0x16 0x0 0x0 0x0 0x0 0x0 0x0 22 TestTinyWizM Done sending success 1 18 TestTinyWizM Sending message to node 13 3 TestTinyWizM Sending message to node 25 13 TestTinyWizM Received message from 18 18 Sent Message lt TOSMsg gt addr 0xd type 0x3f group 0x7d Clength 0x2 data Ox12 0x0 0x0 0x0 0x0 0x0 0x0 18 TestTinyWizM Done sending success 1 25 TestTinyWiz
59. sidera es Finais orara ie E AR EEA R 13 3 Trabalhos Relaoonadog a aaa aaa aaea alaou 14 3 1 TINY id ei alesis E alee clea a a dtu E hale 14 3 2 eelere 15 3 3 ee 16 3 4 RE EEN 18 3 5 geet 19 3 6 EE EE pao ada 20 S EK E EE 21 4 1 Nisa o Gre eege ee ee a dar magn awa eee Ee 21 4 2 EE 21 AD Ae Prordade dos Requisitos srities 22 4 2 2 Restri es e Premissa Sore e E aa 22 4 2 3 SCOM OSS PACTO SIS cabia Se teh pi e 23 4 2 4 Requisitos N o T nten 26 ADS gt Cassie SO EE 26 4 3 PU EA sl po 36 4 4 DPE CUO amenities pa ice uss tees dba es onda 39 4 5 Ee 44 4 6 Considera es FiniSter AE EAA AAA 47 5 Avalia o da Noya Felraimentas sunstanaanta quantia ia ei E e E thane 48 5 1 Considera es FAIS i snes maintain EaD R 49 D Conclusdow iuccnciwaia ead eee nee hino 50 6 1 Trabalhos Futuro cegidasageguato secs dualecsuees iiashdespcceuais jestudes eeeuias Lea pa E 50 Po Re ferenctas tee ENEE 52 Anexo A Guix ao USUA Onsite aa RR A aia E 55 Elementos do TOSVIE e e reenen Ee EE 55 Ines aci corno EE 56 F ciopalidades srest i EEE A AEE EE AEE 58 ONT ndice de Imagens Figura 1 1 Elementos de uma RSSF Eegeregie Gases Guiana 3 Figura 1 2 Exemplo de sa da gerada pelo FOSSIM kaa a ar a ena ee 3 Figura 2 1 Grafo simplificado dos componentes nesC da aplica o SenseToRfm EE 8 Figura 3 1 TinyViz conectado ao TOSSIM simulando uma RSSF 23 14 Fig ta 3 2 TKENV V sis aie esses tact SEE ER 17 Bia
60. te cap tulo s o apresentados os conceitos b sicos para entendimento da solu o proposta neste trabalho Inicialmente s o apresentados os elementos b sicos de uma Rede de Sensores Sem Fio Em seguida s o apresentados o TinyOS e a linguagem nesC utilizada para implementa o de aplica es Por fim apresentada a ferramenta de simula o do TinyOS o TOSSIM 2 1 Redes de Sensores Sem Fio Os sensores sem fio s o pequenos dispositivos capazes de medir coletar e armazenar algum tipo de grandeza f sica no ambiente que o rodeia Estas informa es tamb m podem ser enviadas para outros sensores Desta forma quando existem v rios sensores dispostos em uma rea de monitora o se comunicando e trocando mensagens entre st h o que se define de Redes de Sensores Sem Fio RSSF e onde cada sensor consiste de um n da rede Um n da RSSF geralmente chamado de Sink o respons vel por comunicar se com a aplica o de gerenciamento dos sensores e de exibi o e manipula o dos dados coletados para o usu rio No momento em que uma RSSF criada alguns fatores devem ser levados em considera o Akyildiz 3 define que fatores s o importantes pois servem como guia na cria o de um protocolo ou um algoritmo para redes de sensores e Toler ncia a falhas alguns n s podem falhar por motivo de falta de energia danos f sicos ou interfer ncia ambiental Falhas de sensores n o devem afetar de forma geral o funcionamento
61. te similar a C e sua maior diferen a o modelo de liga o entre os componentes O uso de componentes diminui o tempo de desenvolvimento de aplica es e permite a sua reusabilidade Existem dois tipos de componentes Configura o e M dulo As configura es definem como os componentes est o conectados e os m dulos s o as implementa es das interfaces dos componentes 2 3 1 Interfaces As interfaces s o pontos de acesso aos componentes e devem obedecer a um padr o e conter apenas as assinaturas dos commands e events No exemplo a seguir mostrada uma parte da interface para envio de pacotes do TinyOS 1 interface Send 2 command error t send message t msg uint8 t len 3 event void sendDone message t msg error t error 4 Gad 5 Quando se define o componente que usa ou prov esta interface define se qual lado do shlitphase ele representa Um provedor da interface Send precisa definir a fun o send 2 e sinalizar o evento sendDone 3 J quem usar esta interface precisa definir um evento sendDone e realizar chamadas ao comando send 2 3 2 M dulos Os m dulos cont m o c digo da aplica o implementando uma ou mais interfaces Para exemplificar o uso dos m dulos o m dulo PeriodicSenseAndSendC apresentado a seguir Este m dulo PeriodicSenseAndSendC 1 l informa es do ambiente 19 21 e as envia em broadcast para outros sensores periodicamente 22 36 Ele prov a int
62. terpretadas pela ferramenta que as apresenta de forma visual A cria o dessa ferramenta de visualiza o de grande utilidade para a comunidade que desenvolve aplica es para RSSF Com o TOSSIM n o h a necessidade de realizar o deploy em v rios sensores a cada rodada de testes e valida es diminuindo o overhead dessa fase de desenvolvimento Por m a simula o textual dificulta a observa o e extra o de informa es dos eventos gerados O TOSViz agrega ao simulador TOSSIM funcionalidades que permitem melhor clareza sobre os eventos apresenta o de dados estat sticos do uso de recursos visualiza o dos uer da simula o visualiza o e manipula o da topologia e representa o gr fica do comportamento da rede 1 3 Organiza o do documento Al m deste cap tulo introdut rio este documento est organizado da seguinte forma Cap tulo 2 apresenta conceitos b sicos para o entendimento da solu o proposta Cap tulo 3 cont m informa es de outras ferramentas para visualiza o de simula o de aplica es para RSSF Cap tulo 4 mostra as principais funcionalidades arquitetura projeto e implementa o da ferramenta desenvolvida ao longo deste trabalho Capitulo 5 cont m a avalia o da ferramenta proposta Cap tulo 6 apresenta as conclus es obtidas durante o desenvolvimento deste trabalho dificuldades encontradas e propostas de trabalhos futuros 2 Conceitos B sicos Nes
63. tir de uma interface gr fica ou textual O OMNet possui ainda uma interface gr fica Dois tipos de interfaces est o dispon veis TKENV e CMDENV O CMDENVY uma interface de linha de comando ideal para simula es em batch 16 gt cQueue multicastNetwork router OMMeT Tkeny multicastHetwork File Edit Simulate Msgs created 474 IPDatagram udpAppData 2 fi Simsec sec n a v x JE IPDatagram simulation scheduled events udpAppD ata 2 E parameters cAra 2 7 ang Cl yee M StandardHost multicastNetwork host1 id 2 MulticastHetwork multicastHetwork short version 4 short headerLength 20 Zei n mlo IPAddress dest ddress 225 0 1 1 MulticastNetwork multicastNetwork id 1 EES et tansportProtocol 17 IP PROT UDP short timeToLive 31 int identification 0 bool moreFragments true bool dontFragment false int fragmentOffset 10360 unsigned char diffServCodePoint 0 int optionCode O IPOPTION_NO_OPTION Figura 3 2 TKENV 17 O TKENV Figura 3 2 a interface gr fica com o usu rio Nela o usu rio pode visualizar a anima o do fluxo de mensagens trocadas na rede abrir uma nova janela para an lise das mensagens de output de um m dulo individual ou em grupo e visualizar e editar o estado e o conte do de cada objeto da simula o L ONNel quevenet LandemQueve ned Qh
64. tus dos LEDs Entretanto ao tentar visualizar o desempenho da rede de topologia com 10 sensores executando a aplica o MViz cujas trocas de mensagens s o constantes o uso do 3 A8 processador foi maior que 50 em consequ ncia da grande quantidade de mensagens recebidas do TOSSIM e consumidas pelo TOSViz Para cada mensagem trocada entre sensores a ferramenta precisa receber mais mensagens do stmulador es mm e emm ei e G Figura 5 1 Teste do visualizador com uma aplica o que apenas altera o estado dos LEDs Figura 5 2 Teste do visualizador com uma aplica o que frequentemente existem trocas de mensagens 5 1 Considera es Finais Neste cap tulo foram realizados testes para an lise da ferramenta proposta Os resultados mostram que a ferramenta avaliada ainda precisa melhorar o desempenho quando ocorre recebimento excessivo de mensagens do TOSSIM 49 6 Conclus o Este trabalho de gradua o apresentou o TOSViz ferramenta criada para visualizar e manipular topologia de RSSF visualizar trocas de mensagens entre os sensores obter informa es da simula o eg dados estat sticos do uso de recursos e visualizar sequ ncia de a es Baseado nessas funcionalidades iniciais foi feito um levantamento de requisitos arquitetura an lise e projeto e implementa o do sistema O TOSViz permite aos desenvolvedores usarem o TOSSIM de forma mais agrad vel mesmo sem substituir totalmente
65. ualiza o A qualquer momento que a simula o estiver sendo visualizada atrav s da ferramenta o usu rio pode pausar a exibi o das informa es ou seja o sistema deixa de executar as funcionalidades RF05 e RF08 Prioridade importante RFs relacionados RF02 RF04 RF04 Parar Visualiza o ee O sistema deve permitir que o usu rio possa parar a simula o Ap s parar uma simula o o sistema j deve estar preparado para estabelecer mais uma nova simula o Todos os dados da simula o parada s o perdidos Prioridade essencial RFs relacionados RF02 RF03 RF05 Exibir Mensagens de Simula o O sistema deve exibir as mensagens resultantes das a es de simula o para o usu rio Os tipos das mensagens a serem exibidas s o e Inicializa o inicializa o do sensor e Ativa o e desativa o de LED cont m o identificador do LED e status de ligado ou desligado e Exibi o de topologia cont m o identificador do sensor destino e o valor do ganho e Envio em broadcast cont m o tamanho do pacote o identificador do tipo da mensagem e os dados e Recebimento de mensagem mesmo que o anterior Todas as mensagens precisam estar associadas ao tempo de ocorr ncia na simula o e ao identificador do sensor que as originou Prioridade essencial RFs relacionados RF01 RF03 RF06 RF07 RF06 Filtrar Mensagens de Simula o O sistema deve permitir que as mensagens exibidas se
66. udo para tentar usar o caminho inverso da comunica o feita hoje entre TOSSIM e TOSViz Isto permitiria ao usu rio influenciar a simula o vista 50 Segundo otimiza o de desempenho e estimativas de consumo Finalmente a aplica o pode se transformar em um plug in para a plataforma de desenvolvimento Eclipse ae ae 7 Refer ncias 1 A Survey on Wireless Sensor Network Simulators Dispon vel em lt http tmtam wordpress com 2007 07 28 a survey on wireless sensor network simulators gt Acesso em 25 08 2008 2 AEON Disponivel em lt http ds informatik rwth aachen de research projects aeon gt Acesso em 20 11 2008 3 Akyildiz I Su W Sankarasubramaniam Y amp Cayirci E 2002 A survey on sensor networks IEEE Communications Magazine 40 8 102 114 4 AlgoSenSim Disponivel em lt http tcs unige ch doku php code algosensim overview gt Acesso em 26 08 2008 5 Altman E amp Jim nez T 2003 2004 NS Simulator for beginners 6 Arampatzis T Lygeros J amp Manesis S 2005 A Survey of Applications of Wireless Sensors and Wireless Sensor Networks in J Lygeros ed Proc IEEE International Symposium on Mediterrean Conference on Control and Automation Intelligent Control pp 719 724 7 ATEMU Disponivel em lt http www hynet umd edu research atemu gt Acesso em 20 11 2008 8 Avrora Disponivel em lt http compilers cs ucla edu avrora

Ferramenta de Visualização de Simulação para Aplicações

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