Serial distributed detection strategies for wireless sensor networks

Abstract

Sağlık, askeri ve ev gibi çok değişik uygulama alanlarında gelecek vaadeden telsiz duyarga ağlarına ilgi son yıllarda önemli ölçüde arttı. Telsiz duyarga ağlarında topoloji yönetimi, etkili yol saptama protokolleri, ortak sinyal işleme ve buna benzer çeşitli teknik sorunlar incelenmeye başlandı. Bu tezde, telsiz duyarga ağlarda dağıtık seri sezimleme algoritmaları incelenecektir. Geleneksel duyarga ağlarında lokal duyarga kararlarının hatasız olarak tümleştirme merkezine iletildiği farzedilmektedir. Geleneksel duyarga ağlarının aksine, kablosuz iletim kanalı sönümlemeye ve girişime maruz kaldığı için telsiz duyarga ağlarda kayıpsız haberleşme öngörülemez. Telsiz duyarga ağları için önerilen dağıtık sezimleme algoritmalarında, düşük güç iletiminde kanalın sönümleme ve gürültü etkilerini de hesaba katmalıdır.Bu tezde, ilk olarak dağıtık seri sezimleme için en iyi kaynaşım kuralına alt kaynaşım kuralları önerilmektedir. Daha da özel olarak, en iyi kaynaşım kuralının gereksinimlerini azaltmak için düşük ve yüksek işaret-gürültü oranlarında (SNR) en iyi kaynaşım kuralına yaklaşımlar elde ettik. Daha sonra, duyargaların kullanım dışı olduğu durumlarda dağıtık seri sezimleme performansının nasıl etkilendiğini inceledik ve duyargaların kullanım dışı olduğu durumlarda daha gürbüz çalışan karar kaynaşım kuralları önerdik. Son olarak, karar geribeslemelerinin dağıtık seri sezimlemeyi nasıl etkilediğini inceledik. Dağıtık seri sezimleme başarımını arttırmak için geribesleme yöntemleri önerdik ve bu yöntemlere uygun karar kaynaşım kuralları türettik.

The interest in wireless sensor networks (WSNs) has been significantly increased over the past years due to their promising future in wide range of application areas like health, military and home. Various technical issues of WSNs have been investigated recently such as topology management, efficient routing protocols and collaborative signal processing. This thesis considers serial distributed detection in WSNs. Unlike traditional distributed detection algorithms where error-free transmissions of local decisions to the fusion center are assumed, lossless communication is not applicable in WSNs since wireless transmission channels are subjected to fading and interference. Suggested distributed detection algorithms in WSNs should deal with the channel uncertainty due to fading and noisy effects of non-ideal channel under low power transmission.In this thesis, we first propose suboptimal fusion rules to the optimal fusion rule for serial distributed detection. In particular, we derive the low and high SNR approximations of the optimal rule in order to relieve some requirements of the optimal fusion rule. Then, we investigate effects of node failure to the serial distributed detection performance and we suggest more robust decision fusion rules under node failure. Lastly, we analyze effects of decision feedback at serial network topology. In order to improve serial distributed detection performance we propose feedback strategies and derive appropriate decision fusion rules for suggested strategies.