Effective area coverage for wireless and actor networks

Abstract

ÖZET Kablosuz algılayıcı ağlarda ortaya çıkan temel problemlerden birisi kapsama alanıdır. Genellikle, kapsama alam bir hizmet kalitesi ölçütü (QoS) olarak düşünülmektedir. Bunun yanında algılayıcı dağıtılmış bir alanın ne kadarının algılayıcıların iletim ve algılama menzilinde bulunduğunun belirlenmesi de bir kapsama alam problemi olarak tanımlanmaktadır. Geniş alanlara dağıtılmış algılayıcı nodlardan belirli bölgeleri farklı zamanlarda sorgulayarak veri toplamak enerji tasarrufuna katkıda bulunacaktır. Bu durumda sorgulama alam dışında kalan algılayıcılar uyuyacak ve enerji tüketmeyecektir. Bu tezde sorgulama yöntemi ile veri toplanan bir kablosuz algılayıcı ağda ortaya çıkan iki kapsama alam problemi tammlanrmştır. Bunlardan bir tanesi ilgisiz-nod-katılımı problemidir ve bu problem, sorgulanan bölge dışında kalan nodlarm da oluşturulan dinamik algılayıcı ağma katılması ile ortaya çıkmaktadır. İlgisiz-nod-katılımı problemi oluştuğunda; sorgulama alam dışında oluşan olaylar ve veriler, ağ üzerinden iletilerek tutarsız veri toplanmasına ve sorgulama alam dışında olduğu halde sorgulamaya katılan nodlarm enerjisinin gereksiz yere harcanmasına yol açar. Diğer yandan sorgulama alam içinde kalan nodlarm oluşturulan dinamik kablosuz algılayıcı ağlar arasında boşluk bırakmayacak şekilde katılması gerekir. Sorgulama alam içinde algılayıcı nodlar tarafından kapsanmayan boşlukların kalması ise kapsanmayan-izleme-alanı problemi olarak isirrüendirilmiştir. Bu tezde, yukarıda bahsedilen iki kapsama alam problemlerini çözmek için Tekrarlanan Dışbükey Kabuklar Algoritması önerilmektedir. Önerilen algoritmalar sorgulama alanında gezinen hareketli aktör nodlar tarafından yönetilen birçok algılayıcı ağ oluşturur. Aktör nodlar daha geniş iletim menziline sahiptirler ve diğer aktör nodlarla birbirlerine bağlıdırlar. Sonuç olarak izlenen alan içerisinde birbirine bağlı, birleşik ve büyük bir algılayıcı ve aktör ağ oluşması beklenmektedir. Simülasyon ve test sonuçlan ilgisiz-nod-katılımı probleminin tamamen çözüldüğünü ve izlenen alanın tatminkar düzeyde kapsama alam içinde kaldığım göstermiştir. xı

jgl ABSTRACT Coverage is one of the fundamental problems that arise in wireless ad hoc sensor networks. In general, coverage can be considered as the measure of quality of service (QoS) of a sensor network. Nevertheless, identifying how much of a sensor deployed area is in the sensing and transmission range of sensors is defined as coverage problem. Collecting data by querying the specified parts of the sensor deployed area in different time periods can help energy saving of sensor nodes. In this way, the sensor nodes out of the monitoring area sleep and do not consume power. In this thesis two problems that occur in wireless sensor and actor networks when collecting data by querying are defined. One is the Unrelated-Node- Join problem and it appears when the sensor nodes out of the monitoring area join me dynamically constructed sensor network. The events, which happen out of the monitoring area, are also transmitted as if they happened in the monitoring area, and as a result of this, the collected data becomes inconsistent and unnecessary energy consumption of outer sensor nodes arises. On the other way, the sensor nodes in the monitoring area should join the dynamic networks without leaving uncovered holes in the queried region. The case of remaining uncovered partitions in the queried region is named as Uncovered-Monitoring area problem. In this thesis, Recursive Convex Hull Algorithms are proposed to solve the problems mentioned above. The algorithms create many different sensor networks, which are rooted by the actor nodes in the monitoring area. The actor nodes are already connected to each other since they have wider transmission ranges. As a result, one bigger, connected and combined network inside the monitoring area is expected to realize. The results of the simulation and experiments show that unrelated-node-join problem is solved completely and the monitoring area is covered by connected sensor and actor networks with a satisfactory rate.