Náhodnostní směrování v mřížkových senzorových sítích

Bc. Tomáš Králik

Diplomová práce

Random rounting in sensor grid networks

Abstract:

In this thesis, I explore random routing in Wireless Sensor Networks (WSNs). I study the function of agents and queries and describe the mechanism of their forwarding to randomly selected neighbors. I also describe existing mathematical models by which I evaluate the rendezvous probabilities of agents and queries in these cases: (a) the neighbor is selected with equal probability, (b) the packet is forwarded to the random neighbor excluding the previous sender, (c) the possibility of the packet getting lost in network with equal probability of selecting neighbor. I extend the basic analysis of 2-D grid-based WSNs to the topology of three-dimensional space. I present ns-3 simulator and describe its key abstractions. In the practical part, I present the implementation of functions used for computation of derived probabilities and also Monte Carlo simulations in the environment of ns-3. I make 2-D grid models more effective by adding possibility of multiply packets after they came on the node. I create my own class which extends possibility of 2-D topology with features of three-dimensional space. I suggest model and construction of topology with randomly connected nodes. I validate the results of analytical models and also obtain values of the measurements for case of multiply packets in 2-D grid and topology with randomly connected nodes by using Monte Carlo simulations. In the conclusion of this thesis, I reason about adjusting parameters of random routing protocols in order to optimize the performance under a fixed energy budget.

Abstract:

V tejto práci sa venujem téme náhodnostného smerovania v bezdrôtových senzorových sieťach (WSNs). Zoznamujem sa s funkciou agentov a query paketov a popisujem mechanizmus ich smerovania k náhodne vybraným susedom. Taktiež popisujem existujúce matematické modely, pomocou ktorých vyhodnocujem pravdepodobnosti stretnutia agentov a query v týchto prípadoch: (a) sused je vybraný s rovnakou pravdepodobnosťou, (b) paket je posielaný náhodnému susedovi okrem predchádzajúceho odosielateľa, (c) možnosť straty paketu v sieti s rovnakou pravdepodobnosťou pri výbere suseda. Základnú analýzu 2-D mriežkových WSNs rozširujem do topológie trojdimenzionálneho priestoru. Predstavujem simulátor ns-3 a popisujem jeho kľú- čové abstrakcie. V praktickej časti si približujem implementácie funkcií na výpočet odvodených pravdepodobností a taktiež simulácií Monte Carlo v prostredí ns-3. Modely 2-D mriežky zefektívňujem pridaním možnosti rozmnoženia paketov po príchode na daný uzol. Vytváram vlastnú triedu, ktorá rozširuje možnosti 2-D topológie o vlastnosti trojdimenzionálneho priestoru. Navrhujem model a konštrukciu topológie s náhodne prepojenými uzlami. Pomocou simulácií Monte Carlo verifikujem výsledky analytických modelov a tiež získavam hodnoty meraní pre prípad rozmnoženia paketov v 2-D a topológie s náhodne prepojenými uzlami. V závere práce uvažujem o nastavení parametrov náhodnostných smerovacích protokolov za účelom získania optimálneho výkonu pri dodržaní daného množstva energie.

Klíčová slova

Paket, Mriežka, Uzol, Simulácia, Pravdepodobnost’, Skok, Topológia, ns-3

Jazyk práce: slovenština

Datum vytvoření / odevzdání či podání práce: 7. 1. 2013

Obhajoba závěrečné práce

• Obhajoba proběhla 11. 2. 2013
• Vedoucí: doc. RNDr. Petr Holub, Ph.D.
• Oponent: RNDr. Tomáš Rebok, Ph.D.

Masarykova univerzita

Fakulta informatiky

Magisterský studijní program / obor:
Aplikovaná informatika / Aplikovaná informatika