Show simple item record

dc.contributor.advisorGeorgiou, Chryssisen
dc.contributor.advisorVassiliou, Vasosen
dc.contributor.authorTemene, Natalie K.en
dc.coverage.spatialCyprusen
dc.creatorTemene, Natalie K.en
dc.date.accessioned2023-01-04T17:02:50Z
dc.date.available2023-01-04T17:02:50Z
dc.date.issued2022-12
dc.identifier.urihttp://gnosis.library.ucy.ac.cy/handle/7/65425en
dc.descriptionIncludes bibliographical references.en
dc.descriptionNumber of sources in the bibliography: 96.en
dc.descriptionThesis (Ph. D.) -- University of Cyprus, Faculty of Pure and Applied Sciences, Department of Computer Science, 2022.en
dc.descriptionThe University of Cyprus Library holds the printed form of the thesis.en
dc.description.abstractThe operation of the Internet of Things (IoT) networks and Wireless Sensor Networks (WSNs) is often disrupted by a number of problems, such as congestion, path disconnections, node faults, and security attacks. These issues are the results of the limitations these networks provide in terms of memory, computational power, and energy. A method that gains significant research interest for tackling the aforementioned issues is the employment of mobile nodes or nodes deployed by mobile robots. The use of mobile elements essentially increases the resources and the capacity of the network, which results in increasing the lifetime of the network. This thesis proposes algorithmic solutions that utilize mobile nodes and contribute significantly to the alleviation of different network problems, such as congestion and node failure. The first algorithmic solution presented is the Node Placement Algorithm (NPA) that consists of two variations to assist existing congestion control algorithms in facing congestion in WSNs. The first variation, called Dynamic Node Placement Algorithm, employs mobile nodes that create locally significant alternative paths leading to the sink, whereas the second variation, called Direct Path Node Placement Algorithm, employs mobile nodes that create individual (disjoint) paths to the sink. An immediate extension of the NPA algorithm, called Energy-aware Node Placement Algorithm (eNPA), includes the introduction of the term “reuse” to the mobile nodes. Mobile nodes are able to be reused in cases where their current problem has been resolved and they are not needed anymore, as well as when their energy level allows them to take on a new task. The addition of considering the energy consumption of the mobile nodes in the network provided a helpful task. This task was able to replace an energy exhausted mobile node in time before a new problem occurred or reuse it in a new position for resolving a new problem occurrence. A realistic extension of the previous work, called Carrier-based Node Placement Algorithm (cNPA), includes the use of mobile carriers that carry the mobile node in the network. The concept of mobile carriers as the transportation means that will move the mobile nodes around the network to position them to the calculated location is examined. This concept was examined via two approaches, stay and leave, based on the next action of the carrier. In the stay approach, the mobile carrier, after each transportation, stays with its assigned mobile node until instructed otherwise from the sink node. In the leave approach, the mobile carrier, after each task, returns to its initial position. This algorithm uses the energy consumption of each mobile node to the fullest without considering the returning process, which is part of the carrier, while the carrier performs its transportation effectively and efficiently. To extend the range of use cases, a new algorithmic solution is presented that focuses in dealing with faults in the network. The Fault-Tolerant Node Placement Algorithms (FTNPA) is presented that consists of two variations: the decentralized and the centralized. The Decentralized FTNPA uses a decentralized detection mechanism and a local recovery mechanism that uses mobile nodes, whereas the Centralized FTNPA uses a centralized detection mechanism and its recovery mechanism creates alternative mobile nodes paths. The evaluation of all algorithms was performed with the use of the COOJA simulator of Contiki OS. The different approaches were compared to different scenarios of the algorithm. The results show that all algorithms are able to mitigate the problem that occurs in the network. The algorithmic solutions that focus on the use case of congestion, show a significant contribution to the alleviation of the problem of congestion in IoT and WSNs. Additionally, the algorithmic solutions that focus on the use case of faults, show a significant contribution to the detection and recovery process of faults in IoT and WSNs. All algorithmic solutions have the potential of being used for other types of networks, such as Smart Cities and Industrial IoT (IIoT), as well as different network problems, such as malicious attacks and data modifications. Overall, the thesis combines theory and practice by, on the one hand, developing novel algorithmic solutions addressing challenges at different layers and aspects (such as positioning, energy, transportation, and fault-tolerance), while, on the other hand, implementing and evaluating the solutions using simulators and identifying interesting performance trade-offs for different methods and approaches.en
dc.description.abstractΗ λειτουργία του Διαδικτύου των Πραγμάτων και των Ασύρματων Δικτύων Αισθητήρων συχνά μπορεί να διακοπεί λόγω σοβαρών προβλημάτων, όπως τη συμφόρηση, την αποσύνδεση διαδρομής, τα σφάλματα κόμβων και τις επιθέσεις ασφαλείας. Αυτά τα ζητήματα προκύπτουν κυρίως από τους περιορισμούς που έχουν αυτά τα δίκτυα όσον αφορά τη μνήμη, την υπολογιστική ισχύ και την ενέργεια. Σημαντικό ερευνητικό ενδιαφέρον για την αντιμετώπιση των προαναφερθέντων ζητημάτων αποτελεί η μέθοδος που χρησιμοποιεί κινητούς κόμβους που μεταφέρονται από κινητά ρομπότ. Η χρήση κινητών οντοτήτων αυξάνει τους πόρους και τη χωρητικότητα του δικτύου, με απώτερο σκοπό την επέκταση της διάρκειας ζωής του δικτύου. Στην παρούσα διδακτορική διατριβή παρουσιάζουμε αλγοριθμικές λύσεις που έχουν στόχο τη χρήση και επαναχρησιμοποίηση κινητών κόμβων στο δίκτυο για επίλυση διάφορων προβλημάτων, όπως για παράδειγμα τη συμφόρηση και τα σφάλματα κόμβων. Η πρώτη αλγοριθμική λύση που παρουσιάστηκε αποτελείται από ένα αλγόριθμο ελέγχου συμφόρησης που χρησιμοποιεί κινητούς κόμβους, και περιλαμβάνει δυο παραλλαγές ώστε να μπορεί να βοηθήσει τους υπάρχοντες αλγορίθμους ελέγχου συμφόρησης στην αντιμετώπιση του προβλήματος. Η πρώτη παραλλαγή χρησιμοποιεί κινητούς κόμβους για να δημιουργήσει τοπικά ενναλακτικά μονοπάτια προς τη βάση, ενώ η δεύτερη παραλλαγή χρησιμοποιεί κινητούς κόμβους για να δημιουργήσει ανεξάρτητα μονοπάτια προς τη βάση. Μια άμεση επέκταση της πρώτης παραλλαγής του αλγορίθμου, περιλαμβάνει την εισαγωγή του όρου «επαναχρησιμοποίηση» για τους κινητούς κόμβους. Οι κινητοί κόμβοι μπορούν να επαναχρησιμοποιηθούν σε περιπτώσεις όπου το τρέχον πρόβλημά έχει επιλυθεί και δεν χρειάζονται πλέον, καθώς και όταν το ενεργειακό τους επίπεδο τους επιτρέπει να αναλάβουν μια νέα εργασία. Η προσθήκη του ελέγχου της κατανάλωσης ενέργειας των κινητών κόμβων στο δίκτυο παρέχει τη δυνατότητα της αντικατάστασης ενός εξαντλημένου κινητού κόμβου εγκαίρως πριν εμφανιστεί ένα νέο πρόβλημα ή την επαναχρησιμοποίησή του σε μια νέα θέση για την επίλυση ενός νέου προβλήματος που εμφανίστηκε. Μια ρεαλιστική επέκταση της προηγούμενης εργασίας περιλαμβάνει τη χρήση κινητών μεταφορέων για τη μετακίνηση των κινητών κόμβων στο δίκτυο. Εδώ εξετάζεται η ιδέα της χρήσης κινητών μεταφορέων που θα είναι υπεύθυνοι για τη μετακίνηση των κινητών κόμβων μέσα στο δίκτυο ώστε να τοποθετηθούν στις υπολογιζόμενες για αυτούς θέσεις. Η επέκταση αυτή αποτελείται από δυο προσεγγίσεις, την παραμονή και την επιστροφή, που βασίζεται στην επόμενη ενέργεια του κινητού μεταφορέα. Στην προσέγγιση παραμονής, ο κινητός μεταφορέας μετά από κάθε μετακίνηση ενός κινητού κόμβου, παραμένει εκεί μαζί του έως ότου λάβει διαφορετικές οδηγίες από τη βάση. Ενώ στην προσέγγιση επιστροφής, ο κινητός μεταφορέας μετά από κάθε μετακίνηση που πραγματοποιεί, επιστρέφει στην αρχική του θέση. Αυτός ο αλγόριθμος είναι σε θέση να χρησιμοποιεί την ενέργεια του κινητού κόμβου στο έπακρο χωρίς να λαμβάνει υπόψη τη διαδικασία επιστροφής, η οποία αποτελεί μέρος του κινητού μεταφορέα, ενώ, παράλληλα, ο κινητός μεταφορέας πραγματοποιεί τη μεταφορά του επιτυχώς και αποτελεσματικά. Για την επέκταση του εύρους των προβλημάτων που αντιμετωπίζονται, μια νέα αλγοριθμική λύση παρουσιάστηκε που εστιάζει στην αντιμετώπιση σφαλμάτων στο δίκτυο. Παρουσιάζεται ένα Πλαίσιο Διαχείρισης Σφαλμάτων που χρησιμοποιεί κινητούς κόμβους και αποτελείται από δυο μηχανισμούς: ένα αποκεντρωμένο μηχανισμό διαχείρισης σφαλμάτων και ένα κεντρικοποιημένο μηχανισμό διαχείρισης σφαλμάτων. Ο πρώτος μηχανισμός χρησιμοποιεί μια αποκεντρωμένη μέθοδο ανίχνευσης σφαλμάτων και μια τοπική μέθοδο ανάκτησης που χρησιμοποιεί κινητούς κόμβους, ενώ ο δεύτερος μηχανισμός χρησιμοποιεί μια κεντρικοποιημένη μέθοδο ανίχνευσης και ένα μια μέθοδο ανάκτησης που δημιουργεί μονοπάτια που αποτελούνται αποκλειστικά από κινητούς κόμβους. Οι αλγοριθμικές λύσεις που εστιάζουν στο πρόβλημα της συμφόρησης, δείχνουν σημαντική συμβολή στην άμβλυνση του προβλήματος αυτού τόσο στα Ασύρματα Δίκτυα Αισθητήρων όσο και στο Διαδίκτυο των Πραγμάτων. Επιπλέον, οι αλγοριθμικές λύσεις που εστιάζουν στο πρόβλημα των σφαλμάτων, παρουσιάζουν σημαντική συμβολή στη διαδικασία ανίχνευσης και ανάκτησης σφαλμάτων σε αυτά τα δίκτυα. Όλες οι αλγοριθμικές λύσεις έχουν την προοπτική να χρησιμοποιηθούν για άλλους τύπους δικτύων, καθώς και άλλα προβλήματα που μπορούν να προκύψουν στα δίκτυα αυτά.el
dc.format.extent
dc.language.isoengen
dc.publisherΠανεπιστήμιο Κύπρου, Σχολή Θετικών και Εφαρμοσμένων Επιστημών / University of Cyprus, Faculty of Pure and Applied Sciencesen
dc.rightsAttribution-NoDerivs 3.0 Greece*
dc.rightsinfo:eu-repo/semantics/openAccessen
dc.rightsOpen Accessen
dc.rights.urihttp://creativecommons.org/licenses/by-nd/3.0/gr/*
dc.titleUtilizing mobile nodes in wireless sensor networks and IoT networksen
dc.title.alternativeΑξιοποίηση κινητών κόμβων σε ασύρματα δίκτυα αισθητήρων και στο διαδίκτυο των πραγμάτωνel
dc.typeinfo:eu-repo/semantics/doctoralThesisen
dc.contributor.committeememberPallis, Georgeen
dc.contributor.committeememberPhilippou, Annaen
dc.contributor.committeememberNikoletseas, Sotirisen
dc.contributor.committeememberChrysostomou, Chrysostomosen
dc.contributor.departmentΠανεπιστήμιο Κύπρου, Σχολή Θετικών και Εφαρμοσμένων Επιστημών, Τμήμα Πληροφορικήςel
dc.contributor.departmentUniversity of Cyprus, Faculty of Pure and Applied Sciences, Department of Computer Scienceen
dc.subject.uncontrolledtermWIRELESS SENSOR NETWORKSen
dc.subject.uncontrolledtermINTERNET OF THINGSen
dc.subject.uncontrolledtermMOBILITYen
dc.subject.uncontrolledtermMOBILE NODESen
dc.subject.uncontrolledtermMOBILE ROBOTSen
dc.subject.uncontrolledtermFAULT TOLERANCEen
dc.identifier.lcen
dc.author.facultyΣχολή Θετικών και Εφαρμοσμένων Επιστημών / Faculty of Pure and Applied Sciences
dc.author.departmentΤμήμα Πληροφορικής / Department of Computer Science
dc.type.uhtypeDoctoral Thesisen
dc.rights.embargodate2023-01-04
dc.contributor.orcidGeorgiou, Chryssis [0000-0003-4360-0260]
dc.contributor.orcidTemene, Natalie K. [0000-0003-0495-6424]
dc.contributor.orcidVassiliou, Vasos [0000-0001-8647-0860]


Files in this item

Thumbnail
Thumbnail

This item appears in the following Collection(s)

Show simple item record

Attribution-NoDerivs 3.0 Greece
Except where otherwise noted, this item's license is described as Attribution-NoDerivs 3.0 Greece