Otimização do consumo de energia em múltiplas sessões multicast em redes de sensores

• Ano de defesa: 2025
• Autor(a) principal: Soares, Stênio Sã Rosário Furtado
• Tipo de documento: Tese
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• dARK ID: ark:/87559/001300001bm39
• Idioma: por
• Palavras-chave em Português: Redes de sensores sem fio; Redes ad hoc; Consumo de energia; Controle de potência; Sensor; Rede de sensores sem fio; Multicast; GRASP; VNS
• Link de acesso: https://app.uff.br/riuff/handle/1/38643

Algumas aplicações de redes de sensores requerem que um dado nó emissor envie um conjunto de mensagens contendo dados ou consultas para um ou mais subconjuntos de nós da rede. Cada envio define uma sessão de comunicação multicast. A conectividade que garante a transmissão das mensagens do nó fonte aos nós destinos em cada sessão multicast depende diretamente da potência de transmissão em que cada nó da rede opera. Tendo em vista a reduzida capacidade de energia das baterias que alimentam os sensores e o fato de que, em geral, o maior consumo de energia em uma rede de sensores sem fio está associado à comunicação entre os nós, é importante que se procure estabelecer a potência de transmissão de cada nó da rede que implique no menor consumo possível de energia considerando tanto uma única sessão quanto um conjunto de várias sessões multicast. Nesta tese é apresentado o problema de otimização do consumo de energia em múltiplas sessões multicast com restrição de capacidade de bateria em redes de sensores. É apresentado um modelo de programação linear inteira mista para o problema, além de um algoritmo GRASP com VNS para a obtenção de soluções aproximadas. Mostra-se através de experimentos que, mesmo para o problema envolvendo uma única sessão multicast, três heurísticas da literatura que não consideram a restrição de limitação de carga de bateria apresentam soluções com consumos médios que estão de 6 a 10 pontos percentuais acima do consumo médio obtido pelas adaptações destas heurísticas às características das redes de sensores. Além disso, verifica-se que as heurísticas adaptadas são capazes de dobrar o percentual de soluções viáveis observado nas heurísticas da literatura. Ao se considerar as características do conjunto de sessões de comunicação, os experimentos mostram que as heurísticas desenvolvidas para o problema proposto são capazes de reduzir de 16,21% para 1,82% a diferença percentual média em relação às soluções de menor consumo de energia quando comparadas às heurísticas da literatura para o problema envolvendo uma única sessão. Isto ressalta a importância de se considerar os aspectos do problema tratado nesta tese. A partir dos resultados experimentais das heurísticas apresentadas para o problema proposto, foi possível verificar ainda que a combinação de diferentes funções de avaliação de nós candidatos a ajustar a potência, citadas na literatura para o problema envolvendo uma única sessão, resulta em soluções que apresentam menor consumo de energia quando comparadas com soluções geradas por uma mesma função.