Τα ασύρματα δίκτυα αισθητήρων (ΑΔΑ) έχουν προσελκύσει μεγάλο ερευνητικό και βιομηχανικό ενδιαφέρον τα τελευταία χρόνια, εξαιτίας της χρήσης τους σε ποικίλες εφαρμογές, όπως οι περιβαλλοντικές, στρατιωτικές, αγροτικές, οικιακές, βιομηχανικές και πολλές άλλες. Ένα ΑΔΑ με κινητούς κόμβους αποτελείται από μικρούς πολύ-λειτουργικούς αισθητήρες που έχουν μικρό μέγεθος και χαμηλό κόστος, παρουσιάζοντας χαμηλή καταναλισκόμενη ενέργεια.
Η αποτελεσματικότητα του δικτύου εξαρτάται από την κάλυψη της περιοχής στην οποία αναπτύσσεται, το χρόνο ζωής και τη συνδεσιμότητα που προκύπτει ύστερα από διάφορες διαθέσιμες στρατηγικές ανάπτυξης δικτύων και τοποθέτησης των αισθητήρων. Οι τελευταίες με τη σειρά τους εξαρτώνται από τις απαιτήσεις του συστήματος. Ένας βασικός διαχωρισμός των στρατηγικών αυτών, είναι η στατική ανάπτυξη του δικτύου και η δυναμική τοποθέτηση, όπου οι αισθητήρες έχουν τη δυνατότητα να κινούνται. Η δεύτερη επιτρέπει την εφαρμογή της ακόμη και όταν η περιοχή ενδιαφέροντος δεν είναι γνωστή, αν και οι αντίστοιχοι αλγόριθμοι είναι πιο πολύπλοκοι. Μια προσέγγιση περιλαμβάνει αλγόριθμους οι οποίοι βασίζονται σε εικονικές δυνάμεις που ασκούνται πάνω στους αισθητήρες από άλλους αισθητήρες, από εμπόδια ή ακόμη και από περιοχές ενδιαφέροντος.
Το αντικείμενο της παρούσας διπλωματικής εστιάζει σε αυτή την κατηγορία αλγορίθμων, με σκοπό να μελετηθεί η ευελιξία και η αποτελεσματικότητα ενός τέτοιου αλγορίθμου σε συνθήκες δυναμικών αλλαγών στο δίκτυο. Ο κύριος αλγόριθμος που μελετήθηκε είναι μία περίπτωση αλγορίθμου βασισμένη σε εικονικές δυνάμεις.
Γενικά, υπάρχουν πολλές δυσκολίες στην ανάπτυξη και διατήρηση ενός δικτύου για να είναι αποτελεσματικό. Μία από αυτές, είναι η αλλαγή στο πλήθος των αισθητήρων, καθώς κάποιοι μπορεί να καταστραφούν από εξωτερικούς παράγοντες ή ακόμη και να εξαντληθεί η μπαταρία τους.
Η παρούσα διπλωματική εστιάζει σε μια τέτοια περίπτωση, όπου το δίκτυο πρέπει να προσαρμοστεί και να συνεχίσει να είναι λειτουργικό. Συγκεκριμένα, εξετάζουμε πόσο εύκολα μπορεί να πραγματοποιηθεί αυτό, με ποιο κόστος και με ποιες προσαρμογές. Τα αποτελέσματα της παρούσας εργασίας ρίχνουν φως σε αυτά τα ερωτήματα και θέτουν ένα πλαίσιο για την περαιτέρω μελέτη αυτών των ρεαλιστικών και σημαντικών προβλημάτων.
Wireless Sensor Networks (WSNs) have attracted much research and industrial interest in recent years due, to their use in various applications, such as environmental, military, domestic, agricultural, industrial and many more. A mobile WSN consists of small, low-cost and low-power multifunctional mobile sensor nodes. The effectiveness of WSNs mainly depends on the network coverage, the lifetime and the connectivity provided by the various available sensor deployment strategies, which in turn depend on the system requirements.
These strategies are divided into two categories; the static network deployment and the dynamic network deployment. The dynamic deployment, where the sensors have the ability to move, can be also applied when the target area to be covered is unknown. Dynamic deployments methods are more complicated compared to the static ones. One approach involves algorithms based on virtual forces subjected on sensors by other sensors, obstacles or even points of interest.
The purpose of this thesis is to focus on this type of algorithms, in order to study the flexibility and effectiveness of such an algorithm under dynamic network changes. The main algorithm studied is an algorithm based on virtual forces. In general, there are many difficulties in the deployment and maintenance of a network in order to be effective. One of them is the change in the number of sensors, as some may be damaged by external factors or even their battery may run out. This thesis focuses on one such case, where the network must adapt and continue to operate, and we look at how easily this can be achieved, at what cost and with what adjustments. The results of the present work shed light on these questions and provide a framework for the further study of these realistic and important problems.
Κατανεμημένοι Αλγόριθμοι Κάλυψης σε Δυναμικά Ασύρματα Δίκτυα Αισθητήρων