Στα ασύρματα αδόμητα δίκτυα, οι κόμβοι μπορούν να συνεργαστούν για τη μετάδοση δεδομένων σε απομακρυσμένουσ κόμβους. Συνήθως, η συνεργασία αυτή επιτυγχάνεται χρησιμοποιώντας βοηθητικούς ενδιάμεσους κόμβους για τη μετάδοση δεδομένων από ένα κόμβο πηγή σε ένα κόμβο προορισμό, μέσω point-to-point ή point-to-multipoint συνδέσμους. Πρόσφατα, μεγάλο ενδιαφέρον έχει αποκτήσει η τεχνική της συνεργατικής μετάδοσης, όπου περισσότεροι του ενός κόμβοι συμμετέχουν για τη μετάδοση του ίδιου σήματος σε έναν απομακρυσμένο κόμβο. Ο παραλήπτης ανακατασκευάζει το αρχικό σήμα συνδυάζωντας τα διαφορετικά σήματα που έφτασαν σε αυτόν. Εδώ, αναπτύσσεται και εκτιμάται ένας πολυ-κριτηριακός αλγόριθμος συνεργατικής δρομολόγησης που λαμβάνει υπόψην την εναπομένουσα ενέργεια και την απαιτούμενη ισχύ μετάδοσης των κόμβων. Ο αλγόριθμος για ένα ζευγάρι κόμβων πηγής – προορισμού ανακαλύπτει όλα τα δυνατά υποψήφια μονοπάτια λαμβάνοντας υπόψη και συνδέσμους με την δυνατότητα συνεργασίας των κόμβων για την αποστολή των δεδομένων. Τελικά επιλέγεται το μονοπάτι που βελτιστοποιεί μια συνάρτηση κόστους. Τα κριτήρια είναι η εναπομένουσα ενέργεια και η συνολική ισχύς μετάδοσης στους κόμβους του μονοπατιού. Εκτελούμε πειράματα προσομοίωσης σε δίκτυα με κόμβους που έχουν σταθερή ισχύ μετάδοσης και με κόμβους που μπορούν να προσαρμόσουν την ισχύ μετάδοσής τους. Τα αποτελέσματα δείχνουν ότι ο αλγόριθμός μας πετυχαίνει σημαντική εξοικονόμηση ενέργειας και μεγαλύτερο αριθμό επιτυχημένων αποστολών πακέτων σε σχέση με την περίπτωση που δεν χρησιμοποιείται συνεργασία. / In wireless ad-hoc networks, nodes cooperate to make possible the communication between otherwise distant nodes. Usually, this cooperation is in the form of nodes acting as intermediate relays that forward data from a source to a destination node using point-to-point or point-to-multipoint links. A technique that has gained considerable recent attention is cooperative diversity, where nodes are organized for transmitting the same signal to a given, often otherwise unreachable, node. The receiver combines the multiple receptions to reconstruct the original signal. In this work, we present and evaluate a multi-criteria cooperative routing algorithm that uses as parameters the nodes’ residual energy and their transmission power. This algorithm selects for each source-destination pair a path, in the form of a sequence of groups of cooperative nodes, and the nodes’ transmission powers. We perform a number of simulation experiments, assuming nodes with variable or fixed transmission power, evaluating the benefits of the proposed multi-criteria cooperative routing algorithm. The results show that our algorithm achieves significant energy savings and larger number of successfully delivered packets than the case where cooperation is not applied.

This dissertation presents methods of extending the network lifetime of multi-hop wireless sensor networks (WSNs) through routing that uses cooperative transmission (CT), referred to as cooperative routing. CT can have a signal-to-noise ratio (SNR) advantage over non-CT schemes through cooperative diversity and simple aggregation of transmit power, and one of its abilities is to extend the communication range of a wireless device using this SNR advantage. In this research, we use the range-extension ability of CT as a tool to mitigate the energy-hole problem of multi-hop WSNs and extend the network lifetime. The main contributions of this research are (i) an analytical model for a cooperative routing protocol with a deployment method, (ii) cooperative routing protocols that can extend the network lifetime, and (iii) formulating the lifetime-optimization problem for cooperative routing. The analytical model developed in this research theoretically proves that, in a situation where non-CT routing cannot avoid the energy-hole problem, our CT method can solve the problem. PROTECT, a CT method based on the analytical model, provides a very simple way of doing cooperative routing and can improve the lifetime of non-CT networks significantly. REACT, a cooperative routing protocol that uses the energy information of nodes, overcomes some of the limitations of PROTECT and can be applied to any existing non-CT routing protocol to improve the network lifetime. Using REACT and analytical approaches, we also show that cooperative routing can be beneficial in multi-hop energy-harvesting WSNs. By formulating and solving the lifetime-optimization problem of cooperative routing, which requires a much more sophisticated formulation than that of non-CT routing, we explore the optimal lifetime bounds and behaviors of cooperative routing. Finally, we study and design online cooperative routing methods that can perform close to the optimal cooperative routing.