Ελαχιστοποιηση Καταναλωσης Ενεργειας Σε Ασυρματα Δικτυα Αισθητηρων Με Χρηση Αλγοριθμων Χρονοπρογραμματισμου Και Ομαδοποιησης

Abstract

Τα ασύρματα δίκτυα αισθητήρων (Wireless Sensor Networks, WSNs) έχουν αρχίσει να απασχολούν έντονα την επιστημονική κοινότητα τα τελευταία χρόνια, τόσο λόγω της μεγάλης ποικιλίας των εφαρμογών τους, όσο και για τα πολλά ανεξερεύνητα επιστημονικά προβλήματα που θέτουν.Ένα από τα πιο σημαντικά ζητήματα αποτελεί η διαχείριση των ενεργειακών πόρων των κόμβων αισθητήρων που απαρτίζουν αυτά τα δίκτυα, αφού είναι εφοδιασμένοι με μικρής χωρητικότητας μπαταρίες λόγω του μικρού μεγέθους τους, των οποίων η αντικατάσταση είναι αδύνατη ή δεν συμφέρει. Ανάμεσα στις διάφορες λειτουργίες που επιτελούν οι κόμβοι αισθητήρων, η μεταξύ τους επικοινωνία είναι από τις πιο απαιτητικές από άποψη κατανάλωσης. Γι’ αυτό το λόγο, έχουν προταθεί διάφορες λύσεις τόσο για την αποδοτικότερη εκμετάλλευση των ενεργειακών τους αποθεμάτων, όσο και για τη μείωση της κατανάλωσης των αναγκών ασύρματης επικοινωνίας των κόμβων.Το αντικείμενο αυτής της διπλωματικής εργασίας είναι η μείωση της κατανάλωσης ενέργειας των κόμβων αισθητήρων ενός WSN μέσω του χρονοπρογραμματισμού της επικοινωνίας τους και της ομαδοποίησης τους σε συστάδες. Πιο συγκεκριμένα, δημιουργήθηκε αλγόριθμος χρονοπρογραμματισμού της επικοινωνίας, ο οποίος γίνεται με βάση τις απώλειες του καναλιού, δηλαδή τις απώλειες διάδοσης και τις διαλείψεις σκίασης, και χρησιμοποιεί τη θεωρία βέλτιστης παύσης για τον προσδιορισμό της βέλτιστης χρονικής στιγμής πραγματοποίησης της επικοινωνίας. Επιπρόσθετα, το δίκτυο οργανώνεται σε συστάδες για περεταίρω μείωση της κατανάλωσης ενέργειας. Μετά την κατασκευή του αλγορίθμου, αναπτύχθηκε πρόγραμμα προσομοίωσης στο περιβάλλον Matlab, ώστε να επαληθευτεί η θεωρητική του ανάλυση. Επιπλέον, γίνεται σύγκριση του αλγορίθμου που κατασκευάστηκε με δύο άλλους αλγορίθμους χρονοπρογραμματισμού, οι οποίοι χρησιμοποιούν διαφορετικά κριτήρια για τον προγραμματισμό της επικοινωνίας των κόμβων. Με βάση τα αποτελέσματα που προκύπτουν, αποδεικνύεται ότι ο προτεινόμενος αλγόριθμος μειώνει σημαντικά την κατανάλωση ενέργειας των ασύρματων κόμβων αισθητήρων.