Kablosuz sensör ağları için yeni bir ömür tanımı: Bütünleşik karma tamsayılı doğrusal programlama yaklaşımı

Abstract

Kablosuz Sensör Ağı (KSA) düşük güçlü, düşük maliyetli, çok işlevli sensör adı verilen elektronik aygıtlardan oluşur. Sensörler, sensör alanı olarak adlandırılan belli bir bölge üzerine dağıtılarak alanı gözlemeye ve biriken bilgiyi, iletişim menzilindeki komşu sensör ya da ana alıcıya göndermeye kabiliyetlidirler. KSA'nın uygulanabilirliğini etkileyen en önemli unsur ağın ömrüdür. Birçok çalışmada ağ ömrü ya ilk sensörün öldüğü ana kadar geçen süre ya da ilk gözetim kaybının yaşandığı ana kadar geçen süre olarak tanımlanmıştır. Halbuki, ilk sensörün ölümünden ya da ilk gözlem kaybının yaşandığı andan sonra da ağ hala işlevseldir. Dolayısıyla literatürdeki ağ ömür tanımlamaları gerçekçi değildir. Bu çalışmada literatürde bulunan ağ ömürlerine alternatif olarak, gerçekçi ağ ömrü tanımlamaları yapılmıştır. Bunun yanı sıra ağ ömrünün uzatılması için sensörler arasında enerji yüklerinin eşit dağılımı önemli bir husus olup enerjinin dağılımını etkileyen dört ana KSA tasarım konusu vardır. Bunlar; sensörlerin yerleri, sensörlerin aktif ve bekleme periyotlarının çizelgesi, ana alıcıların rotalanması ve veri akış rotalarıdır. Gerçekçi ağ ömrü tanımıyla birlikte tasarım konularını bütünleşik şekilde ele alan Karma Tamsayılı Doğrusal Programlama (KTDP) modeli sunulmuştur ve çözüm için sezgisel yöntem önerilmiştir. Çalışma sonunda kapsamlı sayısal deneylere dayanarak, önerilen sezgisel yöntemin üstünlüğü gösterilmeye çalışılmıştır.

Wireless Sensor Network (WSN) consists of electronic devices called sensors which are multifunctional, low-power and low-cost. Sensors are capable of monitoring a certain environment, called as sensor area, where they are distributed, and sending the collected data to adjacent sensor within the range of transmission or to the sink. The most significant factor affecting the applicability of WSN is the lifetime of network. In many studies, the network lifetime has been defined as either the time passing until the first sensor death or the time passing until the first loss in monitoring. However, the network is still functional even after the first sensor death or the first monitoring loss. Therefore, the lifetime definitions in literature are not realistic. In this study, realistic lifetime definitions have been made as alternatives to those in literature. In addition, balanced distribution of energy load among the sensors is an important issue for increasing the lifetime of a network, and there are four main elements in WSN designing affecting the distribution of energy. These are the location of the sensors, the schedule of active and standby mode periods of the sensors, the routing of receiving hosts, and the routes of data flow. With the realistic network lifetime definition, Mixed-Integer Linear Programming (MILP) which deals with designing issues in an integrated way has been used, and a heuristic method has been recommended for the solution. At the end of the study, it has been attempted to show the superiority of the recommended heuristic method.