Kablosuz Algılayıcı A larda Ba lantı Sayısının Sınırlandırılmasının A Ömrü Üzerindeki Etkilerinin ncelenmesi Number of Connection Restriction in Wireless Sensor Networks and Its Influence on Network Lifetime M. Burak Akgün 1 , Bülent Tavlı 1 , Kemal Bıçakcı 2 1 Elektrik-Elektronik Mühendisli i Bölümü TOBB Ekonomi ve Teknoloji Üniversitesi mbakgun@etu.edu.tr, btavli@etu.edu.tr 2 Bilgisayar Mühendisli i Bölümü TOBB Ekonomi ve Teknoloji Üniversitesi bicakci@etu.edu.tr Özet Kablosuz algılayıcı a lar, en az bir baz istasyonundan ve çok sayıda algılayıcı dü ümden olu an a lardır. Enerji gereksinimlerini bataryalarından kar ılayan bu dü ümlerin uzun süre hizmet vermesi beklenmektedir. Dolayısıyla enerji verimlili i, uzun a ömrü sa ladı ı için büyük önem arz etmektedir. Kablosuz algılayıcı a larda a ömrünün eniyilenmesi, dü ümlerin enerjilerini dengeli tarzda tüketmesi ile mümkün olmaktadır. Dengeli enerji tüketimi de dü ümlerin verilerini ba ka dü ümler üzerinden, onları röle olarak kullanarak, baz istasyonuna ula tırmalarını gerektirmektedir. Bunun sonucu olarak bazı dü ümler çok fazla sayıda dü ümden veri almakta ve bazıları da çok fazla sayıda dü üme veri göndermektedirler. Bu durum, pratik uygulamalarda a karma ıklı ına sebep olması ve büyük rotalama tabloları gerektirmesi nedeniyle istenilmemektedir. Bu çalı mada, öncelikle bir do rusal programlama altyapısı kullanılarak dü ümlerin verilerini da ıtma karakteristi i incelenmi tir. Daha sonra ise bir tamsayı-do rusal programlama modeli kullanılarak, ula ılabilecek en uzun a ömrünün, dü ümlerin olu turdukları giri ve çıkı ba lantı sayısının sınırlandırılmasıyla nasıl etkilendi i irdelenmi tir. Abstract A wireless sensor network consists of at least one base station and multiple sensor nodes. These nodes are battery powered and are expected to operate for a long time therefore energy efficiency becomes a crucial design objective. Optimization of network lifetime can be achieved by balancing the energy consumption within the network. This requires nodes to split their flows to many other nodes to use them as relays towards the base station. Thus, some nodes have many inward connections and some have many outward connections. This situation is not desirable since it increases network complexity and requires huge routing tables. In this study, data splitting characteristics of sensor nodes have been examined through a linear programming framework. In the second stage, using a mixed integer programming framework, the influence of restricting inward and outward connection count on the network lifetime has been analyzed. 1. Giri Kablosuz algılayıcı a ların kullanım amacı, ortamdaki sıcaklık, nem gibi çevresel faktörlerin dü ümlerde bulunan algılayıcılar vasıtasıyla ölçülmesi, elde edilen verinin i lenmesi ve verinin baz istasyonuna ula tırılması olarak tanımlanmaktadır. Kablosuz algılayıcı aı olu turan dü ümlerin depolayabildikleri enerji miktarı, hesaplama ve ileti im kabiliyetleri ekonomik ve teknolojik sebeplerle kısıtlı olmaktadır [1]. Kablosuz algılayıcı a lar hakkında yapılan çalı maların enerji ve hesaplamsal olarak verimli algoritmalar, protokoller ve rotalar üzerine yo unla ması bu sebepledir. Kablosuz algılayıcı a lar enerji ihtiyaçlarını bataryalarından kar ıladıkları için yüksek enerji verimlili i en önemli tasarım hedeflerinden biridir. Buna ilave olarak algılayıcı a ların, genellikle gözetleme amaçlı olarak kullanılması dolayısıyla insanlardan uzak konumlarda kullanımı, batarya de i imi ve tekrar arj edilme gibi i lemleri çok zor kılmaktadır. Algılayıcı dü ümlerin, ortama bırakıldıktan sonra olabildi ince uzun süre hizmet vermesi dü üm üzerindeki elemanların enerji tüketim de erlerine ba lı oldu u kadar, dü ümler arasındaki yardımla maya da ba lıdır. Dü ümler toplam enerjilerinin çok büyük kısmını veri iletimi için harcamaktadırlar [2]. A içerisindeki enerji tüketiminin dengelenmesinin önemi örnek bir model üzerinde anlatılacaktır. ekil-1’de 4 dü üm ve bir baz istasyonundan olu an do rusal ve e it aralıklı yerle tirilmi bir algılayıcı a ı verilmi tir. Dü ümlerin ürettikleri veriyi gönderirken harcadıkları enerji alıcı dü üme olan uzaklıkla üssel olarak arttı ı varsayılmaktadır. E er ekil-1’de görüldü ü gibi dü ümler arasında hiç yardımla ma olmaz ve bütün dü ümler verilerini direk olarak baz istasyonuna gönderirlerse 4 numaralı dü üm enerjisini di er dü ümlerden çok daha kısa sürede tüketecek ve a ın kapsama alanı dü ecektir. kinci olarak, dü ümlerin sadece kendi enerji kısıtlarını dü ünerek veri iletimi yaptı ı durum ekil-2’de verilmi tir. Buna göre her dü üm kendisine en yakın olan dü üme verisini göndermekte ve bu veriyi onlar üzerinden atlatmaktadır. Bu durumda 1 numaralı dü üm di er dü ümlerden gelen verilerin de baz istasyonuna iletiminde 671