بهبود پوشش هدف در شبکه‌های حسگر بصری با تنظیم میدان دید دوربین‌ها و زمان‌بندی مجموعه‌های پوششی از طریق تبرید شبیه‌سازی شده
الموضوعات :
بهروز شاهرخ‌زاده
1
(دانشگاه آزاد اسلامی، واحد قزوین)
مهدی دهقان
2
(دانشگاه صنعتي اميركبير)
محمدرضا شاهرخ‌زاده
3
(دانشگاه جامع علمی- کاربردی قزوين)
الکلمات المفتاحية: پوشش هدف تبرید شبیه‌سازی شده شبکه‌های حسگر بصری طول عمر شبکه,
ملخص المقالة :
در سال‌های اخیر، مسأله «پوشش هدف» در شبکه‌های حسگر بصری که در آن دوربین‌ها داده‌های ویدئویی را جمع‌آوری می‌کنند مورد توجه قرار گرفته است. با توجه به محدودیت توان حسگرها، لازم است با استفاده بهینه از انرژی ذخیره‌شده، ضمن حفظ پوشش همه اهداف مستقر در محیط، طول عمر شبکه را نیز افزایش داد. در اینجا مسأله بیشینه‌سازی طول عمر شبکه با زمان‌بندی پوشش (MLCS) تعریف می‌شود که با تقسیم حسگرها به مجموعه‌های پوششی و سپس نوبت‌بندی خواب و بیدار آنها، در عین حفظ پوشش، مدت زمان عملیاتی شبکه افزایش می‌یابد. از طرفی، انتخاب بهترین میدان دید ممکن برای هر دوربین با توجه به موقعیت اهداف پیرامونی و با استفاده از قابلیت چرخش دوربین‌ها، ضمن کاهش اندازه فضای جواب، تأثیر مهمی در نزدیکی پاسخ مسأله به جواب بهینه دارد. برای حل مسأله، یک الگوریتم جدید مبتنی بر تبرید شبیه‌سازی شده (SA) با هدف یافتن تعداد مجموعه‌های پوششی بیشتر از حسگرهای دارای ذخیره انرژی بالاتر، پیشنهاد می‌شود. در روش پیشنهادی با ارائه یک تابع انرژی و تولید همسایگی جدید، ضمن پرهیز از تله نقطه بهینه محلی، توزیع متوازن انرژی حسگرها در سراسر شبکه تأمین می‌شود. نتایج شبیه‌سازی نشان می‌دهد که کارایی الگوریتم پیشنهادی نسبت به سایر روش‌ها از جمله روش‌های حریصانه، بهتر است.
[1] I. F. Akyildiz, W. Su, Y. Sankarasubramaniam, and E. Cayirci, "Wireless sensor networks: a survey," Computer Networks, vol. 38, no. 4, pp. 393-422, Mar. 2002.
[2] S. Soro and W. Heinzelman, "A survey of visual sensor networks," Advances in Multimedia, vol. 2009, 21 pp., 2009.
[3] H. H. Yen, "Efficient visual sensor coverage algorithm in wireless visual sensor networks," in Proc. 9th Int. Wireless Communications and Mobile Computing Conf., IWCMC'13, pp. 1516-1521, 1-5 Jul. 2013.
[4] J. Ai and A. A. Abouzeid, "Coverage by directional sensors in randomly deployed wireless sensor networks," J. of Combinatorial Optimization, vol. 11, no. 1, pp. 21-41, Feb. 2006.
[5] Y. Cai, W. Lou, M. Li, and M. Li, "Energy efficient target-oriented scheduling in directional sensor networks," IEEE Trans. on Computers, vol. 58, no. 9, pp. 1259-1274, Sep. 2009.
[6] K. Han, L. Xiang, J. Luo, and Y. Liu, "Minimum-energy connected coverage in wireless sensor networks with omni-directional and directional features," in Proc. of the 13th ACM International Symposium on Mobile Ad Hoc Networking and Computing, pp. 85-94, 11-14 Jun. 2012.
[7] Y. Hong, et al., "Target-temporal effective-sensing coverage in mission-driven camera sensor networks," in Proc. of 22nd Int. Conf. on Computer Communications and Networks, ICCCN'13, 9 pp., 30 Jul.-2 Aug. 2013.
[8] Y. H. Kim, Y. H. Han, Y. S. Jeong, and D. S. Park, "Lifetime maximization considering target coverage and connectivity in directional image/video sensor networks," The J. of Supercomputing, vol. 65, no. 1, pp. 365-382, Jul. 2013.
[9] F. Xiao, et al., "Surface coverage algorithm in directional sensor networks for three-dimensional complex terrains," Tsinghua Science and Technology, vol. 21, no. 4, pp. 397-406, Aug. 2016.
[10] S. Xu, W. Lyu, and H. Li, "Optimizing coverage of 3D wireless multimedia sensor networks by means of deploying redundant sensors," International J. of Advanced Studies in Computers, Science and Engineering, vol. 4, no. 9, p. 28, 2015.
[11] M. Cardei, M. T. Thai, Y. Li, and W. Wu, "Energy-efficient target coverage in wireless sensor networks," in Proc. IEEE Proc. 24th Annual Joint Conf. of the IEEE Computer and Communications Societies, INFOCOM'05, vol. 3, pp. 1976-1984, 13-17 Mar. 2005.
[12] J. M. Gil and Y. H. Han, "A target coverage scheduling scheme based on genetic algorithms in directional sensor networks," Sensors, vol. 11, no. 2, pp. 1888-1906, 2011.
[13] G. S. Kasbekar, Y. Bejerano, and S. Sarkar, "Lifetime and coverage guarantees through distributed coordinate-free sensor activation," IEEE/ACM Trans. on Networking, vol. 19, no. 2, pp. 470-483, Apr. 2011.
[14] M. Hosseini, M. Dehghan, and H. Pedram, "Lifetime improvement of visual sensor networks for target coverage through uniform energy consumption," International J. of Ad Hoc and Ubiquitous Computing, vol. 14, no. 4, pp. 249-266, 2013.
[15] M. C. Wu and W. F. Lu, "On target coverage problem of angle rotatable directional sensor networks," in Proc. 7th Int. Conf. on Innovative Mobile and Internet Services in Ubiquitous Computing, IMIS'13, pp. 605-610, 3-5 Jul. 2013.
[16] V. P. Munishwar, V. Kolar, and N. B. Abu-Ghazaleh, "Coverage in visual sensor networks with Pan-Tilt-Zoom cameras: the MaxFoV problem," in Proc. IEEE INFOCOM, pp. 1492-1500, 27 Apr.-2 May 2014.
[17] M. Cardei and D. Z. Du, "Improving wireless sensor network lifetime through power aware organization," Wireless Networks, vol. 11, no. 3, pp. 333-340, May 2005.
[18] L. Ding, W. Wu, J. Willson, L. Wu, Z. Lu, and W. Lee, "Constant-approximation for target coverage problem in wireless sensor networks," in Proc. IEEE INFOCOM, pp. 1584-1592, Mar. 2012.
[19] Y. Li and S. Gao, "Designing k-coverage schedules in wireless sensor networks," J. of Combinatorial Optimization, vol. 15, no. 2, pp. 127-146, Feb. 2008.
[20] A. Rossi, A. Singh, and M. Sevaux, "Lifetime maximization in wireless directional sensor network," European J. of Operational Research, vol. 231, no. 1, pp. 229-241, Nov. 2013.
[21] S. Kirkpatrick, "Optimization by simulated annealing: quantitative studies," J. of Statistical Physics, vol. 34, no. 5-6, pp. 975-986, Mar. 1984.
[22] V. Cerny, "Thermodynamical approach to the traveling salesman problem: an efficient simulation algorithm," J. of Optimization Theory and Applications, vol. 45, no. 1, pp. 41-51, Jan. 1985.
[23] N. Metropolis and S. Ulam, "The monte carlo method," J. of the American Statistical Association, vol. 44, no. 247, pp. 335-341, 1949.
[24] D. H. Ackley, G. E. Hinton, and T. J. Sejnowski, "A learning algorithm for boltzmann machines," Cognitive Science, vol. 9, no. 1, pp. 147-169, Jan. 1985.
