Παραμετροποιήσιμος αλγόριθμος ομαδοποίησης συσκευών με κριτήρια ενέργειας, κινητικότητας και ενδιαφέροντος επικοινωνίας για τη δημιουργία αποτελεσματικών δικτύων δημόσιας ασφάλειας

Κουκάς, Κωνσταντίνος; Koukas, Konstantinos

dc.contributor.author	Κουκάς, Κωνσταντίνος	el
dc.contributor.author	Koukas, Konstantinos	en
dc.date.accessioned	2019-05-10T09:36:35Z
dc.date.available	2019-05-10T09:36:35Z
dc.date.issued	2019-05-10
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/48680
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.16072
dc.rights	Αναφορά Δημιουργού-Μη Εμπορική Χρήση-Όχι Παράγωγα Έργα 3.0 Ελλάδα	*
dc.rights.uri	http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/gr/	*
dc.subject	Δίκτυα δημόσιας ασφάλειας	el
dc.subject	Αυξημένη κινητικότητα	el
dc.subject	Περιορισμένη ενέργεια	el
dc.subject	Ενεργειακό προφίλ	el
dc.subject	Ενδιαφέρον επικοινωνίας	el
dc.subject	Αλγοριθμική λύση	el
dc.subject	Δίκτυα συσκευής με συσκευή	el
dc.subject	Ομαδοποίηση των συσκευών	el
dc.subject	Public Safety Networks	en
dc.subject	Ad hoc networks	en
dc.subject	D2D communication	en
dc.subject	Algorithmic solution	en
dc.subject	Energy and mobility aware	en
dc.subject	Interest of communication	en
dc.title	Παραμετροποιήσιμος αλγόριθμος ομαδοποίησης συσκευών με κριτήρια ενέργειας, κινητικότητας και ενδιαφέροντος επικοινωνίας για τη δημιουργία αποτελεσματικών δικτύων δημόσιας ασφάλειας	el
heal.type	bachelorThesis
heal.classification	Δίκτυα και επικοινωνίες	el
heal.classificationURI	http://data.seab.gr/concepts/273fd4c20d1e3f11519142bec6a1ac2b0b3338e5
heal.language	el
heal.access	free
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2018-01-11
heal.abstract	Σκοπός της παρούσας διπλωματικής εργασίας είναι η ανάπτυξη ενός αλγόριθμου ο οποίος διαχειρίζεται την οργάνωση κινητών συσκευών, με σκοπό την δημιουργία ενός εκτεταμένου ασυρμάτου δικτύου που θα εξυπηρετεί αποτελεσματικά την ανάγκη για επικοινωνία σε καταστάσεις έκτακτης ανάγκης. Κατά την εκπόνηση της εργασίας αυτής, αναλύθηκαν διεξοδικά τα δίκτυα δημόσιας ασφάλειας, ώστε να είναι δυνατή η σχεδίαση ενός δικτύου που καλύπτει τις ανάγκες τους. Η εξασφάλιση της απρόσκοπτης λειτουργίας τους ακόμα και σε περιπτώσεις απώλειας μέρους τους δικτύου κορμού, η ταχεία ανάκαμψή μετά από κάποιο καταστροφικό φαινόμενο και η διασφάλιση της άμεσης και ταχείας επικοινωνίας μεταξύ των διασωστικών φορέων, των οργάνων επαναφοράς της τάξης ή μεταξύ οποιαδήποτε άλλης ομάδας με αυξημένο ενδιαφέρον επικοινωνίας, είναι μερικά από τα σημαντικότερα χαρακτηριστικά που πρέπει να διαθέτει ένα δίκτυο δημόσιας ασφάλειας. Ταυτόχρονα, η ιδιαίτερα αυξημένη κινητικότητα των συσκευών που παρατηρείται συχνά σε καταστάσεις έκτακτης ανάγκης, επιβάλει στον σχεδιαστή τέτοιων δικτύων να συμπεριλάβει μηχανισμούς διαχείρισης της κινητικότητας αυτής κατά την λήψη αποφάσεων δημιουργίας, οργάνωσης και συντήρησης του δικτύου. Παράλληλα η παρατήρηση, η ανάλυση και τελικά η γνώση των μοτίβων κινητικότητας που εμφανίζονται σε καταστάσεις εκτάκτου ανάγκης έχει την δυνατότητα να δώσει προβάδισμα σε μια σχεδίαση που αξιοποιεί την πληροφορία αυτή. Μια ακόμα παράμετρος που είναι σημαντικό να ληφθεί υπόψη είναι το ενεργειακό προφίλ των τερματικών συσκευών του ασυρμάτου δικτύου που αναπτύσσεται καθώς η πλειοψηφία τον κόμβων βασίζεται αποκλειστικά σε μπαταρίες για την παροχή της απαιτούμενης ενέργειας λειτουργείας και ως εκ τούτου έχει περιορισμένα αποθέματα. Από την άλλη πλευρά, ένα ακόμα ενδιαφέρον στοιχείο των δικτύων δημόσιας ασφάλειας που αποτέλεσε πρόκληση κατά την σχεδίαση ήταν η ετερογενής φύση του δικτύου που απαρτίζεται από ένα ευρύ φάσμα τερματικών συσκευών με διαφορετικά χαρακτηριστικά και ενεργειακές δυνατότητες.Για να αναπτύξουμε μια λύση που ανταποκρίνεται στους περιορισμούς που περιεγράφηκαν παραπάνω, θεωρήθηκε σκόπιμο οποιαδήποτε περαιτέρω σχεδίαση να βασισθεί στο μοντέλο των δικτύων συσκευής με συσκευή, αφήνοντας πίσω το συμβατικό τρόπο επικοινωνίας των σημερινών κινητών συσκευών που υπαγορεύει διαμεσολάβηση ενός τουλάχιστον σταθμού βάσης σε κάθε ανταλλαγή πληροφορίας. Για το λόγο αυτό, πρώτα παρουσιάζονται τα πλεονεκτήματα που παρέχουν τα δίκτυα συσκευής με συσκευή, αλλά και οι προκλήσεις που εμφανίζονται κατά τον σχεδιασμό τους, όπως η ανάγκη για ανάπτυξη μηχανισμών αποκεντροποιημένης οργάνωσης του δικτύου και διαχείριση των κόμβων που το απαρτίζουν εν απουσία κεντρικού συντονιστικού οργάνου, ρόλος που στα συμβατικά δίκτυα αναλαμβάνει ο σταθμός βάσης. Ακολούθως, περιγράφεται το μοντέλο ομαδοποίησης των συσκευών με στόχο την οργάνωση τους για την δημιουργία λειτουργικού δικτύου καθώς και τα πλεονεκτήματα που διαθέτει ως λύση του προβλήματος οργάνωσης σε δίκτυα συσκευής με συσκευή.Τελικά, παρουσιάζεται η κύρια συνεισφορά της εργασίας αυτής η οποία λαμβάνει την μορφή μιας αλγοριθμικής λύσης για την ομαδοποίηση των συσκευών με σκοπό την δημιουργία ενός δικτύου συσκευής με συσκευή, στα πλαίσια των δικτύων δημόσιας ασφάλειας. Ο αλγόριθμος αυτός αποσκοπεί να θέσει τις βάσεις για τη δημιουργία ενός δικτύου που θα ικανοποιεί τις απαιτήσεις αυτές καθώς ταυτόχρονα προσαρμόζεται στους περιορισμούς που εμφανίζονται στα προαναφερθέντα δίκτυα. Τα κύρια προβλήματα που επιδιώκεται να αντιμετωπισθούν είναι ή αυξημένη κινητικότητα των κόμβων του δικτύου, η αποτελεσματική χρήση της περιορισμένης ενέργειας, η ταχύτητα επανάκαμψης μετά από ενδεχόμενη βλάβη ή τυχόν καταστροφή κορμού του δικτύου και η διασφάλιση καθώς και επιτάχυνση της ανταλλαγής δεδομένων μεταξύ συσκευών με αυξημένο ενδιαφέρον επικοινωνίας.Η εργασία αυτή ολοκληρώνεται με την με παρουσίαση της απόδοσης του προτεινόμενου αλγορίθμου. Για να αξιολογηθεί η απόδοση αυτή, έγιναν πολυάριθμες προσομοιώσεις με διαφορετικές παραμετροποιήσεις του προτεινόμενου αλγορίθμου, αλλά και επιπλέον προσομοιώσεις άλλων μοντέλων που εμφανίζονται στη βιβλιογραφία, με σκοπό την παροχή συγκριτικών δεδομένων απόδοσης. Έτσι, κατασκευάστηκε μια σειρά από γραφικές παραστάσεις που αποδίδουν τη συμπεριφορά του αλγόριθμου σε διάφορους τομείς και διευκολύνουν την αξιολόγηση του έργου που εκπονήθηκε σε αυτήν την διπλωματική εργασία.	el
heal.abstract	he main objective of this diploma thesis is the development of an algorithm, which manages the organization of wireless mobile devices into clusters, in order to create an extensive wireless ad hoc network that will serve the need for effective communication in any public safety and security scenario. The development of effective Public Safety Networks poses multiple challenges as these networks are quite demanding, in terms of the features that they need, and it is crucial that all prerequisites are met, since the communication service they provide during emergency situations is of outmost importance. Establishing and maintaining smooth operation even in situations where there is complete loss of coverage from the main network, fast network recovery after any catastrophic event and the maintenance of direct and fast communication between rescuing teams, other order restoration units or between any other group that has a high interest of communication, are some of the features a Public Safety Network must have. In addition, during most emergency situations and generally most public safety and security scenarios, increased mobility of the network nodes is often observed. The observation, analysis and knowledge of the mobility patterns that present themselves in emergency situations, has the ability to provide useful information that can help the algorithm produce clusters with enhanced stability. Another parameter worth taking into consideration is the energy profile of the terminal devices of the wireless network, since the majority of the network nodes depends, almost exclusively, on batteries for their energy needs and thus there are limited amounts of available energy. On the other hand, another interesting element of the public safety networks that was found challenging during the design, is their heterogenic nature as these networks often consist of a wide range of terminal devices with different characteristics and energy efficiency profiles. To develop a solution that effectively addresses the limitations described above, it was considered necessary to base any further design, on the model of device to devise networks (D2D networks), abandoning the conventional way of communication today’s mobile devices use, which calls for a mediator of at least one base station(eNodeB) in every exchange of information. Hence, we first present the advantages provided by the device to device model of communication, along with the need to develop decentralized organization mechanisms in the absence of a central coordinating board, a role that in conventional networks is assigned to the base station. Finally, the main contribution of this document is presented, which takes the form of a clustering algorithm that combines information from multiple parameters in order to provide the basis for designing a Public Safety Network. The clustering scheme we propose is energy and mobility aware. In addition to that, the proposed algorithm takes it account the interest of communication between the different devices of the networks when performing the clustering operations. Finally, a performance evaluation is presented in order to provide proof that the proposed scheme is operational and effective. To assess the performance, multiple simulations were performed not only of the proposed algorithm, but also of other algorithmic systems found in the literature. Various graphs and diagrams produced during these simulations are presented, providing evidence that the proposed algorithm is a well-balanced solution that assimilates the benefits from multiple types of clustering algorithms effectively fitting the specific needs of Public Safety Networks.	en
heal.advisorName	Παπαβασιλείου, Συμεών	el
heal.committeeMemberName	Παπαβασιλείου, Συμεών	el
heal.committeeMemberName	Βαρβαρίγου, Θεοδώρα	el
heal.committeeMemberName	Ρουσσάκη, Ιωάννα	el
heal.academicPublisher	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Μηχανικών Υπολογιστών. Τομέας Επικοινωνιών, Ηλεκτρονικής και Συστημάτων Πληροφορικής	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.numberOfPages	82 σ.
heal.fullTextAvailability	true