Balanceamento de carga em nível de aplicação para redes de sensores sem fio reativas: uma abordagem baseada em problemas de otimização com restrições

• Ano de defesa: 2020
• Autor(a) principal: Pereira, Igor Avila
• Orientador(a): Brisolara, Lisane Brisolara de
• Tipo de documento: Tese
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Universidade Federal de Pelotas
• Programa de Pós-Graduação: Programa de Pós-Graduação em Computação
• Departamento: Centro de Desenvolvimento Tecnológico
• País: Brasil
• Palavras-chave em Português: Computação; Rede de sensores sem fio; Balanceamento de carga; Otimização com restrição; Nível de aplicação; Redes reativas; Sistemas enbarcados; Sistemas ciber-físicos; Wireless sensor network; Load balancing; Constraint optimization; Application level; Reactive networks; Embedded systems; Cyber-physical systems
• Área do conhecimento CNPq: CNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::CIENCIA DA COMPUTACAO
• Link de acesso: http://guaiaca.ufpel.edu.br/handle/prefix/7432

Nas redes de sensores sem fio (RSSFs), a sobrecarga de nodos pode resultar na degradação de desempenho da rede exigindo a adoção de técnicas dinâmicas de balanceamento de carga para prolongar o tempo de vida e a disponibilidade dos seus serviços. Atualmente estas redes estão cada vez mais sendo utilizadas em aplicações com alta demanda para o processamento de vídeos/imagens, o que faz com que a carga de processamento, assim como a de comunicação, devam ser consideradas no balanceamento da carga. Recentemente, técnicas baseadas em heurísticas foram propostas para equilibrar a carga atuando no nível de aplicação. Entretanto, essas não possuem qualquer garantia de qualidade e por serem distribuídas requerem comunicação o que pode afetar o tempo de vida da rede. Assim, este trabalho apresenta uma nova solução a qual baseia-se em técnicas de Otimização de Problemas com Restrições para resolver o balanceamento de carga em RSSFs em nível de aplicação. A abordagem proposta explora a redundância limitada nas áreas de cobertura e emprega uma solução semi-distribuída, evitando a complexidade de algoritmos distribuídos. A abordagem proposta garante que os eventos detectados sejam processados durante a vida útil da rede e que um número fixo de mensagens serão trocadas a cada novo evento detectado. Visando minimizar o impacto negativo no tempo de vida da rede, a abordagem COP-Feedback incorpora procedimentos de controle de propagação que impedem o envio de mensagens redundantes durante o processo de balanceamento de carga. Experimentos apontam que a abordagem proposta permite à rede ter desempenho superior ao das técnicas heurísticas consideradas estado-da-arte, tanto com nodos dispostos em grade, como com nodos dispostos aleatoriamente. Os resultados também mostraram que a COP-Feedback mantém seu comportamento tanto em redes densas como em redes com menor número de nodos, o que não ocorre com as técnicas heurísticas. Além disso, COP-Feedback apresentou resultados próximos de uma solução gulosa, usada como upper-bound nas análises, mas que não pode ser empregada em cenários reais por requerer a centralização do estado dos nodos da rede.