ENERGY-AWARE PUBLISH/SUBSCRIBE DDS-BASED MIDDLEWARE FOR WIRELESS SENSOR AND ACTUATOR NETWORKS. PhD thesis, King Fahd University of Petroleum and Minerals.

Preview

PDF (PhD dissertation) AnasAlroubaiey_PhD_Dissertation_2015.pdf - Accepted Version Download (3MB) | Preview

Arabic Abstract

الاسم الكامل: أنس عبد الواحد حسن الربيعي عنوان الرسالة: برنامج النشر والإشتراك لشبكات الإستشعار والتحكم بموثوقية نشر البيانات ومعلومات الطاقة التخصص: علوم وهندسة الحاسب الالي تاريخ الدرجة العلمية: مايو، 2015 في السنوات الأخيرة، برز نموذج النشر والإشتراك (نشر/إشتراك )pub/subكنموذج إتصالات مناسب جدا للنظم الموزعة على نطاق واسع. ويعود ذلك إلى خصائصه الفعالة في عدم ربط النظام بوقت الإرسال، عناوين المرسلين، وتزامن نقل البيانات. هذه الخصائص تعتبر مناسبة تماما لشبكات الاستشعار والتحكم اللاسلكية ( .)WSANمؤخرا، برز ايضا معيار معتمد لنموذج النشر والإشتراك, يسمى خدمة توزيع البيانات ( ,)DDSو هو معيار مشهور و معروف جدا اكاديميا و صناعيا. يتمتع هذا المعيار بالإضافة الى خصائص النشر والاشتراك بأنه يحتوي على مجموعة غنية من سياسات جودة الخدمة ( )QoSالتي تطور اداء الأنظمة الموزعة بشكل فعال وكفاءة عالية. وكجهد اولي لنقل مميزات DDSالى شبكات الاستشعار، والتي تعاني بشكل كبير من نقص الموارد كالمعالجة والتخزين والطاقة، قامت مجموعة خبراء من جامعة ماساتشوستس في بوسطن بتطوير نسخة مصغرة من DDSلتناسب قدرات الشبكات الاستشعارية، وسمية هذه النسخة بتقنية TinyDDSالنسخة المصغرة من .DDSوكأي جهد اولي، لا زال هناك بعض الثغرات في TinyDDSوالتي يمكن ايجازها فيما يلي: ( )1لا يدعم اي شكل من اشكال الموثوقية لنقل البيانات. ( )2يستخدم النقل المركزي للبيانات والذي لا يتناسب اطلاقا مع القدرات المحدودة لشبكات الإستشعار. ()3 لا تعتمد وظيفته على توزيع الطاقة المتبقية على عناصر الشبكة مما قد ينهي عمر الشبكة ولا زال لديها كمية كبيرة من الطاقة المخزنة. في هذا العمل، نقدم نظرة شاملة لهذه التقنيات ونضع حلولا لمشاكل TinyDDSمع اختبار دقيق ومقارنة عادلة للحلول المقدمة مع النسخة الاصلية ل .TinyDDSويمكن حصر المساهمات التي يقدمها هذا العمل كالتالي: ( )1مراجعة شاملة لنموذج ال نشر/اشتراك، ودراسة دقيقة للحلول المقدمة طبقا لهذا النموذج لشبكات الاستشعار مع مقارنتها مع بعضها من حيث المميزات والعيوب. ( )2تقديم دراسة وتحقيق متكامل عن التكلفة الفعلية لإضافة هذا النموذج، متمثلا بال ،DDSالى الشبكات الإستشعارية المحدودة القدرات. ( )3تحسين جودة الخدمة والموثوقية في نقل البيانات للمعيار DDSلتناسب قدرات الشبكات الاستشعارية مع تطوير ونقل هذه الخدمة الى )TinyDDS. (4حل المشكلة المركزية في نقل البيانات في تقنية TinyDDSبتقديم حلول تنهي تماما او جزئيا هذه المشكلة. ( )5واخيرا، تقديم حل متكامل لكل ما سبق مع تطوير اداء TinyDDSبإضافة تقنية تعتمد في نقل البيانات على مراقبة الطاقة المتبقية في عناصر الشبكات اللاسلكية مما ينتج عنه زيادة في عمر الشبكات الاستشعارية للمراقبة والتحكم (.)WSA

English Abstract

Full Name : [Anas Abdelwahid Al-Roubaiey] Thesis Title : [ENERGY-AWARE PUBLISH/SUBSCRIBE DDS-BASED MIDDLEWARE FOR WIRELESS SENSOR AND ACTUATOR NETWORKS] Major Field : [Computer Science and Engineering] Date of Degree : [May, 2015] In the recent years, the publish/subscribe (pub/sub) communication model has emerged as a suitable communication paradigm for large-scale distributed systems. That is due to its effective decoupling properties for the network’s participants in time, space, and synchronization. These properties are well-suited for Wireless Sensor/Actuator Networks (WSAN) applications. Data Distribution Service (DDS) is a well-known standard in the academic and industrial communities for supporting real-time distributed systems based on the pub/sub model. In addition to the pub/sub model advantages, DDS has a rich set of Quality of Service (QoS) polices. Therefore, porting DDS function into WSAN may significantly improve its performance in terms of QoS support, scalability, portability, and interoperability. TinyDDS is a light weight and partial porting of DDS middleware to WSN platforms. As such, TinyDDS in its current form has several limitations, such as: (1) it does not support any form of reliability for data delivery, (2) it has a battle neck problem in the event routing protocol, and (3) it does not has an energy aware mechanism to tackle the scares energy source problem of WSAN. This work added several contributions to the efforts of porting DDS standard benefits into WSAN. These contributions are: (1) a comprehensive review for the pub/sub model, and the state of the art solutions of integrating pub/sub into WSAN is conducted; (2) The cost of adding pub/sub model into WSAN is thoroughly evaluated; (3) the DDS reliability QoS is improved to suit WSAN requirements and the improved DDS reliability QoS is ported into TinyDDS; (4) the problem of central event routing is tackled by proposing broker-less solutions; (5) an energy aware protocol is developed and tested.

Item Type:	Thesis (PhD)
Subjects:	Computer
Department:	College of Computing and Mathematics > Computer Engineering
Committee Advisor:	Sheltami, Tarek
Committee Members:	Abdel-Aal, Radwan and Selim, Shokri and Ahmad, Moataz
Depositing User:	ANAS AL ROPIEY (g200405720)
Date Deposited:	28 Oct 2015 09:20
Last Modified:	01 Nov 2019 16:31
URI:	http://eprints.kfupm.edu.sa/id/eprint/139750