Use este identificador para citar ou linkar para este item: http://hdl.handle.net/1843/SLSS-8KJJYK
Tipo: Dissertação de Mestrado
Título: Integração do controle de densidade, cobertura e roteamento em redes de sensores sem fio: modelos matemáticos, algoritmos de otimização e simulação
Autor(es): Iuri Bueno Drumond de Andrade
Primeiro Orientador: Alexandre Salles da Cunha
Primeiro Coorientador: Geraldo Robson Mateus
Primeiro membro da banca : Carlos Roberto V de Carvalho
Segundo membro da banca: Geraldo Robson Mateus
Terceiro membro da banca: Luiz Filipe Menezes Vieira
Resumo: Nesta dissertação, introduzimos modelos e algoritmos de otimização visando reduzir o consumo de energia das Redes de Sensores Sem Fio, através da resolução integrada de problemas de otimização comuns a esse tipo de rede. Um simulador de eventos discretos é implementado e testado computacionalmente com o intuito de avaliar, a partir de determinadas métricas de Qualidade de Serviço, como as soluções encontradas pelos algoritmos de otimização se comportam em um ambiente dinâmico. Por fim, o modelo proposto é comparado a uma alternativa topológica apresentada na literatura. O Problema de Otimização tratado neste trabalho consiste em integrar os problemas de Cobertura, Controle de Densidade, Localização do Sorvedouro e Roteamento através de uma abordagem multi-período. Conhecendo-se a priori, o tempo em que a rede permanecerá ativa, o mesmo é dividido em períodos de tempos iguais e, para cada um, uma solução para todos os problemas a serem integrados deve ser assegurada. Para modelar o problema, é apresentado uma formulação em Programação Inteira Mista. Um algoritmo do tipo Branch-and-Cut é proposto e implementado para resolver o problema de forma exata. Devido às dificuldades inerentes à integração, resolver o problema proposto na otimalidade mostrou-se uma tarefa difícil, mesmo para instâncias de pequenas dimensões. Dessa forma, propomos uma heurística para encontrar soluções viáveis, idealmente de boa qualidade, em tempos aceitáveis. Nossos resultados mostram que os algoritmos de otimização permitiram alcançar bons níveis de Qualidade de Serviço, além de reduções significativas no consumo de energia, principalmente quando comparados a uma abordagem alternativa encontrada na literatura.
Abstract: In this work, we introduce models and optimization algorithms to reduce the wireless sensor networks energy consumption, by integrating some common optimization problems to this network. A discrete event simulator is implemented and tested in order to assess, from certain Quality of Service metrics, how the solutions found by optimization algorithms behave in a dynamic environment. Finally, the proposed model is compared to an alternative topology in the literature. The optimization problem addressed in this work consists to integrate the Coverage, Density Control, Sink Location and Routing Problem through a multi-period approach.As the network lifetime is known, it is divided into equal time periods and for each one, a solution for all the integrated problems must be ensured. This model is presented by a mixed integer programming formulation. A Branch-and-Cut algorithm is proposed and implemented to solve the problem exactly. Due to the difficulties inherent to the integration, solve the proposed problem optimality is a difficult task, even for small instances. Thus, we propose a heuristic to find feasible solutions, with good quality, in acceptable time. Our results show that the optimization algorithms had achieved good levels of service quality, presenting significant energy reductions, especially when it is compared to an alternative approach found in the literature.
Assunto: Computação
Idioma: Inglês
Editor: Universidade Federal de Minas Gerais
Sigla da Instituição: UFMG
Tipo de Acesso: Acesso Aberto
URI: http://hdl.handle.net/1843/SLSS-8KJJYK
Data do documento: 4-Ago-2011
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