Kablosuz algılayıcı ağlarda link seviyesinde tokalaşma için iletim güç kontrolü
Transmission power control for link level handshaking in wireless sensor networks
Yazar: HÜSEYİN UĞUR YILDIZ
Danışman: PROF. DR. BÜLENT TAVLI
TOBB Ekonomi ve Teknoloji Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2016
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering

Özet:
Kablosuz Algılayıcı Ağlarda (KAA) link seviyesinde veri iletişiminin temel mekanizması tokalaşma ile gerçekleşmektedir. Ağ yaşam süresini eniyilemek için veri ve alınan veriyi onaylayan paketlerin (ACK) iletim güç seviyelerinin en iyi şekilde seçilmesi gerekmektedir. Eğer en yüksek iletim güç seviyesi kullanılırsa tokalaşmanın başarısız olma olasılığı minimize edilir. Ancak bu durum bazı linklerde gereksiz güç harcanmasına neden olacağı için her zaman en yüksek ağ yaşam süresini sağlamayabilir. Bu tez çalışmasında veri ve ACK paketlerinin iletim güç seviyelerinin en iyi şekilde ayarlanmasının ağ yaşam süresine olan etkileri sistematik bir şekilde incelenmiştir. Bu kapsamda pratik varsayımlar altında KAA'ların enerji tüketiminin matematiksel programlama yöntemleri ile özgün bir şekilde modellenmesi gerçekleştirilmiştir. Ayrıca bu tez çalışmasında kablosuz haberleşme ve ağ araştırmalarında sıkça karşılaşılan kayıpsız geri besleme kanalı varsayımının (ACK paketlerinin kayıpsız bir şekilde kanaldan iletilmesi) geçerliliği incelenmiştir. Bu tez çalışması sonucunda bir KAA'da veri ve ACK paketleri için çözülmesi zor bir problem olan global güç seviye atamasının yapılması yerine, çözümü daha basit bir problem olan link bazında güç seviye atamasının yapılmasının ağ yaşam süresini global duruma göre ciddi boyutlarda düşürmediği tespit edilmiştir. Ayrıca ACK paketlerinin kayıpsız bir şekilde iletildiği varsayım olan kayıpsız geri besleme kanalı varsayımının pratik uygulamalarda yanıltıcı olduğu görülmüştür

Abstract:
In practical Wireless Sensor Networks (WSNs) the main mechanism for link level data exchange is through handshaking. To maximize the network lifetime, transmission power levels for both data and acknowledgement (ACK) packets should be selected optimally. If the highest transmission power level is selected then handshake failure is minimized, however, minimizing  handshake failure does not necessarily result in the maximized lifetime due to the fact that for some links selection of the maximum transmission power may not be necessary. In this dissertation study we investigate the impact of optimal transmission power assignment for data and ACK packets on network lifetime in WSNs. We built a novel family of mathematical programming formulations to accurately model the energy dissipation in WSNs under practical assumptions by considering a wide range of energy dissipation mechanisms. We also investigate the validity of a commonly made assumption in wireless communication and networking research: lossless feedback channel (i.e., ACK packets never fail). Our results show that the global optimal assignment of data and ACK packets can be replaced with link scope power level assignment strategies without any significant deterioration of network lifetime. The assumption that ACK packets do not fail is shown to be misleading.