Redução de potência e interferência através das metaheurísticas GRASP e VNS em redes de sensores sem fio
| Ano de defesa: | 2020 |
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| Autor(a) principal: | |
| Orientador(a): | |
| Banca de defesa: | |
| Tipo de documento: | Dissertação |
| Tipo de acesso: | Acesso aberto |
| Idioma: | por |
| Instituição de defesa: |
Universidade Federal do Espírito Santo
BR Mestrado em Engenharia Elétrica Centro Tecnológico UFES Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica |
| Programa de Pós-Graduação: |
Não Informado pela instituição
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| Departamento: |
Não Informado pela instituição
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| País: |
Não Informado pela instituição
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| Palavras-chave em Português: | |
| Link de acesso: | http://repositorio.ufes.br/handle/10/14034 |
Resumo: | A wireless sensor network (WSN) is formed by sensor nodes that transmit information on a channel in which multipath transmissions occur. For this reason, simultaneous transmissions can occur, which cause interference causing power to fade. A problem faced by the WSN is the conservation of energy, which is used for communication between nodes. Generally, the power supply is made by batteries, which cannot be large, cannot be easily exchanged and have a high maintenance cost. For better use of available energy, a technique known as Topology Control can be used. Topology Control determines the transmission links between sensor nodes, keeping the network connected. In this way, it aims to obtain an efficient communication through the attribution of transmission power of the sensor nodes, consequently reducing the interference and also the retransmissions. In the present work, the GRASP, VNS and GRASP-VNS metaheuristics are proposed for five variations of the RSSF power allocation problem (minimization of power, minimization of maximum interference, minimization of total interference, minimization of power and maximum interference, minimization of power and total interference), ensuring that the graph is connected. In addition, the results obtained in these metaheuristics were compared with optimal results found by CPLEX for the same five variations of the power allocation problem. The proposed metaheuristics found the same solution as the optimal results for most small instances (10 to 50 knots). For realistic instances (greater than 100 knots), the GRASP-VNS metaheuristic proved to be more promising |
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Redução de potência e interferência através das metaheurísticas GRASP e VNS em redes de sensores sem fioRedes de sensores sem fioControle de topologiaOtimização de potência e interferênciaMetaheurísticaGreedy Randomized Adaptive Search Procedure (GRASP)Variable Neighborhood Search (VNS)Wireless sensor networksTopology controlOptimization of power and interferenceMetaheuristicsEngenharia ElétricaA wireless sensor network (WSN) is formed by sensor nodes that transmit information on a channel in which multipath transmissions occur. For this reason, simultaneous transmissions can occur, which cause interference causing power to fade. A problem faced by the WSN is the conservation of energy, which is used for communication between nodes. Generally, the power supply is made by batteries, which cannot be large, cannot be easily exchanged and have a high maintenance cost. For better use of available energy, a technique known as Topology Control can be used. Topology Control determines the transmission links between sensor nodes, keeping the network connected. In this way, it aims to obtain an efficient communication through the attribution of transmission power of the sensor nodes, consequently reducing the interference and also the retransmissions. In the present work, the GRASP, VNS and GRASP-VNS metaheuristics are proposed for five variations of the RSSF power allocation problem (minimization of power, minimization of maximum interference, minimization of total interference, minimization of power and maximum interference, minimization of power and total interference), ensuring that the graph is connected. In addition, the results obtained in these metaheuristics were compared with optimal results found by CPLEX for the same five variations of the power allocation problem. The proposed metaheuristics found the same solution as the optimal results for most small instances (10 to 50 knots). For realistic instances (greater than 100 knots), the GRASP-VNS metaheuristic proved to be more promisingUma rede de sensores sem fio (RSSF) é formada por nós sensores que transmitem informação em canal na qual ocorrem transmissões multipercurso. Por este motivo podem ocorrer transmissões simultâneas, que ocasionam interferências provocando desvanecimento de potência. Um problema enfrentado pelas RSSF é a conservação da energia, que é utilizada para comunicação entre os nós. Geralmente, o fornecimento de energia é feito por baterias, que não podem ter grandes dimensões, não podem ser trocadas com facilidade e possuem alto custo de manutenção. Para melhor aproveitamento da energia disponível, pode-se utilizar uma técnica conhecida como Controle de Topologia. O Controle de Topologia determina os links de transmissão entre os nós sensores, mantendo a rede conexa. Desta forma, visa obter uma comunicação eficiente através da atribuição de potência de transmissão dos nós sensores, consequentemente reduzindo a interferência e também as retransmissões. No presente trabalho, são propostas as metaheurísticas GRASP, VNS e GRASP-VNS para cinco variações do problema de atribuição de potência em RSSF (minimização de potência, minimização de interferência máxima, minimização de interferência total, minimização de potência e interferência máxima, minimização de potência e interferência total), garantindo que o grafo seja conexo. Além disso, os resultados obtidos nestas metaheurísticas foram comparados com resultados ótimos encontrados pelo CPLEX para as mesmas cinco variações do problema de atribuição de potência. As metaheurísticas propostas encontraram a mesma solução que os resultados ótimos para a maioria das instâncias pequenas (10 a 50 nós). Para instâncias realísticas (maiores que 100 nós), a metaheurística GRASP-VNS se mostrou mais promissoraUniversidade Federal do Espírito SantoBRMestrado em Engenharia ElétricaCentro TecnológicoUFESPrograma de Pós-Graduação em Engenharia ElétricaSilva, Jair Adriano Limahttp://lattes.cnpq.br/3099010533644898Rocha, Helder Roberto de Oliveirahttps://orcid.org/000000016215664Xhttp://lattes.cnpq.br/8801325729735529https://orcid.org/0000-0001-5646-6019http://lattes.cnpq.br/8690719002457929Celeste, Wanderley Cardosohttps://orcid.org/0000-0002-1121-937Xhttp://lattes.cnpq.br/3919161245148947Paiva, Marcia Helena Moreirahttps://orcid.org/0000-0002-7314-6129http://lattes.cnpq.br/8026444214173343Silva, Yngrith Soares da2024-05-30T00:48:53Z2024-05-30T00:48:53Z2020-12-18info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisTextapplication/pdfhttp://repositorio.ufes.br/handle/10/14034porinfo:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Repositório Institucional da Universidade Federal do Espírito Santo (riUfes)instname:Universidade Federal do Espírito Santo (UFES)instacron:UFES2025-04-08T16:38:58Zoai:repositorio.ufes.br:10/14034Repositório InstitucionalPUBhttp://repositorio.ufes.br/oai/requestriufes@ufes.bropendoar:21082025-04-08T16:38:58Repositório Institucional da Universidade Federal do Espírito Santo (riUfes) - Universidade Federal do Espírito Santo (UFES)false |
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A wireless sensor network (WSN) is formed by sensor nodes that transmit information on a channel in which multipath transmissions occur. For this reason, simultaneous transmissions can occur, which cause interference causing power to fade. A problem faced by the WSN is the conservation of energy, which is used for communication between nodes. Generally, the power supply is made by batteries, which cannot be large, cannot be easily exchanged and have a high maintenance cost. For better use of available energy, a technique known as Topology Control can be used. Topology Control determines the transmission links between sensor nodes, keeping the network connected. In this way, it aims to obtain an efficient communication through the attribution of transmission power of the sensor nodes, consequently reducing the interference and also the retransmissions. In the present work, the GRASP, VNS and GRASP-VNS metaheuristics are proposed for five variations of the RSSF power allocation problem (minimization of power, minimization of maximum interference, minimization of total interference, minimization of power and maximum interference, minimization of power and total interference), ensuring that the graph is connected. In addition, the results obtained in these metaheuristics were compared with optimal results found by CPLEX for the same five variations of the power allocation problem. The proposed metaheuristics found the same solution as the optimal results for most small instances (10 to 50 knots). For realistic instances (greater than 100 knots), the GRASP-VNS metaheuristic proved to be more promising |
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