Optimizing energy consumption in wireless sensor networks by using linear programing equations

Abstract

Kablosuz Algılayıcı Ağlar (KAA), belirli bir coğrafi alanda dağılmış özel işi algılama olan sensörler kümesidir, ayrıca veriyi yönetebilmek ve iş yapabilmek için bir ya da daha fazla baz istasyonuna veriyi aktarır. Algılayıcılar, genellikle sınırlı enerji kaynakları ile destekli çok küçük aygıtlardır. Bu algılayıcılar, uzun bir zaman aylar ya da yıllar gözetimsiz alanlarda çalışmak için tasarlanmıştır. Dolayısı ile algılayıcı yaşamı, ağda en önemli faktördür. KAA yaşam ömrünü uzatabilmek için algılayıcı yaşam ömrünü mümkün olduğu kadar fazla uzatmak zorundayız. Bunun sonucu olarak, ağ yaşam süresi ilk düğüm ölünceye kadar ağın çalışma zamanı olarak tanımlanabilir. Buna bağlı olarak, bir algılayıcının diğerlerinden önce ölmesini engelleyerek, ağdaki algılayıcılar tarafından control edilen ve dengelenen enerji tüketimini sağlamaya çalışmaktayız. Enerjiyi korumak ve ağ yaşam süresini artırmak için; veriyi bir araya getirme, gezici düğümler, güç control iletimi, düğüm dağılımı ve kümelenme gibi bir çok yöntem ve usuller kullanılabilir. Bu tezde, kablosuz algılayıcı ağlarda `dengelenmemiş enerji tüketimi` mümkün olan en büyük dereceye yükseltilmesi çalışılmıştır. Bu tarz ağlarda, tüm algılayıcı düğümler veriyi baz istasyonuna çoklu sekme vasıtası ile toplarlar ve iletirler. Düğüm dağılımı geniş ölçüde tek düzedir. Bu durum baz istasyonu yakınında yoğun trafik yükü yaratır. Bu çalışmada, tekdüze düğüm dağılımı stratejileri teorik özelliklerini modellemek için Doğrusal Programlama (DP) yöntemi çalışılmıştır. Çalışmalarımız, algılayıcı düğümlerin enerji tüketiminde; düğüm dağılımı ve baz istasyonu yerinin önemli ekilere sahip olduğunu belirtmektedir. Önerilen düğüm dağılım modelleri, algılayıcı düğümler arasında enerji tüketimini etkileyebilir ve enerji eksilmesini dengeleyebilir.Anahtar Kelimeler: Kablosuz algılayıcı ağlar, Network yaşam süresi, Düğüm Dağılımı, Doğrusal programlama.

Wireless Sensor Networks (WSNs) it is set of sensors deployed in a specific geographic area to sensing particular action, then relays the data to one or more base station to manage it and take actions. Sensors are tiny devices supported with limited power source generally, represented by the battery. These sensors are designed to work in unattended fields for a long time months or years. So sensor life is the most important factor in the network. We have to extend sensor lifetime as much as possible to prolong the network lifetime. Hence the network lifetime can be defined as a time from running the network till they die off first nodes in the network. Therefore, we try to make energy consumption in the network that is controlled and balanced among sensors, avoiding dies one or more sensor before the others. Many methods and manners can be used to save energy and improve network lifetime, such as data aggregation, mobile nodes, transmission power control, node deployment, and clustering.In this thesis, the problem of `unbalance energy consumption` has been studied to maximize network lifetime as much as possible in the wireless sensor networks. In such networks, all sensor nodes collect and transmit data to one base station through multi-hop communications. The nodes deployment is uniform. This situation generates heavy traffic load in the nodes near to the base station. In this study, a linear program (LP) method has been studied for modeling the theoretical features of the uniform node distribution strategies in wireless sensor networks. Our results indicated that node deployment and base station location have significant effects on the energy consumption of sensor nodes. Proposed node deployment models can affect the energy consumption and can balance energy depletion between sensor nodes. Keywords: Wireless Sensor Network, Network lifetime, Node deployment, Linear Programing.