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Type: Dissertação de Mestrado
Title: Heurísticas mono e multiobjetivo para o problema de cobertura econectividade de redes de sensores sem fio planas
Authors: Flavio Vinicius Cruzeiro Martins
First Advisor: Ricardo Hiroshi Caldeira Takahashi
First Co-advisor: Geraldo Robson Mateus
Abstract: Este trabalho aborda o Problema de Cobertura e Conectividade em Redes de Sensores sem Fio (RSSF), formulando-o de diferentes maneiras como problemas de otimização mono-objetivo e multiobjetivo. Em todos os casos, é considerada a questão da reconfiguração dinâmica da rede realizada `a medida em que ocorram falhas na rede devidas ao esgotamento da energia dos nos sensores. No caso da formulação mono-objetivo, a heurística proposta se baseia em um Algoritmo Genético (AG) para fazer a escolha inicial dos nos a serem ativados e para atualizar essa escolha em alguns momentos, quando a rede se afasta significativamente de uma configuração ótima. Essa heurística envolve ainda uma busca gulosa para realizar reconfiguração locais de forma rápida imediatamente apos a ocorrência de cada falha. Tal heurística é comparada com uma formulação exata do mesmo problema, tratada por meio de Programação Linear Inteira, a qual foi resolvida utilizando um pacote comercial de otimização. Embora, conforme esperado, a heurística proposta não tenha sido capazde determinar as soluções ótimas exatas para o problema, verificou-se que os ganhos de tempo de execução obtidos com a heurística tornam plausível sua aplicação em problemas práticos mesmo em situações envolvendo um grande numero de nos sensores. No que diz respeito a desenvolvimentos realizados especificamente no ambito desta dissertação, esta parte do trabalho apresenta alguns aperfeiçoamentos sobre algoritmos que já tinham sendo construídos anteriormente, com a participação deste autor. A principal contribuição desta dissertação é a proposição de uma formulação multiobjetivo para o problema de cobertura e conectividade de RSSF, associada a uma correspondenteheurística para sua solução. O princípio em que se fundamenta tal formulação ´e o de que é possível realizar uma troca entre o tempo de funcionamento da rede e o percentual da área coberta. Um Algoritmo Genético multiobjetivo, baseado no NSGA (Non-dominated Sorting Genetic Algorithm), foi desenvolvido para substituir o AG monoobjetivo,de forma a determinar, em paralelo, um conjunto de soluções não-dominadas em relação a tais objetivos. Um algoritmo simples de tomada de decisão é empregado de maneira a escolher a configuração a ser adotada pela rede a cada instante. Resultados de simulação mostram que a introdução de pequenas relaxações na área coberta permitem obter significativos aumentos no tempo de funcionamento da rede. O tempo de execução da heurística multiobjetivo proposta é similar ao da heurística mono-objetivo para redes de mesmo tamanho.
Abstract: This work deals with the Problem of Coverage and Connectivity in Wireless Sensor Networks (WSN), formulating it in different ways as mono-objective and multiobjective optimization problems. The issue of dynamic reconfiguration of the network to be performed as soon as some failures occur in the network nodes is considered here in allthe cases. In the case of mono-objective formulation, the proposed heuristics is based on a Genetic Algorithm (GA) that performs the initial choice of the nodes to be activated and that also performs an update of this choice in some moments, when the network is significantlyfar from the optimal configuration. This heuristics is compared with an exact formulation of the same problem, which is stated as an Integer Linear Program and solved with a commercial optimization package. Although, as expected, the proposed heuristics has not been able to solve the problem up to the exact optimality, it has been found that thegains in the computation time obtained by the heuristics make its application to practical problems feasible, even in situations involving a large number of sensor nodes. The results presented in this part of this dissertation are related to algorithms that have been developed earlier, with the participation of this author, and that have been enhancedspecifically in the context of this work. The main contribution of this dissertation is the proposition of a multiobjective formulationfor the RSSF coverage and connectivity problem, associated to a corresponding heuristics for dealing with it. This formulation is based on the observation that it is possible to perform a trade-off between the duration of working time of the network and the percentage of its coverage area. A multiobjective GA, based on the NSGA (Non-dominated Sorting Genetic Algorithm), has been developed in order to replace themono-objective GA, allowing the parallel computation of a set of solutions which is nondominated in relation to such objectives. A simple decision-making algorithm is employed in order to choose the configuration to be adopted in each moment by the network. Simulationresults show that the introduction of rather small relaxations in the coverage allow significant gains in the network working time. The computational time of the proposed multiobjective heuristics is similar to the one of the mono-objective heuristics, for networks of similar size.
Subject: Engenharia elétrica
language: Português
Publisher: Universidade Federal de Minas Gerais
Publisher Initials: UFMG
Rights: Acesso Aberto
URI: http://hdl.handle.net/1843/BUOS-8GJNY4
Issue Date: 5-Aug-2009
Appears in Collections:Dissertações de Mestrado

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