Uma abordagem para minimização de consumo de energia em redes de sensores sem fio com sorvedouros móveis

Detalhes bibliográficos
Ano de defesa: 2009
Autor(a) principal: Carla Oliveira Bechelane
Orientador(a): Não Informado pela instituição
Banca de defesa: Não Informado pela instituição
Tipo de documento: Dissertação
Tipo de acesso: Acesso aberto
Idioma: por
Instituição de defesa: Universidade Federal de Minas Gerais
Programa de Pós-Graduação: Não Informado pela instituição
Departamento: Não Informado pela instituição
País: Não Informado pela instituição
Palavras-chave em Português:
Link de acesso: https://hdl.handle.net/1843/SLSS-7XGGKA
Resumo: In this work, we introduce a new network topology model and algorithms to minimize the energy consumption in Wireless Sensor Networks (WSNs) with mobile sinks. On the one hand, the proposed optimization problem explicitly minimizes the energy consumption rates due to message forwarding. On the other hand, it also attempts to keep message delay rates at low levels by imposing a maximum distance to be traveled by each mobile sink. Inaddition to all that, our approach also differs from most studies in the literature since the clustering and routing problems are dealt jointly. To the best of our knowledge, the Combinatorial Optimization Problem that arises when all these features are considered together has never been studied before. We present a Mixed Integer Programming formulation for the problem based on network flows and various heuristics to quickly find feasible integer solutions. Our computational experiments indicated that the proposed heuristics works pretty well in practice. We also implemented a simulation framework which embeds the proposed heuristics to validate the network topology introduced here. The simulation results show that our approach leads to significant improvements for all Quality of Service parameters in WSN like energy consumption, network lifetime, among others.
id UFMG_daec6063b56622c133e3d4d005cbcee1
oai_identifier_str oai:repositorio.ufmg.br:1843/SLSS-7XGGKA
network_acronym_str UFMG
network_name_str Repositório Institucional da UFMG
repository_id_str
spelling 2019-08-13T09:28:52Z2025-09-08T23:32:45Z2019-08-13T09:28:52Z2009-10-16https://hdl.handle.net/1843/SLSS-7XGGKAIn this work, we introduce a new network topology model and algorithms to minimize the energy consumption in Wireless Sensor Networks (WSNs) with mobile sinks. On the one hand, the proposed optimization problem explicitly minimizes the energy consumption rates due to message forwarding. On the other hand, it also attempts to keep message delay rates at low levels by imposing a maximum distance to be traveled by each mobile sink. Inaddition to all that, our approach also differs from most studies in the literature since the clustering and routing problems are dealt jointly. To the best of our knowledge, the Combinatorial Optimization Problem that arises when all these features are considered together has never been studied before. We present a Mixed Integer Programming formulation for the problem based on network flows and various heuristics to quickly find feasible integer solutions. Our computational experiments indicated that the proposed heuristics works pretty well in practice. We also implemented a simulation framework which embeds the proposed heuristics to validate the network topology introduced here. The simulation results show that our approach leads to significant improvements for all Quality of Service parameters in WSN like energy consumption, network lifetime, among others.Universidade Federal de Minas GeraisOtimização combinatóriaRedes de Sensores sem FioHeurísticasSorvedouro móvelSensores Processamento de dadosComputaçãoSistemas de comunicaçâo sem fioUma abordagem para minimização de consumo de energia em redes de sensores sem fio com sorvedouros móveisinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisCarla Oliveira Bechelaneinfo:eu-repo/semantics/openAccessporreponame:Repositório Institucional da UFMGinstname:Universidade Federal de Minas Gerais (UFMG)instacron:UFMGAlexandre Salles da CunhaGeraldo Robson MateusJose Marcos Silva NogueiraMauricio Cardoso de SouzaNessa dissertação, introduzimos um novo modelo e algoritmo para minimizar o consumo de energia em Redes de Sensores Sem Fio (RSSFs) com sorvedouro móvel. Os problemas de agrupamento e roteamento são tratados de forma integrada, respeitando as restrições de número de saltos e de comprimento máximo da rota do nó sorvedouro. Uma formulação de Programação Inteira é apresentada, cujo objetivo é minimizar o custo das árvores, as quais definem a organização hierárquica dos nós sensores em agrupamentos. Como a energia gasta com comunicação é a principal responsável pelo consumo de energia em RSSFs, o custo das árvores representa a quantidade de energia necessária para transmitir dados em cada enlace de comunicação. A resolução exata do modelo através de um algoritmo de Branch-and-bound (BB) é custosa, computacionalmente falando, para aplicações em RSSFs, já que a organização da rede tem que ser feita de forma rápida para não comprometer seu funcionamento. Dessa forma, apresentamos uma heurística que encontra, em tempo razoável para aplicações em RSSFs, soluções viáveis para o problema proposto. Testes computacionais extensivos foram feitos para avaliar o impacto da heurística proposta, bem como uma versão da mesma para RSSFs com mais de um sorvedouro móvel. Os resultados de simulação não apenas comprovam que a utilização de sorvedouros móveis representa uma grande economia de energia para RSSFs, como também mostram que nossa abordagem leva a melhoras significativas no gasto de energia, tempo de vida operacional e parâmetros de Qualidade de Serviço (QoS) para RSSFs.UFMGORIGINALcarlaoliveirabechelane.pdfapplication/pdf3915134https://repositorio.ufmg.br//bitstreams/72efca54-dd81-4e72-9529-0bf92fdca000/downloadaf78f1ee4775f61b516a6bcdf53e685aMD51trueAnonymousREADTEXTcarlaoliveirabechelane.pdf.txttext/plain183923https://repositorio.ufmg.br//bitstreams/368b1717-a234-4dc4-af42-a05df0856c79/download955e52f93e4b830706bd7900e1c9f99fMD52falseAnonymousREADTHUMBNAILcarlaoliveirabechelane.pdf.jpgcarlaoliveirabechelane.pdf.jpgGenerated Thumbnailimage/jpeg2719https://repositorio.ufmg.br//bitstreams/63848290-db23-414b-880e-c1141e83bc7e/download24fbc9fc211c3594f01085c66830ec74MD53falseAnonymousREAD1843/SLSS-7XGGKA2025-09-09 15:53:46.98open.accessoai:repositorio.ufmg.br:1843/SLSS-7XGGKAhttps://repositorio.ufmg.br/Repositório InstitucionalPUBhttps://repositorio.ufmg.br/oairepositorio@ufmg.bropendoar:2025-09-09T18:53:46Repositório Institucional da UFMG - Universidade Federal de Minas Gerais (UFMG)false
dc.title.none.fl_str_mv Uma abordagem para minimização de consumo de energia em redes de sensores sem fio com sorvedouros móveis
title Uma abordagem para minimização de consumo de energia em redes de sensores sem fio com sorvedouros móveis
spellingShingle Uma abordagem para minimização de consumo de energia em redes de sensores sem fio com sorvedouros móveis
Carla Oliveira Bechelane
Sensores Processamento de dados
Computação
Sistemas de comunicaçâo sem fio
Otimização combinatória
Redes de Sensores sem Fio
Heurísticas
Sorvedouro móvel
title_short Uma abordagem para minimização de consumo de energia em redes de sensores sem fio com sorvedouros móveis
title_full Uma abordagem para minimização de consumo de energia em redes de sensores sem fio com sorvedouros móveis
title_fullStr Uma abordagem para minimização de consumo de energia em redes de sensores sem fio com sorvedouros móveis
title_full_unstemmed Uma abordagem para minimização de consumo de energia em redes de sensores sem fio com sorvedouros móveis
title_sort Uma abordagem para minimização de consumo de energia em redes de sensores sem fio com sorvedouros móveis
author Carla Oliveira Bechelane
author_facet Carla Oliveira Bechelane
author_role author
dc.contributor.author.fl_str_mv Carla Oliveira Bechelane
dc.subject.por.fl_str_mv Sensores Processamento de dados
Computação
Sistemas de comunicaçâo sem fio
topic Sensores Processamento de dados
Computação
Sistemas de comunicaçâo sem fio
Otimização combinatória
Redes de Sensores sem Fio
Heurísticas
Sorvedouro móvel
dc.subject.other.none.fl_str_mv Otimização combinatória
Redes de Sensores sem Fio
Heurísticas
Sorvedouro móvel
description In this work, we introduce a new network topology model and algorithms to minimize the energy consumption in Wireless Sensor Networks (WSNs) with mobile sinks. On the one hand, the proposed optimization problem explicitly minimizes the energy consumption rates due to message forwarding. On the other hand, it also attempts to keep message delay rates at low levels by imposing a maximum distance to be traveled by each mobile sink. Inaddition to all that, our approach also differs from most studies in the literature since the clustering and routing problems are dealt jointly. To the best of our knowledge, the Combinatorial Optimization Problem that arises when all these features are considered together has never been studied before. We present a Mixed Integer Programming formulation for the problem based on network flows and various heuristics to quickly find feasible integer solutions. Our computational experiments indicated that the proposed heuristics works pretty well in practice. We also implemented a simulation framework which embeds the proposed heuristics to validate the network topology introduced here. The simulation results show that our approach leads to significant improvements for all Quality of Service parameters in WSN like energy consumption, network lifetime, among others.
publishDate 2009
dc.date.issued.fl_str_mv 2009-10-16
dc.date.accessioned.fl_str_mv 2019-08-13T09:28:52Z
2025-09-08T23:32:45Z
dc.date.available.fl_str_mv 2019-08-13T09:28:52Z
dc.type.status.fl_str_mv info:eu-repo/semantics/publishedVersion
dc.type.driver.fl_str_mv info:eu-repo/semantics/masterThesis
format masterThesis
status_str publishedVersion
dc.identifier.uri.fl_str_mv https://hdl.handle.net/1843/SLSS-7XGGKA
url https://hdl.handle.net/1843/SLSS-7XGGKA
dc.language.iso.fl_str_mv por
language por
dc.rights.driver.fl_str_mv info:eu-repo/semantics/openAccess
eu_rights_str_mv openAccess
dc.publisher.none.fl_str_mv Universidade Federal de Minas Gerais
publisher.none.fl_str_mv Universidade Federal de Minas Gerais
dc.source.none.fl_str_mv reponame:Repositório Institucional da UFMG
instname:Universidade Federal de Minas Gerais (UFMG)
instacron:UFMG
instname_str Universidade Federal de Minas Gerais (UFMG)
instacron_str UFMG
institution UFMG
reponame_str Repositório Institucional da UFMG
collection Repositório Institucional da UFMG
bitstream.url.fl_str_mv https://repositorio.ufmg.br//bitstreams/72efca54-dd81-4e72-9529-0bf92fdca000/download
https://repositorio.ufmg.br//bitstreams/368b1717-a234-4dc4-af42-a05df0856c79/download
https://repositorio.ufmg.br//bitstreams/63848290-db23-414b-880e-c1141e83bc7e/download
bitstream.checksum.fl_str_mv af78f1ee4775f61b516a6bcdf53e685a
955e52f93e4b830706bd7900e1c9f99f
24fbc9fc211c3594f01085c66830ec74
bitstream.checksumAlgorithm.fl_str_mv MD5
MD5
MD5
repository.name.fl_str_mv Repositório Institucional da UFMG - Universidade Federal de Minas Gerais (UFMG)
repository.mail.fl_str_mv repositorio@ufmg.br
_version_ 1862105622243180544