Avaliação experimental de esquemas de pré-distribuição de chaves em redes de sensores sem fios

Abstract

A presente dissertação pretende, através de uma análise experimental por simulação, complementar os estudos e análises teóricas existentes na literatura sobre o desempenho de esquemas de pré-distribuição de chaves em redes de sensores sem fios. Os referidos estudos não levam em linha de conta factores subjacentes ao funcionamento deste tipo de redes em condições aproximadas a condições reais, nomeadamente quanto à avaliação de critérios de auto-organização e cobertura topológica da rede bem como de condicionalismos dessa topologia face a condições de fiabilidade,latência e consumo energético. Neste âmbito, factores que influenciam a operação das redes que estão associados às características dos protocolos de acesso ao meio de comunicação por radiofrequência e a condições ambientais têm que ser considerados. Na dissertação, o foco da análise é dirigido a redes 802.15.4 e ambientes experimentais de simulação e emulação de código para sensores de tecnologia TinyOS, nomeadamente compostas por dispositivos do tipo MicaMotes e TelosB, programáveis em linguagem de programação nesC. O ambiente de simulação utiliza, na sua base, um núcleo baseado no emulador TOSSIM, complementado pela utilização do módulo de simulação de consumo energético PowerTOSSIM-Z. A este núcleo foram acrescentados três outros módulos que correspondem a contribuições relevantes da dissertação: uma camada de suporte à comunicação segura que concretiza o modelo TinySec, um módulo de visualização gráfica de topologias e um módulo de interface gráfica para mecanismos de gestão de simulações. Este último módulo permite definir diversos parâmetros de simulação, nomeadamente: número de nós da rede, tipo de topologia e esquema de pré-distribuição de chaves a analisar. De forma a analisar o desempenho dos vários esquemas de pré-distribuição de chaves que foram objecto de estudo neste trabalho, acrescentaram-se também módulos para obtenção de resultados e indicadores associados à eficácia do estabelecimento de chaves. Assim, foram concebidos, implementados e adicionados ao ambiente de simulação os seguintes módulos: módulo para teste de consumo energético que considera os consumos introduzidos pela camada de suporte à comunicação segura (não contemplados no módulo de simulação de consumo energético PowerTOSSIM-Z); módulo para teste de cobertura e avaliação de condições de conectividade da rede, após estabilização do processo de distribuição de chaves; módulo para teste de fiabilidade com medição de taxas de entrega de pacotes; módulo para teste de latência de estabilização do processo de estabelecimento de chaves bem como da latência da disseminação de dados sobre a topologia resultante de cada esquema de distribuição de chaves.