Development of Energy-efficient Algorithms for Wireless Sensor Networks. PhD thesis, King Fahd University of Petroleum and Minerals.

Preview

PDF (PhD dissertation of Muhammad Akhlaq, titled: "Development of Energy-efficient Algorithms for Wireless Sensor Networks") Development_of_Energy-efficient_Algorithms_for_Wireless_Sensor_Networks___CD_for_PhD_Dissertation_of_M.Akhlaq.pdf - Published Version Available under License Creative Commons Attribution Non-commercial No Derivatives. Download (11MB) | Preview

Arabic Abstract

تتطلب شبكات الاستشعار اللاسلكية (WSNs) خوارزميات فعالة للغاية وذلك لضغط البيانات وتجهيزها وتوجيهها نظرا لمحدودية الموارد لعقد الاستشعار.وحيث أن WSNs تنتشر عادة لرصد البيئات النائية والخطرة، فإنه ليس من المجدي إعادة شحن أو استبدال البطارية من عقد الاستشعار. ولذلك، ينبغي أن تستخدم عقد الاستشعار الطاقة على نحو فعال جدا حتى عندما وجود مصادر منتجة للطاقة مع بطارية ذات قدرة محدودة. وعلاوة على ذلك، فإن معظم الطاقة تستهلك في أجهزة الاستشعار عن طريق نقل واستقبال البيانات. ولذلك، لا يمكن للحياة أن يمكن إطالة عمرWSNs بشكل كبير عن طريق استخدام بروتوكولات ذات كفاءة في استخدام الطاقة للتحكم توزيع الشبكة، والتشغيل، والتزامن، والتوجيه، وتجميع وضغط البيانات. تقترح هذه الرسالة عدة خوارزميات تهدف إلى استخدام الطاقة لWSNs لتطوير خوارزميات للتغطية، والربط والاتصال والكشف عن العواصف الرملية والغبار. أولا، نقترح برتوكول ترامن متكرر (RTSP) لمزامنة ساعة الشبكة في WSNs، التي توفر دقة بمعدل 0.23ميكرو ثانية لكل قفزة في شبكة عنقودية واسعة متعددة القفازات باستخدام طاقة أقل 7 مرات مقارنة مع بأكثر الخوارزميات المستخدمة الخوارزمية (FTSP) في المدى البعيد. ثانيًا، نقترح وضع بروتوكول متكامل للاتصال، والتغطية والربط (C3)، لكي نضمن تغطية جزئية من أكثر من 90٪ من مجموع مساحة الانتشار، وتضمن ما لا يقل عن مسار واحد للشبكة وهذا البروتوكول يستهلك الطاقة بكفأة عالية. أخيرا، تم تطويرنظام للكشف عن العواصف الرملية والغبار نظام (SDSDS)، الذي يتضمن الخوارزميات المقترحة من أجل تحقيق مستوى عال من الموثوقية، ودقة وكفاءة استخدام الطاقة.

English Abstract

Wireless sensor networks (WSNs) require very efficient algorithms for data processing, compression and routing due to the limited resources of sensor nodes. As WSNs are commonly deployed for monitoring the remote and hazardous environments, it is not feasible to recharge or replace the battery of sensor nodes. Therefore, sensor nodes should use their energy very efficiently even when a power harvesting technique is used with the battery of limited capacity. Moreover, most of the sensors’ energy is consumed by data transmission and idle listening. Therefore, the lifetime of WSNs can be significantly prolonged by using energy-efficient protocols for topology control, duty-cycling, routing, and data aggregation and compression. Aiming at developing energy efficient algorithms for WSNs, this dissertation proposes several algorithms for clock synchronization, coverage, connectivity, communication and dust storm detection. First, a recursive time synchronization protocol (RTSP) for global clock synchronization in WSNs is proposed, which provides an average accuracy of 0.23µs per hop in a large multi-hop clustered network using 7-times lesser energy than that of state-of-the-art FTSP algorithm in the long run. Second, an integrated protocol for coverage, connectivity and communication (C3) is proposed, which ensures partial coverage of more than 90% of the total deployment area, guarantees at least 1-connected network, and enables energy-efficient communication in WSNs. Finally, a sand and dust storm detection system (SDSDS) is developed, which incorporates the proposed algorithms in order to achieve high level of accuracy, reliability and energy-efficiency.

Item Type:	Thesis (PhD)
Subjects:	Computer Engineering
Department:	College of Computing and Mathematics > Computer Engineering
Committee Advisor:	Tarek, Sheltami
Committee Members:	Shokri, Selim and Mohamed, Elrabaa and Mohammed, Al-Suwaiyel and Ashraf, Mahmoud and Tarek, Sheltami
Depositing User:	Dr. MUHAMMAD AKHLAQ
Date Deposited:	08 Jul 2012 12:18
Last Modified:	01 Nov 2019 15:36
URI:	http://eprints.kfupm.edu.sa/id/eprint/138730