[論文レビュー] Dynamic Coverage of Mobile Sensor Networks

Benyuan Liu, Olivier Dousse+2 more|arXiv (Cornell University)|Jan 1, 2011

Energy Efficient Wireless Sensor Networks参考文献 31被引用数 5

ひとこと要約

本稿では、センサーが連続的に移動するモバイルセンサーネットワークにおける動的カバレッジを研究している。センサーの移動を確率的モデル化し、最適な戦略を導出。その結果、均等にランダムなセンサー移動方向選択が、静止した侵入者に対する検出時間を最小化し、侵入者が静止している場合にナッシュ均衡を形成することを示しており、スパarsなネットワークにおける侵入検出性能の向上に寄与する。

ABSTRACT

In this paper we study the dynamic aspects of the coverage of a mobile sensor network resulting from continuous movement of sensors. As sensors move around, initially uncovered locations are likely to be covered at a later time. A larger area is covered as time continues, and intruders that might never be detected in a stationary sensor network can now be detected by moving sensors. However, this improvement in coverage is achieved at the cost that a location is covered only part of the time, alternating between covered and not covered. We characterize area coverage at specific time instants and during time intervals, as well as the time durations that a location is covered and uncovered. We further characterize the time it takes to detect a randomly located intruder. For mobile intruders, we take a game theoretic approach and derive optimal mobility strategies for both sensors and intruders. Our results show that sensor mobility brings about unique dynamic coverage properties not present in a stationary sensor network, and that mobility can be exploited to compensate for the lack of sensors to improve coverage.

研究の動機と目的

• モバイルセンサーネットワークにおける連続的センサーモビリティが、時間経過とともに領域カバレッジをどのように向上させるかを理解すること。
• 時間的に変化するカバレッジ指標（ある時点でカバーされた領域の割合、ある場所がカバーまたは非カバー状態にとどまる時間）を特徴付けること。
• ランダムに配置された静止した侵入者の検出時間を分析することで、侵入検出性能を評価すること。
• ゲーム理論を用いて、センサーや侵入者の戦略的最適化を特定。両者とも単独で戦略を変更しても検出時間を改善できない状態を保証すること。
• 最小センシング時間要件が最適センサースピードに与える影響を検討。過度なモビリティが検出性能を低下させる可能性を示している。

提案手法

• センサー移動を、初期方向が一様分布に従う独立な連続的なランダムウォークとしてモデル化。
• ある時点でカバーされる領域の期待割合、および時間区間全体での期待値を解析的に導出。
• 確率的幾何学と初到達時間解析を用いて、静止した侵入者の検出時間の分布を計算。
• ゲーム理論を適用し、モバイルセンサーと侵入者の戦略的相互作用をモデル化。ナッシュ均衡戦略を同定。
• 最適センサーモビリティ戦略を、[0, 2π) 上で方向を一様にランダムに選ぶこととして特徴付け。これにより、侵入者への情報漏洩を最小化。
• 最小センシング時間の影響を検出性能に与える影響を分析。センサースピードとの間に非単調な関係があることを示している。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 連続的センサーモビリティは、モバイルセンサーネットワークの時間的変化するカバレッジにどのように影響するか？
• RQ2 ランダムに配置された静止した侵入者に対する、ランダムなセンサーモビリティを持つモバイルセンサーネットワークにおける期待検出時間は何か？
• RQ3 静止した侵入者を最小限の検出時間で検出するためのセンサーの最適モビリティ戦略は何か？
• RQ4 最小センシング時間要件が、侵入検出のための最適センサースピードに与える影響は何か？
• RQ5 センサーと侵入者の行動が戦略的である場合、両者の最適モビリティ戦略は何か？また、これはナッシュ均衡を形成するか？

主な発見

• 固定時間におけるカバー領域の割合は時間経過にかかわらず一定であるが、センサーのモビリティにより、生涯にわたってカバーされた領域総量は時間とともに増加する。
• ある場所はカバー状態と非カバー状態を繰り返し、期待されるカバー時間および非カバー時間はセンサースピードと密度に依存する。
• 静止した侵入者の期待検出時間が、センサーが[0, 2π) 上で方向を一様にランダムに選ぶ場合に最小化される。
• 最適な侵入者戦略は静止することである。移動すると相対速度が増加し、検出時間が短縮される。
• センサーが均等にランダムな方向選択を使用し、侵入者が静止している場合にナッシュ均衡が存在し、両者とも単独で戦略を変更しても利益を得られない。
• 最小センシング時間要件がある場合、最適閾値を超えてセンサースピードが高すぎると、侵入検出性能が低下する可能性がある。