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Tipo do documento: Dissertação
Título: Otimização de redes de sensores sem fio: uma abordagem baseada em algoritmo genético para o posicionamento multiobjetivo em áreas urbanas
Autor: Alves, Gabriel Sá Barreto 
Primeiro orientador: Jesus, Thiago Cerqueira de
Primeiro coorientador: Pires, Matheus Giovanni
Primeiro membro da banca: Pires, Matheus Giovanni
Segundo membro da banca: Peixoto, João Paulo Just
Terceiro membro da banca: Loula, Angelo Conrado
Resumo: O avanço tecnológico ampliou o uso da computação em diversas áreas, destacando as Redes de Sensores Sem Fio no contexto da Internet das Coisas, as quais permitem a coleta contínua de dados estruturais e ambientais e respostas rápidas a eventos críticos. Entretanto, a disposição eficiente dos sensores é um desafio central, pois um arranjo inadequado pode afetar aspectos como cobertura, consumo energético e a confiabilidade dos dados. Esse problema de posicionamento é considerado multiobjetivo devido à necessidade de otimizar múltiplos critérios simultaneamente e, em redes de grande escala, a complexidade combinatória inviabiliza o uso de abordagens tradicionais na busca por soluções ótimas. Diante disso, esta pesquisa propõe e analisa uma nova estratégia de posicionamento para RSSF compostas por sensores escalares e visuais, utilizando o Non-dominated Sorting Genetic Algorithm-II (NSGA-II) para otimizar os critérios de cobertura, qualidade de sensoriamento e conectividade em rede. Entre os experimentos realizados, destacam-se a definição dos hiperparâmetros do NSGA-II por meio de Grid Search, a análise do posicionamento em um cenário ideal de teste, a aplicação do método Technique for Order of Preference by Similarity to Ideal Solution (TOPSIS) para a seleção de soluções nas Fronteiras de Pareto e a análise da variabilidade das soluções encontradas em cem cenários de implantação com distribuição aleatória das redes. Os resultados demonstraram que o conjunto de hiperparámetros escolhido foi eficaz na busca por soluções adequadas, atendendo satisfatoriamente aos critérios de otimização e evidenciando a eficiência do processo de posicionamento proposto. Ademais, a aplicação do método TOPSIS indicou que, para este estudo, a seleção de soluções pode ser feita considerando o mesmo nível de relevância para todos os critérios, uma vez que a priorização não apresentou diferenças significativas. Por fim, a baixa variabilidade observada nas execuções sucessivas do NSGA-II comprovou que a metodologia proposta apresenta comportamento estável e reprodutível no processo de busca por soluções. Desta forma, essa pesquisa não apenas pode auxiliar na otimização de aplicações urbanas, mas também facilita o planejamento e a adaptação das RSSF em diferentes ambientes externos; nesse contexto, contribuindo para o aprimoramento dos estudos existentes e fornecendo diretrizes para futuras investigações na àrea.
Abstract: Technological advances have expanded the use of computing in various areas, highlighting Wireless Sensor Networks in the context of the Internet of Things. These networks enable continuous collection of structural and environmental data and rapid responses to critical events. However, the efficient placement of sensors is a central challenge, as inadequate arrangement can affect aspects such as coverage, energy consumption, and data reliability. This positioning problem is regarded as multi-objective due to the necessity of optimizing multiple criteria concurrently. In large-scale networks, combinatorial complexity precludes the application of traditional approaches in the pursuit of optimal solutions. In light of these findings, the present study puts forth and examines a novel positioning strategy for RSSFs comprising scalar and visual sensors. This strategy utilizes the Non-dominated Sorting Genetic Algorithm-II (NSGA-II) to optimize the criteria of coverage, sensing quality, and network connectivity. Among the experiments performed, the following should be emphasized: the definition of NSGA-II hyperparameters using Grid Search, the analysis of positioning in an ideal test scenario, the application of the Technique for Order of Preference by Similarity to Ideal Solution (TOPSIS) for the selection of solutions on the Pareto Frontiers, and the analysis of the variability of the solutions found in one hundred scenarios with random network distribution. The results demonstrated the efficacy of the selected set of hyperparameters in identifying suitable solutions, meeting the established optimization criteria, and underscoring the efficiency of the proposed positioning process. Furthermore, the application of the TOPSIS method indicated that, for the present study, the selection of solutions can be made considering the same level of relevance for all criteria, since the prioritization did not show significant differences. Finally, the low variability observed in successive executions of NSGA-II demonstrated the stability and reproducibility of the proposed methodology in the search process for solutions. Consequently, this research can assist in the optimization of urban applications and facilitate the planning and adaptation of RSSFs in different outdoor environments. This contributes to the improvement of existing studies and provides guidelines for future research in the area.
Palavras-chave: Posicionamento de Sensores
Redes de Sensores sem Fio
Areas Urbanas
Algoritmo Genético
Otimização Multiobjetivo
Sensor Positioning
Wireless Sensor Networks
Urban Areas
Genetic Algorithm
Multi-objective Optimization
Área(s) do CNPq: CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::CIENCIA DA COMPUTACAO
Idioma: por
País: Brasil
Instituição: Universidade Estadual de Feira de Santana
Sigla da instituição: UEFS
Departamento: DEPARTAMENTO DE CIÊNCIAS EXATAS
Programa: Programa de Pós-Graduação em Ciência da Computação
Citação: ALVES, Gabriel Sá Barreto. Otimização de redes de sensores sem fio: uma abordagem baseada em algoritmo genético para o posicionamento multiobjetivo em áreas urbanas, 2025, 140f., Dissertação (mestrado) - Programa de Pós-Graduação em Ciência da Computação, Universidade Estadual de Feira de Santana, Feira de Santana.
Tipo de acesso: Acesso Aberto
URI: http://tede2.uefs.br:8080/handle/tede/1976
Data de defesa: 1-Out-2025
Aparece nas coleções:Coleção UEFS

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