Enerji hasadı yapabilen telsiz duyarga ağlarının yaşam süresini artıran yeni bir dağıtık bağlı baskın küme algoritması

Abstract

Telsiz duyarga ağı (TDA), dağıtık olarak konumlandırılmış ve birbirleri ile kablosuz iletişim kuran duyarga düğümlerinden oluşan ağdır. TDA’lar endüstriyel, askeri, tarım, zirai, sağlık, güvenlik ve akıllı sistemler gibi alanlarda kolay kurulum, kolay bakım, düşük maliyet gibi özelliklerden dolayı sıklıkla tercih edilmekte ve bu alanlarda TDA’larla ilgili çeşitli uygulamalar geliştirilmektedir. TDA’ları oluşturan duyarga düğümlerinin kısıtlı enerjiye sahip olması, enerjilerinin etkin bir şekilde kullanılmasını gerektirmektedir. TDA’ların başlıca sorunlarından biri olan enerji tüketiminin azaltılması ve dolaylı olarak ağ yaşam süresinin artırılmasına yönelik literatürde birçok çalışma bulunmaktadır. TDA’larda iletişim omurgasının oluşturulmasında bağlı baskın kümenin (BBK) kullanılması, enerjinin etkin bir şekilde kullanılmasına yönelik önemli bir yöntemdir. Çevresel kaynaklardan enerji hasadı yapabilen duyarga düğümlerinin ağa dâhil edilmesi ise bir diğer enerji etkin yöntemdir. Ağı oluşturan duyarga düğümlerinin enerjileri ağ yaşam süresi ile doğrudan ilişkilidir. Bu nedenle TDA’ların yaşam süresi, enerjisi ilk biten duyarga düğümünün yaşam süresi olarak düşünülebilir. Bu tezde, GEHABBK adı altında enerji hasadı yapan düğümlerin bulunduğu akıllı çevresel uygulamalar için geliştirilmiş TDA’larda yaşam süresini artıran yeni bir dağıtık BBK algoritması geliştirilmiştir. GEHABBK algoritması, SensEH benzetim ortamında geliştirilmiş olup geleneksel sel tabanlı yöntemler ve literatürde yer alan bir diğer enerji etkin algoritma ile karşılaştırılmıştır. Benzetim sonuçlarına göre GEHABBK algoritması ile ağın yaşam süresi, geleneksel sel tabanlı yöntemlere göre 6 kat, BBK tabanlı enerji etkin yöntemlere göre 1.4 kat artırılmıştır. Bunun yanı sıra, BBK oluşturma süreci tüm TDA’nın yaşam süresinin sadece %15’ine karşılık gelmektedir.

Wireless sensor network (WSN) is a network consists of distributely positioned sensor nodes that communicate wirelessly with each other. WSNs are frequently preferred in industry, military, agriculture, health care, security areas and smart systems due to features such as low cost, easy installation, easy maintenance and thus various applications have been developed. WSNs that insist of sensor nodes which have limited energy require the efficient energy usage. There are many studies in the literature about one of the main problems of WSNs is the energy conservation which is directly related with increasing the network lifetime. The use of connected dominating sets (CDS) as communication backbones in WSNs is a method for using energy effectively. The inclusion of the nodes which can harvest energy from enviromental resources is another energy efficient method. The energy of sensor nodes is directly releated to network lifetime. Thus, the network lifetime is considered the same of a node whose lifetime is the shortest. In this thesis, a novel distributed CDS algorithm for extending lifetime of WSNs with energy harvester nodes in smart agriculture applications, namely CDSSEHA, has been developed. The proposed algorithm has been developed in the SensEH simulation environment and compared with traditional flood based methods and another energy efficient algorithm in the literature. According to the simulation results, with the CDSSEHA algorithm, the network lifetime has been increased 6 times compared to traditional flood-based methods and 1.4 times compared to CDS based energy efficient method. Furthermore, the CDS construction process constitudes only about 15% of the whole lifetime.