Please use this identifier to cite or link to this item: http://dspace.sti.ufcg.edu.br:8080/jspui/handle/riufcg/38440
Title: Busca e exploração de fronteiras de conectividade em redes de sensores sem fio híbridas visando integração de nós
Other Titles: Search and exploration of connectivity frontiers in networks Hybrid wireless sensors for node integration
???metadata.dc.creator???: FARIAS, Weslley Alves lva.
???metadata.dc.contributor.advisor1???: FREIRE, Raimundo Carlos Silvério.
???metadata.dc.contributor.advisor-co1???: CARVALHO, Elyson Ádan Nunes.
???metadata.dc.contributor.referee1???: SERRES, Alexandre Jean René.
???metadata.dc.contributor.referee2???: GURJAO, Edmar Candeia.
???metadata.dc.contributor.referee3???: MOLINA, Lucas.
???metadata.dc.contributor.referee4???: SOUZA, Cleonilson Protásio de.
Keywords: Cobertura e Emprego de nós;Conectividade;Controle e navegação de nós móveis;Redes de Sensores sem Fios Híbridas;Redes de Sensores sem Fios;Coverage and Node Employment;Connectivity;Control and navigation of mobile nodes;Hybrid Wireless Sensor Networks;Wireless Sensor Networks
Issue Date: 6-May-2024
Publisher: Universidade Federal de Campina Grande
Citation: FARIAS, Weslley Alves lva. Busca e exploração de fronteiras de conectividade em redes de sensores sem fio híbridas visando integração de nós. 2024. 126 f. Tese (Doutorado em Engenharia Elétrica) – Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica, Centro de Engenharia Elétrica e Informática, Universidade Federal de Campina Grande, Paraíba, Brasil, 2024.
???metadata.dc.description.resumo???: As redes de sensores sem o (RSSF) integram um grande número de aplicações nos dias atuais, como o monitoramento de áreas inóspitas, demandando o uso de veículos aéreos na distribuição dos nós sensores, o que pode gerar regiões densamente povoadas de nós e outras escassas. Esse fato pode levar a um subaproveitamento dos nós, com o surgimento de nós e sub-redes localizados além da fronteira de conectividade. Uma solução para gerar maior integração é a inserção de nós móveis à rede estática, constituindo uma rede híbrida, com objetivo de explorar a fronteira, com o intuito de ampliar a área de conectividade. Porém, o processo de busca próximo ao perímetro pode acarretar na desconexão do nó móvel, em virtude da perda de comunicação do nó por entrar em área de sombreamento da rede, além da possibilidade de necessitar desviar de obstáculos, levando o nóatemporariamente se afastar da rede. Essas características ressaltam a necessidade de uma estratégia de controle para retorno à rede. Devido à complexidade da tarefa, a mesma pode ser segmentada em subproblemas ou comportamentos independentes que interagem entre si solucionando o problema global. Uma das metodologias mais difundidas nesse contexto é o Sistema a Eventos Discretos (SED), que apresentam uma implementação sistemática com possibilidade de atribuir restrições na interação entre os nós. O SED é responsável por ditar a regra de chaveamento entre os comportamentos contínuos, representados por controladores, que não pode ser chaveados de forma arbitrária, podendo afetar a estabilidade do sistema. Dessa forma, pretende-se com este estudo contribuir com a criação de uma metodologia de navegação voltada para RSSF no processo de busca e exploração de fronteira para um melhor aproveitamento dos nós sensores distribuídos, ampliação da cobertura da área de interesse e com permissão da desconexão momentânea da rede pelos nós móveis. O método proposto é comparado com abordagens baseadas no Diagrama de Voronoi e Forças Virtuais. Foi veri cado que a abordagem proposta apresenta desempenho similar a abordagem de Voronoi, e ambas superior a abordagem baseada em Forças virtuais. Para isto foram exploradas a busca e exploração em cenários com baixa dispersão dos nós, com alta dispersão, situações de topologia não convexa e cenários com obstáculos. No emprego dos nós foi utilizado um modelo proposto que leva em consideração o efeito do vento. O método proposto apresenta vantagens no tratamento da perda de comunicação momentânea, restrito a navegar por um tempo limite nesta condição e coordenado a retornar, capacidade de desviar de obstáculos no ambiente e liberdade de integração de nós em todas as direções e não apenas na área de interesse, resultando numa maior integração de nós mediante maior distâcia percorrida.
Abstract: Wireless Sensor Networks (WSNs) integrate a wide range of applications nowadays, such as monitoring inhospitable areas, requiring the use of aerial vehicles for sensor node distribution, which can result in densely populated and sparse regions of nodes. This fact can lead to underutilization of nodes, with the emergence of nodes and sub-networks located beyond the connectivity boundary. A solution to generate greater integration is the insertion of mobile nodes into the static network, creating a hybrid network, with the aim of exploring the boundary to expand the connectivity area. However, the search process near the perimeter can result in the mobile node's disconnection due to communication loss when the node enters a network shadow area, as well as the possibility of needing to avoid obstacles, leading the node to temporarily move away from the network. These characteristics highlight the need for a control strategy for returning to the network. Due to the task's complexity, it can be segmented into subproblems or independent behaviors that interact to solve the global problem. One of the most widespread methodologies in this context is the Discrete Event System (DES), which o ers a systematic implementation with the possibility of imposing constraints on the interaction between nodes. The DES is responsible for dictating the switching rule between continuous behaviors, represented by controllers, which cannot be switched arbitrarily, as it may a ect system stability. Thus, this study aims to contribute to the creation of a navigation methodology aimed at WSNs in the process of boundary search and exploration for better utilization of distributed sensor nodes, expansion of the area of interest coverage, and allowing temporary disconnection from the network by mobile nodes. The proposed method is compared with approaches based on the Voronoi Diagram and Virtual Forces. It was veri ed that the proposed approach shows performance similar to the Voronoi approach, and both are superior to the approach based on Virtual Forces. To this end, search and exploration were explored in scenarios with low node dispersion, high dispersion, non-convex topology situations, and scenarios with obstacles. In employing the nodes, a proposed model that considers the wind e ect was used. The proposed method presents advantages in handling temporary communication loss, being restricted to navigating for a limited time under this condition and coordinated to return, the ability to avoid obstacles in the environment, and the freedom to integrate nodes in all directions and not just in the area of interest, resulting in greater node integration over longer distances traveled.
Keywords: Cobertura e Emprego de nós
Conectividade
Controle e navegação de nós móveis
Redes de Sensores sem Fios Híbridas
Redes de Sensores sem Fios
Coverage and Node Employment
Connectivity
Control and navigation of mobile nodes
Hybrid Wireless Sensor Networks
Wireless Sensor Networks
???metadata.dc.subject.cnpq???: Engenharia Elétrica
URI: http://dspace.sti.ufcg.edu.br:8080/jspui/handle/riufcg/38440
Appears in Collections:Doutorado em Engenharia Elétrica.

Files in This Item:
File Description SizeFormat 
WESLLEY ALVES FARIAS - TESE (PPGEE) 2024 (1).pdf24.31 MBAdobe PDFView/Open


Items in DSpace are protected by copyright, with all rights reserved, unless otherwise indicated.