Crie uma rede de comunicação com centenas de sensores sem fio e tente encontrar os percursos mais curtos em que os dados coletados e processados por eles vão se agregando até chegarem a uma estação receptora central. Isso equivale a resolver um problema que os cientistas da computação denominam árvore de Steiner. Um desafio teórico – e matemático – que pode demandar milhares de anos se o método usado consistir na enumeração e combinação de todas as possíveis configurações de fluxos, até encontrar a resolução exata.
"Escolher os melhores pontos de agregação significa achar uma solução aproximada para a árvore de Steiner", observa Antonio Alfredo Loureiro, professor titular do Departamento de Ciência da Computação do ICEx, um dos pioneiros em computação ubíqua e redes de sensores sem fio na UFMG, ao explicar uma questão essencial de tese por ele orientada e que recebeu o Grande Prêmio Capes 2008.
Denominado Fusão de dados em redes de sensores sem fio, o trabalho estabelece novo algoritmo – recurso lógico usado para a programação computacional – capaz de identificar as menores rotas para os dados chegarem a uma espécie de "sorvedouro" do sistema (gateway), responsável pela comunicação com os usuários. O autor, Eduardo Nalkamura, é professor da Fundação Centro de Análise, Pesquisa e Inovação Tecnológica (Fucapi) e participante do programa de pós-graduação em Ciência da Computação da Universidade Federal do Amazonas (Ufam), localizados em Manaus.
Uma inovação aportada por uma das contribuições da tese, batizada de InFRA, foi organizar as rotas de comunicação de modo distribuído, para evitar redundância na distribuição de dados. Assim, equipamentos sensores, em vez de enviarem informações diretamente ao gateway, agregam-nas em pontos estratégicos situados em clusters, a partir dos quais chegam à estação final. Esse recurso consegue, em diversos casos, utilizar apenas 70% da energia gasta por outras soluções, conforme avaliação de Nakamura. Esse algoritmo permite, ainda, reorganizar automaticamente a rota de dados – ou árvore – dentro da rede sempre que eventos externos danifiquem os equipamentos sensores.
Roteamento e fusão
Devido a probabilidades de falhas e menor capacidade de transmissão dos rádios desses equipamentos, a organização das rede de sensores sem fio (RSSFs) agrega maior número de aparelhos. Isso reforça a redundância e colisão de dados transmitidos e, consequentemente, desperdício de energia. A solução em voga é o uso de técnica de fusão de dados, em que, por meio de processamento computacional, um dado primário individual é "fundido" a outros, gerando informação com novo valor – sensores especializados em detectar incêndios, por exemplo, tiram suas conclusões após processar um conjunto de dados coletados.
A técnica de fusão de dados em RSSF também foi estudada por Nakamura. Revisitando a literatura, ele propôs uma metodologia denominada Diffuse, em que reporta os passos a serem observados em seu desenvolvimento, de forma genérica. "Ela oferece soluções em que a fusão de dados é utilizada para detectar falhas que demandam reconfiguração do roteamento [distribuição de dados]", ressalta Loureiro.
Reside, aliás, na correlação estabelecida entre roteamento e fusão de dados, a contribuição decisiva do trabalho de Nakamura. "Eles estão intrinsecamente ligados, porque se a rota por onde os dados serão enviados for perdida, ela precisa ser alterada, e, logicamente, o problema de fusão também será alterado", acrescenta o professor.
Investimentos crescentes têm sido feitos em redes de sensores sem fio em decorrência do potencial de sua disseminação – monitoramento ambiental, automação residencial, rastreamento das etapas de produção de alimentos e usos industriais e militares, entre outras aplicações.