Muitas aplicações de redes de sensores sem fio exigem que nós, além de monitorar certo fenômeno, devem ser capazes de detectar e comunicar eventos assíncronos (e.g. alarmes), o que implica que eles deverão ouvir o meio em modo ocioso, o que é inerentemente um desperdício de energia. Nesse cenário, sincronização de relógio é crucial para operar com eficiência em ciclos de trabalho e minimizar o consumo de energia. Nesta dissertação, avaliamos o impacto do \textit{trade-off} entre a energia gasta com sincronizações mais frequentes e, em troca reduzir a janela de escuta ociosa necessária para que a confiabilidade desejada da comunicação seja atingida. A frequência ideal de sincronizações é obtida analiticamente e corroborada por resultados numéricos, mostrando que é possível gastar uma pequena fração da energia total com uma rede com sincronização mais precisa quando comparada com a manutenção da precisão do relógio mínima exigida pelo fenômeno que está sendo monitorado, aumentando significativamente a vida útil da rede. Além disso, uma solução fechada para o limite superior a este número ideal é derivada através da aproximação de que a energia gasta para transmitir ser muito menos significativa quando comparada à gasta para receber. Usando este resultado, pudemos prever através de simulações que este número ideal será aumentado pela energia de escuta, o número de vezes que um nó precisa ouvir o meio à espera de alarmes, ao nível de confiança em que o sistema foi concebido para trabalhar, ao intervalo de sincronização e à variância da frequência de oscilação relativa entre os nós. Por outro lado, este número será menor quando o custo energético de sincronização for maior (i.e. Quando a energia de comunicação aumentar). / Many applications of wireless sensor networks require that nodes, besides monitoring a given phenomenon, must be able to detect and communicate asynchronous events (e.g. alarms), implying that they have to often listen to the medium in idle mode, which is inherently energy wasteful. In such a scenario time synchronization is crucial to efficiently operate in duty-cycles and minimize energy consumption. In this work we assess the impact of the trade-off between spending energy with more frequent synchronizations and in return saving it by reducing the idle listening window necessary for the desired reliability of the communication. The optimal frequency of time synchronizations is obtained analytically and corroborated by numerical results, showing that several times less overall energy may be spent with a finer synchronization when compared with maintaining the minimum clock precision required by the phenomenon being monitored, greatly extending the life-span of the network.Furthermore, a closed form upper bound to this optimal number is derived by approximating transmit power being of much more significance when compared to receive power. Using this result, we predict and then simulate that this optimal number will be increased by the listening power, the number of times which a node has to listen to the medium idly, the level of confidence at which the system is designed to work, the synchronization interval and the variance of the relative oscillation frequency between synchronizing nodes. On the other hand, this number will be smaller when the energy cost of synchronization is higher (e.g. when active communication energy increases).
| Identifer | oai:union.ndltd.org:IBICT/oai:repositorio.utfpr.edu.br:1/2309 |
| Date | 12 September 2016 |
| Creators | Nadas, João Pedro Battistella |
| Contributors | Souza, Richard Demo, Braga, Sérgio Michelotto, Souza, Richard Demo, Mafra, Samuel Baraldi, Moritz, Guilherme Luiz |
| Publisher | Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Curitiba, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica e Informática Industrial, UTFPR, Brasil |
| Source Sets | IBICT Brazilian ETDs |
| Language | English |
| Detected Language | English |
| Type | info:eu-repo/semantics/publishedVersion, info:eu-repo/semantics/masterThesis |
| Source | reponame:Repositório Institucional da UTFPR, instname:Universidade Tecnológica Federal do Paraná, instacron:UTFPR |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
| Relation | CNPQ |
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