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Type: Tese de Doutorado
Title: Localização no tempo e no espaço em redes de sensores sem fio
Authors: Horacio Antonio Braga Fernandes de Oliveira
First Advisor: Antonio Alfredo Ferreira Loureiro
First Co-advisor: Eduardo Freire Nakamura
First Referee: Alejandro César Freire Orgambide
Second Referee: Raquel Aparecida de Freitas Mini
Third Referee: Geraldo Robson Mateus
metadata.dc.contributor.referee4: Wagner Meira Junior
Abstract: Redes de Sensores Sem Fio (RSSF) são redes basicamente guiadas por eventos. Um evento pode ser definido como sendo composto por um critério causal e um critério espaço-temporal. No primeiro caso, o tipo do evento é identificado, enquanto que no segundo, a localização no tempo e no espaço em que o evento ocorreu é especificada. Um nó sensor é capaz de identificar o primeiro critério (tipo do evento) facilmente usando os seus diversos sensores. O critério espaço-temporal, entretanto, só pode ser identificado quando os nós sensores de uma RSSF possuem relógios sincronizados e são capazes de determinar suas posições físicas. Informações de tempo e espaço são necessárias também para uma série de algoritmos e protocolos em RSSFs como, por exemplo, em fusão de dados, rastreamento de objetos, contrução de mapas de energia, controle de densidade, etc. Logo, sincronização e localização em RSSFs são problemas importantes que precisam ser estudados e analisados.Nesta tese, propõe-se que sincronização e localização em RSSFs são, na verdade, duas partes do mesmo problema: localizar os nós da rede no tempo-espaço. Nestas redes, nem informações de espaço sem tempo nem de tempo sem espaço podem ser consideradas informações completas. Além disso, as semelhanças entre os problemas de localização e sincronização sugerem que eles podem e devem ser estudados e analisados como um único problema: localização no tempo e no espaço. Sob este ponto de vista, tempo pode ser visto como uma dimensão do espaço, i.e., precisa-se resolver um problema de localização em 4-dimensões. Como resultado, ao se resolver ambos os problemas ao mesmo tempo, a utilização dos recursos da rede pode ser minimizada e ambos os problemas podem apresentar melhores resultados se comparado com os casos em que eles são resolvidos separadamente.Três soluções diferentes para o problema de localização no tempo e no espaço são então propostas tendo-se em vista diferentes cenários em RSSFs. Tais soluções são os algoritmos Synapse, Lightness e Mobilis. Os algoritmos propostos não apenas aproveitam os recursos adicionais de hardware necessários para a localização dos nós para melhorar os resultados da sincronização como também aproveitam o custo maior de comunicação necessários para a sincronização de forma a melhorar a localização dos nós. Diversos experimentos são mostrados para avaliar a performance dos algoritmos propostos. Os resultados obtidos mostram que as soluções propostas são capazes de serem implementadas em RSSFs e também confirmam as vantagens em se resolver tanto a localização quanto a sincronização em um mesmo algoritmo.
Abstract: Wireless Sensor Network (WSN) based applications are usually event driven. An event by itself can be defined as being composed of a causal criterion and a spatiotemporal criterion. The first criterion specifies the type of event, while the second specifies the location in time and space where the event occurred. A sensor node is able to identify the first criterion easily by using its own sensing devices. The spatiotemporal criterion, on the other hand, can only be identified when the sensor nodes of a WSN have synchronized clocks and are able to determine their physical location. Time and space information is also required by a number of algorithms and protocols in WSNs such as information fusion, object tracking, energy maps, and density control. Thus, synchronization and positioning for WSN-based applications are challenging problems that need to be addressed.In this thesis, we identify that synchronization and positioning in WSNs are actually two parts of the same problem, i.e., locating the nodes in a network in time-space. Neither location without time nor time without location is complete information in these networks. The similarities between the localization and synchronization problems also suggest that they can and should be addressed as a single problem. From our perspective, time can be seen as another dimension of space. As a consequence, we need to solve a 4D positioning problem. This approach allows us to save network resources and solve both problems more efficiently.We propose three different solutions for the localization in time and space problem that are suitable for different scenarios in WSNs. These proposed solutions are called the Synapse, Lightness, and Mobilis algorithms. Our proposed algorithms not only take advantage of the additional hardware resources required by the positioning mechanism in order to improve the performance and scalability of synchronization, but also benefit from the additional communication required by the synchronization mechanism to decrease positioning errors. We also present an extensive set of experiments to evaluate the performance of our algorithms. Our results indicate that our proposed schemes are suitable for implementation in WSNs and also highlight the advantages of solving both localization and synchronization problems with a unified algorithm.
Subject: Sensores Processamento de dados
Computação
Sistemas de computação sem fio
language: Português
Publisher: Universidade Federal de Minas Gerais
Publisher Initials: UFMG
Rights: Acesso Aberto
URI: http://hdl.handle.net/1843/RVMR-7K6QGS
Issue Date: 13-May-2008
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