BRPI0511585B1

BRPI0511585B1 - Rede de sensor sem fio

Info

Publication number: BRPI0511585B1
Application number: BRPI0511585-0A
Authority: BR
Inventors: Richard Ferri; Moon Ju Kim; Eric Teck Choy Yee
Original assignee: International Business Machines Corporation
Priority date: 2004-05-28
Filing date: 2005-05-18
Publication date: 2019-04-02
Also published as: US20090002151A1; CN1977498B; BRPI0511585A; CA2568576A1; CN1977498A; TW200627872A; WO2005119981A1; IL179596A; US7475158B2; IL179596A0; JP2008501263A; KR100951252B1; US8041834B2; TWI341113B; JP4750109B2; EP1757043A1; US20050275532A1; AU2005251009A1; KR20070038952A

Abstract

rede de sensor sem fio. um sistema e um método para implementar uma rede de sensor sem fio. o sistema compreende uma pluralidade de pequenas partículas, cada pequena partícula tendo sensor e um sistema de comunicação sem fio para comunicar-se com as pequenas partículas vizinhas; uma tabela de roteamento distribuída entre cada uma da pluralidade de pequenas partículas; e um sistema de atualização para atualizar periodicamente a tabela de roteamento distribuída.

Description

REDE DE SENSOR SEM FIO

Campo Técnico [0001] A presente invenção refere, de maneira geral, às redes de sensor sem fio, e relaciona-se mais especificamente a um sistema para monitorar mudanças ambientais que utiliza uma arquitetura de rede ponto a ponto para a informação de comunicação.

Técnica Anterior [0002] Hoje, existem numerosos perigos de segurança públicos baseado nos ambientes, tais como incêndios, acidentes ou ataques bioquímicos ou etc. A obtenção da informação em tempo real e exata sobre tal perigo pode ser crítica para conter o perigo e minimizar os danos.

[0003] Dois amplos desafios para tratar de tais perigos incluem: (1) obter a informação oportuna no local do perigo; e (2) comunicar, de forma confiável, a informação para uma estação de monitoramento. As soluções atuais para obter a informação tal como imagens de satélite ou sensores térmicos não são ideais para uso difundido devido a seus elevados custos e baixa eficácia. Frequentemente, os dados produzidos pelas soluções de sensor atuais são imprevisíveis e são geradas após o incidente. Conformemente, tais dados não podem ser confiados para tomar decisões oportunas sobre como tratar o perigo.

[0004] A comunicação da informação coletada pelos sensores pode também ser imprevisível, uma vez que os canais de comunicação usados para transmitir os dados podem ser afetados pelo perigo. Em outras palavras, se um nó de comunicação crítico falhar dentro de uma rede de sensor, a

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2/18 informação crítica não pode ser analisada e atuada em uma forma oportuna.

[0005] Numerosos exemplos de sistemas de detecção baseados em sensor existem atualmente. Por exemplo, a patente norte-americana 6,169,476 B1, Early Warning System for Natural and Manmade Disaster, emitida para Flanagan em 02 de janeiro de 2001, descreve um sistema para gerar sinais de advertência adiantados através de uma rede. A patente norteamericana 6,293,861 B1, Automatíc Response Buíldíng Defense System and Method, emitida para Berry em 25 de setembro de 2001, descreve um sistema para detectar contaminantes perigosos perto de um edifício e tomar alguma ação automatizada. Ambas as referências acima são incorporadas ao presente por referência. Infelizmente, nenhum documento da técnica anterior descreve um sistema de detecção sem fio robusto que possa obter dados detectados e transmiti-los em uma maneira eficaz em custo e confiável. Consequentemente, existe uma necessidade para tal sistema.

Sumário da Invenção [0006] A presente invenção endereça os problemas acima mencionados, bem como outros, fornecendo uma rede de sensor sem fio, que utiliza sensores Smart Dust ou nós para detectar mudanças no ambiente e transmitir dados com um acoplamento ou uma transmissão de rede ad hoc. Cada nó compreende uma fonte de energia (por exemplo, uma célula solar), um nó de rede (por exemplo, um transceptor remoto), e os dispositivos em miniatura capazes de medir mudanças ambientais, tais como pontos de variação abrupta nas temperaturas e detecção de agentes químicos perigosos (isto

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3/18 é, um sensor). A transmissão de dados críticos é feita através de uma rede mesh ou ad hoc que fornece uma comunicação sem a dependência em um único ponto. Se um sensor for danificado ou se tornar indisponível, um outro sensor em funcionamento pode continuar a transmitir. A resiliência da rede é conseguida por meio da identificação de sensores disponíveis através de um mapa de virtualização da rede ad hoc.

[0007] Em um primeiro aspecto, a invenção fornece uma rede de sensor sem fio que compreende: uma pluralidade de nós, cada nó tendo um sensor e um sistema de comunicação sem fio para comunicar-se com os nós vizinhos; uma tabela de roteamento distribuída entre cada uma da pluralidade de nós; e um sistema de atualização para atualizar periodicamente a tabela de roteamento distribuída.

[0008] Em um segundo aspecto, a invenção fornece um método para permitir que uma rede de sensor sem fio que tem uma pluralidade de nós, cada nó tendo um sensor e um sistema de comunicação sem fio para comunicação com os nós vizinhos, compreendendo as etapas de: difundir um comando de junção de cada nó e um comando de recolhimento de um ponto de extremidade; unir os nós que são vizinhos do ponto de extremidade em uma rede; difundir um sinal de recolhimento de cada nó que se juntou ao ponto de extremidade para fazer com que os nós adicionais juntem-se à rede; difundir um sinal de recolhimento de cada nó adicional que se juntou à rede para fazer com que nós adicionais juntem-se à rede; e repetir a etapa de difusão precedente até que os nós adicionais não estejam disponíveis para juntarem-se à rede.

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4/18 [0009] Em um terceiro aspecto, a invenção fornece um nó para uso na rede de sensor, compreendendo: um sensor para detectar dados de ambiente; um sistema de comunicação para comunicar-se com os nós vizinhos; um sistema de união e de recolhimento para estabelecer o nó em uma rede de nós; uma tabela de roteamento que classifica um conjunto de caminhos do nó de volta para um ponto de extremidade; e um sistema de atualização para atualizar periodicamente a tabela de roteamento.

[0010] Em um quarto aspecto, a invenção fornece um método que permite que uma rede sem fio tendo uma pluralidade de dispositivos, cada dispositivo tendo um sistema de comunicação sem fio para comunicar-se com os dispositivos vizinhos, compreendendo as etapas de: difundir um comando de junção de cada dispositivo e um comando de recolhimento de um ponto de extremidade; unir os dispositivos que são vizinhos do ponto de extremidade em uma rede; difundir um sinal de recolhimento de cada dispositivo que se juntou ao ponto de extremidade para fazer com que dispositivos adicionais juntem-se à rede; transmitir um sinal de recolhimento de cada dispositivo adicional que se juntou à rede para fazer com que dispositivos adicionais se juntem à rede.

Breve Descrição dos Desenhos [0011] Essas e outras características dessa invenção serão mais prontamente entendidas a partir da descrição detalhada a seguir dos vários aspectos da invenção tomados em conjunto com os desenhos anexos, em que:

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A figura 1 descreve uma rede de sensor sem fio de acordo

com a presente invenção.

A figura 2 descreve uma pluralidade de nós de acordo

com a presente invenção.

A figura 3 descreve um diagrama que mostra como uma

tabela de roteamento é atualizada/criada para uma rede de nós.

A figura 4 descreve um diagrama que mostra como os dados são passados de volta através da rede de nós da figura 2. Descrição Detalhada da Invenção [0012] Fazendo referência agora à figura 1 que representa uma rede sem fio 10 que inclui uma rede de nós 12, um ou mais roteadores de transporte 16, 18, 20, e uma ou mais estações de monitoração 22. A rede de nós 12 compreende:

(l) uma pluralidade de nós 13 para detectar mudanças ambientais e comunicar dados, e (2) uma rede virtual 14 que fornece uma infraestrutura de comunicação para dados de roteamento entre a pluralidade de nós 13 através de uma rede mesh ou ad hoc. Como descrito em mais detalhes abaixo, cada nó é uma unidade autocontida capaz de se comunicar sem fio com os nós vizinhos. Além disso, a rede virtual 14 inclui um mapa de roteamento distribuído 15 que é distribuído entre os nós 13 e atualizado periodicamente com sistema de atualização 17. Assim, se um nó perder a habilidade de retransmitir dados, os dados podem ser redistribuídos usando outros nós disponíveis, fornecendo, assim, resiliência à rede. Em uma concretização ilustrativa, o sistema de atualização 17 utiliza um algoritmo do pré-batimento do coração, descrito

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6/18 em mais detalhes abaixo, para atualizar o mapa de roteamento distribuído 15.

[0013] Roteadores de transporte 16, 18, 20 podem compreender qualquer tipo de roteador capaz de retransmitir dados entre a rede de nós 12 e a estação de monitoramento 22. Exemplos incluem torres de célula de alta potência, transmissores de rádio, transmissores de micro-ondas, etc. A estação de monitoramento 22 pode compreender qualquer tipo da facilidade onde os dados detectados da rede de nós 22 podem ser analisados, armazenados, exibidos etc.

[0014] A rede de nós 12 pode ser implementada em uma rede ad hoc ou mesh que compreenda uma topologia de mesh total ou parcial. Em uma topologia de mesh total, cada nó está em comunicação com o outro. Em uma topologia de mesh parcial, cada nó não está necessariamente em comunicação com os outros nós. Enquanto a invenção é descrita como sendo executada em um ambiente sem fio, é reconhecido que algumas ou todas as comunicações poderiam ser executadas usando uma tecnologia cabeada.

[0015] Fazendo referência agora à figura 2, uma pluralidade de nós 24, 40, 42, 44 é descrita, com o nó 24 sendo mostrado em detalhes. Neste exemplo ilustrativo, o nó 24 inclui um microcontrolador 26; uma camada de sensor 28 para detectar mudanças ambientais, por exemplo, vibração, vento, produtos químicos e temperatura; uma camada de transporte de rede 30 tendo uma camada passiva 32 e uma camada ativa 34; e uma fonte de energia, neste caso, uma célula solar 36.

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7/18 [0016] As funções do microcontrolador 26 podem incluir: controlar as tarefas totais a serem executadas pelo nó 24 (por exemplo, programar leituras e comunicações de sensor), controlar energia para os vários componentes, processar dados detectados, determinar o estado de nó 24, manter e atualizar o mapa de roteamento distribuído 15, etc. A camada de sensor 28 pode compreender qualquer tipo de sensor ou sensores que medem alguns estímulos ambientais, incluindo mudanças físicas, químicas ou biológicas. A camada de sensor 28 pode coletar, processar e armazenar dados detectados. A camada de transporte de rede 30 pode compreender qualquer tipo de sistema de comunicação sem fio que permite que o nó 24 se comunique com os nós vizinhos 40, 42, 44, e/ou os roteadores de transporte 46.

[0017] Como notado, cada nó inclui uma camada passiva 32 e uma camada ativa 34. A camada passiva 32 é usada para passar ou saltar dados de um nó para outro. A camada ativa 34 é utilizada para comunicar dados recolhidos ou gerados pelo próprio nó. Assim, nesta concretização ilustrativa, os dados que se originam do nó 24 poderiam ser potencialmente passados diretamente para um roteador de transporte 46, saltado através do nó 44 para um roteador de transporte 46, ou saltado através dos nós 40, 42 e 44, antes de ser passado para um roteador de transporte 46. Caso o nó 42 se torne indisponível, os dados poderiam ser, por exemplo, redistribuídos a partir do nó 40 para o nó 44 (através da linha tracejada).

[0018] Como descrito em mais detalhes abaixo, cada nó inclui um sistema de união e coleta 31 para permitir que

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8/18 o nó seja unido à rede por um vizinho, e permitir que o nó recolha seus vizinhos para a rede. As capacidades funcionais dos nós vizinhos, incluindo a informação de roteamento de comunicação, são mantidas em uma tabela de roteamento 33.

[0019] Fazendo referência novamente à figura 1, para assegurar que os nós 13 dentro da rede de nós 12 pudessem retransmitir a informação recolhida de seus vários sensores fixados, elas devem confiar tremendamente em caminhos de comunicação através dos nós vizinhos. Estes caminhos são determinados com base em um mapa de roteamento distribuído que é atualizado periodicamente pelo sistema de atualização 17. O mapa de roteamento distribuído 15 é concretizado nas tabelas de roteamento armazenadas com cada um dos nós 13. As tabelas de roteamento 20 são criadas usando um algoritmo de frequência cardíaca pré-ativo” que classifica possíveis caminhos de roteamento para que cada nó retransmita dados de volta para a estação de monitoramento principal.

[0020] Como notado acima, um algoritmo de frequência cardíaca pré-ativo é utilizado para atualizar a tabela de roteamento para cada nó na rede de nós 12. Para realizar isto, o algoritmo faz com que os nós recolham seus nós vizinhos na rede 12, então, tendo seus nós vizinhos recolhendo seus nós vizinhos, etc., até que todos os nós estejam recolhidos. O processo começa em um ponto de extremidade e expande-se externamente através da rede de nós 12. Mais tarde, quando os dados do sensor são coletados dos nós 13, os dados coletados são emitidos de volta para os pontos de extremidade. Um ponto de extremidade pode simplesmente compreender um tipo especial de nó que é, por

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9/18 exemplo, capaz de se comunicar com um roteador do transporte.

Cada nó é capaz de se comunicar com um ou mais vizinhos.

Deve-se notar que quando este processo for descrito com referência a habilitar uma rede de nós

12, a metodologia poderia ser aplicada para habilitar qualquer tipo de rede que utiliza qualquer tipo de dispositivo de comunicação, por exemplo, telefones celulares, roteadores sem fio, PDAs etc.

[0021]

Quando um nó é inicialmente ligado, sua comunicação está limitada a uma mensagem de transmissão

JUNTAR, que diz essencialmente, Eu gostaria de unir-me a uma rede.

Assim, quando uma rede de nós é ligada primeiramente, cada nó pode somente transmitir uma JUNÇÃO, e não receberá uma resposta até que um ponto de extremidade esteja com a envolvido. Os pontos de extremidade são inicializados capacidade de resposta para transmissões JUNTAR. A saber, um ponto de extremidade responderá todas as transmissões JUNTAR que este pode detectar com uma resposta de RECOLHIMENTO. Assim, um ponto de extremidade reconhece transmissões JUNTAR dos nós vizinhos, e responde com um

RECOLHIMENTO. Assim que um nó reconhece um RECOLHIMENTO, o nó torna-se um membro da rede e para de transmitir JUNTAR.

Assim, inicialmente, a rede de nós é compreendida pelo ponto de extremidade e pelos nós vizinhos dos pontos de extremidades.

Os nós vizinhos podem, por exemplo, ser definidos como um conjunto de nós que podem se comunicar uns com os outros.

[0022]

Assim que um nó se estabelece em uma rede, o nó comuta para uma transmissão RECOLHIMENTO para recolher seus próprios vizinhos. Assim, o ciclo repete-se, com cada

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10/18 nó transmitindo uma JUNÇÃO sendo escolhido como um vizinho de um outro nó de recolhimento próximo (ou ponto de extremidade). Mais uma vez, sempre que um nó se torna um vizinho dentro da rede, este comuta de JUNTAR para RECOLHIMENTO. Muito rapidamente, todos os nós se tornarão vizinhos de outro nó. Assim que um nó se torna um vizinho, este pode coletar dados e emiti-los para um vizinho. O vizinho passará os dados a seus vizinhos, etc., até que os dados percorram seu caminho de volta para o ponto de extremidade. A redundância da rede é estabelecida pela permissão de que cada nó tenha muitos vizinhos dentro da rede em uma maneira descrita abaixo.

[0023] Após um período curto, toda a rede mesh é estabelecida. Em algum ponto, quando um nó já não está recebendo solicitações de JUNTAR, um nó pode determinar que a rede está formada. Cada nó emitirá ainda RECOLHIMENTOS, mas em uma frequência muito menor, uma vez que os únicos nós novos que juntariam são os nós que substituem, por exemplo, os nós interrompidos.

[0024] Fazendo referência agora à figura 3, uma rede de nós é mostrada em que cada nó que representa um nó, e o nó X representa um ponto de extremidade. O algoritmo de frequência cardíaca pré-ativo tem essencialmente duas fases, uma fase de inicialização, em que uma rede mesh é estabelecida e uma fase de atualização, em que rotas ou caminhos para um ponto de extremidade são atualizados. Neste exemplo ilustrativo, a fase de inicialização começa em um ponto de extremidade no nó X, que inicia o processo de RECOLHIMENTO para seus vizinhos (mostrado na figura 3 com as

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11/18 setas que se estendem do nó X) para começar a formar uma rede. Neste caso, os vizinhos do nó X são os nós W, S e Y. Subsequentemente, os nós W, S e Y comutam para um modo de recolhimento para recolher seus vizinhos. Assim, o nó S recolhe um segundo conjunto de vizinhos que inclui os nós N, R, e T. (Note que o algoritmo não limita o número de nós vizinhos possíveis e o que é mostrado é usado apenas como uma referência para explicar o algoritmo). Este processo continuará até que não sejam mais possíveis processos de JUNTAR/RECOLHER dentro da rede.

[0025] Cada vez que um nó é recolhido, o nó recolhido armazena nó e os dados de roteamento do nó que o recolheu, de modo que cada nó pudesse estabelecer um caminho de roteamento primário de volta para o ponto de extremidade. Assim, como mostrado na figura 4, o nó A formaria um trajeto de roteamento primário A-B-G-H-M-N-S-X. Enquanto esta não puder ser a rota mais eficiente, não importa realmente neste momento - uma vez que a rede é estabelecida, métodos adicionais podem ser utilizados para otimizar o caminho de volta para o ponto de extremidade. A coisa importante é que cada nó conheça uma rota primária de volta ao ponto de extremidade e essa rota é estabelecida através do nó que a recolheu na rede.

[0026] Como notado acima, uma vez que um nó é recolhido em uma rede, o nó recolhido recordará um caminho primário de volta ao ponto de extremidade. Entretanto, porque o caminho primário não pode ser o caminho mais eficiente, é preferível estabelecer caminhos secundários mais eficientes como parte da fase de inicialização. Os caminhos secundários

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12/18 por definição fornecem caminhos adicionais de volta ao ponto de extremidade, por exemplo, em caso de uma falha de um nó em algum lugar no caminho primário. Para estabelecer caminhos secundários, cada nó procurará por outros nós vizinhos que este tem em seu intervalo, por exemplo, transmitindo um comando de ping simples, e mantendo uma lista de todos os nós dentro de seu intervalo.

[0027] Como parte da fase de atualização, cada nó emitirá pacotes de teste periodicamente para estes outros nós vizinhos e registrará vários critérios de comunicação, por exemplo, quanto tempo leva para que o pacote de teste seja recebido. Então, tendo cada nó compartilhando estes dados com seus nós vizinhos, o nó pode determinar e manter uma lista de quais nós fornecem o caminho mais eficiente ao ponto de extremidade. Cada caminho é armazenado pelo nó em uma tabela de roteamento 31. Assim, quando um caminho através do nó x parece ser mais eficiente do que um caminho através do nó y, o nó colocará o nó x no topo da lista para se comunicar de volta com o ponto de extremidade. Desta maneira, o nó estabelecerá um caminho primário para o ponto de extremidade (através do nó que a recolheu inicialmente na vizinhança) e um conjunto de caminhos secundários através dos nós próximos. O nó constantemente avaliará qual caminho do nó é o caminho mais rápido de volta para o ponto de extremidade e escolherá o caminho mais eficiente.

[0028] Assim, o algoritmo de frequência cardíaca pré-ativo assegura que cada nó tenha uma tabela de roteamento otimizada que esta usa para enviar dados para seu ponto de extremidade. Consequentemente, isto assegurará que

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13/18 o caminho de comunicação usado seja o mais eficiente e confiável. Além disso, isso fornece rotas de backup e assegura com segurança que os dados enviados para o ponto de extremidade serão completados.

[0029] Como parte da fase de atualização, cada nó verificará e avaliará seus vizinhos e classificará seus vizinhos dentro da tabela de roteamento. Em uma concretização ilustrativa, o processo de avaliação prediz uma qualidade de ligação no momento de uma transmissão futura para seus vizinhos. Isto pode ser realizado pela recuperação dos seguintes fatores de cada vizinho:

1) Medição estatística de ligações vizinhas (L);

2) Estimativa de perda de caminho (P);

3) Estimativa de taxa de dados suportada (D);

4) Estimativa de potência transmitida (TP).

[0030] Após recuperação destes valores de seus vizinhos, uma tabela de roteamento é estabelecida para determinar que o nó fornecerá o melhor caminho de comunicação. Por exemplo, os valores dos vizinhos do nó H nas figuras 3 e 4 podem ser conforme a seguir:

Nó	M:	L =	75%,	P =	25%, D= 100%, TP=100%
Nó	I:	L =	30%,	P =	75%, D= 45%, TP=45%
NÓ	C:	L =	80%,	P =	15%, D= 100%, TP=100%
Nó	G:	L =	50%,	P =	30%, D = 65%, TP = 70%.
[0031]		Uma	base	da tabela de roteamento do nó S nos
res	obtidos	de	seus	vizinhos pode ser conforme a seguir:

Nós Vizinhos	Prioridade primeira)	(1	sendo	a
Nó M	1

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Nó C	2
Nó I	3
Nó G	4

Tabela 1 [0032] O algoritmo de frequência cardíaca préativo pode requerer que nós atualizem sua tabela de roteamento em uma frequência predeterminada (por exemplo, a cada poucos milissegundos ou microssegundos dependendo das exigências do ambiente). Essa verificação de frequência cardíaca requerida pode estar relacionada e dependente da taxa de amostragem de dados pelos sensores. Cada nó pode reduzir sua lista de caminhos de volta ao ponto de extremidade se um nó próximo falhar - em outras palavras, se um nó próximo falhar, os nós que usam o nó com falha para caminho de volta para o ponto de extremidade devem remover o nó com falha de sua lista de caminhos/ nós disponíveis.

[0033] No caso de uma falha catastrófica (a destruição de muitos nós), é possível que alguns dados não sejam capazes de voltar para o ponto de extremidade, entretanto, este projeto foi construído com redundância para minimizar a transmissão de dados com falha em caso de falha catastrófica.

[0034] Quando todo o caminho e as conexões de roteamento virtuais são inicializados e atualizados, cada nó no ambiente compreenderá seu caminho mais rápido e mais eficiente para relacionar dados de volta ao ponto de extremidade. Por causa da maneira que o sistema é inicializado, cada nó armazenará pelo menos um caminho de volta ao ponto de extremidade.

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15/18 [0035] Fazendo referência novamente à figura 4, um caminho ilustrativo é mostrado para enviar dados do nó A ao nó X. Quando o nó A envia seus pacotes de dados amostrados para o nó B, supondo que o nó B fornece a melhor base de caminho da conexão na tabela de roteamento do nó a, deve haver um acordo estabelecido para certificar que os dados foram completamente recebidos. Se um acordo não for estabelecido, o nó A terá então que consultar de volta sua tabela de roteamento para encontrar o melhor caminho de comunicação disponível para enviar seus dados. Note que a tabela de roteamento (dependendo da taxa de atualização) pode ser a mesma de modo que o nó A enviará então através de uma outra melhor conexão de nó como um caminho de backup. Note que o algoritmo pode fazer nó A tentar novamente enviar seus pacotes de dados ao nó B por um determinado número de tentativas até que procure por um outro nó para enviar os mesmos, com base na tabela de roteamento criada.

[0036] Uma outra característica do algoritmo de frequência cardíaca pré-ativo é que cada nó pode executar uma autoanálise verificando várias funcionalidades como a seguir:

1)	Estado	de	energia (p)
2)	Estado	de	rádio (r)
3)	Estado	de	transmissão (taxa de dados suportada) (tx
4)	Estado	de	memória (espaço) (m)
5)	Estado	de	sensor (operacional ou não) (s(l) ...s(n

dependendo do número de n sensores fixados ao mesmo).

[0037] Por exemplo, o nó B pode executar uma autoanálise com os seguintes resultados:

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Funções do nó B	Status
Estado de energia	50%
Estado de rádio	75%
Estado de transmissão	40%
Estado de memória	10%
Estado de sensor	100%

[0038] Dependendo das exigências mínimas para todas as funcionalidades, o nó B pode ser requerido para transmitir para seus nós vizinhos que este está no modo passivo até que algumas de suas funções recuperem um nível de estado prédeterminado, por exemplo, quando seu estado de memória é até 50 por cento e o estado de energia é até 75 por cento. Quando o nível predeterminado do estado é alcançado, o nó B pode tornar-se ativo, e atualizar suas capacidades para os vizinhos.

[0039] Note que quando um nó estiver no modo passivo, o nó pode ainda ser capaz de retransmitir dados (que agem como uma ponte) para um outro nó. Um nó no modo passivo pode agir como um indicador para advertir outros nós para tentar não o usar como uma rota de comunicação, como se opõe quando um nó estiver no modo ativo. Além disso, um nó no modo passivo devido ao estado do sensor e ao estado de rádio de um nó pode servir como uma notificação de alerta à estação de monitoramento principal para substituir ou reparar o nó.

[0040] Compreende-se que os sistemas, as funções, os mecanismos, os métodos, as engrenagens e os módulos descritos aqui podem ser executados em hardware, software, ou em uma

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17/18 combinação de hardware e software. Estes podem ser executados por qualquer tipo de sistema computadorizado ou de outro aparelho adaptado para executar os métodos aqui descritos. Uma combinação típica de hardware e software poderia ser um sistema computadorizado de uso geral com um programa de computador que, quando carregado e executado, controlasse o sistema computadorizado tal que realize os métodos descritos aqui. Alternativamente, um computador de uso específico, contendo hardware especializado para realizar uma ou mais das tarefas funcionais da invenção podia ser utilizado. Em uma concretização adicional, parte de toda a invenção podia ser executada em uma maneira distribuída, por exemplo, através de uma rede tal como a Internet.

[0041] A presente invenção pode também ser incorporada em um produto do programa de computador, que compreende todas as características que permitem a implementação dos métodos e das funções aqui descritos, e que - quando carregado em um sistema computadorizado - possa realizar estes métodos e funções. Termos, tais como programa de computador, o programa de software, programa, produto de programa, software, etc., no presente contexto significam qualquer expressão, em alguma língua, código ou notação, de um conjunto de instruções pretendidas para fazer com que um sistema que tem uma capacidade de processamento de informação execute uma função particular diretamente ou após qualquer um ou ambos os seguintes: (a) conversão para uma outra língua, código ou notação; e/ou (b) reprodução em uma forma material diferente.

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[0042]	A	descrição	antecedente	da	invenção	foi
apresentada	para	propósitos	de	ilustração	e	descrição	. Não
se pretende	ser	exaustivo	ou	limitar a	invenção à	forma

precisa divulgada, e, obviamente, muitas modificações e variações são possíveis. Tais modificações e variações que podem ser aparentes para uma pessoa versada na técnica são pretendidas estar incluídas dentro do escopo desta invenção como definido pelas reivindicações anexas.

Claims

REIVINDICAÇÕES

1. Rede de sensor sem fio caracterizada pelo fato de que compreende:

uma pluralidade de nós, cada nó tendo um sensor e um sistema de comunicação sem fio para comunicação com os nós vizinhos;

uma tabela de roteamento distribuída entre cada um da pluralidade de nós; e um sistema de atualização para atualizar periodicamente a tabela de roteamento distribuída.
2. Rede de sensor sem fio, de acordo com a reivindicação

1, caracterizada pelo fato de que cada nó compreende ainda uma célula solar.
3. Rede de sensor sem fio, de acordo com a reivindicação

1, caracterizada pelo fato de que o sistema de comunicação inclui um modo passivo e um modo ativo, em que o modo passivo é utilizado para retransmitir dados de um nó de transmissão para um nó de recepção, e em que o modo ativo é utilizado para enviar os dados gerados pelo nó.
4. Rede de sensor sem fio, de acordo com a reivindicação

1, caracterizada pelo fato de que compreende ainda pelo menos um roteador de transporte e uma estação de monitoração.
5. Rede de sensor sem fio, de acordo com a reivindicação

1, caracterizada pelo fato de que cada nó ainda compreende um sistema de união e recolhimento que permita ao nó:

ser recolhido por um nó vizinho em uma rede; e recolher outros nós para a rede.
6. Rede de sensor sem fio, de acordo com a reivindicação

5, caracterizada pelo fato de que cada nó armazena um caminho

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2/5 primário para um ponto final através do nó vizinho que recolheu o nó.
7. Rede de sensor sem fio, de acordo com a reivindicação

6, caracterizada pelo fato de que cada nó ainda compreende um sistema para identificar um conjunto de caminhos secundários através de outros nós vizinhos.
8. Rede de sensor sem fio, de acordo com a reivindicação

7, caracterizada pelo fato de que cada nó inclui uma tabela de roteamento que classifica o caminho primário e o conjunto de caminhos secundários para o ponto final.
9. Rede de sensor sem fio, de acordo com a reivindicação

8, caracterizada pelo fato de que cada nó atualiza periodicamente sua tabela de roteamento pela análise de um conjunto de critérios de comunicação de nós vizinhos.
10. Método para habilitar uma rede de sensor sem fio que tem uma pluralidade de nós, cada nó tendo um sensor e um sistema de comunicação sem fio para comunicar-se com os nós vizinhos, caracterizado pelo fato de que compreende as etapas de:

difundir um comando de junção de cada nó e um comando de recolhimento de um ponto de extremidade;

unir os nós que são vizinhos do ponto de extremidade com o ponto de extremidade em uma rede;

difundir um sinal de recolhimento de cada nó que se juntou ao ponto de extremidade para fazer com que os nós adicionais juntem-se à rede;

transmitir um sinal de recolhimento de cada nó adicional que se juntou à rede para fazer com que os nós adicionais juntem-se à rede; e

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3/5 repetir a etapa de difusão precedente até que os nós adicionais não estejam disponíveis para juntarem-se à rede.
11. Método, de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de que ainda compreende a etapa de armazenar dentro de cada nó um caminho primário de volta para ponto de extremidade.
12. Método, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que ainda compreende a etapa de ter cada nó identificando um conjunto de caminhos secundários de volta para o ponto de extremidade ao tentar comunicar-se com outros nós vizinhos.
13. Método, de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo fato de que compreende ainda a etapa de ter cada nó classificando o caminho primário e o conjunto de caminhos secundários em uma tabela de roteamento.
14. Método, de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pelo fato de que ainda compreende a etapa de ter cada nó atualizando periodicamente sua tabela de roteamento ao analisar um conjunto de critérios de comunicação dos nós vizinhos.
15. Nó para o uso em uma rede de sensor caracterizado pelo fato de que compreendem:

um sensor para detectar dados de ambiente;

um sistema de comunicação para comunicar-se com os nós vizinhos;

um sistema de união e de recolhimento para estabelecer o nó em uma rede de nós;

uma tabela de roteamento que classifica um conjunto de caminhos dos nós de volta para um ponto de extremidade; e

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4/5 um sistema de atualização para atualizar periodicamente a tabela de roteamento.
16. Nó, de acordo com a reivindicação 15, caracterizado pelo fato de que compreende ainda uma célula solar.
17. Nó, de acordo com a reivindicação 15, caracterizado pelo fato de que o sistema de comunicação inclui um modo passivo e um modo ativo, em que o modo passivo é utilizado para retransmitir dados de um nó de transmissão para um nó de recepção, e em que o modo ativo é utilizado para enviar os dados gerados pelo nó.
18. Nó, de acordo com a reivindicação 15, caracterizado pelo fato de que cada nó armazena um caminho primário para o ponto de extremidade, em que o caminho primário passa através de um nó vizinho que coleta o nó.
19. Nó, de acordo com a reivindicação 18, caracterizado pelo fato de que cada nó compreende ainda um sistema para identificar um conjunto de caminhos secundários para o ponto de extremidade através de outros nós vizinhos.
20. Nó, de acordo com a reivindicação 15, caracterizado pelo fato de que o sistema de atualização atualiza periodicamente sua tabela de roteamento ao analisar um conjunto de critérios de comunicação de nós vizinhos.
21. Nó, de acordo com a reivindicação 15, caracterizado pelo fato de que cada nó compreende ainda um sistema de autoanálise que examina vários critérios funcionais do nó.
22. Método para permitir que uma rede sem fio que tem uma pluralidade de dispositivos, cada dispositivo tendo um sistema de comunicação sem fio para comunicação com os

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5/5 dispositivos vizinhos, caracterizado pelo fato de que compreende as etapas de:

difundir um comando de junção de cada dispositivo e um comando de recolhimento de um ponto de extremidade;

unir os dispositivos que são vizinhos do ponto de extremidade em uma rede;

difundir um sinal de recolhimento de cada dispositivo que juntou ao ponto de extremidade para fazer com que os dispositivos adicionais se juntem à rede; e difundir um sinal de recolhimento de cada dispositivo adicional que se juntou à rede para fazer com que dispositivo adicionais juntem-se à rede.
23. Método, de acordo com a reivindicação 22, caracterizado pelo fato de que ainda compreende a etapa de:

repetir a etapa de difusão precedente até que dispositivos adicionais não estejam disponíveis para juntarem-se à rede.