Ανάπτυξη αλγόριθμων εποπτικού ελέγχου ασύρματα συνδεδεμένων συστημάτων

Abstract

This Doctoral Thesis examines specific problems associated with Wirelessly Connected Systems and proposes possible solutions to them by introducing a number of corresponding novel Supervisory Control Schemes. The theoretical context of this research work has been validated through extended tests having as point of reference the Wireless Sensor Networks (WSNs) which constitute one of the most typical examples of the aforementioned category of systems. The scientific contribution of this doctoral thesis is constituted as follows: i. A novel reactive hierarchical protocol named SHPER which achieves the energy efficient control of data routing in WSNs by introducing • power aware cluster leadership • a novel energy efficient policy for route selection • the use of energy threshold. ii. A new dual control scheme for efficient video communication named PEMuR for the attainment of energy conservation and high QoS by using in combination • an advanced routing protocol having the beneficial features of ι • a packet scheduling algorithm able to reduce the video transmission rate with the minimum possible increase of distortion. iii. A novel QoS control scheme able to adapt the quality of slowly varying images which are wirelessly transmitted over WSNs in order to conform to predefined upper bounds of the end-to-end image transmission time. iv. A new-fangled control scheme named PACA which • predicts forthcoming congestion through a properly built cost function • prevents its further diffusion through multi hop/path routing.

Η Διδακτορική αυτή Διατριβή εξετάζει συγκεκριμένα προβλήματα που αφορούν τα Ασύρματα Συνδεδεμένα Συστήματα και διερευνά την επίλυση τους προτείνοντας αντίστοιχα καινοτόμα Σχήματα Εποπτικού Ελέγχου. Η τεκμηρίωση του θεωρητικού περιεχομένου της συγκεκριμένης ερευνητικής εργασίας υποστηρίζεται με εκτεταμένες δοκιμές μέσω προσομοιώσεων και πειραμάτων με σημείο εφαρμογής τα Ασύρματα Δίκτυα Αισθητήρων (Α.Δ.Α.) τα οποία αποτελούν από τα πλέον χαρακτηριστικά παραδείγματα της συγκεκριμένης κατηγορίας συστημάτων. Η επιστημονική συμβολή αυτής της διδακτορικής διατριβής συνοψίζεται στο ότι εισήχθησαν μέσω αυτής τα ακολούθα: i. Ένα νέο σχήμα ελέγχου ονομαζόμενο SHPER, για τον έλεγχο της ιεραρχικής δρομολόγησης δεδομένων σε Α.Δ.Α. προτείνοντας • ενεργειακά ευφυή καταμερισμό του φόρτου εργασίας • μια καινοτόμα πολιτική ενεργειακά ευφυούς επιλογής διάδρομων δρομολόγησης, • τη χρήση του ενεργειακού κατωφλίου. ii. Ένα νέο σχήμα ελέγχου για την ευφυή μετάδοση video σε Α.Δ.Α. ονομαζόμενο PEMuR το οποίο στοχεύει στην επίτευξη εξοικονόμηση ενεργειακών πόρων και υψηλής ποιότητας υπηρεσιών κάνοντας συνδυασμένη χρήση: • ενός προηγμένου πρωτοκόλλου δρομολόγησης με τα πλεονεκτικά χαρακτηριστικά του ι • ενός αλγορίθμου οργάνωσης των πακέτων video ικανό να μειώνει το ρυθμό μετάδοσης μέσω της κατάλληλης επιλογής προς απόρριψη των πακέτων που επιφέρουν την ελάχιστη δυνατή αύξηση της αλλοίωσης στα μεταδιδόμενα δεδομένα. iii. Ένα νέο σχήμα ελέγχου ικανό να προσαρμόζει τη συμπίεση αργά μεταβαλλόμενων εικόνων που μεταδίδονται σε Α.Δ.Α. ώστε να ικανοποιούνται προδιαγραφές που αφορούν ανώτατα επιτρεπτά όρια χρονοκαθυστέρησης της μετάδοσης με τη μέγιστη δυνατή ποιότητα υπηρεσιών. iv. Ένα νέο σχήμα ελέγχου για Α.Δ.Α. ονομαζόμενο PACA το οποίο: • ανιχνεύει επερχόμενη συμφόρηση δικτύου μέσω μιας κατάλληλης συνάρτησης κόστους • αποτρέπει την επέκταση της συμφόρησης μέσω δρομολόγησης πολλαπλών βημάτων.