Operadores geométricos para otimização dinâmica com aplicação ao problema de cobertura e conectividade em redes de sensores sem fionão-hierárquicas

• Autor(a) principal: Flavio Vinicius Cruzeiro Martins
• Data de Publicação: 2012
• Tipo de documento: Tese
• Idioma: por
• Título da fonte: Repositório Institucional da UFMG
• Texto Completo: http://hdl.handle.net/1843/BUOS-9M9H23
• topic: Otimização dinâmica; Otimização combinatória; Operadores geométricos; Algoritmos genéticos; Redes de sensores sem fio; Otimização multiobjetivo; Sistemas dinâmicos; Otimização combinatória; Engenharia elétrica; Redes de sensores sem fio

Recentes estudos levantaram a seguinte hipótese: a atribuição de uma geometria para o espaço das variáveis de decisão de um problema combinatório pode ser útil tanto para fornecer descrições significativas do panorama das funções (fitness landscape), como também para apoiar a construção sistemática de operadores evolutivos ditos geométricos, os quais fazem uso consistente das propriedades geométricas do espaço, em busca do ótimo do problema. Este trabalho introduz novos operadores geométricos que constituem a concretização das entidades geométricas direção de descida e subespaço em espaços de variáveis combinatórias. Estes novos operadores geométricos são apresentados no contexto específico do Problema Dinâmico de Cobertura e Conectividade em Redes de Sensores sem Fio (PDCC-RSSF). As RSSF têm se mostrado uma área de intensa atividade de pesquisa, sendo que um importante tópico tem sido buscar uma rede com consumo energético eficiente, na tentativa de se obter redes com tempo de vida prolongado. Para estender o tempo de vida da rede, um novo modelo que captura a dinamicidade do PDCC-RSSF é proposto. Para sua solução, são desenvolvidos algoritmos genéticos em versões mono-objetivo e multiobjetivo, utilizando os operadores geométricos propostos. Uma comparação interessante é realizada em relação a uma formulação de um único objetivo definida por um problema de programação linear inteira (PLI), resolvido por métodos exatos. Esta formulação por PLI adota uma função proxy como objetivo, que minimiza o consumo de energia, a fim de aproximar o objetivo principal de maximização do tempo de vida da rede. Além disto, utiliza uma abordagem gulosa pra lidar com a dinâmica do sistema, resolvendo um problema estático de PLI para cada estágio, para aproximar do problema dinâmico. Até onde sabe este autor, os algoritmos aqui apresentados são os primeiros a superar o tempo de vida de uma rede sintetizada pela formulação por PLI, e ainda com um custo computacional menor. Apesar de serem obtidas em um ambiente totalmente controlado, as soluções aqui desenvolvidas podem servir como referência para o projeto de uma RSSF. Abordagens on-line foram construídas com o intuito de aproximar as soluções apresentadas de situações mais reais. Tais abordagens utilizam como referência a rede projetada pela solução do novo modelo proposto para o PDCC-RSSSF. Simulações para analisar o desempenho das abordagens foram realizadas em um ambiente com falhas imprevistas. Os resultados foram comparados com a referência de projeto, sendo obtidos resultados positivos. Além da introdução de duas entidades geométricas no contexto geométrico para problemas combinatórios, uma das contribuições deste trabalho é a apresentação de um novo modelo, verdadeiramente dinâmico, para o PDCC-RSSF, juntamente com algoritmos que conseguem resolver tal modelo. Diferente das abordagens encontradas na literatura, este trabalho propõe uma nova abordagem para o projeto de RSSF, em que todos os estágios de funcionamento da rede são tratados de forma simultânea e não individualmente.