MOVEMENT-ASSISTED AND APPLICATION-AWARE CONNECTIVITY RESTORATION IN WIRELESS SENSOR-ACTOR NETWORKS. Masters thesis, King Fahd University of Petroleum and Minerals.

Preview

PDF (MS Thesis) g200703670_AmeerAbbasi_COE_MS_Thesis_v2.pdf Download (3MB) | Preview

Arabic Abstract

في شبكات الاستشعار اللاسلكية والتشغيل الميكانيكية، (WSANs) ، تقوم أجهزة الاستشعار بفحص محيطها وابلاغ الأجهزة الفاعلة التي تستجيب بشكل تعاوني لتحقيق بعض بعثات التطبيق المطلوبة. بما أن من مهام الأجهزة الفاعلة تنسيق عملها، فمن الضروري الحفاظ على طوبولوجيا شبكة متصلة بقوة في جميع الأوقات. قد يتم تقسيم WSAN إلى قطاعات منفصلة ، إذا كان الجهاز الفاعل الحساس ، أي عقدة قطع الرأس ، قد فشل وتسبب بفقدان العديد من وصلات الاتصال بين الأجهزة الفاعلة. كثيرا ما تستغل الأجهزة الفاعلة الأخرى القريبة من العقدة ذات العيوب عملها لاستعادة قدرتها على الحركة بشكل مستقل واسترجاع الاتصال المفقود بين الأجهزة الفاعلة. نقترح C2AM ؛ وهي خوارزمية للإصلاح تقوم بالأخذ بعين الاعتبار القيود على مستوى التطبيق في قدرة الأجهزة الفاعلة على التنقل أثناء استعادة الاتصال بالشبكة. بالإضافة إلى النظر في متطلبات المستوى المادي ، تأخذ C2AM أيضا بعين الاعتبار مخاوف مستوى التطبيق من أجل تجنب اضطرابات كبيرة في البعثات الجارية. قد قامت نتائج المحاكاة بالتحقق من صحة فعالية الخوارزمية المقترحة في الحفاظ على هذين الهدفين. علاوة على ذلك، نقوم بالتحقيق في مشكلة استعادة الاتصال المقيدة بقيود الاتصالات لطول المسارات بين الأجهزة الفاعلة من أجل التعامل مع تأخر البيانات واحتمال فقدان بعض حزم البيانات. نقترح خوارزمية للإصلاح باستخدام البنية الأقل تخريبا (LeDiR). على عكس المخططات المعاصرة التي تحافظ على قوائم 1 أو 2 – هوب للجيران ،تقوم LeDiR بالانتفاع من أنشطة اكتشاف المسار السابقة في الشبكة لمعرفة هيكل الطوبولوجيا والابتعاد عن فرض أحمال إضافية للاتصالات القائمة قبل الفشل. تم تحليل أداء LeDiR رياضيا والتحقق من صحتها من خلال تجارب المحاكاة واسعة النطاق. لقد قمنا بتوسعة LeDiR وتسميته بخوارزمية إصلاح الطوبولوجيا بأقل عدد من الحركات (LeMoToR). مثل مخطط LeDiR ، فإن LeMoToR هو مخطط موزع يعتمد على العرض المحلي المقدم من عقد للشبكة. ومع ذلك ، فإن LeMoToR لا يفرض أي قيود للحفاظ على طول الطريق بين أي زوج من العقد في حالة قبل الفشل ويطبق نفسه بشكل متكرر للحفاظ على الاتصال بالشبكة. لاستعادة الاتصال تسعى LeMoToR لنقل أقل عدد من العقد وتقليل المسافة المقطوعة وتقليل تعقيد الرسالة. قامت نتائج المحاكاة بالتحقق من فعالية LeMoToR.

English Abstract

In Wireless Sensor-Actor Networks (WSANs), sensors probe their surroundings and inform actors which respond collaboratively to achieve some desired application missions. Since actors have to coordinate their operation, it is necessary to maintain a strongly connected network topology at all time. A WSAN may get partitioned into disjoint segments, if a critical actor, i.e., a cut-vertex node, fails and causes the loss of multiple inter-actor communication links. The other actors close to the faulty node often exploit their mobility to autonomously restore the lost inter-actor connectivity. We propose C2AM; a recovery algorithm that factors in application level constraints on actor’s mobility while restoring the network connectivity. In addition to considering physical level requirements, C2AM accounts for application level concerns as well in order to avoid major disruptions to ongoing missions. Simulation results have validated the effectiveness of the proposed algorithm in maintaining both objectives. Moreover, we investigate the connectivity restoration problem subject to inter-actor communication path length constraints in order to handle the data latency and potential packet loss. We propose a Least-Disruptive topology Repair (LeDiR) algorithm. Unlike contemporary schemes that maintain 1 or 2-hop neighbor lists, LeDiR utilizes existing path discovery activities in the network in order to know the structure of the topology and avoids imposing additional pre-failure communication overhead. The performance of LeDiR is analyzed mathematically and validated via extensive simulation experiments. We extend LeDiR and name it Least-Movement Topology Repair (LeMoToR) algorithm. Like LeDiR scheme, LeMoToR is a distributed scheme that relies on the local view of a node about the network. However, LeMoToR does not impose any constraint to sustain the path length between any pair of node at pre-failure status and apply itself recursively to maintain network connectivity. To restore connectivity, LeMoToR strives to relocate the least number of nodes and reduce the traveled distance and message complexity. The simulation results validate the effectiveness of LeMoToR.

Item Type:	Thesis (Masters)
Subjects:	Computer Systems Seminars Engineering Research > Information Technology Research > Engineering
Department:	College of Computing and Mathematics > Computer Engineering
Committee Advisor:	Baroudi, Dr. Uthman A.
Committee Members:	Al-Mouhamed, Dr. Mayez A. and Al-Khatib, Dr. Wasfi G.
Depositing User:	Ameer Ahmed Abbasi (g200703670)
Date Deposited:	09 Jul 2011 12:18
Last Modified:	01 Nov 2019 15:30
URI:	http://eprints.kfupm.edu.sa/id/eprint/138503