Αποδοτικοί αλγόριθμοι ασύρματης φόρτισης σε δίκτυα αισθητήρων
Η ασύρματη μεταφορά ενέργειας χρησιμοποιείται για να αντιμετωπιστεί το θεμελιώδες πρόβλημα της διαχείρισης της ενέργειας στα Επαναφορτιζόμενα Ασύρματα Δίκτυα Αισθητήρων. Σε αυτά τα δίκτυα υπάρχουν οι Κινούμενοι Φορτιστές οι οποίοι είναι κινούμενες οντότητες που διασχίζουν το δίκτυο και μεταφέρουν ασ...
| Κύριος συγγραφέας: | |
|---|---|
| Άλλοι συγγραφείς: | |
| Μορφή: | Thesis |
| Γλώσσα: | Greek |
| Έκδοση: |
2016
|
| Θέματα: | |
| Διαθέσιμο Online: | http://hdl.handle.net/10889/9036 |
| id |
nemertes-10889-9036 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| institution |
UPatras |
| collection |
Nemertes |
| language |
Greek |
| topic |
Επαναφορτιζόμενα ασύρματα δίκτυα αισθητήρων Ασύρματη μεταφορά ενέργειας Συνεργατική φόρτιση Ενεργειακή αποδοτικότητα Κατανεμημένοι αλγόριθμοι 621.382 32 Wireless rechargeable sensor networks Wireless energy transfer Collaborative charging Energy efficiency Distributed algorithms |
| spellingShingle |
Επαναφορτιζόμενα ασύρματα δίκτυα αισθητήρων Ασύρματη μεταφορά ενέργειας Συνεργατική φόρτιση Ενεργειακή αποδοτικότητα Κατανεμημένοι αλγόριθμοι 621.382 32 Wireless rechargeable sensor networks Wireless energy transfer Collaborative charging Energy efficiency Distributed algorithms Μάδια, Αντελίνα Αποδοτικοί αλγόριθμοι ασύρματης φόρτισης σε δίκτυα αισθητήρων |
| description |
Η ασύρματη μεταφορά ενέργειας χρησιμοποιείται για να αντιμετωπιστεί το θεμελιώδες πρόβλημα της διαχείρισης της ενέργειας στα Επαναφορτιζόμενα Ασύρματα Δίκτυα Αισθητήρων. Σε αυτά τα δίκτυα υπάρχουν οι Κινούμενοι Φορτιστές οι οποίοι είναι κινούμενες οντότητες που διασχίζουν το δίκτυο και μεταφέρουν ασύρματα ενέργεια στους αισθητήρες. Σε πρόσφατη έρευνα πάνω στη συνεργατική ασύρματη φόρτιση, οι κινούμενες οντότητες έχουν την δυνατότητα να φορτίζουν και η μία την άλλη.
Δεδομένου ότι η συνεργατική φόρτιση παρέχει μια αποδοτική διαχείριση της ενέργειας, εμείς οραματιζόμαστε την συνεργατική φόρτιση σε μια ιεραρχική δομή. Πιο αναλυτικά, προτείνουμε έναν διαμοιρασμό των Κινητών Φορτιστών σε δυο κατηγορίες, τους ιεραρχικά χαμηλότερους Κινητούς Φορτιστές που είναι υπεύθυνοι για την φόρτιση μόνο των αισθητήρων και των υψηλότερων ιεραρχικά φορτιστών, τους οποίους τους ονομάζουμε Ειδικούς Φορτιστές, που έχουν τον ρόλο της φόρτισης των Κινητών Φορτιστών. Χρησιμοποιώντας το ιεραρχικό μας μοντέλο, αρχικά προτείνουμε ένα πρωτόκολλο για 1-D δίκτυα που επιτυγχάνει καλύτερη απόδοση από ένα συνεργατικό πρωτόκολλο της βιβλιογραφίας όταν η διαθέσιμη ενέργεια είναι πεπερασμένη.
Παρακινούμενοι από τη βελτίωση στα 1-D δίκτυα, σχεδιάσαμε και άλλα τέσσερα πρωτόκολλα για δισδιάστατα (2-D) δίκτυα. Τα πρωτόκολλά μας διαφέρουν ως προς το επίπεδο της γνώσης του δικτύου που χρησιμοποιούν (γνώση 2-επιπέδων, γνώση 1-επιπέδου και καθόλου γνώση) και στη διαδικασία συντονισμού (κεντρικοποιημένη και κατανεμημένη). Το πρωτόκολλο NKNC που προτείνουμε στην ουσία λειτουργεί ως ένα κάτω φράγμα καθώς δεν χρησιμοποιεί καθόλου γνώση και δεν εφαρμόζει αλγόριθμο συντονισμού. Αντίθετα, το πρωτόκολλο 2KCC χρησιμοποιεί γνώση 2-επιπέδων και εφαρμόζει έναν ισχυρό κεντρικοποιημένο συντονισμό. Ενδιάμεσα, τα πρωτόκολλα 2KDC και 1KDC εφαρμόζουν και τα δύο κατανεμημένο συντονισμό αλλά επειδή χρησιμοποιούν διαφορετικά επίπεδα γνώσης, οι αλγόριθμοι συντονισμού και η διαδικασία φόρτισής τους διαφέρουν.
Επιπλέον, το ιεραρχικό μοντέλο που προτείνουμε μπορεί εύκολα να τοποθετηθεί πάνω σε μη-συνεργατικά πρωτόκολλα φόρτισης και να βελτιώσει επιπλέον την απόδοσή τους, αφού εφαρμόσουμε κατάλληλους μετασχηματισμούς στο υπάρχον μοντέλο. Πιο συγκεκριμένα, σε αυτήν την εργασία βελτιώσαμε την απόδοση ενός απλού πρωτοκόλλου φόρτισης εφαρμόζοντας την ιεραρχική δομή που προτείνουμε. |
| author2 |
Νικολετσέας, Σωτήριος |
| author_facet |
Νικολετσέας, Σωτήριος Μάδια, Αντελίνα |
| format |
Thesis |
| author |
Μάδια, Αντελίνα |
| author_sort |
Μάδια, Αντελίνα |
| title |
Αποδοτικοί αλγόριθμοι ασύρματης φόρτισης σε δίκτυα αισθητήρων |
| title_short |
Αποδοτικοί αλγόριθμοι ασύρματης φόρτισης σε δίκτυα αισθητήρων |
| title_full |
Αποδοτικοί αλγόριθμοι ασύρματης φόρτισης σε δίκτυα αισθητήρων |
| title_fullStr |
Αποδοτικοί αλγόριθμοι ασύρματης φόρτισης σε δίκτυα αισθητήρων |
| title_full_unstemmed |
Αποδοτικοί αλγόριθμοι ασύρματης φόρτισης σε δίκτυα αισθητήρων |
| title_sort |
αποδοτικοί αλγόριθμοι ασύρματης φόρτισης σε δίκτυα αισθητήρων |
| publishDate |
2016 |
| url |
http://hdl.handle.net/10889/9036 |
| work_keys_str_mv |
AT madiaantelina apodotikoialgorithmoiasyrmatēsphortisēssediktyaaisthētērōn AT madiaantelina efficientwirelesschargingalgorithmsinsensornetworks |
| _version_ |
1799945006331461632 |
| spelling |
nemertes-10889-90362022-09-06T05:13:55Z Αποδοτικοί αλγόριθμοι ασύρματης φόρτισης σε δίκτυα αισθητήρων Efficient wireless charging algorithms in sensor networks Μάδια, Αντελίνα Νικολετσέας, Σωτήριος Madhja, Adelina Νικολετσέας, Σωτήριος Βαρβαρίγος, Εμμανουήλ Μπερμπερίδης, Κωνσταντίνος Επαναφορτιζόμενα ασύρματα δίκτυα αισθητήρων Ασύρματη μεταφορά ενέργειας Συνεργατική φόρτιση Ενεργειακή αποδοτικότητα Κατανεμημένοι αλγόριθμοι 621.382 32 Wireless rechargeable sensor networks Wireless energy transfer Collaborative charging Energy efficiency Distributed algorithms Η ασύρματη μεταφορά ενέργειας χρησιμοποιείται για να αντιμετωπιστεί το θεμελιώδες πρόβλημα της διαχείρισης της ενέργειας στα Επαναφορτιζόμενα Ασύρματα Δίκτυα Αισθητήρων. Σε αυτά τα δίκτυα υπάρχουν οι Κινούμενοι Φορτιστές οι οποίοι είναι κινούμενες οντότητες που διασχίζουν το δίκτυο και μεταφέρουν ασύρματα ενέργεια στους αισθητήρες. Σε πρόσφατη έρευνα πάνω στη συνεργατική ασύρματη φόρτιση, οι κινούμενες οντότητες έχουν την δυνατότητα να φορτίζουν και η μία την άλλη. Δεδομένου ότι η συνεργατική φόρτιση παρέχει μια αποδοτική διαχείριση της ενέργειας, εμείς οραματιζόμαστε την συνεργατική φόρτιση σε μια ιεραρχική δομή. Πιο αναλυτικά, προτείνουμε έναν διαμοιρασμό των Κινητών Φορτιστών σε δυο κατηγορίες, τους ιεραρχικά χαμηλότερους Κινητούς Φορτιστές που είναι υπεύθυνοι για την φόρτιση μόνο των αισθητήρων και των υψηλότερων ιεραρχικά φορτιστών, τους οποίους τους ονομάζουμε Ειδικούς Φορτιστές, που έχουν τον ρόλο της φόρτισης των Κινητών Φορτιστών. Χρησιμοποιώντας το ιεραρχικό μας μοντέλο, αρχικά προτείνουμε ένα πρωτόκολλο για 1-D δίκτυα που επιτυγχάνει καλύτερη απόδοση από ένα συνεργατικό πρωτόκολλο της βιβλιογραφίας όταν η διαθέσιμη ενέργεια είναι πεπερασμένη. Παρακινούμενοι από τη βελτίωση στα 1-D δίκτυα, σχεδιάσαμε και άλλα τέσσερα πρωτόκολλα για δισδιάστατα (2-D) δίκτυα. Τα πρωτόκολλά μας διαφέρουν ως προς το επίπεδο της γνώσης του δικτύου που χρησιμοποιούν (γνώση 2-επιπέδων, γνώση 1-επιπέδου και καθόλου γνώση) και στη διαδικασία συντονισμού (κεντρικοποιημένη και κατανεμημένη). Το πρωτόκολλο NKNC που προτείνουμε στην ουσία λειτουργεί ως ένα κάτω φράγμα καθώς δεν χρησιμοποιεί καθόλου γνώση και δεν εφαρμόζει αλγόριθμο συντονισμού. Αντίθετα, το πρωτόκολλο 2KCC χρησιμοποιεί γνώση 2-επιπέδων και εφαρμόζει έναν ισχυρό κεντρικοποιημένο συντονισμό. Ενδιάμεσα, τα πρωτόκολλα 2KDC και 1KDC εφαρμόζουν και τα δύο κατανεμημένο συντονισμό αλλά επειδή χρησιμοποιούν διαφορετικά επίπεδα γνώσης, οι αλγόριθμοι συντονισμού και η διαδικασία φόρτισής τους διαφέρουν. Επιπλέον, το ιεραρχικό μοντέλο που προτείνουμε μπορεί εύκολα να τοποθετηθεί πάνω σε μη-συνεργατικά πρωτόκολλα φόρτισης και να βελτιώσει επιπλέον την απόδοσή τους, αφού εφαρμόσουμε κατάλληλους μετασχηματισμούς στο υπάρχον μοντέλο. Πιο συγκεκριμένα, σε αυτήν την εργασία βελτιώσαμε την απόδοση ενός απλού πρωτοκόλλου φόρτισης εφαρμόζοντας την ιεραρχική δομή που προτείνουμε. Wireless energy transfer is used to address the fundamental energy management problem in Wireless Rechargeable Sensor Networks. In such networks are mobile entities called Mobile Chargers that traverse the network and wirelessly replenish the energy of sensor nodes. In recent research on collaborative wireless charging, the mobile entities are also allowed to charge each other. Since collaboration provides an efficient energy management potential, we envision collaboration in a hierarchical structure. More specifically, we propose a partition of Chargers into two groups, the hierarchically lower chargers, called Mobile Chargers, that are responsible for transferring energy only to sensor nodes and the hierarchically higher chargers, called Special Chargers, that are responsible for transferring energy to Mobile Chargers. Using our hierarchical charging model, we first propose a protocol for 1-D networks that achieves a better performance ratio than known state of the art protocols, when the available energy supplies are limited. Motivated by the improvement in 1-D networks we propose four protocols for 2-D networks as well. Our protocols differ on the available network's knowledge level (2-level knowledge, 1-level knowledge and no knowledge) as well as on their coordination procedure (distributed or centralized). Our NKNC protocol actually serves as a performance lower bound since it assumes no network knowledge and does not perform any coordination. In contrast, our 2KCC protocol assumes 2-level knowledge and performs centralized coordination. In between, our 2KDC and 1KDC protocols both perform distributed coordination but, since they assume different knowledge level, their coordination and charging procedures differ. Moreover, the hierarchical solution that we provide can be easily added on top of non-collaborative protocols to further improve their performance (by applying the necessary transformations which depends on the existing charging model). In particular, we enhance a known state of the art protocol that does not use any collaboration, by adding a hierarchical collaborative charging structure and we show the added value of hierarchy. 2016-01-07T09:53:48Z 2016-01-07T09:53:48Z 2015-09-11 Thesis http://hdl.handle.net/10889/9036 gr 0 application/pdf |
