Μελέτη αποδοτικών αλγορίθμων για τον έλεγχο τοπολογίας σε ασύρματα δίκτυα αισθητήρων παρουσία εμποδίων

Σύλλας, Γεώργιος; Syllas, Georgios

dc.contributor.author	Σύλλας, Γεώργιος	el
dc.contributor.author	Syllas, Georgios	en
dc.date.accessioned	2022-12-12T10:02:00Z
dc.date.available	2022-12-12T10:02:00Z
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/56420
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.24118
dc.rights	Default License
dc.subject	Ασύρματα Δίκτυα Αισθητήρων	el
dc.subject	Wireless Sensor Networks	en
dc.subject	Βελτιστοποίηση	el
dc.subject	Πρόβλημα Κάλυψης	el
dc.subject	Πρόβλημα Διατήρησης Συνδεσιμότητας	el
dc.subject	Διάρκεια Ζωής Δικτύου	el
dc.subject	Optimization	en
dc.subject	Coverage	en
dc.subject	Connectivity	en
dc.subject	Network Lifetime	en
dc.subject	Topology Control	en
dc.title	Μελέτη αποδοτικών αλγορίθμων για τον έλεγχο τοπολογίας σε ασύρματα δίκτυα αισθητήρων παρουσία εμποδίων	el
heal.type	bachelorThesis
heal.classification	Electrical Engineering	en
heal.classification	Computer Networks	en
heal.language	el
heal.access	free
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2022-09-05
heal.abstract	Τα τελευταία χρόνια παρατηρείται αυξημένο ενδιαφέρον για τα Ασύρματα Δίκτυα Αισθητήρων (ΑΔΑ), καθώς έχουν πληθώρα εφαρμογών. Βασικό χαρακτηριστικό ενός ασύρματου δικτύου είναι η κάλυψη – παρακολούθηση του χώρου. Επίσης η συνδεσιμότητα του είναι αναγκαία συνθήκη για την ομαλή λειτουργία του. Στην παρούσα εργασία μελετούνται τρόποι μείωσης της ενεργειακής κατανάλωσης ενός ασύρματου δικτύου αισθητήρων, που σχηματίζεται από αισθητήρες τοποθετημένους με τυχαίο τρόπο σε ένα δισδιάστατο χώρο με κυρτά, αδιαφανή εμπόδια. Η μείωση της ενεργειακής κατανάλωσης πρέπει να συντελείται χωρίς την υποβάθμιση των λειτουργιών του δικτύου, επομένως, υπό τις προϋποθέσεις της πλήρους κάλυψης του χώρου και της επικοινωνίας του συνόλου των αισθητήρων. Οι αισθητήρες θεωρούμε ότι διαθέτουν μεταβλητές ακτίνες αίσθησης και επικοινωνίας, με την ενεργειακή κατανάλωση να αυξάνεται με κάθε αύξηση της αντίστοιχης ακτίνας. Με βάση τις ακτίνες αυτές ορίζονται κυκλικοί δίσκοι με κέντρο τον αισθητήρα, εντός των οποίων ο αισθητήρας μπορεί να συλλέξει πληροφορίες ή να επικοινωνήσει αντίστοιχα. Ακόμα θεωρούμε το κόστος λειτουργίας των αισθητήρων ως το άθροισμα της ενέργειας που απαιτείται για την συλλογή πληροφοριών από τον περιβάλλοντα χώρο, την ενέργεια που καταναλώνει ένας αισθητήρας για την επικοινωνία του με τους υπόλοιπους, και το κόστος τοποθέτησης του αισθητήρα. Στόχος μας είναι η ελαχιστοποίηση του κόστους αυτού ενώ παράλληλα διατηρούνται κάποια σημαντικά χαρακτηριστικά του δικτύου (συνδεσιμότητα, πλήρης κάλυψη περιοχής ενδιαφέροντος). Το πετυχαίνουμε αυτό χωρίζοντας το πρόβλημα στα επιμέρους προβλήματα της μείωσης της ενεργειακής κατανάλωσης για την επικοινωνία των αισθητήρων και στην κατανάλωση για τη συλλογή πληροφοριών από το χώρο. Μοντελοποιώντας το δίκτυο αισθητήρων ως έναν γεωμετρικό γράφο, διατυπώνεται ένας αλγόριθμος που βασίζεται στον υπολογισμό του ελάχιστου συνδετικού δέντρου, με κόμβους τους αντίστοιχους αισθητήρες και ακμές μεταξύ των αντίστοιχων κόμβων εάν και μόνο εάν η απόσταση των αισθητήρων είναι μικρότερη ή ίση με τη μέγιστη ακτίνα επικοινωνίας και δεν παρεμβάλλεται κάποιο εμπόδιο. Στις ακμές αυτές ως βάρος ορίζεται η απόσταση των δύο αισθητήρων που αντιστοιχούν στους κόμβους που αυτές ενώνουν. Τέλος υπολογίζεται το ελάχιστο συνδετικό δένδρο και έτσι μπορούμε να ορίσουμε σε κάθε αισθητήρα ως τιμή ακτίνας επικοινωνίας το μέγιστο βάρος από τα βάρη των ακμών που προσπίπτουν στον αντίστοιχο κόμβο. Για τη μείωση της ενέργειας που απαιτείται για τη συλλογή πληροφοριών από το χώρο χρησιμοποιούνται κάποιοι άπληστοι αλγόριθμοι –κατανεμημένοι και κεντρικοποιημένοι- που συναντούνται στην βιβλιογραφία καθώς και μία παραλλαγή ενός κατανεμημένου. Στην παραλλαγή που προτείνουμε, χωρίζεται ολόκληρος ο χώρος ενδιαφέροντος σε τετραγωνικά, ισομεγέθη πλέγματα, με βάση τα οποία δίνεται η έννοια της «γειτονιάς» κάθε κόμβου, τους κοντινούς του κόμβους δηλαδή που χρησιμοποιεί για να λάβει τις αποφάσεις αυξομείωσης της ακτίνας του. Επίσης μεταβάλλεται το κριτήριο τερματισμού, αντιμετωπίζοντας έτσι κάποια προβλήματα του Κατανεμημένου Αλγορίθμου του Χρήστου Ν. Τσανικίδη. Η εργασία καταλήγει με την εκτέλεση εκτενών προσομοιώσεων και την αξιολόγηση και σύγκριση των προτεινόμενων αλγορίθμων και των αλγορίθμων της βιβλιογραφίας με τη χρήση διαφόρων μετρικών.	el
heal.advisorName	Παπαβασιλείου, Συμεών	el
heal.committeeMemberName	Παπαβασιλείου, Συμεών	el
heal.committeeMemberName	Βαρβαρίγου, Θεοδώρα	el
heal.committeeMemberName	Ρουσάκη, 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	70 σ.	el
heal.fullTextAvailability	false