Energy efficiency in wireless sensor networks

Abstract

Wireless Sensor Networks (WSNs) are consists of small sensor nodes with limited battery power, processing and memory units. There are two important features in WSNs. The first one is the infrastructure-less and second one is the self-organization. These properties make sensors convenient choice for several applications. When we try to investigate algorithms and protocols for wireless sensor networks we must study the features and constraints of WSNs. However, battery recharge is not possible or extremely challenging for sensor nodes. The main aspect in designing wireless sensor networks algorithms and protocols is ensuring energy efficiency and prolong the sensor network lifetime. Farther more the sensor node position within the set of deployed nodes decides which tasks have to be carried out and how many communication paths involve each individual sensor node. On the other hand the sensor networks in more obstructed environments, the path loss exponent value is vary. The high path loss exponent value increases unbalance energy depletion between nodes. In this thesis we investigated two node deployment strategies which are uniform and non-uniform (normal distribution) sensor node deployments with various path loss exponent values. We used a Linear Programming (LP) framework to analyze the effect of node deployment model on the network lifetime. Also we studied the effect of path loss on the wireless sensor network lifetime. Our results showed that by normal node deployment, energy balance can be improved up to certain level. However, increasing path loss exponent in normal node deployment may lead to decrease in improvement ratio.

Kablosuz Algılayıcı Ağlar (KAA), sınırlı pil gücü, işlemci ve bellek birimi ile küçük algılayıcı düğümlerinden oluşmaktadır. KAA' larda iki önemli özellik vardır. Birincisi altyapısızlıktır ve ikincisi özörgütlenmedir. Bu özellikler, algılayıcıları birçok uygulama için uygun bir seçim yapar. KAA' larda algoritma ve protokolleri incelemeye çalışırken, KAA' ların özelliklerini ve kısıtlarını çalışmaktayız. Ancak, algılayıcı düğümler için pil şarjı mümkün değildir veya son derece zordur. KAA' larda algoritma ve protokollerin tasarımında, en önemli husus enerji verimliliğini sağlamak ve algılayıcı ağ ömrünü uzatmaktır. Bundan başka, dağıtılan düğüm kümesi içinde, algılayıcı düğüm pozisyonu hangi görevlerin yürütüleceğine ve her bir algılayıcı düğüm için kaç iletişim yolu içerdiğine karar verir. Öte yandan, KAA' larda engellenmiş ortamlarda, yol kaybı değeri değişir. Yüksek yol kaybı üssü değeri, düğümler arasındaki dengesiz enerji tüketimini artırır. Bu tezde, tekdüze ve düzensiz ağ düğüm dağıtımı olarak, iki düğüm dağıtım stratejisi ile birçok yol kaybı üssü değerleri araştırıldı. Ağ ömründe, düğüm dağıtım modeli etkisini analiz etmek için doğrusal programlama yapısını kullandık. Ayrıca kablosuz algılayıcı ağ ömrü üzerindeki yol kaybının etkilerini inceledik. Bizim sonuçlarımız, normal düğüm dağıtım yoluyla, enerji dengesinin belli bir seviyeye kadar geliştirilebilir olduğunu gösterdi. Ancak; normal düğüm dağıtımında, artan yol kaybı üssü, iyileşme oranı azalmasına yol açabilir.