Energy efficiency and routing in sensor networks
Sensor ağlarında enerji verimliliği ve yönlendirme
- Tez No: 995717
- Danışmanlar: DOÇ. DR. NEELİ R. PRASAD
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği, Electrical and Electronics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2011
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Aalborg Unıversıtet
- Enstitü: Yurtdışı Enstitü
- Ana Bilim Dalı: Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Elektrik Bilim Dalı
- 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
- Energy-efficient routing to maximize network lifetime in wireless sensor networks
Kablosuz algılayıcı ağlarında azami ağ ömrü sağlamak için enerji-verimli yol atama
ASLI ZENGİN
Yüksek Lisans
İngilizce
2007
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiElektrik ve Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. ELİF UYSAL BIYIKOĞLU
- A new energy efficient forwarder set based dynamic duty cycled routing in wireless sensor networks
Kablosuz sensör ağlarında yönlendirme kümesine göre dinamik çevrimli yeni bir yönlendirme tekniği
SILA ÖZEN
Yüksek Lisans
İngilizce
2014
Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve Kontrolİstanbul Teknik ÜniversitesiBilgisayar Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. SEMA FATMA OKTUĞ
- Kablosuz algılayıcı ağlarda karınca koloni algoritmalı rotalama ile enerji etkin rotalamanın incelenmesi
Investigation of ant colony algorithm based routing and energy efficient routing in wireless sensor networks
VOLKAN GANGAL
Yüksek Lisans
Türkçe
2015
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiKaradeniz Teknik ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. GÖKÇE HACIOĞLU
- Kablosuz algılayıcı ağlarda tavlama benzetimi algoritması ile enerji verimliliği optimizasyonu
The optimization of energy efficiency in the wireless sensor networks by using simulated annealing algortihm
GÜLŞAH GÜLBAŞ
Yüksek Lisans
Türkçe
2020
Bilim ve TeknolojiMuğla Sıtkı Koçman ÜniversitesiBilişim Sistemleri Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ GÜRCAN ÇETİN
- Kablosuz algılayıcı ağlarda veri saçılım potansiyeli ve ağ yaşam süresinin ödünleşmesinin modellenmesi ve analizi
Eavesdropping potential in wireless sensor networks and modeling and analysis of network life time recovery
YILDIZ KARAKURT
Yüksek Lisans
Türkçe
2018
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiTobb Ekonomi ve Teknoloji ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. BÜLENT TAVLI
DR. ÖĞR. ÜYESİ HÜSEYİN UĞUR YILDIZ