Kablosuz sensör ağlarında kısıtlı bağlantı çeşitliliği ile ömür boyu maksimizasyonu / Cemre Erdoğan; thesis advisor Ayşegül Altın Kayhan.

Tez (Yüksek Lisans Tezi)--TOBB ETÜ Fen Bilimleri Enstitüsü Temmuz 2022

Kablosuz Algılayıcı Ağlar (KAA'lar), otonom sensörlerden ve bunlar arasındaki iletişim bağlantılarından oluşur. Askeri, sağlık, tarım, jeoloji ve lojistik gibi çeşitli alanlarda esas olarak gözetim ve durum takibi için kullanılırlar. Kullanım alanlarının genişliği dağıtım kolaylığı, düşük maliyet ve operasyonel avantajlarının doğal bir sonucudur. Sensörler pille çalışan cihazlar olduklarından, uzun süreli ağ güvenilirliğini ve uygunluğunu sağlayabilmek için pillerinin verimli kullanımı son derece önemlidir. Bu amaçla, enerji verimli veri iletim protokollerinin tasarlanması, KAA literatüründe önemli bir araştırma alanıdır. Ancak, hizmet kalitesinin iyileştirilmesi için tasarım aşamasında ek konuların dikkate alınması da gerçek hayat uygulamalarının desteklenmesi bakımından gereklidir. Bu bağlamda kontrollü bağlantı çeşitliliği, KAA'daki veri akışı yönetimini kolaylaştırdığı için faydalıdır. Bu çalışmada, her sensör için gelen ve giden bağlantıların sayısını sınırlayarak bağlantı çeşitliliğinin yönetilmesi dikkate alınmaktadır. Sensörlerin üzerlerindeki veriyi çoklu yollar üzerinden iletmeleri düğümlerin enerji tüketimlerinin daha dengeli olmasına imkân sağladığından KAA ömrünün en büyüklenmesi için faydalıdır. Bununla birlikte, aşırı rota çeşitlendirmesi, ağdaki bağlantıların çoğalmasına yol açar. Kullanılan bağlantı sayısı ne kadar fazla olursa KAA bağlantı hatalarına, bağlantı bakım maliyetlerine ve güvenlik açıklarına o kadar duyarlı olur. Bu nedenle, bir KAA'da muhafaza edilecek aktif bağlantı sayısının makul bir şekilde azaltılması arzu edilir. Bununla birlikte, kullanımdaki bağlantıların sayısının azaltılması sensörlerin enerji tüketimlerinin dengelenmesini sınırlandırdığından, potansiyel olarak ağ ömründe bir azalmaya yol açabilir. Bu nedenle, bu çalışmada, zengin bir dizi senaryo, parametre ve stratejiyi göz önünde bulundurarak, KAA'larda aktif bağlantı sayısı ile ağ ömrü arasındaki ödünleşim sistematik olarak araştırılmaktadır.

Wireless Sensor Networks (WSNs) are composed of autonomous sensors and communication links among them. In several domains, including the military, health, agriculture, geology, and logistics, they are primarily used for surveillance and condition monitoring. Its alliance is a logical result of their cheap cost, simple deployment, and operational advantages. Due to the fact that sensors are batterypowered devices, it is crucial for the long-term dependability and availability of the network that their batteries are used efficiently. In the WSN literature, designing energy-efficient data transmission protocols is a significant area of research. Recent emphasis, however, has been placed on the need of considering extra challenges throughout the design phase in order to enhance service quality. In this context, controlling link diversity enables data flow management over the WSN. In this thesis, we manage connection diversity by restricting the number of incoming and outgoing links for each sensor. Multipath routing enables more balanced energy consumption among sensors and hence it is beneficial for WSN lifetime maximization. . However, excessive route diversification leads to a significantly higher number of active. Indeed, the higher the number of active links the more susceptible the network to link failures, higher link maintenance costs, and security vulnerabilities like eavesdropping. Therefore, it is desirable to decrease the active number of links reasonably in a WSN. However, reducing the number of connections in use can potentially lead to a reduction in network lifetime as it limits the balancing of energy consumption of sensors. Therefore, in this thesis, we systematically explore the trade-off between the number of active links and network lifetime in WSNs considering a rich set of scenarios, parameters, and strategies.