Determination of Itinerary Planning for Multiple Agents in Wireless Sensor Networks

The mobile agent is a new technology in wireless sensor networks that outperforms the traditional client/server architecture in terms of energy consumption, end to end delay and packet delivery ratio. Single mobile agent will not be efficient for large scale networks. Therefore, the use of multiple mobile agents will be an excellent solution to resolve the problem of the task duration especially for this kind of networks. The itinerary planning of mobile agents represents the main challenge to achieve the trade-off between energy consumption and end to end delay. In this article we present a new algorithm named Optimal Multi-Agents Itinerary Planning (OMIP). The source nodes are grouped into clusters and the sink sends a mobile agent to the cluster head of every cluster; which migrates between source nodes, collects and aggregates data before returning to the sink. The results of the simulations testify the efficiency of our algorithm against the existing algorithms of multi-agent itinerary planning. The performance gain is evident in terms of energy consumption, accumulated hop count and end to end delay of the tasks in the network

A new Itinerary planning approach among multiple mobile agents in wireless sensor networks (WSN) to reduce energy consumption

one of the important challenges in wireless sensors networks (WSN) resides in energy consumption. In order to resolve this limitation, several solutions were proposed. Recently, the exploitation of mobile agent technologies in wireless sensor networks to optimize energy consumption attracts researchers. Despite their advantage as an ambitious solution, the itineraries followed by migrating mobile agents can surcharge the network and so have an impact on energy consumption. Many researches have dealt with itinerary planning in WSNs through the use of a single agent (SIP: Single agent Itinerary Planning) or multiple mobile agents (MIP: Multiple agents Itinerary Planning). However, the use of multi-agents causes the emergence of the data load unbalancing problem among mobile agents, where the geographical distance is the unique factor motivating to plan the itinerary of the agents. The data balancing factor has an important role especially in Wireless sensor networks multimedia that owns a considerable volume of data size. It helps to optimize the tasks duration and thus optimizes the overall answer time of the network.  In this paper, we provide a new MIP solution (GIGM-MIP) which is based not only on geographic information but also on the amount of data provided by each node to reduce the energy consumption of the network. The simulation experiments show that our approach is more efficient than other approaches in terms of task duration and the amount of energy consumption

CDS-MIP: CDS-based Multiple Itineraries Planning for mobile agents in wireless sensor network

using multi agents in the wireless sensor networks (WSNs) for aggregating data has gained significant attention. Planning the optimal itinerary of the mobile agent is an essential step before the process of data gathering. Many approaches have been proposed to solve the problem of planning MAs itineraries, but all of those approaches are assuming that the MAs visit all SNs and large number of intermediate nodes. This assumption imposed a burden; the size of agent increases with the increase in the visited SNs, therefore consume more energy and spend more time in its migration. None of those proposed approaches takes into account the significant role that the connected dominating nodes play as virtual infrastructure in such wireless sensor networks WSNs. This article introduces a novel energy-efficient itinerary planning algorithmic approach based on the minimum connected dominating sets (CDSs) for multi-agents dedicated in data gathering process. In our proposed approach, instead of planning the itineraries over all sensor nodes SNs, we plan the itineraries among subsets of the MCDS in each cluster. Thus, no need to move the agent in all the SNs, and the intermediate nodes (if any) in each itinerary will be few. Simulation results have demonstrated that our approach is more efficient than other approaches in terms of overall energy consumption and task execution time

Energy Efficient Routing Algorithm in Wireless Sensor Networks

This Wireless sensor network (WSN) is widely considered as one of the most important technologies for the twenty-first century, it provides the availability of small and low-cost sensor nodes with the ability of sensing different types of physical and environmental conditions, data processing, and wireless communication. Sensor nodes have a limited transmission range, and their processing and storage capabilities as well as their energy resources are also limited. Thus, optimized routing algorithms for wireless sensor networks should be utilized in order to maintain the routes in the network and to ensure reliable multi-hop communication under these conditions. Keywords: Wireless Sensor Networks, Energy Efficiency, Routing Protocols, Solar Sensors, Mobile Agent

Energy Efficient Designs for Collaborative Signal and Information Processing inWireless Sensor Networks

Collaborative signal and information processing (CSIP) plays an important role in the deployment of wireless sensor networks. Since each sensor has limited computing capability, constrained power usage, and limited sensing range, collaboration among sensor nodes is important in order to compensate for each other’s limitation as well as to improve the degree of fault tolerance. In order to support the execution of CSIP algorithms, distributed computing paradigm and clustering protocols, are needed, which are the major concentrations of this dissertation. In order to facilitate collaboration among sensor nodes, we present a mobile-agent computing paradigm, where instead of each sensor node sending local information to a processing center, as is typical in the client/server-based computing, the processing code is moved to the sensor nodes through mobile agents. We further conduct extensive performance evaluation versus the traditional client/server-based computing. Experimental results show that the mobile agent paradigm performs much better when the number of nodes is large while the client/server paradigm is advantageous when the number of nodes is small. Based on this result, we propose a hybrid computing paradigm that adopts different computing models within different clusters of sensor nodes. Either the client/server or the mobile agent paradigm can be employed within clusters or between clusters according to the different cluster configurations. This new computing paradigm can take full advantages of both client/server and mobile agent computing paradigms. Simulations show that the hybrid computing paradigm performs better than either the client/server or the mobile agent computing. The mobile agent itinerary has a significant impact on the overall performance of the sensor network. We thus formulate both the static mobile agent planning and the dynamic mobile agent planning as optimization problems. Based on the models, we present three itinerary planning algorithms. We have showed, through simulation, that the predictive dynamic itinerary performs the best under a wide range of conditions, thus making it particularly suitable for CSIP in wireless sensor networks. In order to facilitate the deployment of hybrid computing paradigm, we proposed a decentralized reactive clustering (DRC) protocol to cluster the sensor network in an energy-efficient way. The clustering process is only invoked by events occur in the sensor network. Nodes that do not detect the events are put into the sleep state to save energy. In addition, power control technique is used to minimize the transmission power needed. The advantages of DRC protocol are demonstrated through simulations

CLONE-BASED MOBILE AGENT ITINERARY PLANNING USING SEPARATE TREES FOR DATA FUSION IN WSNS

ABSTRAC

Crowdsensing-driven route optimisation algorithms for smart urban mobility

Urban rörlighet anses ofta vara en av de främsta möjliggörarna för en hållbar statsutveckling. Idag skulle det dock kräva ett betydande skifte mot renare och effektivare stadstransporter vilket skulle stödja ökad social och ekonomisk koncentration av resurser i städerna. En viktig prioritet för städer runt om i världen är att stödja medborgarnas rörlighet inom stadsmiljöer medan samtidigt minska trafikstockningar, olyckor och föroreningar. Att utveckla en effektivare och grönare (eller med ett ord; smartare) stadsrörlighet är en av de svåraste problemen att bemöta för stora metropoler. I denna avhandling närmar vi oss problemet från det snabba utvecklingsperspektivet av ITlandskapet i städer vilket möjliggör byggandet av rörlighetslösningar utan stora stora investeringar eller sofistikerad sensortenkik. I synnerhet föreslår vi utnyttjandet av den mobila rörlighetsavkännings, eng. Mobile Crowdsensing (MCS), paradigmen i vilken befolkningen exploaterar sin mobilkommunikation och/eller mobilasensorer med syftet att frivilligt samla, distribuera, lokalt processera och analysera geospecifik information. Rörlighetavkänningssdata (t.ex. händelser, trafikintensitet, buller och luftföroreningar etc.) inhämtad från frivilliga i befolkningen kan ge värdefull information om aktuella rörelsesförhållanden i stad vilka, med adekvata databehandlingsalgoriter, kan användas för att planera människors rörelseflöden inom stadsmiljön. Såtillvida kombineras i denna avhandling två mycket lovande smarta rörlighetsmöjliggörare, eng. Smart Mobility Enablers, nämligen MCS och rese/ruttplanering. Vi kan därmed till viss utsträckning sammanföra forskningsutmaningar från dessa två delar. Vi väljer att separera våra forskningsmål i två delar, dvs forskningssteg: (1) arkitektoniska utmaningar vid design av MCS-system och (2) algoritmiska utmaningar för tillämpningar av MCS-driven ruttplanering. Vi ämnar att visa en logisk forskningsprogression över tiden, med avstamp i mänskligt dirigerade rörelseavkänningssystem som MCS och ett avslut i automatiserade ruttoptimeringsalgoritmer skräddarsydda för specifika MCS-applikationer. Även om vi förlitar oss på heuristiska lösningar och algoritmer för NP-svåra ruttproblem förlitar vi oss på äkta applikationer med syftet att visa på fördelarna med algoritm- och infrastrukturförslagen.La movilidad urbana es considerada una de las principales desencadenantes de un desarrollo urbano sostenible. Sin embargo, hoy en día se requiere una transición hacia un transporte urbano más limpio y más eficiente que soporte una concentración de recursos sociales y económicos cada vez mayor en las ciudades. Una de las principales prioridades para las ciudades de todo el mundo es facilitar la movilidad de los ciudadanos dentro de los entornos urbanos, al mismo tiempo que se reduce la congestión, los accidentes y la contaminación. Sin embargo, desarrollar una movilidad urbana más eficiente y más verde (o en una palabra, más inteligente) es uno de los temas más difíciles de afrontar para las grandes áreas metropolitanas. En esta tesis, abordamos este problema desde la perspectiva de un panorama TIC en rápida evolución que nos permite construir movilidad sin la necesidad de grandes inversiones ni sofisticadas tecnologías de sensores. En particular, proponemos aprovechar el paradigma Mobile Crowdsensing (MCS) en el que los ciudadanos utilizan sus teléfonos móviles y dispositivos, para nosotros recopilar, procesar y analizar localmente información georreferenciada, distribuida voluntariamente. Los datos de movilidad recopilados de ciudadanos que voluntariamente quieren compartirlos (por ejemplo, eventos, intensidad del tráfico, ruido y contaminación del aire, etc.) pueden proporcionar información valiosa sobre las condiciones de movilidad actuales en la ciudad, que con el algoritmo de procesamiento de datos adecuado, pueden utilizarse para enrutar y gestionar el flujo de gente en entornos urbanos. Por lo tanto, en esta tesis combinamos dos prometedoras fuentes de movilidad inteligente: MCS y la planificación de viajes/rutas, uniendo en cierta medida los distintos desafíos de investigación. Hemos dividido nuestros objetivos de investigación en dos etapas: (1) Desafíos arquitectónicos en el diseño de sistemas MCS y (2) Desafíos algorítmicos en la planificación de rutas aprovechando la información del MCS. Nuestro objetivo es demostrar una progresión lógica de la investigación a lo largo del tiempo, comenzando desde los fundamentos de los sistemas de detección centrados en personas, como el MCS, hasta los algoritmos de optimización de rutas diseñados específicamente para la aplicación de estos. Si bien nos centramos en algoritmos y heurísticas para resolver problemas de enrutamiento de clase NP-hard, utilizamos ejemplos de aplicaciones en el mundo real para mostrar las ventajas de los algoritmos e infraestructuras propuestas

Crowdsensing-driven route optimisation algorithms for smart urban mobility

Cotutela Universitat Politècnica de Catalunya i KTH Royal Institute of TechnologyUrban rörlighet anses ofta vara en av de främsta möjliggörarna för en hållbar statsutveckling. Idag skulle det dock kräva ett betydande skifte mot renare och effektivare stadstransporter vilket skulle stödja ökad social och ekonomisk koncentration av resurser i städerna. En viktig prioritet för städer runt om i världen är att stödja medborgarnas rörlighet inom stadsmiljöer medan samtidigt minska trafikstockningar, olyckor och föroreningar. Att utveckla en effektivare och grönare (eller med ett ord; smartare) stadsrörlighet är en av de svåraste problemen att bemöta för stora metropoler. I denna avhandling närmar vi oss problemet från det snabba utvecklingsperspektivet av ITlandskapet i städer vilket möjliggör byggandet av rörlighetslösningar utan stora stora investeringar eller sofistikerad sensortenkik. I synnerhet föreslår vi utnyttjandet av den mobila rörlighetsavkännings, eng. Mobile Crowdsensing (MCS), paradigmen i vilken befolkningen exploaterar sin mobilkommunikation och/eller mobilasensorer med syftet att frivilligt samla, distribuera, lokalt processera och analysera geospecifik information. Rörlighetavkänningssdata (t.ex. händelser, trafikintensitet, buller och luftföroreningar etc.) inhämtad från frivilliga i befolkningen kan ge värdefull information om aktuella rörelsesförhållanden i stad vilka, med adekvata databehandlingsalgoriter, kan användas för att planera människors rörelseflöden inom stadsmiljön. Såtillvida kombineras i denna avhandling två mycket lovande smarta rörlighetsmöjliggörare, eng. Smart Mobility Enablers, nämligen MCS och rese/ruttplanering. Vi kan därmed till viss utsträckning sammanföra forskningsutmaningar från dessa två delar. Vi väljer att separera våra forskningsmål i två delar, dvs forskningssteg: (1) arkitektoniska utmaningar vid design av MCS-system och (2) algoritmiska utmaningar för tillämpningar av MCS-driven ruttplanering. Vi ämnar att visa en logisk forskningsprogression över tiden, med avstamp i mänskligt dirigerade rörelseavkänningssystem som MCS och ett avslut i automatiserade ruttoptimeringsalgoritmer skräddarsydda för specifika MCS-applikationer. Även om vi förlitar oss på heuristiska lösningar och algoritmer för NP-svåra ruttproblem förlitar vi oss på äkta applikationer med syftet att visa på fördelarna med algoritm- och infrastrukturförslagen.La movilidad urbana es considerada una de las principales desencadenantes de un desarrollo urbano sostenible. Sin embargo, hoy en día se requiere una transición hacia un transporte urbano más limpio y más eficiente que soporte una concentración de recursos sociales y económicos cada vez mayor en las ciudades. Una de las principales prioridades para las ciudades de todo el mundo es facilitar la movilidad de los ciudadanos dentro de los entornos urbanos, al mismo tiempo que se reduce la congestión, los accidentes y la contaminación. Sin embargo, desarrollar una movilidad urbana más eficiente y más verde (o en una palabra, más inteligente) es uno de los temas más difíciles de afrontar para las grandes áreas metropolitanas. En esta tesis, abordamos este problema desde la perspectiva de un panorama TIC en rápida evolución que nos permite construir movilidad sin la necesidad de grandes inversiones ni sofisticadas tecnologías de sensores. En particular, proponemos aprovechar el paradigma Mobile Crowdsensing (MCS) en el que los ciudadanos utilizan sus teléfonos móviles y dispositivos, para nosotros recopilar, procesar y analizar localmente información georreferenciada, distribuida voluntariamente. Los datos de movilidad recopilados de ciudadanos que voluntariamente quieren compartirlos (por ejemplo, eventos, intensidad del tráfico, ruido y contaminación del aire, etc.) pueden proporcionar información valiosa sobre las condiciones de movilidad actuales en la ciudad, que con el algoritmo de procesamiento de datos adecuado, pueden utilizarse para enrutar y gestionar el flujo de gente en entornos urbanos. Por lo tanto, en esta tesis combinamos dos prometedoras fuentes de movilidad inteligente: MCS y la planificación de viajes/rutas, uniendo en cierta medida los distintos desafíos de investigación. Hemos dividido nuestros objetivos de investigación en dos etapas: (1) Desafíos arquitectónicos en el diseño de sistemas MCS y (2) Desafíos algorítmicos en la planificación de rutas aprovechando la información del MCS. Nuestro objetivo es demostrar una progresión lógica de la investigación a lo largo del tiempo, comenzando desde los fundamentos de los sistemas de detección centrados en personas, como el MCS, hasta los algoritmos de optimización de rutas diseñados específicamente para la aplicación de estos. Si bien nos centramos en algoritmos y heurísticas para resolver problemas de enrutamiento de clase NP-hard, utilizamos ejemplos de aplicaciones en el mundo real para mostrar las ventajas de los algoritmos e infraestructuras propuestas.Postprint (published version