Performance Optimization in Wireless Sensor Networks

Abstract

Negli ultimi anni si è asssisito ad una sempre più larga diffusione di dispositivi senza fili con capacità di rilevare fenomeni fisici, specialmente grazie ad un miglioramento delle tecniche produttive, che hanno portato alla produzione di dispositivi a basso costo e che garantiscano un basso consumo energetico. Per queste ragioni, c'è un crescente interesse, sia in ambito civile che in ambito militare, per applicazioni basate su questi dispositivi wireless. Anche se le prime applicazioni di sorveglianza erano state sviluppate in ambito militare, al giorno d'oggi un gran numero di applicazioni riguardano il monitoraggio ambientale e industriale in ambito civile. Solitamente, le reti wireless di sensori (Wireless Sensor Networks, WSNs) sono dislocate in ambienti ostili, in cui l'intervento di operatori è spesso difficile o, in casi estremi, impossibile. Risulta quindi di fondamentale importanza che una WSN possa funzionare correttamente per un periodo di tempo sufficientemente lungo, e.g., nell'ordine dei mesi. D'altra parte, la massimizzazione del tempo di vita della rete non deve influire sulle sue prestazioni, che devono rimanere sopra un minimo valore di qualità di servizio (Quality of Service, QoS), che dipende dalla specifica applicazione. Per gestire appropriatamente questi trade-off che si generano, una strategia di ottimizzazione deve essere necessariamente usata. In questa tesi saranno investigate alcune strategie di configurazione delle WSN, basate sulla configurazione ottimale dei parametri chiave dei nodi wireless.

During recent years, we have witnessed a large diffusion of wireless devices with sensing capabilities, especially due to the improvements in manufacturing techniques, which have lead to the production of cost-effective and energy-efficients components. For these reasons, there is an increasing interest for both civilian and military applications based on wireless sensing devices. Even if the first monitoring applications were related to surveillance in military applications, nowadays a large number of applications concern industrial or environmental monitoring in civilian scenarios. Usually, wireless sensor networks (WSNs) are supposed to be deployed in harsh environments, where the human intervention of external operators is difficult or, in extreme cases, impossible. It is therefore of paramount importance that a WSN can operate properly for a sufficiently long period of time, e.g., on the order of months. On the other side, the maximization of the lifetime should not affect largely the network performance, which should remain above a minimum required Quality of Service (QoS), depending on the specific application at hand. In order to properly deal with this unavoidable trade-off, an optimization strategy must be adopted. In this thesis, we investigate some strategies for the configuration of WSNs, all based on the optimal tuning of key node parameters.