Radyo yayılım modellerinin kablosuz algılayıcı ağların yaşam süresine etkisinin incelenmesi

Abstract

Kablosuz Algılayıcı Ağların (KAA) pratikte gerçeklenmesi hedeflenen işlevi en uygun şekilde yerine getirebilmeleri ancak algılayıcı düğümler arasındaki yol kaybı değerlerinin gerçekçi yol kaybı modelleri vasıtasıyla doğru olarak belirlenmesi ile mümkün olabilmektedir. Birçok araştırma için kritik olan yol kaybı değerlerinin hesaplanmasında basit modellerinin kullanılması yanlış sonuçlar alınmasına ve tasarlanan KAA'nın gerçekçi olmayan değerler sebebiyle öngörülenden düşük performansla çalışmasına sebep olabilmektedir. Bu sebeplerle KAA'larda gerçekçi yol kaybı modellemesi başarılı KAA tasarımı ve analizi için kritiktir. Bu amaçla temel Radyo Frekansı (RF) yayılım mekanizmaları, genel kablosuz haberleşme yol kaybı modelleri incelenmiştir. Ayrıca bu modeller içinden KAA karakteristiklerine uygun ve gerçekçi sonuçlar verebilen yol kaybı modelleri araştırılmıştır. Bu modeller nicel veriler ışığında karşılaştırılarak güçlü ve zayıf oldukları noktalar belirlenmiştir. Böylece KAA alanında çalışacak olan araştırmacılar için yol kaybı modeli seçimine yardımcı olacak bir çalışma yapılmıştır. Ayrıca nicel karşılaştırması yapılmış olan modeller ile KAA'larda ağ yaşam süresi enbüyüklemesine yönelik karışık tamsayılı programlama temelli eniyileme modelleri tasarlanmıştır. Böylece yol kaybı modellemelerinin ağ yaşam süresine etkisi ve yanlış modellerin kullanımı ile oluşabilecek muhtemel hataların değerlendirilmesi yapılmıştır. Son olarak ağ yaşam süresi enbüyüklemesine yönelik karışık tamsayılı programlama temelli eniyileme modelleri aracılığı ile kaynak ataması eniyilemesi yapılmıştır. Bu sayede akıllı şebeke uygulamalarına yönelik olarak algılayıcı düğümler arası haberleşmede kullanılan veri paketi boyutunun kablosuz algılayıcı ağının yaşam süresine etkisi incelenmiştir.

Wireless Sensor Networks (WSNs) are to be operated on the aimed performance if and only if they are designed according to realistic path loss models for the links between sensor nodes. Most of the researches on WSNs uses simple path loss models that cause wrong results and designed WSN to operate at lower performance than the desired one. Realistic path loss modeling is critical for WSN design and analysis. Therefore basic propagation mechanisms, wireless communication models and models that are especially proposed for WSNs are examined. WSN specific path loss models are numerically analyzed and compared. For the researchers on WSN area, selection criterion for path loss modeling is presented. Also these WSN specific path loss models are used in lifetime maximization framework based on mixed integer programming. Impact of path loss modeling is analyzed for network lifetime. Furthermore, errors caused by wrong path loss model usage is evaluated. Moreover, a joint optimization scheme including transmission power control and packet size optimization for lifetime maximization in smart grid WSN applications is proposed. Effect of packet size in network lifetime is investigated.