Μελέτη και ανάθεση πόρων σε χωρικά δίκτυα παρακολούθησης παρουσία εμποδίων

Τσανικίδης, Χρήστος; Tsanikidis, Christos

dc.contributor.author	Τσανικίδης, Χρήστος	el
dc.contributor.author	Tsanikidis, Christos	en
dc.date.accessioned	2018-07-16T10:44:04Z
dc.date.available	2018-07-16T10:44:04Z
dc.date.issued	2018-07-16
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/47317
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.15527
dc.rights	Default License
dc.subject	Ευρετικές μέθοδοι	el
dc.subject	Βελτιστοποίηση	el
dc.subject	Χωρικά δίκτυα παρακολούθησης	en
dc.subject	Ανάθεση πόρων	en
dc.subject	Πρόβλημα κάλυψης	el
dc.subject	Heuristics	en
dc.subject	Optimization	en
dc.subject	Spatial monitoring networks	en
dc.subject	Resource allocation	en
dc.subject	Coverage problem	en
dc.title	Μελέτη και ανάθεση πόρων σε χωρικά δίκτυα παρακολούθησης παρουσία εμποδίων	el
heal.type	bachelorThesis
heal.classification	Δίκτυα	el
heal.classification	Ανάθεση πόρων	el
heal.language	el
heal.access	free
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2018-03-19
heal.abstract	Στην εργασία αυτή μελετάται ένα πρόβλημα κάλυψης ή παρακολούθησης του χώρου από αισθητήρες τοποθετημένους τυχαία σε ένα περιβάλλον με κυρτά αδιαφανή εμπόδια κατανεμημένα τυχαία. Οι αισθητήρες μπορούν να καλύπτουν τα σημεία ενός δίσκου με κέντρο αυτούς, στα οποία διαθέτουν ορατότητα γραμμής (line of sight). Οι αισθητήρες έχουν την δυνατότητα να μεταβάλλουν την ακτίνα κάλυψής τους, και με την αύξηση αυτής καταναλώνουν περισσότερη ενέργεια. Ο στόχος μας είναι να μπορούμε να παρακολουθούμε ένα μεγάλο ποσοστό του χώρου χωρίς να καταναλώνουμε πολλή ενέργεια. Για να πετύχουμε το ζητούμενο μοντελοποιήσαμε το πρόβλημα ως ένα πρόβλημα μεγιστοποίησης του λόγου του συνεργατικά καλυπτόμενου εμβαδού δια τη συνολική καταναλισκώμενη ενέργεια στο υποσύνολο των έγκυρων αναθέσεων των ακτίνων, που έχουν πάνω από ένα προκαθορισμένο ποσοστό κάλυψης. Έπειτα διατυπώσαμε ένα απλούστερο εναλλακτικό κριτήριο, όπου θέλαμε να ελαχιστοποιήσουμε την καταναλισκώμενη ενέργεια στο χώρο των λύσεων που έχουν τουλάχιστον το όριο κάλυψης που απαιτούμε. Δείξαμε ότι αυτό το πρόβλημα έχει λύση σε ένα μικρότερο σύνολο λύσεων στο οποίο η απλούστερη διατύπωση ταυτίζεται με την αρχική του λόγου εμβαδού δια ενέργεια. Επιπλέον είδαμε ότι ο μικρότερος αυτός χώρος λύσεων είναι υποσύνολο του συνόρου της αρχικής εφικτής περιοχής. Έπειτα αναπτύξαμε τρεις μεθόδους για την αντιμετώπιση των προβλημάτων αυτών, γύρω από την κεντρική ιδέα προτίμησης κόμβων οι οποίοι με μικρές διαφοροποιήσεις της ακτίνας έχουν μεγάλες διαφοροποιήσεις στο λόγο Εμβαδού δια Ενέργεια. 1) Η πρώτη μέθοδος, του Άπληστου Κεντρικοποιημένου Αλγόριθμου, ξεκινάει από μια μηδενική κατάσταση για όλες τις ακτίνες των αισθητήρων και κάθε φορά επιλέγει να αυξήσει τον αισθητήρα με τον καλύτερο λόγο εμβαδού δια ενέργειας. Ο αλγόριθμος τερματίζει όταν περάσει το όριο κάλυψης που θέλουμε. 2) Έπειτα αναπτύξαμε έναν Τυχαιοποιημένο Άπληστο Αλγόριθμο ο οποίος επιλέγει από ένα τυχαίο υποσύνολο των κόμβων, τον κόμβο που θα αυξηθεί. 3) Τέλος ορίσαμε έναν Κατανεμημένο Τοπικό Αλγόριθμο, ο οποίος ορίζει έναν γράφο που εκφράζει τις εξαρτήσεις μεταξύ των κόμβων, και βασισμένοι σε αυτόν οι κόμβοι αποφασίζουν εάν θα μεταβάλλουν ή όχι την ακτίνα τους ανεξάρτητα. Ορίσαμε επίσης ένα κατανεμημένο κριτήριο απόφασης διακοπής αύξησης της ακτίνας ανεξάρτητα για κάθε κόμβο. Ολοκληρώσαμε την εργασία αυτή με εκτεταμένες προσομοιώσεις, όπου και χρησιμοποιήθηκαν μετρικές για την αξιολόγηση των αποτελεσμάτων.	el
heal.abstract	In this work, we are studying a problem of coverage or monitoring of the space using sensors deployed randomly in an environment, where randomly positioned opaque convex obstacles exist. Sensors can cover the points of a disk which are in a line of sight from the sensor. Sensors can increase or decrease their sensing radius, and an increase (decrease) of the radius results in increased (decreased) energy consumption. Our objective is to monitor a high percentage of the space without spending much energy. To satisfy those requirements, we have modeled this problem as an optimization problem of the ratio of the total area covered and total energy consumed, in the subset of valid radii assignments for which we have at least a certain predecided coverage percentage. We have continued by deﬁning a second, simpler optimization problem, where only the minimization of energy consumed is required, in the same feasible set. We have shown that this problem can only have its solution in a subset of the boundary of the feasible set. Furthermore, we have shown that the two problems are equivalent in a subset of the feasible solution, and have also shown that this subset is equal to the previously mentioned subset of the boundary in the case we require less than full coverage. We have then developed three methods to attempt to solve those problems, revolving around the main idea of preferring changing nodes which have a good changing area per changing energy ratio. 1) The ﬁrst method, of the Greedy Centralized Algorithm, starts by setting radii of sensors equal to zero, and then, in each iteration it increases the radius of the sensor with the largest changing area per changing energy ratio. The algorithm terminates when the coverage threshold is surpassed. 2) Then, we continued by providing a Randomized Greedy Algorithm, which selects the node with the best ratio among a random subset of nodes. 3) Lastly, we have provided a Distributed Local Algorithm, where nodes, decide independently to either increase or not their radius based on a graph which expresses their interdependencies. A distributed criterion for the determination of the per-node termination of the algorithm is described. We have concluded this work with extensive simulations, and have reviewed the results using several metrics.	en
heal.advisorName	Παπαβασιλείου, Συμεών	el
heal.committeeMemberName	Παπαβασιλείου, Συμεών	el
heal.committeeMemberName	Βαρβαρίγου, Θεοδώρα	el
heal.committeeMemberName	Ρουσσάκη, Ιωάννα	el
heal.academicPublisher	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Μηχανικών Υπολογιστών. Τομέας Επικοινωνιών, Ηλεκτρονικής και Συστημάτων Πληροφορικής	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.numberOfPages	85 σ.
heal.fullTextAvailability	true