Optimizing energy efficiency and prolonging lifetime in WSNs, using the genetic algorithm and predictive coding approach

Oveisi, Behzad (2023). Optimizing energy efficiency and prolonging lifetime in WSNs, using the genetic algorithm and predictive coding approach. Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

Prévisualisation

PDF Télécharger (1MB) | Prévisualisation

Résumé

Wireless Sensor Networks (WSNs) have revolutionized monitoring and tracking applications across various domains. These networks consist of small sensor nodes responsible for collecting and transmitting data to a central base station for analysis and decision-making. However, the pervasive challenge in WSNs is the limited energy resources of these nodes, which significantly impacts their operational lifetime.

This study addresses the critical issue of energy efficiency in WSNs by proposing an innovative energy-efficient routing protocol. The primary objective is to prolong the network’s operational lifetime while maintaining data quality and coverage. To achieve this, the research integrates Genetic Algorithms (GAs) to optimize routing decisions and employs Predictive Coding (PC) to enhance data transmission efficiency.

Building on the foundation of Genetic Algorithms, the routing protocol optimizes communication paths by intelligently selecting routes that minimize energy consumption. Predictive Coding augments this approach by compressing data before transmission, effectively reducing the energy overhead associated with data transfer.

The motivation for this research stems from the fact that existing energy-efficient routing protocols often struggle to comprehensively address the diverse applications and varying energy constraints of WSNs. In response, this study seeks to provide a more robust and adaptable routing protocol that can better manage energy consumption and extend network longevity

The proposed protocol’s effectiveness is rigorously validated through extensive simulations conducted in Matlab. Evaluation metrics encompass factors such as dead nodes, throughput, energy consumption, and network delay. The results demonstrate a marked advantage over the standard Leach-CR routing protocol. The new protocol achieves significant energy savings and leads to an extended operational lifespan of wireless sensor networks.

In comparison to existing protocols, the integrated approach of Genetic Algorithms and Predictive Coding offers unparalleled benefits, showcasing its potential for revolutionizing energy management in WSNs. The implications are far-reaching, as this research holds promise for enhancing network efficiency and sustainability across practical applications.

In conclusion, this research contributes to the advancement of WSNs by offering a comprehensive the solution to the energy efficiency challenge. By seamlessly integrating Genetic Algorithms and Predictive Coding, the proposed protocol demonstrates its potential to revolutionize energy management and extend the operational lifespan of wireless sensor networks, ultimately benefiting a wide array of practical applications.

Titre traduit

Optimisation de l’efficacité énergétique et prolongation de la durée de vie des WSN à l’aide de l’algorithme génétique et de l’approche de codage prédictif

Résumé traduit

Les réseaux de capteurs sans fil (WSN) ont révolutionné les applications de surveillance et de suivi dans divers domaines. Ces réseaux sont constitués de petits nœuds de capteurs chargés de collecter et de transmettre les données à une station de base centrale à des fins d’analyse et de prise de décision. Cependant, le défi omniprésent dans les WSN réside dans les ressources énergétiques limitées de ces nœuds, ce qui a un impact significatif sur leur durée de vie opérationnelle.

Cette étude aborde la question critique de l’efficacité énergétique dans les WSN en proposant un protocole de routage innovant économe en énergie. L’objectif principal est de prolonger la durée de vie opérationnelle du réseau tout en maintenant la qualité et la couverture des données. Pour y parvenir, la recherche intègre des algorithmes génétiques (GA) pour optimiser les décisions de routage et utilise le codage prédictif (PC) pour améliorer l’efficacité de la transmission des données

S’appuyant sur des algorithmes génétiques, le protocole de routage optimise les chemins de communication en sélectionnant intelligemment les itinéraires qui minimisent la consommation d’énergie. Le codage prédictif renforce cette approche en compressant les données avant la transmission, réduisant ainsi efficacement la surcharge énergétique associée au transfert de données.

La motivation de cette recherche vient du fait que les protocoles de routage économes en énergie existants ont souvent du mal à répondre de manière globale aux diverses applications et aux diverses contraintes énergétiques des WSN. En réponse, cette étude vise à fournir un protocole de routage plus robuste et adaptable, capable de mieux gérer la consommation d’énergie et de prolonger la longévité du réseau.

L’efficacité du protocole proposé est rigoureusement validée par des simulations approfondies menées dans Matlab. Les mesures d’évaluation englobent des facteurs tels que les nœuds morts, le débit, la consommation d’énergie et le délai du réseau. Les résultats démontrent un avantage marqué par rapport au protocole de routage standard Leach-CR. Le nouveau protocole permet de réaliser d’importantes économies d’énergie et d’allonger la durée de vie opérationnelle des réseaux de capteurs sans fil.

Par rapport aux protocoles existants, l’approche intégrée des algorithmes génétiques et du codage prédictif offre des avantages inégalés, démontrant son potentiel pour révolutionner la gestion de l’énergie dans les WSN. Les implications sont considérables, car cette recherche est prometteuse pour améliorer l’efficacité et la durabilité des réseaux à travers des applications pratiques.

En conclusion, cette recherche contribue à l’avancement des WSN en offrant une solution complète au défi de l’efficacité énergétique. En intégrant de manière transparente les algorithmes génétiques et le codage prédictif, le protocole proposé démontre son potentiel pour révolutionner la gestion de l’énergie et prolonger la durée de vie opérationnelle des réseaux de capteurs sans fil, bénéficiant ainsi à terme d’un large éventail d’applications pratiques.

Type de document:	Mémoire ou thèse (Mémoire de maîtrise électronique)
Renseignements supplémentaires:	"Thesis presented to École de technologie supérieure in partial fulfillment of a master’s degree with thesis in electrical engineering". Comprend des références bibliographiques (pages 57-60).
Mots-clés libres:	réseaux de capteurs sans fil, efficacité énergétique, protocole de routage, algorithmes génétiques, codage prédictif, durée de vie opérationnelle, simulation, Matlab, IoT
Directeur de mémoire/thèse:	Directeur de mémoire/thèse Kadoch, Michel
Programme:	Maîtrise en ingénierie > Génie électrique
Date de dépôt:	20 févr. 2024 20:15
Dernière modification:	20 févr. 2024 20:15
URI:	https://espace.etsmtl.ca/id/eprint/3411

Gestion Actions (Identification requise)

Dernière vérification avant le dépôt