Θεμελιώδεις επεξεργασίες χωρικής πληροφορίας σε δίκτυα γεωαισθητήρων

Abstract

Η μεταπτυχιακή αυτή εργασία ξεκινάει με τη θεώρηση ενός υποδείγματος επεξεργασίας στο φάσμα λειτουργίας της γεωπληροφορίας –συλλογή, αποθήκευση-διαχείριση, ανάλυση και απόδοση γεωγραφικών δεδομένων– το οποίο επιτείνεται από τις τεχνολογικές εξελίξεις στην πληροφορική και τα συστήματα. Συγκεκριμένα, τεχνουργήματα ενσωματωμένης τεχνολογίας, αισθητήρων και ασύρματης τεχνολογίας καθιστούν εφικτή την αδιάλειπτη σύζευξη της φυσικότητας αντικειμένων, φαινομένων, συμβάντων του γεωγραφικού χώρο με τα υπολογιστικά συστήματα. Το σύνολο των δομικών στοιχείων οργανωμένων σε δίκτυα επικοινωνούντων αισθητηριακών στοιχείων παρέχει μια συστημική ολοκλήρωση με εκτεταμένες ανιχνευτικές, αντιδραστικές, εποπτικές, ελεγκτικές και άλλες δυνατότητες, που οδηγεί στην εικονικοποίηση όλο και περισσότερων καταστάσεων και συμβάντων που αφορούν την γεωγραφική πραγματικότητα. Η εργασία αυτή περαιτέρω, καταπιάνεται ουσιαστικά με συστήματα δικτύων γεωαισθητήρων. Εστιάζει, στο τεχνολογικό κομμάτι που αφορά τις υπολογιστικές διαδικασίες επεξεργασίας της χωρικής πληροφορίας που συλλέγεται από τα δίκτυα αυτά. Στα δίκτυα γεωαισθητήρων a priori δεν υπάρχει υπολογιστικό σημείο με καθολική γνώση του συστήματος μήτε είναι αποτελεσματικό να δημιουργηθεί. Γι’ αυτό το λόγο εφαρμόζονται επεξεργασίες πληροφοριών βάση μιας αποκεντρωμένης προσέγγισης δηλ. τα ανεπεξέργαστα ή συλλεγόμενα δεδομένα των κόμβων δεν εξωθούνται προς έναν απομακρυσμένο κόμβο για να υποστούν εκεί όλες τις απαραίτητες επεξεργασίες, αλλά εφαρμόζονται συνεργατικές επεξεργασίες εντός των κόμβων του δικτύου προς επίτευξη του απαιτούμενου υπολογιστικού έργου και ειδικά στη προκειμένη περίπτωση επιδιώκοντας κατά το δυνατόν αυτονομία και μείωση του επικοινωνιακού κόστους. Η αποκεντρωμένη προσέγγιση εφαρμόζεται αποτελεσματικά σε συστήματα δικτύων γεωαισθητήρων για την επίλυση διαφόρων προβλημάτων. Στο πλαίσιο αυτό παρουσιάζονται θεμελιώδεις αλγόριθμοι επεξεργασίας χωρικής πληροφορίας σε δίκτυα γεωαισθητήρων που είναι άλλωστε και υπόνοια του περιεχόμενου, βάση του τίτλου αυτής της εργασίας.

This master thesis begins with the consideration of a processing paradigm on the operating “spectrum” of geoinformation -acquisition, storage-management, analysis and communicating of geographical data- which is exacerbated by the technological advances in computing and systems. Specifically, artifacts of embedded technology, sensors and wireless technology make possible the seamless coupling of physicality of objects, phenomena, and events of the geographical space with computer systems. The set of components organized in communicating sensor network elements provides system integration with extended detective, reactionary, monitoring, controlling and other capabilities that leads to virtualization of more and more situations and events related to the geographical reality. This work further deals, substantially, with geosensor networks. It focuses on the technological aspect of the computational processing of spatial information collected from these networks. In geosensor networks there is a priori neither computing point with global knowledge of the entire system nor is it efficient to create one. For this reason, the information processing is applied based on a decentralized approach i.e. the raw or collected data are not pushed to a remote node in order to undergo all the necessary processing, but cooperative processing is applied in the network nodes for the achievement of the required computational task. Decentralization implies a high degree of independent operation and autonomous control and in this special case, aims to reduce the communication cost. The decentralized approach is effective in geosensor networks in solving various problems. In this context, fundamental spatial information processing algorithms in geosensor networks are presented which is implied, with respect on the title of this work.