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https://tedebc.ufma.br/jspui/handle/tede/6505
Tipo do documento: | Tese |
Título: | Quantidade mínima e alocação-regulação ótima de nós sensores móveis para uma cobertura circular completa da RSSF híbrida |
Título(s) alternativo(s): | Minimum quantity and optimal allocation-regulation of mobile sensor nodes for full circular coverage of hybrid WSN |
Autor: | SOUSA, Monik Silva ![]() |
Primeiro orientador: | FONSECA NETO, João Viana da |
Primeiro membro da banca: | FONSECA NETO, João Viana da |
Segundo membro da banca: | SOUZA, Francisco das Chagas de |
Terceiro membro da banca: | SERRA, Ginalber Luiz de Oliveira |
Quarto membro da banca: | FREIRE, Raimundo Carlos Silvério |
Quinto membro da banca: | SILVEIRA, Antonio da Silva |
Resumo: | A cobertura é uma medida de qualidade de serviço em redes de sensores sem fio (RSSF), sendo fundamental no monitoramento de uma região delimitada. Neste trabalho, aborda-se o problema de cobertura dinâmica de uma RSSF híbrida, propondo uma metodologia constituída de dois métodos complementares. O primeiro método visa determinar a quantidade mínima de nós sensores móveis necessária para garantir a cobertura completa da região circular de monitoramento. Essa abordagem baseia-se em um arcabouço teórico composto por suposições, proposições, teorema e corolário, considerando as circunferências de detecção dos sensores, a região monitorada e a circunferência de deslocamento dos agentes. O modelo assegura a conectividade total da rede e apresenta flexibilidade no tratamento a falhas dos agentes. No segundo método, propõe-se um esquema de controle ótimo DLQT-DLQR de cobertura, fundamentado na equação algébrica de Riccati discreta (DARE), com o objetivo de otimizar o deslocamento e a regulação dos nós dinâmicos em suas posições alvo. A metodologia assegura cobertura sem buracos (lacunas) e sem perdas de conectividade entre os nós, minimizando o tempo de deslocamento dos agentes móveis e evitando colisão, devido à preservação da ordem dos nós ao longo da circunferência de deslocamento. O ambiente monitorado é modelado como uma região circular, com um nó sensor estático no centro, enquanto os nós sensores dinâmicos são alocados em uma circunferência de raio menor que a região de cobertura. A solução proposta permite o monitoramento eficiente de ambientes hostis, especialmente aquáticos, contribuindo com a preservação ambiental, reduzindo custos com sensores ociosos e aumentando a eficiência operacional da RSSF. Uma análise comparativa com o método baseado em diagramas de Voronoi é realizada, evidenciando a necessidade de algoritmos capazes de calcular as posições desejadas dos agentes para garantir uma cobertura sem falhas. O método proposto atende a esse requisito ao determinar as posições alvo dos agentes. Além disso, analisa-se a influência da variação do raio de cobertura na quantidade de nós sensores móveis para o monitoramento completo e realiza-se uma comparação com uma área de monitoramento retangular. Por fim, o desempenho do controle de alocação e regulação propostos é avaliado em relação a controladores clássicos, como o proporcional (P) e o proporcional integral (PI), no domínio do tempo com as figuras de mérito. |
Abstract: | Coverage is a measure of quality of service in wireless sensor networks (WSNs), and is essential for monitoring a delimited region. This work addresses the dynamic coverage problem of a hybrid WSN, proposing a methodology consisting of two complementary methods. The first method aims to determine the minimum quantity of mobile sensor nodes required to ensure full coverage of the monitoring region. This approach is based on a theoretical framework composed of assumptions, propositions, theorems, and corollaries, considering the sensor detection circles, the monitored region, and the agent displacement circle. The model ensures full network connectivity and presents flexibility in dealing with agent failures. The second method proposes an optimal DLQT-DLQR coverage control scheme, based on the discrete algebraic Riccati equation (DARE), with the objective of optimizing the displacement and regulation of dynamic nodes in their target positions. The methodology ensures coverage without holes (gaps) and without connectivity losses among nodes, minimizing the displacement time of mobile agents and avoiding collisions, due to the preservation of the order of nodes along the displacement circle. The monitored environment is modeled as a circular region, with a static sensor node in the center, while the dynamic sensor nodes are allocated in a circumference with a radius smaller than the coverage region. The proposed solution allows the efficient monitoring of hostile environments, especially aquatic ones, contributing to environmental preservation, reducing costs with idle sensors, and increasing the operational efficiency of the WSN. A comparative analysis with the method based on Voronoi diagrams is performed, highlighting the need for algorithms capable of calculating the desired positions of the agents to ensure flawless coverage. The proposed method meets this requirement by determining the target positions of the agents. In addition, the influence of the variation of the coverage radius on the number of mobile sensor nodes for full monitoring is analyzed and a comparison is made with a rectangular monitoring area. Finally, the performance of the proposed allocation and regulation control is evaluated in relation to classical controllers, such as proportional (P) and proportional integral (PI), in the time domain with figures of merit |
Palavras-chave: | controle de cobertura; controle ótimo; rede de sensores sem fio híbrida; nós sensores móveis; quantidade de nós sensores; sistema multiagente; alocação de agentes; coverage control; optimal control; hybrid wireless sensor network; mobile sensor nodes; quantity of sensor nodes; multi-agent system; agent allocation. |
Área(s) do CNPq: | Engenharia Elétrica |
Idioma: | por |
País: | Brasil |
Instituição: | Universidade Federal do Maranhão |
Sigla da instituição: | UFMA |
Departamento: | DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA DA ELETRICIDADE/CCET |
Programa: | PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA DE ELETRICIDADE/CCET |
Citação: | SOUSA, Monik Silva. Quantidade mínima e alocação-regulação ótima de nós sensores móveis para uma cobertura circular completa da RSSF híbrida. 2025. 143 f. Tese (Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Eletricidade/CCET) - Universidade Federal do Maranhão, São Luís, 2025. |
Tipo de acesso: | Acesso Aberto |
URI: | https://tedebc.ufma.br/jspui/handle/tede/6505 |
Data de defesa: | 10-Set-2025 |
Aparece nas coleções: | TESE DE DOUTORADO - PROGRAMA DE PÓS GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA DE ELETRICIDADE |
Arquivos associados a este item:
Arquivo | Descrição | Tamanho | Formato | |
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Monik_Silva_Sousa.pdf | Dissertação de Mestrado | 5,03 MB | Adobe PDF | Baixar/Abrir Pré-Visualizar |
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