[논문 리뷰] Optimizing coverage of 3D Wireless Multimedia Sensor Networks by means of deploying redundant sensors

Shasha Xu, Weijie Lyu외 1명|arXiv (Cornell University)|2015. 09. 16.

Energy Efficient Wireless Sensor Networks참고 문헌 5인용 수 8

한 줄 요약

이 논문은 3차원 무선 멀티미디어 센서 네트워크(WMSN)의 커버리지 최적화 프레임워크를 제안하며, 센서 영역을 사다리형 피라미드로 모델링하여 감지 커버리지 성능을 향상시킨다. 집합 커버 모델을 통해 여분의 센서를 식별하고, 이를 탐색되지 않은 영역으로 탐욕적으로 재배치함으로써 3차원 환경에서의 전반적인 경로 커버리지 성능을 햖थ한 측정 가능한 커버리지 비율 향상을 달성한다.

ABSTRACT

Coverage is one of the fundamental issues in wireless multimedia sensor networks (WMSNs). It reflects the ability of WMSNs to detect the fields. Motivated by the existing-enhancing algorithm of traditional 2D WMSNs, a new 3D WMSNs sensing model is established and a new coverage-enhancing algorithm based on this model is proposed. This algorithm defines the sensing model as trapezoidal pyramid, calculates the key parameters (tilt angle) then improves coverage ratio by optimizing it. However, there still exists redundant sensors in this optimized networks. Aiming at efficiently utilizing these redundant sensors and enhancing coverage ratio, the authors selects the redundant sensors by introducing the set cover model algorithm, further deploys them to the uncovered area following the greedy policy, so that the whole path coverage performance of WMSNs is enhanced.

연구 동기 및 목표

• 복잡한 공간 환경에서의 3차원 무선 멀티미디어 센서 네트워크(WMSN)에서의 부적절한 커버리지 문제를 해결하기 위해.
• 3차원 공간에서 센서의 시야를 정확하게 표현할 수 있는 3차원 감지 모델을 개발하기 위해.
• 집합 커버 모델을 통해 식별한 여분의 센서를 재배치하여 커버리지 빈도를 줄이기 위해.
• 여분 센서의 지능적인 배치를 통해 WMSN의 전반적인 경로 커버리지 성능을 향상시키기 위해.

제안 방법

• 기울기 각도를 핵심 매개변수로 포함하여 3차원 센서 시야를 표현하기 위해 사다리형 피라미드 기반 감지 모델을 수립한다.
• 3차원 네트워크 구조에서 커버리지 비율을 향상시키기 위해 감지 영역을 최적화하기 위해 기울기 각도를 계산한다.
• 현재 커버리지에 필수적이지 않은 여분의 센서를 식별하기 위해 집합 커버 모델을 적용한다.
• 탐색되지 않은 영역에 여분의 센서를 탐욕적인 배치 정책을 사용하여 재배치하여 커버리지 향상을 극대화한다.
• 더 이상 향상이 불가능할 때까지 커버리지 기여도가 가장 높은 영역에 센서를 선택하고 배치하는 알고리즘을 반복적으로 수행한다.
• 기하 모델링과 조합 최적화를 통합하여 커버리지와 자원 활용도의 균형을 이루는다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 3D WMSN 환경에서 센서의 시야를 정확하게 표현할 수 있는 3차원 감지 모델은 어떻게 설계할 수 있는가?
• RQ2 3차원 공간에서 커버리지를 극대화하기 위해 센서의 기울기 각도를 어떻게 최적화하고 조정할 수 있는가?
• RQ3 WMSN 내 여분의 센서는 어떻게 효과적으로 식별하고 재활용하여 커버리지를 향상시킬 수 있는가?
• RQ4 3D WMSNs에서 여분 센서를 재배치함으로써 경로 커버리지 성능은 어느 정도 향상될 수 있는가?
• RQ5 탐욕적인 센서 재배치가 전체 커버리지 비율과 네트워크 효율성에 미치는 영향은 무엇인가?

주요 결과

• 사다리형 피라미드 감지 모델은 기존의 구형 또는 원뿔형 모델에 비해 3차원 센서 커버리지의 더 정확한 표현을 가능하게 한다.
• 기울기 각도를 최적화하면 3D WMSN 구축에서 커버리지 비율 향상에 상당한 기여를 한다.
• 집합 커버 모델은 탐색되지 않은 영역에 재배치할 수 있는 여분의 센서를 효과적으로 식별한다.
• 여분 센서의 탐욕적 재배치로 전체 경로 커버리지 성능이 측정 가능한 수준으로 향상된다.
• 제안된 방법은 추가 센서 하드웨어 없이도 커버리지 빈도를 줄이고 네트워크 효율성을 향상시킨다.
• 기하 모델링과 조합 최적화의 통합은 3D WMSNs에 대해 확장 가능하고 효과적인 커버리지 향상 프레임워크를 제공한다.