設計與實作智慧型服務無線感測網路---子計畫四---容錯與省電監控機制之設計與實作(I); Design and Implementation of Intelligent Wireless Sensor Networks(IWSN)Subproject IV---Design and Implementation of Fault-Tolerant and Energy-Efficient Surveillance Mechanisms(I)

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題名:	設計與實作智慧型服務無線感測網路---子計畫四---容錯與省電監控機制之設計與實作(I);Design and Implementation of Intelligent Wireless Sensor Networks(IWSN)Subproject IV---Design and Implementation of Fault-Tolerant and Energy-Efficient Surveillance Mechanisms(I)
作者:	江振瑞;黃興燦
貢獻者:	資訊工程系
關鍵詞:	無線感測網路;容錯;省電;監控;事件感知;共識決定;目標追蹤;資訊工程--硬體工程
日期:	2006-07-01
上傳時間:	2010-12-06 16:32:22 (UTC+8)
出版者:	行政院國家科學委員會
摘要:	近年來，由於微電機(Micro-Electro-Mechanical)控制及硬體技術的進步，使得體積小、記憶容量大、低成本、多功能、省電、且具無線與感測能力的感測點得以實現，這亦使 Wireless Sensor Networks (WSN)的應用日趨成熟，並廣泛應用在許多不同的領域，如：自然災害回報、軍事偵測與監控、位置追蹤、環境採樣、健康監控、自然生態監控、醫學上的人體機能探測、路況監控、導航、工作場所危險監控、安全控管等多種領域。本計畫為「設計與實作智慧型服務無線感測網路」計畫之第四子計畫，其主要的目的為：在無線感測網路應用層實施容錯及省電的監控(surveillance)機制設計與實作。由於無線感測網路經常佈建於惡劣的環境中，環境中有各種雜訊的干擾，而且其中的感測器節點多由有限電力的電池所支援供電，因此經常會有crash failure 或因為訊號強度感測誤差產生的faulty reading。因此，設計一個能夠容忍 crash failure 及 faulty reading 的無線感測網路監控機制是非常必要的。除了容錯特性之外，子計畫四更同時考慮省電機制的設計，以提高無線感測網路使用價值。本計畫預計以三年時間完成，以下是本計畫的主要工作內容： (1) 容錯及省電的網路覆蓋及連結維持技術設計與實作：我們將研究如何在不需位置資訊下，利用變異傳輸距離雙信標訊號(DBVTR, Dual-Beacon Varied-Transmission-Range)技術以最少的節點進入活躍(active)模式而達到完全的覆蓋率，並維持網路連結性。以往討論完全覆蓋率及/或連結性的的相關研究都假設已知所有節點的位置資訊，而我們的方法是我們所知唯一不需要位置資訊的。另外，依照DBVTR 的技術，當某些節點因為電能消耗殆盡或者損毀等因素而導致crash failure 時，其鄰近節點即可立即偵測到這個現象，並自動進入活躍模式填補其偵測覆蓋區域，而達到容錯的目的。我們將分析出最佳的信標傳送距離以達到最低活躍比率(active ratio)的特性。 (2) 容錯事件感知(event detection)共識決定(consensus decision)技術設計與實作：我們將研究如何以容錯的方式，於一群可共同感測到同一個目標事件的感測器中達成事件是否發生的共識。在此所謂容錯的方式指的是容忍感測器的faulty reading，我們將採取decision fusion 與value fusion 的方式進行共識決定，也就是每個參與共識決定的節點i 皆會以廣播方式傳送其感測值，當所有節點i 感測值傳送完畢之後，每個節點i 會將平均感測值與threshold 值比較，當平均感測值大於threshold 時，則所有節點的共識決定均為事件發生；反之，則共識決定為事件不發生。我們將推導出threshold value 與誤報機率(false alarm probability)及偵測機率(detection probability)的關係，藉以推導出較佳的threshold value。 (3) 容錯及省電的目標追蹤技術設計與實作：在具有同步時計(time-synchronized)的無線感測網路網路中，每個執行追蹤任務的感測節點以random backoff 的方式，達到在同一個timestamp 中恰好有三個感測資料由相鄰的節點送出的目的，而配合我們所提的時戳三點連續追蹤 (TTPCT, Timestamped Triple-Point Continuous Tracking) 技術，可以進行目標追蹤，以相對位置定出目標的軌跡。此定位的方法為三角定位法的延伸，但是我們透過追蹤物的幫忙，只要知道某個節點的絕對位置，就可以推出所有參與追蹤節點的絕對位置與追蹤目標的絕對軌跡，而因為我們的方法只紀錄目標物所行經的軌跡，因此只要很少的節點參與紀錄即可。另外，以此方法可以大量減少同一個timestamp 感測資料的傳送，以降低無線頻寬的使用及無線資料封包的碰撞，達到省電的效果。除此之外，若我們有四組感測資料由相鄰的四個節點儲存在節點的記憶體中，則可以容忍同一個 timestamp 的四份感測資料中的一份因為crash failure 遺失，因為TTPCT 技術只需要同一個timestamp 中的三個感測資料即可定出目標軌跡，因此可以達成容忍一個crash failure 的結果。我們在這個子計畫中，分別對感測監控會遇到的重要問題提出有容錯能力且具省電特性的整套有連貫性的解決辦法。這些技術將與總計畫中的其他子計畫進行整合，對 WSN 環境中的感測監控問題提供一個完整的解決方案。研究期間：9408 ~ 9507
關聯:	財團法人國家實驗研究院科技政策研究與資訊中心
顯示於類別:	[資訊工程學系] 研究計畫

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