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Master's Dissertation
DOI
10.11606/D.45.2011.tde-09022012-151736
Document
Author
Full name
Rafael da Ponte Barbosa
E-mail
Institute/School/College
Knowledge Area
Date of Defense
Published
São Paulo, 2011
Supervisor
Committee
Wakabayashi, Yoshiko (President)
Miyazawa, Flávio Keidi
Manic, Gordana
Title in Portuguese
Algoritmos para o problema da cobertura por sensores
Keywords in Portuguese
Algoritmos de Aproximação
Problema da Cobertura de Faixa Restrita
Problema da Cobertura por Sensores
Programação Inteira
Abstract in Portuguese
Neste trabalho estudamos aspectos algorítmicos do Problema da Cobertura por Sensores. Em linhas gerais, este problema a entrada consiste em uma região a ser monitorada por um conjunto de sensores previamente posicionados, cada qual dotado de bateria com duração limitada, e o objetivo é atribuir a cada sensor um tempo de início, de modo que toda a região seja coberta o maior tempo possível. Focamos nosso estudo no caso unidimensional do problema, chamado Problema da Cobertura de Faixa Restrita, no qual a região a ser monitorada é um intervalo (da reta real). Estudamos diversas variantes, de acordo com os subintervalos que os sensores cobrem (se de tamanhos fixos ou variados), e de acordo com a duração das baterias (se uniformes ou não). Estudamos também o caso preemptivo: quando os sensores podem ser ligados mais de uma vez. Para este último caso, projetamos um algoritmo polinomial bem simples. O Problema da Cobertura de Faixa Restrita é NP-difícil no caso não-preemptivo em que os sensores têm bateria de duração variável. Para este caso, em 2009 Gibson e Varadarajan apresentaram um algoritmo polinomial que provaram ser uma 5-aproximação. Provamos que este algoritmo tem fator de aproximação 4, e mostramos que este fator é justo. Apresentamos também formulações lineares inteiras para este caso, e os resultados computacionais obtidos.
Title in English
Algorithms for the sensor cover problem
Keywords in English
Approximation Algorithms
Integer Programming.
Restricted Strip Cover Problem
Sensor Cover Problem
Abstract in English
We study the algorithmic aspects of the Sensor Cover Problem. Broadly speaking, in this problem the input consists of a region to be covered by a set of sensors previously positioned, each one powered with a battery of limited duration, and the objective is to assign to each sensor an initial time, so as to cover the given region for as long as possible. We focus our study on the one-dimensional case of the problem, called Restricted Strip Cover Problem, in which the region to be covered is an interval (of the real line). We study several variants, according to the type of the subintervals the sensors cover (if they have fixed length or not), to the duration of the batteries (if uniform or not). We also study the preemptive case: when the sensors can be turned on and off more than once. For this case, we designed a simple polynomial-time algorithm. The Restricted Strip Cover Problem is NP-hard in the non-preemptive case in which the sensors have non-uniform duration batteries. For this case, in 2009 Gibson and Varadarajan designed a polynomial-time algorithm which they proved to be a 5-aproximation. We prove that this algorithm has approximation ratio 4, and show that this ratio is tight. We also present two integer linear formulations for this case, and report on the computational results obtained with this approach.
 
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tese_RafaelBarbosa.pdf (862.78 Kbytes)
Publishing Date
2012-03-19
 
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