Bio-Inspired Tools for a Distributed Wireless Sensor Network Operating System

The problem which I address in this thesis is to find a way to organise and manage a network of wireless sensor nodes using a minimal amount of communication. To find a solution I explore the use of Bio-inspired protocols to enable WSN management while maintaining a low communication overhead. Wireless Sensor Networks (WSNs) are loosely coupled distributed systems comprised of low-resource, battery powered sensor nodes. The largest problem with WSN management is that communication is the largest consumer of a sensor node’s energy. WSN management systems need to use as little communication as possible to prolong their operational lifetimes. This is the Wireless Sensor Network Management Problem. This problem is compounded because current WSN management systems glue together unrelated protocols to provide system services causing inter-protocol interference. Bio-inspired protocols provide a good solution because they enable the nodes to self-organise, use local area communication, and can combine their communication in an intelligent way with minimal increase in communication. I present a combined protocol and MAC scheduler to enable multiple service protocols to function in a WSN at the same time without causing inter-protocol interference. The scheduler is throughput optimal as long as the communication requirements of all of the protocols remain within the communication capacity of the network. I show that the scheduler improves a dissemination protocol’s performance by 35%. A bio-inspired synchronisation service is presented which enables wireless sensor nodes to self organise and provide a time service. Evaluation of the protocol shows an 80% saving in communication over similar bio-inspired synchronisation approaches. I then add an information dissemination protocol, without significantly increasing communication. This is achieved through the ability of our bio-inspired algorithms to combine their communication in an intelligent way so that they are able to offer multiple services without requiring a great deal of inter-node communication.Open Acces

Dynamic Channel Allocation in Wireless Networks Using Adaptive Learning Automata

The bandwidth utilization of a single channel-based wireless networks decreases due to congestion and interference from other sources and therefore transmission on multiple channels are needed. In this paper, we propose a distributed dynamic channel allocation scheme for wireless networks using adaptive learning automata whose nodes are equipped with single radio interfaces so that a more suitable channel can be selected. The proposed scheme, adaptive pursuit reward-inaction, runs periodically on the nodes, and adaptively finds the suitable channel allocation in order to attain a desired performance. A novel performance index, which takes into account the throughput and the energy consumption, is considered. The proposed scheme is adaptive in the sense that probabilities in the each step are updated as a function of the error in the performance index. The extensive simulation results in static and mobile environments provide that using the proposed scheme for channel allocation in the multiple channel wireless networks significantly improves the throughput, drop rate, energy consumption per packet and fairness index

Проект беспроводной ячеистой сети для индустриального парка «Великий Камень»

Беспроводная ячеистая сеть (WMN) все чаще становится популярным решением из-за низкой стоимости как альтернатива проводной сети для предоставления широкополосного доступа для пользователей. Беспроводная ячеистая сеть (WMN) представляет собой коммуникационные сети, состоящие из радио узлов, организованных в топологии сети. Беспроводные сети состоят из сети клиентов, сетевых маршрутизаторов и шлюзов. Клиенты сети - это часто ноутбуки, сотовые телефоны и другие беспроводные устройства, в то время как сетевые маршрутизаторы пересылают трафик и из шлюзов, которые могут, но не обязательно, быть подключены к Интернету. В статье рассматриваются разные каналы радио беспроводной связи, подключенные к точке доступа (AP) в рамках Белорусско-Китайского проекта индустриального парка «Большой Камень», который является территориальным образованием площадью около 80 кв. Км с особым правовым статусом для предоставления комфортных условий для ведения бизнеса. Парк расположен в уникальном природном комплексе в 25 км от Минска, столицы Республики Беларусь. Он находится в непосредственной близости от международного аэропорта, железнодорожных линий и транснациональной магистрали Берлин-Москва. Результат анализа показывает распределение точек доступа, обеспечивающих принципиальные функции на территории индустриального парка. При этом обеспечивается надежность и балансировка нагрузки в беспроводных ячеистых сетях связи