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Type: TESE DIGITAL
Degree Level: Doutorado
Title: Study on the energy consumption in wireless sensor networks : Estudo sobre o consumo de energia em redes de sensores sem fio
Title Alternative: Estudo sobre o consumo de energia em redes de sensores sem fio
Author: Miranda, Felipe Antonio Moura, 1987-
Advisor: Cardieri, Paulo, 1964-
Abstract: Resumo: É amplamente aceito que o consumo de energia é um dos principais problemas que afetam o desempenho das redes de sensores sem fio. Os nós, que são as principais unidades de aquisição, processamento e transmissão de dados nesse tipo de rede, são tipicamente alimentados por baterias, e o processo de substituição ou recarga de suas baterias pode ser uma tarefa extremamente difícil, cara ou até mesmo proibida, dependendo do local de instalação. Isso tem motivado diversos trabalhos focados tanto em entender como se dá o consumo de energia quanto em técnicas e estratégias para utilizar cada vez menos energia e de forma mais eficiente. Neste trabalho, apresentamos um estudo que analisa de diversas formas o consumo de energia em redes de sensores sem fio, oferecendo como suas principais contribuições formas de tornar suas operações energeticamente mais eficientes. Inicialmente, apresentamos uma análise exploratória feita em componentes comumente utilizados nos nós de redes de sensores sem fio, mostrando seus respectivos perfis de consumo em diversos estados de operação, utilizando uma metodologia especialmente concebida para proporcionar uma apresentação com grande fidelidade à realidade. No prosseguimento deste trabalho, esses perfis de consumo são utilizados para uma análise mais acurada de duas propostas visando uma utilização mais eficiente de energia: (i) utilização de múltiplos níveis de potência de transmissão; (ii) modelo matemático de cálculo do consumo individual e distribuição proporcional de energia. A utilização de múltiplos níveis de potência de transmissão é analisada em diversos cenários distintos e com diferentes métricas, proporcionando uma visão de seus aspectos positivos e negativos, dependendo do cenário. Ainda neste trabalho, apresentamos e analisamos um modelo para estimar a energia consumida pelos nós em vários cenários distintos. O modelo considera os estados primários dos nós, como transmissão e recepção de mensagens, bem como estados secundários, como o modo sleep ou idle. Além disso, o modelo é capaz de estimar os efeitos da cooperação entre os nós no processo de roteamento de mensagens. Utilizando o modelo proposto, avaliamos seu desempenho analisando a estratégia de distribuição proporcional de energia, feita de acordo com o consumo individual calculado. Os resultados da análise revelaram claramente não apenas que a estratégia de atribuir energia inicial aos nós proporcionalmente aos seus gastos calculados é um meio de aumentar significativamente o tempo de vida da rede, também como mostraram o quanto parâmetros como intensidade de tráfego e localização dos nós afetam o tempo de vida da rede. Visando um trabalho acessível para todos os leitores, o mesmo foi escrito utilizando princípios do Desenho Universal (Universal Design), evitando a utilização de siglas, colocando imagens em dimensões maiores e descrevendo elementos gráficos em texto para utilização de software de leitura de tela

Abstract: It is widely accepted that power consumption is one of the major issues affecting the performance of wireless sensor networks. Motes in such networks are typically battery powered, and the process of replacing or recharging their batteries can be an extremely difficult, expensive or even a forbidden task, depending on where they are deployed. This issue has motivated several works focused on both understanding how the energy is consumed as well as techniques and strategies to demand less energy and to use it more efficiently. In this work, we present a study that analyzes in different ways the energy consumption in wireless sensor networks, offering as its main contributions, forms to make their operation more energy efficient. Initially, we present an exploratory analysis of components commonly used in wireless sensor network motes, showing their respective energy consumption profiles in different states of operation, using a methodology specially designed show all details of the measurements. Next, these consumption profiles are used for providing a more accurate analysis of two proposals aimed at a more efficient energy usage: (i) use of multiple transmission power levels; (ii) mathematical model to calculate the individual energy consumption and proportional distribution of energy. The use of multiple transmission power levels is analyzed in several different scenarios and with different metrics, providing an analysis of its positive and negative aspects, depending on the scenario. Also, we propose a model for estimating the energy consumed by motes in an arbitrary network based on the tasks performed by motes. The model considers the primary states of the mote, such as message transmission and reception, as well as secondary states, such as the sleep mode. Also, the model is capable of capturing the effects of cooperation among motes in the message forwarding process. Using the proposed model, we then evaluate its performance in the study of strategies of energy distribution among motes. The results of the analysis have clearly revealed not only that the strategy of assigning initial energy to the motes in proportion to their expenditures is a means of increasing significantly the network lifetime, but in special have shown how parameters like traffic intensity and sink mote location affect the network lifetime. In order to provide a work accessible to all readers, it was written using principles of Universal Design, avoiding the use of acronyms, using images in larger dimensions and describing graphic elements in text for use of screen reader software
Subject: Redes de sensores sem fio
Energia
Language: Inglês
Editor: [s.n.]
Citation: MIRANDA, Felipe Antonio Moura. Study on the energy consumption in wireless sensor networks: Estudo sobre o consumo de energia em redes de sensores sem fio. 2018. 1 recurso online (303 p.). Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação, Campinas, SP.
Date Issue: 2018
Appears in Collections:FEEC - Tese e Dissertação

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