Please use this identifier to cite or link to this item: http://hdl.handle.net/10889/9711
Title: Wireless sensor and actor networks (WSANs) : αλγόριθμοι αναγνώρισης γεγονότων βασισμένων σε τεχνικές ασαφούς λογικής με πρόβλεψη για απαίτηση απόκρισης πραγματικού χρόνου
Other Titles: Wireless sensor and actor networks (WSANs) : event detection algorithms based on fuzzy logic, with regards to real time response prediction
Authors: Δήμα, Σοφία Μαρία
Keywords: Ασύρματα δίκτυα αισθητήρων ενεργοποιητών
Ασαφής λογική
Καταμερισμός εργασιών
Σημασιολογικοί γείτονες
Συντονισμός κόμβων ενεργοποιητών
Αναγνώριση γεγονότων
Keywords (translated): Wireless sensor and actor networks
Fuzzy logic
Task scheduling
Semantic neighbors
Node -to -actor coordination
Event detection
Abstract: H αναγνώριση γεγονότων κατά την παρακολούθηση ενός περιβάλλοντος αποτελεί ένα ιδιαίτερα ευρύ ερευνητικό αντικείμενο που έχει αποσπάσει το αντίστοιχο ερευνητικό ενδιαφέρον. Ο επιστημονικός κλάδος της τεχνητής νοημοσύνης φαίνεται να έχει κερδίσει σημαντικό έδαφος. Ο βασικός στόχος των συγκεκριμένων περιοχών, είναι η δημιουργία κατάλληλων αλγορίθμων αλλά και η οικοδόμηση μοντέλων πάνω σε σετ πραγματικών δεδομένων, ούτως ώστε οι μετρικές αξιολόγησης τους να επιβεβαιώνουν την ικανότητα τους να ανιχνεύουν πραγματικά γεγονότα αλλά και να ανιχνεύουν την μη ύπαρξη πραγματικών γεγονότων. Δεδομένου λοιπόν ενός τέτοιου συστήματος που η απόδοση του έχει κριθεί από τις αντίστοιχες μετρικές (Accuracy, Sensitivity, Specificity) θέτουμε στο προσκήνιο το ερευνητικό πρόβλημα της απόδοσης ενός τέτοιου συστήματος όταν η εφαρμογή του γίνεται εντός μιας WSN τοπολογίας, και πιο συγκεκριμένα όταν η εκτέλεση του γίνεται από τις περιορισμένες σε πόρους WSN hardware πλατφόρμες, και κάτω από την επιρρεπή σε λάθη φύση των ασυρμάτων επικοινωνιών. Έτσι η διατριβή αυτή πιάνει το παραπάνω σύστημα από δύο σκοπιές: i.) ποιοι είναι οι περιορισμoί που τίθενται σε έναν developer κατά την ανάπτυξη τέτοιων συστημάτων σε WSN infrastrucures και ii.) πως επηρεάζεται η απόδοση τέτοιων συστημάτων όταν το Network QoS αλλάζει μέσα στο δίκτυο. Για το σκοπό αυτό σχεδιάστηκαν και αναπτύχθηκαν δύο συστήματα ασαφούς λογικής που αφού αξιολογήθηκαν στο περιβάλλον του Matlab, υλοποιήθηκαν σε C και εκτελέστηκαν από τις ενσωματωμένες WSN πλατφόρμες υλικού TelosB. Η πειραματική αξιολόγηση, επιβεβαίωσε τις αρχικές μας πεποιθήσεις για την επίδραση των δικτυακών συνθηκών στην απόδοση του αλγορίθμου ενώ η μονολιθική προσέγγιση του local processing έδειξε να επηρρεάζει ζωτικά την ίδια την εφαρμογή. Ορμούμενοι από αυτά τα συμπεράσματα, η συγκεκριμένη διατριβή έρχεται να μελετήσει και να προτείνει νέες τεχνικές εκτέλεσης συστημάτων ασαφούς λογικής, επιδιώκωντας τη βέλτιστηκατανομή πόρων των κόμβων εντός μιας δικτυακής τοπολογίας. Στο πλαίσιο αυτό προτείνεται η τεχνική Directed Acyclic Graph to Network Graph (DAG2NG) που επιδιώκει την κατανεμημένη υλοποίηση τέτοιων συστημάτων. Η event triggered στρατηγική εκτέλεσης συστημάτων ασαφούς λογικής σχεδιάζεται και υλοποιείται στη συγκεκριμένη διατριβή προκειμένου να επιτύχει βέλτιστη χρήση του υπολογιστικού κόστους του αλγορίθμου ασαφούς συμπερασμού. Η κατανομή των εργασιών μεταξύ των κόμβων μιας δικτυακής τοπολογίας, επεκτείνεται και πέρα από το πλαίσιο της ασαφούς λογικής. Έτσι σχεδιάζουμε μελετούμε και αξιολογούμε μια σειρά μοντέλων επεξεργασίας που επιτρέπουν τη κατανομή εργασιών εντός των ασυρμάτων κόμβων. Η εφαρμογή των μοντέλων αυτών στο χώρο των WSNs επιτρέπει τη μελέτη της ενεργειακής απόδοσης, της χρονικής απόκρισης αλλά και της δικαιοσύνης μεταξύ των κόμβων σε μια σειρά αλγοριθμικών προβλημάτων (parallel, nonparallel, hybrid), που μπορεί να υπάρξουν σε διάφορες WSN εφαρμογές. Η σημασιολογική συγγένεια των ασυρμάτων κόμβων, έρχεται επίσης σαν αντικείμενο μελέτης της συγκεκριμένης διατριβής. Τόσο η event triggered υλοποίηση των συστημάτων ασαφούς λογικής όσο και η διαχείριση των κόμβων που συμμετέχουν σε ένα μοντέλο επεξεργασίας, προϋποθέτουν την ανακάλυψη των σημασιολογικών γειτόνων. Έτσι προτείνουμε δύο νέους αλγορίθμους ανακάλυψης σημασιολογικών γειτόνων, τους οποίους και αξιολογούμε. Η παρούσα διατριβή καταλήγει με την πρόταση ενός νέου αλγορίθμου που επιδιώκει να δώσει μια νέα απάντηση στο πρόβλημα του node-to-actor coordination. Η κατανομή των sensors σε συγκεκριμένους actors λαμβάνοντας υπόψιν, τις δυνατότητες των actors αλλά και την ανομοιογένεια του δικτύου, οδηγεί στην πρόταση ενός νέου αλγορίθμου sensor-to-actor coordination που κάνει χρήση του Voronoi tesselation.
Abstract (translated): Event detection in real environments is a research area that has attracted a lot of interest. The discipline of artificial intelligence seems to have gained significant ground. The main objective of these areas is the creation of appropriate algorithms and building models on real data sets, so that the evaluation metrics are able to confirm their ability to detect whether or not the existence of real events. Assuming a reliable system (evaluated by the relevant metrics (Accuracy, Sensitivity, Specificity)) the basic research problem is to investigate the performance of the above system when the application is hosted in a WSN topology, and more particularly when the system is executed in real WSN hardware platforms which are characterized by limited-resources and under the error-prone nature of wireless communications. Hence, the problem is examined from two perspectives: i.) What are the limitations during the development and the implementation of such systems in WSN infrastructures and ii.) how the performance of such systems is affected while the Network QoS varies within the network topology. For these reasons we designed and developed two fuzzy logic systems, which evaluated in the Matlab environment. Then the above systems implemented in C and executed by the embedded WSN platforms TelosB hardware platforms. The experimental evaluation confirmed our initial beliefs about the impact of network conditions on the performance of the algorithm and the monolithic approach of local processing demonstrated to affect vital to the application itself. Driven by these observations, we propose novel techniques in order to implement fuzzy logic systems in WSN infrastructures targeting optimal resource allocation within a network topology. Towards this objective, the technique denoted as Directed Acyclic Graph to Network Graph (DAG2NG) is presented leading to the distributed implementation of the Fuzzy Logic. Moreover, the event triggered execution of the Fuzzy Inference Systems is implemented in order to achieve optimal CPU utilization. The task scheduling problem, is extended beyond the framework of the fuzzy logic. So we design, study and evaluate a series of scheduling models that allow the distribution of tasks within the wireless nodes. The application of these models in the field of WSNs allows the study of the energy efficiency, response time and justice between nodes in a series of algorithmic problems (parallel, nonparallel, hybrid), which can exist in various WSN applications. The semantic relationship between the wireless nodes, is another object of this thesis. Both the event triggered implementation of fuzzy logic systems and the management of the nodes participating in a task assignment model, involve the discovery of semantic neighbors. So we propose two new semantic discovery algorithms neighbors, whom we evaluate. The thesis concludes with the proposal of a new algorithm that seeks to give a new dimension and answer to the problem of node-to-actor coordination. The assignment of the sensors at specific actors, taking into account the actors’ capabilities as well as the heterogeneity of the network, lead to the proposal of a new sensor-to-actor coordination algorithm based on the Voronoi tesselation.
Appears in Collections:Τμήμα Ηλεκτρολ. Μηχαν. και Τεχνολ. Υπολογ. (ΔΔ)

Files in This Item:
File Description SizeFormat 
Dima(ele).pdf5.88 MBAdobe PDFView/Open


Items in DSpace are protected by copyright, with all rights reserved, unless otherwise indicated.