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Doctoral Thesis
DOI
Document
Author
Full name
Renato Santos Carrijo
Institute/School/College
Knowledge Area
Date of Defense
Published
São Carlos, 2018
Supervisor
Committee
Brandão, Dennis (President)
Flauzino, Rogério Andrade
Godoy, Eduardo Paciência
Rodrigues, Evandro Luis Linhari
Silva, Ivanovitch Medeiros Dantas da
Title in Portuguese
Proposta de roteamento híbrido para redes de sensores sem fio usando inteligência Swarm (Ant Colony Optimization) combinada a métricas do RPL para economia de energia
Keywords in Portuguese
Otimização por colônia de formigas
Redes de sensores sem fio
Roteamento
Abstract in Portuguese
As redes de sensores sem fio estão presentes nos mais diversos setores, formando um conjunto de elementos colaborativos que realizam o transporte da informação em cenários urbanos, agricultura de precisão, saúde e automação industrial. Sua utilização enfrenta desafios como necessidade constante de adaptações a alterações de topologia, baixas taxas de comunicação e uso eficiente de energia. Dessa forma, as aplicações dessas redes precisam suportar estas características dinamicamente. Esta tese propõe, então, um novo protocolo de roteamento: o HOFACO (Hybrid Objective Function based on Ant Colony Optimization), com base no funcionamento do padrão RPL (Routing Protocol for Low Power and Lossy Networks) aplicado à eficiência energética. Este protocolo proposto preserva as interfaces já consolidadas de roteamento e faz uso de uma informação heurística baseada em swarm intelligence (inteligência de enxames), por meio do uso de agentes - colônia de formigas -, para a composição híbrida de métricas utilizadas na avaliação do rank durante a construção de topologias. Esta proposta foi validada por meio de implementações em simulações e dispositivos reais em duas plataformas distintas: o Contiki e o OpenWSN. O processo de validação utilizou parâmetros como número de mensagens de controle, alterações de configurações topológicas, latência da rede e taxa de entrega de pacotes comparando-se a proposta a soluções tradicionais. Os resultados obtidos demonstraram um funcionamento compatível com estes parâmetros e uma melhoria em torno de 7,6% no sentido de redução do tempo de estabilização da rede. Adicionalmente, foi feito um teste comparativo de consumo de energia, evidenciando uma melhoria em termos de eficiência enérgica de até 20,9% da proposta com relação a protocolos tradicionais.
Title in English
Hybrid routing proposal for wireless sensor networks using Swarm intelligence (Ant Colony Optimization) combined with RPL metrics for energy savings
Keywords in English
Ant Colony Optimization
Routing
Wireless sensor networks
Abstract in English
The wireless sensor networks are present in the most diverse sectors, forming a set of collaborative elements that perform the transport of information in urban scenarios, precision agriculture, health and industrial automation. Its use faces challenges as a constant need for adaptations to topology changes, low communication rates and efficient energy use. In this way, the applications of these networks must support these characteristics dynamically. This thesis proposes, therefore, a new routing protocol: the HOFACO (Hybrid Objective Function based on Ant Colony Optimization), based on the RPL (Routing Protocol for Low Power and Lossy Networks) applied to energy efficiency. This proposed protocol preserves the already consolidated routing interfaces and makes use of heuristic information based on swarm intelligence, using ant colony agents for the hybrid composition of metrics used in rank evaluation during the construction of topologies. This proposal was validated through implementations in simulations and real devices in two different platforms: Contiki and OpenWSN. The validation process used parameters such as number of control messages, changes of topological configurations, network latency and packet delivery rate, comparing the proposal to traditional solutions. The results showed a functioning compatible with these parameters and an improvement around 7.6% in the sense of reducing the time of stabilization of the network. In addition, a comparative test of energy consumption was made, evidencing an improvement in terms of energetic efficiency up to 20.9% of the proposal with respect to traditional protocols.
 
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Carrijo.pdf (6.10 Mbytes)
Publishing Date
2019-05-23
 
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