Kablosuz algılayıcı ağlarda atlama sayısını kısıtlamanın yaşam süresi üzerine etkileri
Impact of limiting hop count on lifetime of wireless sensor networks
Yazar: MURAT TEMİZ
Danışman: DOÇ. DR. BÜLENT TAVLI
TOBB Ekonomi ve Teknoloji Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2013
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering
Dizin: Enerji optimizasyon modeli = Energy optimization model ; Kablosuz ağlar = Wireless networks

Özet:
Kablosuz Algılayıcı Ağlar (KAA), bulundukları ortamdaki çeşitli olayların ölçümlerini
yapan ve verilerinin bir merkezde toplandığı ağlardır. KAA?lar su kaynakları ve ormanların korunmasında, askeri uygulamalarda, sağlık sektöründe, doğa olaylarının tahmininde, canlıların doğal ortamlarında izlenmesinde kullanılabilir. KAA ölçüm yapabilen algılayıcı düğümlerden ve verilerin toplandığı baz istasyonlarından oluşur. Algılayıcı düğümler enerjilerini dahili bataryalarından sağlarlar. Düğümlerin bulundukları ortamların koşullarından dolayı bataryalarını değiştirmek çoğu zaman mümkün olmaz. Bu nedenle düğümlerin yaşam süreleri bataryalarında bulunan enerjileri bitinceye kadardır. Tüm ağın yaşam süresini en uzun yapabilmek için düğümler enerjilerini en verimli biçimde kullanmalıdır. Düğümler baz istasyonuna ürettikleri verileri doğrudan (tek atlamalı) veya diğer düğümleri röle olarak kullanarak çok atlamalı şekilde ulaştırabilirler. Enerjilerinin büyük kısmını kablosuz olarak veri göndermek için kullanan düğümler, enerjilerini daha verimli kullanmak için en yakındaki düğüme veri göndererek baz istasyonu ile iletişim sağlamaya çalışacaktır. Bu durumda ağda yapılan toplam atlama sayısı artacaktır. Ağın yaşam süresi en uzun olurken toplam atlama sayısı da çok fazla olacaktır. Toplam atlama sayısının artışı bir kablosuz algılayıcı ağ için önemli olan gecikme, gürbüzlük, karmaşıklık, girişim, güvenlik, servis kalitesi gibi değişkenleri olumsuz etkileyecektir. Bu çalışmada yaşam süresini en uzun yaparken atlama sayısını belirli değerlerin altında tutmak hedeflenmiştir. İlk kısımda toplam atlama sayısı en düşük olduğu değerinden kademeli olarak artacak bir şekilde kısıtlanırken yaşam süresi en uzun yapılmaya çalışılmıştır. İkinci
kısımda ise en uzun yaşam süresinin belirli değerlerine ulaşmak için gereken en düşük atlama sayıları analiz edilmiştir. Çalışmada tüm ağ bir en iyileme problemi olarak modellenmiş ve Karışık Tamsayılı Programlama (KTP) ile çözümlenmiştir. Sonuçlarda, en uzun yaşam süresi ve en küçük atlama sayısı arasında optimum bir nokta önerilmiştir.

Abstract:
Wireless Sensor Networks (WSNs) sense various events in their deployment area and collect data to one center.WSN can be used for protecting water resource and forests, military applications, medical applications, prediction of natural events, tracking animals in nature. A WSN consist of multiple sensor nodes and one or more base stations which gather data from nodes. Sensor nodes uses their internal batteries for energy. Due to the difficulties of the conditions of deployment area, most of time it is not possible to change the batteries of the nodes. Therefore, when the batteries is depleted, lifetime of nodes will be finished. Nodes should use their battery energy efficiency to prolong to lifetime of network. Nodes reach their generated data to base station with single hop or multi hop by using other nodes as a relay. Nodes consume a large part of the energy for wireless communication, so they send data to near nodes to communicate base station to spend their energy more efficiently. Total hop count of network will be increase in this case. When lifetime of network increases on the other hand total hop count will be reach higher numbers. Increasing of hop count effect negatively other parameters such as congestion, delay, complexity, data security, interference, robustness in networks. In this study, we aimed to maximize lifetime in network with maximum hop count limit. Firstly, we tried to maximize lifetime with different hop count limits from minimum hop count. Secondly, we tried to minimize total hop count when network lifetime limited with a lower bound. We modelled all network as a mathematical optimization problem and we used different MIP (Mixed-Integer Programming) frameworks to solve these optimization problems. According to the results, we suggest optimum points for trade of between lifetime and total hop count.