Κατανομή πόρων σε Ad-Hoc ασύρματα δίκτυα

Abstract

Σκοπός της διπλωματικής εργασίας είναι η διατύπωση αποδοτικού αλγορίθμου κατανομής πόρων σε ad-hoc ασύρματα δίκτυα, όπου εμφανίζονται διαδοχικά νέοι κόμβοι. Συγκεκριμένα, θεωρείται χώρος σχήματος ορθογωνίου παραλληλογράμμου, στον οποίο εμφανίζονται κόμβοι ακολουθώντας χωροχρονική κατανομή Poisson δεδομένης έντασης. Σε πρώτη φάση, κόμβοι με αυξημένη υπολογιστική ικανότητα τοποθετούνται στο χώρο με τέτοιο τρόπο ώστε το πλήθος τους να θεωρείται το ελάχιστο δυνατό, η εμβέλειά τους να καλύπτει όλο το χώρο και το δίκτυο να καθίσταται συνεκτικό. Στη συνέχεια, οι συνολικοί διαθέσιμοι πόροι κατανέμονται καταλλήλως στους κόμβους αυτούς προκειμένου αυτοί, με τη σειρά τους, να τους κατανείμουν στους νεοεισερχόμενους κόμβους. Ακολουθεί το κυρίως μέρος της διαδικασίας, κατά το οποίο κόμβοι εμφανίζονται στο χώρο σύμφωνα με τη κατανομή Poisson. Οι κόμβοι αυξημένης υπολογιστικής ικανότητας αποφασίζουν, με κατάλληλο τρόπο, για το ποιοι κόμβοι θα παραχωρήσουν πόρους σε κάθε νεοεισερχόμενο κόμβο σε κάθε βήμα. Ο προτεινόμενος αλγόριθμος αποσκοπεί στο εξής: Να κατανέμονται πόροι όσο το δυνατόν πλησιέστερα στις περιοχές όπου αναμένεται να αποδοθούν στο μέλλον. Στο Κεφάλαιο 1 γίνεται μια εισαγωγή στα ad-hoc δίκτυα εστιάζοντας στα πρωτόκολλα επικοινωνίας που χρησιμοποιούνται και στον τρόπο με τον οποίο πραγματοποιείται η δρομολόγηση σε τέτοιου είδους δίκτυα. Επίσης, γίνεται εκτενής αναφορά στις απαιτήσεις ασφαλείας που πρέπει να πληρούνται αλλά και στην δυσκολία εφαρμογής μηχανισμών ασφαλείας στη συγκεκριμένη κατηγορία δικτύων. Τέλος, παρουσιάζονται οι σημαντικότερες εφαρμογές των ad-hoc δικτύων. Στο Κεφάλαιο 2, εισάγεται η χωρική σημειακή διαδικασία Poisson ως άμεση γενίκευση της χρονικής σημειακής διαδικασίας Poisson. Στο Κεφάλαιο 3, γίνεται συνοπτική παρουσίαση της θεωρίας μαθηματικής βελτιστοποίησης. Στο Κεφάλαιο 4, διατυπώνεται, αρχικά, το πρόβλημα που πρόκειται να επιλυθεί και, στη συνέχεια, καταστρώνεται ο προτεινόμενος αλγόριθμος. Τέλος, το Κεφάλαιο 5 περιγράφει τα βήματα της προτεινόμενης προσομοίωσης καθώς και τα ερωτήματα που θα διερευνηθούν.

This diploma thesis deals with efficient resource allocation in ad-hoc wireless networks, in which new nodes appear successively. A finite rectangular space is assumed in which nodes appear according to a spatio-temporal Poisson distribution of known intensity. Firstly, nodes with strong computational power are placed in the space in such a way that their number will be approximately minimum, whole space will be under coverage of nodes and also the network will be connected. Afterwards, total available resources are distributed in nodes appropriately so that they allocate them later in new nodes which will appear in the space. In the main part of the process, new nodes appear in the space according to the spatio-temporal Poisson distribution. When a new node appears in the space, the nodes with strong computational power decide, with appropriate way, which nodes will allocate resources to it. Aim of the algorithm is the following: In every step of the procedure, resources will be allocated to locations of the space where demand for them will be existed. The first chapter provides an introduction to ad-hoc networks, focusing on communication protocols and on the rooting strategies which are used in this kind of networks. Security demands and limitations in these networks are elaborated, too. Finally, the first chapter presents the major applications of ad-hoc networks. The second chapter introduces the spatial Poisson point process as a generalization of the temporal Poisson point process. The third chapter provides an overview of the theory of mathematical optimization. In the fourth chapter, the problem under consideration is formulated and afterwards the proposed algorithm is presented. Finally, the fifth chapter describes the steps of the proposed simulation and the topics which will be investigated.