Εξοικονόμηση ενέργειας στα ασύρματα δίκτυα αισθητήρων με ενεργειακά αποδοτική δρομολόγηση

Abstract

Στην διατριβή αυτή περιγράφεται και αναλύεται το πρόβλημα της κατανάλωσης ενέργειας και η επιρροή του στην επίδοση των ασύρματων δικτύων αισθητήρων. Αρχικά, προτείνεται η ταξινόμηση των πρωτοκόλλων στα ασύρματα δίκτυα αισθητήρων. Επίσης, αναλύονται τα πλεονεκτήματα και οι αδυναμίες του κάθε πρωτοκόλλου κάνοντας μια σύγκριση μεταξύ τους, με βάση τις κυριότερες παραμέτρους που χαρακτηρίζουν ένα ασύρματο δίκτυο αισθητήρων. Στην συνέχεια, προτείνεται το ECHERP, ένα πρωτόκολλο ενεργειακής απόδοσης για ασύρματα δίκτυα αισθητήρων. Το ECHERP μαζί με τον αριθμό των γύρων θεωρεί το τρέχον και το εκτιμώμενο μελλοντικό επίπεδο ενέργειας των κόμβων που μπορεί να είναι επικεφαλής προκειμένου να μεγιστοποιηθεί η διάρκεια ζωής του δικτύου. Το πρωτόκολλο υπολογίζει την ενέργεια που καταναλώνεται με τη χρήση του αλγορίθμου Gauss, προκειμένου να ελαχιστοποιηθεί η συνολική κατανάλωση ενέργειας του δικτύου σε κάθε γύρο. Ακολουθεί η ανάλυση της αυτοματοποιημένης άρδευσης στη γεωργία και προτείνεται ένα νέο σύστημα για την αποτελεσματική άρδευση χρησιμοποιώντας ασύρματα δίκτυα αισθητήρων. Το προτεινόμενο σύστημα βασίζεται σε ένα μοντέλο το οποίο εκτελεί την αποτελεσματική διαχείριση της άρδευσης με την εύρεση των κατάλληλων προγραμμάτων για την ορθολογική χρήση του νερού για άρδευση. Επίσης, προτείνεται το HYCLRP, ένα πρωτόκολλο το οποίο συνδυάζει TDMA και CDMA. Το HYCLRP ελαχιστοποιεί την κατανάλωση ενέργειας με την ανάθεση κωδικών λέξεων με μικρότερο μήκος και με την επιλογή ως επικεφαλής των κόμβων που ελαχιστοποιούν τις παρεμβολές. Αυτό γίνεται με την επιλογή των κόμβων με την υψηλότερη ενέργεια και με την μικρότερη συνολική απόσταση από τους άλλους. Το δίκτυο μοντελοποιείται ως γράφημα και επιλέγει χρώματα για την αποφυγή παρεμβολών. Οι κόμβοι με βάση τα χρώματα του γραφήματος χρησιμοποιούν κωδικές λέξεις που ελαχιστοποιούν την κατανάλωση ενέργειας στο δίκτυο. Η απόδοση του πρωτοκόλλου αξιολογείται από προσομοιώσεις. Τέλος, παρουσιάζονται τα σημαντικότερα επιστημονικά ευρήματα της διατριβής καθώς επίσης και μία σειρά από ανοιχτά ερευνητικά θέματα τα οποία αναδείχθηκαν κατά την εκτέλεση αυτής.