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Balanceamento de carga em nível de aplicação para redes de sensores sem fio reativas: uma abordagem baseada em problemas de otimização com restrições
dc.creator | Pereira, Igor Avila | |
dc.date.accessioned | 2021-05-04T22:33:55Z | |
dc.date.available | 2021-05-04T22:33:55Z | |
dc.date.issued | 2020-10-31 | |
dc.identifier.citation | PEREIRA, Igor Avila. Balanceamento de Carga em Nível de Aplicação para Redes de Sensores Sem Fio Reativas: Uma Abordagem Baseada em Problemas de Otimização com Restrições. Orientadora: Lisane Brisolara de Brisolara. 2021. 88 f. Tese (Doutorado em Ciência da Computação) – Centro de Desenvolvimento Tecnológico, Universidade Federal de Pelotas, Pelotas, 2021. | pt_BR |
dc.identifier.uri | http://guaiaca.ufpel.edu.br/handle/prefix/7432 | |
dc.description.abstract | In wireless sensor networks (WSNs), the overload of nodes can result in the degradation of network performance, requiring the adoption of dynamic load balancing techniques to prolong the service life and availability of its services. Currently, these networks are increasingly being used in applications with high demand for video and image processing, which means that the processing load, as well as the communication load, must be considered in load balancing. Recently, techniques based on heuristics have been proposed to balance the load at the application level. However, these do not have any quality guarantee and since they are distributed, they require communication, which can affect the network’s lifetime. Thus, this work presents a new solution that is based on techniques of Constraint Optimization Problems to solve the load balancing in WSNs at the application level.The proposed approach explores the limited redundancy in the coverage areas and employs a semi-distributed solution, avoiding the complexity of distributed algorithms. The proposed approach ensures that the detected events are processed during the network’s lifetime and that a fixed number of messages will be exchanged for each new detected event. In order to minimize the negative impact on the lifetime, the COP-Feedback approach incorporates propagation control procedures that prevent the sending of redundant messages during the load balancing process. Experiments point out that the proposed approach allows the network to perform better than the heuristic ones considered state-of-the-art, both with nodes arranged in a grid, as well as with nodes randomly arranged. The results also showed that COP-Feedback maintains its behavior both in high-density as well as low-density networks, which is not the case with heuristic techniques. In addition, COP-Feedback presented results close to that of a greedy solution, used as upper-bound in the analyzes, but which cannot be used in real scenarios because it requires centralization of the state of the network nodes. | pt_BR |
dc.description.sponsorship | Sem bolsa | pt_BR |
dc.language | por | pt_BR |
dc.publisher | Universidade Federal de Pelotas | pt_BR |
dc.rights | OpenAccess | pt_BR |
dc.subject | Computação | pt_BR |
dc.subject | Rede de sensores sem fio | pt_BR |
dc.subject | Balanceamento de carga | pt_BR |
dc.subject | Otimização com restrição | pt_BR |
dc.subject | Nível de aplicação | pt_BR |
dc.subject | Redes reativas | pt_BR |
dc.subject | Sistemas enbarcados | pt_BR |
dc.subject | Sistemas ciber-físicos | pt_BR |
dc.subject | Wireless sensor network | pt_BR |
dc.subject | Load balancing | pt_BR |
dc.subject | Constraint optimization | pt_BR |
dc.subject | Application level | pt_BR |
dc.subject | Reactive networks | pt_BR |
dc.subject | Embedded systems | pt_BR |
dc.subject | Cyber-physical systems | pt_BR |
dc.title | Balanceamento de carga em nível de aplicação para redes de sensores sem fio reativas: uma abordagem baseada em problemas de otimização com restrições | pt_BR |
dc.title.alternative | Application-level load balancing for reactive wireless sensor networks: an abordagem based on a restriction optimization problem | pt_BR |
dc.type | doctoralThesis | pt_BR |
dc.contributor.authorLattes | lattes.cnpq.br/7701563839009909 | pt_BR |
dc.contributor.advisorLattes | http://lattes.cnpq.br/9175591364526313 | pt_BR |
dc.contributor.advisor-co1 | Ferreira Júnior, Paulo Roberto | |
dc.contributor.advisor-co1Lattes | http://lattes.cnpq.br/0481478169272902 | pt_BR |
dc.description.resumo | Nas redes de sensores sem fio (RSSFs), a sobrecarga de nodos pode resultar na degradação de desempenho da rede exigindo a adoção de técnicas dinâmicas de balanceamento de carga para prolongar o tempo de vida e a disponibilidade dos seus serviços. Atualmente estas redes estão cada vez mais sendo utilizadas em aplicações com alta demanda para o processamento de vídeos/imagens, o que faz com que a carga de processamento, assim como a de comunicação, devam ser consideradas no balanceamento da carga. Recentemente, técnicas baseadas em heurísticas foram propostas para equilibrar a carga atuando no nível de aplicação. Entretanto, essas não possuem qualquer garantia de qualidade e por serem distribuídas requerem comunicação o que pode afetar o tempo de vida da rede. Assim, este trabalho apresenta uma nova solução a qual baseia-se em técnicas de Otimização de Problemas com Restrições para resolver o balanceamento de carga em RSSFs em nível de aplicação. A abordagem proposta explora a redundância limitada nas áreas de cobertura e emprega uma solução semi-distribuída, evitando a complexidade de algoritmos distribuídos. A abordagem proposta garante que os eventos detectados sejam processados durante a vida útil da rede e que um número fixo de mensagens serão trocadas a cada novo evento detectado. Visando minimizar o impacto negativo no tempo de vida da rede, a abordagem COP-Feedback incorpora procedimentos de controle de propagação que impedem o envio de mensagens redundantes durante o processo de balanceamento de carga. Experimentos apontam que a abordagem proposta permite à rede ter desempenho superior ao das técnicas heurísticas consideradas estado-da-arte, tanto com nodos dispostos em grade, como com nodos dispostos aleatoriamente. Os resultados também mostraram que a COP-Feedback mantém seu comportamento tanto em redes densas como em redes com menor número de nodos, o que não ocorre com as técnicas heurísticas. Além disso, COP-Feedback apresentou resultados próximos de uma solução gulosa, usada como upper-bound nas análises, mas que não pode ser empregada em cenários reais por requerer a centralização do estado dos nodos da rede. | pt_BR |
dc.publisher.department | Centro de Desenvolvimento Tecnológico | pt_BR |
dc.publisher.program | Programa de Pós-Graduação em Computação | pt_BR |
dc.publisher.initials | UFPel | pt_BR |
dc.subject.cnpq | CNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::CIENCIA DA COMPUTACAO | pt_BR |
dc.publisher.country | Brasil | pt_BR |
dc.contributor.advisor1 | Brisolara, Lisane Brisolara de |
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