Έλεγχος ισχύος και εξοικονόμηση ενέργειας σε ασύρματα δίκτυα αισθητήρων

Abstract

Η εξοικονόμηση ενέργειας αποτελεί το πολυτιμότερο αγαθό στα ασύρματα δίκτυα, λόγω της περιορισμένης διάρκειας ζωής της μπαταρίας των φορητών συσκευών. Το πρόβλημα της ενέρ¬γει¬ας γίνεται ακόμη εντονότερο στα ad hoc ασύρματα δίκτυα αισθητήρων, εξαιτίας των περιο¬ρι¬σμών που προκύπτουν από την ίδια τους τη φύση. Τα διάφορα σχήματα αφύπνισης, τα οποία θέτουν εκτός λειτουργίας τους πομποδέκτες των αι¬σθητήριων κόμβων, όταν δεν υπάρχει ανάγκη επικοινωνίας, συμβάλλουν σημαντικά στην εξοικο¬νόμηση ενέργειας. Επιπλέον, η στρατηγική που θα εφαρμοστεί για την επιλογή της καταλλη¬λό¬τερης διαδρομής μπορεί και αυτή να συμβάλλει ουσιαστικά στη μεγαλύτερη εξοικονόμηση ενέρ¬γειας με άμεσο και ουσιαστικό αντίκτυπο στην επέκταση του ορίου ζωής του δικτύου. Όμως, τα διάφορα σχήματα που έχουν κατά καιρούς προταθεί ασχολούνται ελάχιστα με τα εξής προβλή¬ματα: πρώτον, με την ελαχιστοποίηση της από άκρο-σε-άκρο χρονικής καθυστέρησης κατά τη μετάδοση των πακέτων και την παράλληλη εξοικονόμηση ενέργειας, και δεύτερον, με τη στρατηγική που θα πρέπει να ακολουθηθεί για την επιλογή της καταλληλότερης διαδρομής. Η παρούσα διατριβή προτείνει τρία βασικά σχήματα για την επίλυση αυτών των δύο πολύ σπουδαίων προβλημάτων. Το πρώτο σχήμα ασχολείται με τη μελέτη του χρονοπρογραμματισμού των διαστημάτων αφύπνισης που έχουν ως βάση το TDMA (Time-Division Multiple Access), και καταφέρνει να διατηρεί τις λεπτές ισορροπίες ανάμεσα στην εξοικονόμηση ενέργειας και την ελαχιστοποίηση της από άκρο-σε-άκρο χρονικής καθυστέρησης. Το δεύτερο σχήμα έχει ως βάση τη στρατηγική που θα πρέπει να ακολουθηθεί προκειμένου να εξευρεθεί η πλέον κατάλληλη διαδρομή η οποία θα διασφαλίζει τη μακροβιότητα του ασύρματου δικτύου αισθητήρων. Προσπαθεί να αποφύγει τους κόμβους εκείνους που διαθέτουν ελάχιστα ενερ¬γειακά αποθέματα, ενώ, ταυτόχρονα, προσπαθεί να διατηρήσει σε πολύ χαμηλό επίπεδο το ποσό της ενέργειας που καταναλώνεται σε κάθε μετάδοση δεδομένων. Το τρίτο σχήμα βασίζεται στη στρατηγική του MBCR (Minimum Battery Cost Routing) και προσπαθεί να βελτιώσει το λειτουργικό κόστος της μπαταρίας με τη βοήθεια μιας εκθετικής συνάρτησης, συντελώντας στην αύξηση της διάρκειας ζωής του δικτύου. Η αξιολόγηση της επίδοσης των τριών προταθέντων σχημάτων επιβεβαιώνει την πολύ καλή συμπεριφορά τους, σε σχέση με άλλα παρεμφερή σχήματα που μπορεί να συναντήσει κανείς στη διεθνή βιβλιογραφία.