[논문 리뷰] Accurate location estimation of moving object with energy constraint & adaptive update algorithms to save data

Vijay Bhaskar Semwal, Karthik Kumar외 2명|arXiv (Cornell University)|2011. 08. 05.

Energy Efficient Wireless Sensor Networks참고 문헌 9인용 수 13

한 줄 요약

이 논문은 유선 센서 네트워크에서 이동하는 물체를 추적하기 위해 에너지 효율적이고 적응형 로컬라이제이션 프로토콜을 제안한다. 이는 오직 세 대의 센서 노드만을 사용하며, 보로노이 다각형과 예측 기반 활성 업데이트 알고리즘을 활용하여 데이터 전송과 에너지 소비를 최소화한다. 이 방법은 이동 패턴에 관계없이 네트워크 오버헤드를 줄이고 네트워크 수명을 연장하면서도 정확한 위치 추정을 달성한다.

ABSTRACT

In research paper "Accurate estimation of the target location of object with energy constraint & Adaptive Update Algorithms to Save Data" one of the central issues in sensor networks is track the location, of moving object which have overhead of saving data, an accurate estimation of the target location of object with energy constraint .We do not have any mechanism which control and maintain data .The wireless communication bandwidth is also very limited. Some field which is using this technique are flood and typhoon detection, forest fire detection, temperature and humidity and ones we have these information use these information back to a central air conditioning and ventilation system. In this research paper, we propose protocol based on the prediction and adaptive based algorithm which is using less sensor node reduced by an accurate estimation of the target location. we are using minimum three sensor node to get the accurate position .We can extend it upto four or five to find more accurate location but we have energy constraint so we are using three with accurate estimation of location help us to reduce sensor node..We show that our tracking method performs well in terms of energy saving regardless of mobility pattern of the mobile target .We extends the life time of network with less sensor node. Once a new object is detected, a mobile agent will be initiated to track the roaming path of the object. The agent is mobile since it will choose the sensor closest to the object to stay. The agent may invite some nearby slave sensors to cooperatively position the object and inhibit other irrelevant (i.e., farther) sensors from tracking the object. As a result, the communication and sensing overheads are greatly reduced.

연구 동기 및 목표

• 제한된 배터리 수명을 가진 무선 센서 네트워크에서 정확하고 에너지 효율적인 이동 물체 추적의 과제를 해결한다.
• 추적 중 활성 센서 노드의 수를 최소화하여 데이터 전송 및 센싱 오버헤드를 줄인다.
• 적응형 업데이트 알고리즘과 지능적인 노드 선택을 통해 네트워크 수명을 연장한다.
• 엄격한 에너지 제약 조건 하에서도 높은 로컬라이제이션 정확도를 유지한다.
• 다양한 이동 패턴에서 잘 작동하는 확장성 있고 오버헤드가 낮은 솔루션을 개발한다.

제안 방법

• 이동 물체에 가까운 센서 노드를 기반으로 보로노이 그래프 기반 접근 방식을 사용하여 로컬라이제이션에 적합한 최적의 센서 노드 선택을 결정한다.
• 이동 에이전트를 타겟에 가장 가까운 센서 노드로 이동시켜 중복 센싱과 통신을 줄인다.
• 근처의 관련 있는 센서 노드들(슬레이브)만을 선택적으로 활성화하는 활성 업데이트 알고리즘을 적용하여 먼 곳이나 관련 없는 노드의 활성화를 차단한다.
• 이웃 노드로 데이터를 전달하기 위해 피기백킹을 활용하여 데이터 손실과 저장 오버헤드를 줄인다.
• 목표의 향후 위치를 추정하기 위해 3차원 선형 예측 모델을 사용하여 빈번한 센싱과 보고의 빈도를 줄인다.
• 테스트 및 검증을 위해 C#.NET 기반 시뮬레이터(Trisim)에 4층 아키텍처(비즈니스, UI, 데이터베이스, 시뮬레이션)를 구현한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 에너지 제약 조건 하에서 오직 세 대의 센서 노드만으로도 정확한 이동 물체의 로컬라이제이션을 달성할 수 있는가?
• RQ2 제안된 적응형 업데이트 알고리즘이 WSN에서 통신 및 센싱 오버헤드를 어떻게 줄이는가?
• RQ3 이동 에이전트 기반 추적 메커니즘이 다양한 이동 모델에서 에너지 효율성을 얼마나 향상시키는가?
• RQ4 피기백킹은 네트워크에서 데이터 신뢰성 향상과 저장 오버헤드 감소에 어떻게 기여하는가?
• RQ5 제안된 시스템에서 로컬라이제이션 정확도와 활성 센서 노드 수 사이의 상호 교환 관계는 어떠한가?

주요 결과

• 제안된 방법은 하드웨어 및 에너지 비용을 크게 줄이며 오직 세 대의 센서 노드만으로도 정확한 타겟 로컬라이제이션을 달성한다.
• 시뮬레이션 결과, 세 노드 로컬라이제이션은 에너지 효율성과 네트워크 수명 측면에서 네 노드 설정보다 뛰어난 성능을 보였다.
• 랜덤 웨이포인트 및 가우스-마르코프 모델을 포함한 다양한 이동 패턴에서도 높은 정확도와 낮은 오버헤드를 유지한다.
• 피기백킹은 통신 부담을 증가시키지 않으면서도 데이터 손실과 저장 오버헤드를 효과적으로 줄여 신뢰성을 향상시킨다.
• 이동 에이전트 메커니즘은 동적으로 가장 가까운 활성 노드들을 선택하여 중복 센싱과 통신을 성공적으로 최소화한다.
• 네트워크 부하가 크기에 따라 증가하지만, DB 센서 모트가 낮은 부하와 높은 정확도를 유지하는 데 가장 우수한 성능을 보였다.