Heurísticas para o problema de cobertura em redes de sensores sem fio hierárquicas com sorvedouro móvel - Araújo, André Ricardo Melo (Universidade Federal do Amazonas, 2015)
As Redes de Sensores Sem Fio (RSSFs) são um tipo especial de redes ad hoc constituídas por dispositivos capazes de processar, armazenar, sensoriar o ambiente e transmitir dados via interface de comunicação sem fio, denominados nós sensores. Os nós sensores possuem várias limitações, dentre elas, a capacidade de energia devido ao tamanho reduzido. Por isto, muitas pesquisas foram feitas tendo em vista a melhoria no consumo de energia dos nós sensores. Este trabalho tem como objetivo tratar o Problema de Cobertura, Agrupamento e Roteamento com Sorvedouro Móvel (PCAR-SM) em RSSF com nó sorvedouro móvel, que consiste em: dado um conjunto de nós sensores e uma área de monitoramento, desenvolver algoritmos para encontrar o melhor subconjunto de nós sensores que cubra a área de monitoramento, juntá-los no menor número de grupos possíveis e encontrar a menor rota para um nó sorvedouro móvel percorrer. O PCAR-SM é uma estratégia utilizada para diminuir o consumo de energia dos nós sensores, a colisão de dados, as interferências e os dados redundantes em redes com alta concentração de nós sensores por área. A proposta deste trabalho é resolver cada problema separadamente e em conjunto, de modo a avaliar o impacto de cada problema na solução do outro. O Problema de Cobertura foi resolvido com duas metaheurísticas: um Algoritmo Genético (AG) e um algoritmo Greedy Randomized Adaptive Search Procedure (GRASP). Neste último foram utilizadas duas representações de solução: (a) representação por sensor, onde cada elemento do vetor de solução representa um nó sensor que estará ligado ou desligado; (b) representação por demanda, onde cada elemento do vetor de solução representa um ponto de demanda no qual indicará qual o nó sensor o cobre. O AG utiliza apenas a representação por demanda. Os resultados computacionais para o Problema de Cobertura utilizaram o benchmark da Beasley s OR Library e foi possível constatar que o GRASP com representação por demanda obteve melhores resultados que o AG e o GRASP com representação por sensor quando o critério de otimização é minimizar a soma total dos custos de cada nó sensor utilizado na solução. Para o Problema de Agrupamento foi criada uma abordagem de grades virtuais. Nesta abordagem dividimos a área em grades e os grupos são formados por um conjunto de grades adjacentes (no máximo 5 grades) formando um esquema de cruz. O objetivo do problema é minimizar o número de grupos na área. A partir desta abordagem, pode-se modelar o Problema de Agrupamento como um Problema de Cobertura de Conjuntos (PCC) sem sobreposição (um elemento não pertence a mais de um conjunto), que foi tratada por uma heurística gulosa denominada Greedy Clustering Algorithm (GCA). Os grades virtuais provou ser uma boa solução por ser simples para um nó identificar a qual grade ele pertence. Sua simplicidade ainda o torna uma método adequado para uma versão distribuída. O Problema de Roteamento do nó sorvedouro foi modelado como o Problema do Caixeiro Viajante (PCV), onde o nó sorvedouro móvel parte de um canto da área de monitoramento, percorre a área visitando todos os grupos e retorna ao ponto inicial. Para isto, propomos duas abordagens gulosas baseadas no vizinho mais próximo, o Routing Greedy Algorithm - Center (RGA-C) e o Routing Greedy Algorithm - Border (RGA-B). A rota do nó sorvedouro também foi resolvida por uma heurística baseada no algoritmo Centralized Spatial Partitioning (CSP). Na abordagem CSP, a rota é fixa e lembra o movimento de uma cobra. Os resultados mostram que a rota fixa gera um percurso com tamanho menor em comparação com as heurísticas gulosas para o PCV. Analisamos, ainda, o PCAR-SM, criando estratégias heurísticas. Aunião dos Problema de Agrupamento e Roteamento, provou ser mais benéfica em relação ao tamanho da rota do nó sorvedouro, já a união do Problema de Cobertura com o Problema de Agrupamento só mostrou ser benéfica quando o raio de comunicação era aproximadamente 3, 9 vezes maior que o raio de sensoriamento. Nossos resultados, mostram que resolver os problemas em conjunto permite que algumas mudanças nos algoritmos levem a melhores resultados.