Βέλτιστη τοποθέτηση πυλών στο Διαδίκτυο των Πραγμάτων

Abstract

Την τελευταία δεκαετία ο όρος του ”Διαδικτύου των Πραγμάτων” (Internet of Things - IoT) συναντάται όλο και περισσότερο στην καθημερινότητά μας, αποκτώ- ντας μεγαλύτερη απήχηση σε εμπορικές, βιομηχανικές και καταναλωτικές καινοτο- μίες. Για την ανάπτυξη, όμως, τέτοιων προϊόντων και εφαρμογών απαιτείται και η δημιουργία δικτύων που καλύπτουν τις επιχειρησιακές ανάγκες της εκάστοτε υλοποίησης. Για αυτόν τον λόγο, μεγάλη βαρύτητα έχει δοθεί στην έρευνα της ορ- γάνωσης και σχεδιασμού τέτοιων δικτύων. Σκοπός της παρούσας διπλωματικής είναι η υλοποίηση και σύγκριση αλγορίθμων τοποθέτησης πυλών που καλύπτουν τις ανάγκες ενός δικτύου LoRaWAN, που απευθύνεται σε εφαρμογές του IoT. Η μοντελοποίηση του προβλήματος έγινε με τη χρήση του ”Προβλήματος Χωροθέτη- σης Εγκαταστάσεων” (Facility Location Problem - FLP) το οποίο τη στιγμή της συγγραφής αυτής της εργασίας, δεν είχε αξιοποιηθεί σημαντικά από την ερευνη- τική κοινότητα στο πλαίσιο της τοποθέτησης πυλών για δίκτυα εφαρμογών IoT. Στο πλαίσιο αυτό χρησιμοποιήθηκαν τα δύο σημαντικότερα υποπροβλήματα του FLP, το πρόβλημα p-median και p-center καθώς και ένας σύγχρονος προσομοιω- τής για την εξαγωγή πειραματικών δεδομένων. Τα εξαγόμενα αποτελέσματα είναι το ποσοστό παράδοσης πακέτων (Uplink Delivery Rate - UDR) και η μέση κατανά- λωση ενέργειας (Mean Energy Consumption), τα οποία εκφράζουν την ποιότητα του δικτύου και το κόστος λειτουργίας του, αντίστοιχα. Τα πειράματα που παρουσιά- ζονται στην εργασία δίνουν μια πρώτη εικόνα για τη μετρήσιμη απόδοση του FLP στην αντιμετώπιση του προβλήματος τοποθέτησης πυλών, εξετάζοντας τρείς τύπους τοποθέτησης, δύο που βασίζονται στην επίλυση των υποπροβλημάτων FLP και μία τοποθέτηση σε πλέγμα. Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι η επίλυση του υποπροβλή- ματος p-median αποδίδει καλύτερα στην πλειοψηφία των πειραμάτων. Επίσης, για τα πειράματα που έγιναν, η αύξηση του αριθμού των πυλών του δικτύου οδήγησε στην άνοδο της ποιότητας των επικοινωνιών ενώ, ταυτόχρονα, η μέση κατανάλωση ενέργειας παρέμεινε σε παρόμοια επίπεδα.