Geri Dön

Energy efficiency and routing in sensor networks

Sensor ağlarında enerji verimliliği ve yönlendirme

  1. Tez No: 995717
  2. Yazar: BİLGE KARTAL ÇETİN
  3. Danışmanlar: DOÇ. DR. NEELİ R. PRASAD
  4. Tez Türü: Doktora
  5. Konular: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği, Electrical and Electronics Engineering
  6. Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
  7. Yıl: 2011
  8. Dil: İngilizce
  9. Üniversite: Aalborg Unıversıtet
  10. Enstitü: Yurtdışı Enstitü
  11. Ana Bilim Dalı: Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
  12. Bilim Dalı: Elektrik Bilim Dalı
  13. Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.

Özet

Kablosuz duyargı ağları (WSN); pil, sensör, mikroişlemci ve radyo vericisi bileşenlerinden oluşan minik cihazlardan meydana gelir. Uygulama alanlarının genişliği nedeniyle, bu ağlardaki performans kriterleri uygulama bazlı olarak ciddi farklılıklar gösterse de ağın uzun süre müdahale edilmeden çalışabilmesi veya“uzun ağ ömrü”, çoğu uygulama için ortak bir performans gereksinimi olarak kabul edilebilir. Düğümlerin enerjisinin tükenmesi iletişimi kesintiye uğratabilir, daha da kötüsü ağın bölümlenmesine yol açarak izleme faaliyetlerinin tamamen durmasına neden olabilir. Ad-hoc ağların aksine, sensörlerin pillerini şarj etmek veya değiştirmek, bazı izleme ortamlarında zahmetli ve hatta imkansızdır. Bu nedenle, kablosuz duyargı ağı protokollerinin tasarımındaki temel zorluk, bir yandan uygulama gereksinimlerini karşılarken diğer yandan sensör düğümlerindeki sınırlı pil enerjisiyle ağ ömrünü nasıl maksimize edileceğidir. Duyargı ağlarında enerji tüketen iki önemli süreç mevcuttur: İlki iletim-alım aşaması, ikincisi ise olası bir olay için radyo kanalının dinlenmesidir. Dolayısıyla enerji tasarrufu için iki temel strateji bulunur; bunlardan ilki, düğümler arasında daha az paket alışverişi veya dengeli yük dağıtımı anlamına gelen ağ faaliyetlerinin azaltılması, ikincisi ise paket varışları için beklenen boşta kalma süresinden kaçınılmasıdır. İlk strateji, kaynak kısıtlı ağlar için yönlendirme tekniklerini kapsarken, ikincisi görev döngüsü (duty-cycling) tekniklerini içerir. Bu tezde öncelikle, ağ dinamikleri ve düğümlerin görev döngüleri dikkate alınarak duyargı ağlarındaki ağ yapısının matematiksel karakterizasyonu incelenmiş, ardından enerji verimliliği teknikleri araştırılmıştır. İkinci olarak, ağdaki görev döngüsü mekanizmasını göz önünde bulundurarak farklı ağ parametreleri için maksimum ağ ömrü yönlendirmesinin araştırılabileceği matematiksel bir araç geliştirilmiştir. Duyargı ağları için iletim ve alım süreçlerindeki enerji tüketiminin yanı sıra, bekleme ve uyku modlarındaki enerji tüketimi de dikkate alınarak ağ ömrünün üst sınırı aranmıştır. Geliştirilen optimizasyon problemlerinin çözümü, görev döngüsü mekanizmasını hesaba katarak olası rotalar arasında en dengeli enerji yükü dağıtımını sunmakta ve maksimum ağ ömrü yönlendirme algoritmalarının tasarımı için analitik bir kıyaslama ölçütü oluşturmaktadır. Son olarak, geliştirilen bu matematiksel araç kullanılarak enerji verimli bir yönlendirme protokolü önerilmiş ve değerlendirilmiştir.

Özet (Çeviri)

Wireless sensor networks (WSNs) consist of tiny devices, which have a battery, a sensor, a microprocessor and a radio transmitter component. Due to a large range of application area, performance metrics in sensor network are strictly application-speci c. However, 'unattended operation of the network for long time' or 'long network lifetime' can be determined as a common performance requirement for the most of the applications. Energy depletion of the nodes can interrupt communication and, in a worse case, it could cause network partitioning which leads the interruption of monitoring. Unlike ad-hoc networks, recharging or replacing of the sen- sors battery may be inconvenient, or even impossible in some monitoring environments. Therefore, the key challenge in the design of wireless sen- sor network protocols is how to maximize the network lifetime, which is limited by battery energy in sensor nodes, while providing the application requirement. In sensor networks, there are two important energy consuming pro- cesses, the rst is transmission-reception phase and the second is listening the radio for any possible event. Therefore, there are two strategies for en- ergy saving. The rst is reducing the networking activities, which means less packet exchanging between the nodes or balanced load allocation. The second is avoiding the idle waiting time for packet arrivals. The rst strategy covers routing techniques for resource constraints networks and the second covers duty-cycling techniques. In this thesis, rstly mathematical characterization of networking in sensor network is studied by considering network dynamics and duty cy- cling of sensor nodes. Then energy efficiency techniques in sensor network are investigated. Secondly, a mathematical tool in which maximum life- time routing can be investigated for different network parameters is de- veloped by considering a duty-cycling mechanism in the network. Upper bound on network lifetime is sought by considering idle and sleep mode energy consumption as well as energy consumption in transmission and reception for sensor networks. The solution of the developed optimization problems gives an analytical benchmark for designing of maximum lifetime routing algorithms by giving the most energy balanced traffic allocation between the possible routes in the network by considering a duty-cycling mechanism. Lastly, an energy e cient routing protocol is proposed and evaluated by using the developed mathematical tool.

Benzer Tezler

  1. A novel Routing protocol for wireless sensor networks in disaster relief operation management (sendom)

    Afet kurtarma operasyon yönetiminde telsiz sensör ağları için yeni bir yönlendirme protokolü

    OKTAY GÜNDOĞDU

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2004

    Yeditepe Üniversitesi

    Bilgisayar Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    Yükleniyor...

  2. Dynamic threshold based routing for sensor networks

    Duyarga ağlarında dinamik eşik tabanlı yönlendirme

    OSMAN KORKUTAN

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2006

    İstanbul Teknik Üniversitesi

    Bilgisayar Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    Yükleniyor...

  3. Algorithms for sink mobility in wireless sensor networks to improve network lifetime

    Telsiz algılayıcı ağlarda ağ ömrünü geliştirmek için çıkış düğümü yer değişimi konusunda algoritmalar

    METİN KOÇ

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2008

    İhsan Doğramacı Bilkent Üniversitesi

    Bilgisayar Mühendisliği Bölümü

    Yükleniyor...

  4. Constructing energy efficient bluetooth scatternets for wireless sensor networks

    Bluetooth tabanlı sensor ağları için enerji etkin scatternetlerin oluşturulması

    SAİN SAGİNBEKOV

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2004

    İhsan Doğramacı Bilkent Üniversitesi

    Bilgisayar Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    Yükleniyor...

  5. Power efficient data gathering and aggregation in wireless sensor networks

    Kablosuz algılayıcı ağlarında güç verimli veri toplama ve yığışımı

    HÜSEYİN ÖZGÜR TAN

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2004

    İhsan Doğramacı Bilkent Üniversitesi

    Bilgisayar Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    Yükleniyor...

  6. An energy-efficient real-time coordination and routing framework for wireless sensor actor networks

    Sensör ve aktör ağları için enerji-etkin koşum-zamanı koordinasyon ve yol verme çerçevesi

    GHALİB ASADULLAH SHAH

    Doktora

    İngilizce

    İngilizce

    2007

    Orta Doğu Teknik Üniversitesi

    Bilgisayar Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    Yükleniyor...