Reliable data delivery in wireless sensor networks (rewise)

Abstract

ÖZET Telsiz Sensör Ağlar, telsiz iletişim yapma yetisine sahip çok sayıda düğümden oluşmaktadır. Telsiz sensör ağlar kullanılarak, farklı alanların ayrıntılı biçimde gözlemlenmesi sağlanmaktadır. Geleneksel sensör metotlarıyla karşılatırılacak olursa, düğümlerin yoğun biçimde ve geniş ölçekte konumlandırılması, daha geniş alanların incelenmesine olanak vermektedir. Telsiz ağlar böylesine bir avantaj sağlarken, sensör cihazların batarya bağımlı oluşu, hataya meyilli telsiz iletişim bağlantıları, sert çalışma ortamlarından kaynaklanan cihaz bozuklukları, ağın sürekliliği açısından zorluklara sebep olmaktadır. Söz konusu avantajı kullanabilmek için ağın sürekliliği olabildiğince uzatılmalıdır. Şöyle ki, ağ bireysel düğüm bozukluklarına ve/yada hatalı telsiz iletişim bağlantılarına rağmen devam arz etmelidir. Telsiz ağlarda, başarısızlık durumunda yeni yol kurulması yada yolun tamir edilmesi için genelde, sel baskım metodu kullanılmaktadır. Bu metod, artan sayıdaki paket iletimi sebebiyle önemli miktarda batarya tüketimine neden olmaktadır. Söz konusu durum, enerji tüketimi ve güvenlilik arasında ters bir orantıya neden olmaktadır. Bu tezde, telsiz sensör ağlarda ağın devamlılığı, başarısız düğümlere yada telsiz iletişim bağlantılarına rağmen, ağın gözlemlenen alandaki olayları takibe devam edebilmesi olarak tanımlanmıştır. Ağın devamlılığını sağlayabilmek için, ağaç yapısında topoloji için Dinamik Yol Değiştirici Algoritması önerilmiştir. Algoritma, sensör ağlar için önerilmiş bir mimarinin, Rewise olarak isimlendirilmiş güvenlik katmanının bir parçasıdır. Dinamik Yol Değiştirici Algoritması, gözlemlenen olayla ilgili bilgi taşıyan paketin iletildiği yol üzerindeki düğümlerin başarısız olması durumunda, yolun değiştirilmesi ilkesine dayanmaktadır. Algoritmanın performans analizinde, ağın devamlılık süresi, ağda güvenli biçimde iletilen paket sayısı olarak hesaplanmaktadır. Algoritmanın ağın devamlılığı üzerindeki etkisi, ağda güvenli olay iletimin ölçütü olarak verilmektedir. Simülasyon çalışması sonuçlan önerilen algoritmanın ağ güvenilirliğini %30 oranında arttırdığını göstermektedir.

IV ABSTRACT Wireless Sensor Networks are comprised of large number of wireless communicating capable sensing devices. They provide fine-grain monitoring in a wide variety of areas. Dense deployment and large scale of such kind of devices extend the spatial coverage of an area to be investigated, compared with traditional sensing methods. Although wireless sensor networks provide such kind of an advantage, battery-limited lifetime of sensor devices, error-prone radio links for wireless communication and device failure rate due to the harsh operating environments impose challenges, especially on the network lifetime. In order to accomplish the gain over traditional sensing methods, the network lifetime should be extended as much as possible, i.e., network should be able to survive and continue to detect events in the case of individual node failures and/or individual link failures. In wireless networks, in the case of a path failure, a new path construction or repair may be performed via network-wide flooding. During this operation, substantial amount of battery may be consumed because of increased number of packet transmissions and receptions. This situation may cause a tradeoff between reliability and energy consumption. The survivability in wireless sensor networks can be defined as the ability of the network to continue to detect events in the case of individual node or link failures. In this thesis, in order to survive the network against failures, dynamic Path Switching (DPS) Algorithm is proposed on tree type topology network. DPS algorithm works in the reliability layer, Rewise, of an architectural framework of wireless sensor networks. The DPS algorithm switches a packet's route dynamically when a sensor node residing on packet's path fails, considering the reliability and energy tradeoff by minimizing the transmissions and receptions during the operation. The overall effect of path switching on the survivability is analyzed as a measure of the number of packets reliably transmitted in the network. Simulation experiments are also performed and the results revealed that for some topologies proposed algorithm enhances the reliability up to 30%.