Ανάπτυξη μεθοδολογιών χωροθέτησης και αξιολόγησης ασυρμάτων δικτύων γεωαισθητήρων με αλγόριθμους υπολογιστικής γεωμετρίας
Authors: Ηλιοδρομίτης Αθανάσιος 
Published: September 2021

Τα τελευταία χρόνια, τα ασύρματα δίκτυα αισθητήρων και γεωαισθητήρων (WSN και GSN) εξελίσσονται με γρήγορο ρυθμό και συνθέτουν ένα ισχυρό εργαλείο για την παρακολούθηση και την παρατήρηση του φυσικού περιβάλλοντος. Η χρήση των ασύρματων δικτύων αισθητήρων είναι κομβικής σημασίας για τα συστήματα έγκαιρης προειδοποίησης, που ολοένα και συχνότερα χρησιμοποιούνται σήμερα.Στη διατριβή αυτή αναπτύσσεται μια νέα μεθοδολογία χωροθέτησης και αξιολόγησης ασύρματων δικτύων αισθητήρων και γεωαισθητήρων. Η προτεινόμενη μεθοδολογία μπορεί να αξιοποιηθεί σε οποιαδήποτε εφαρμογή παρουσιάζεται η απαίτηση για δίκτυα αισθητήρων, με ή χωρίς περιορισμούς ως προς τις θέσεις εγκατάστασης των αισθητήρων, όπως για παράδειγμα η εγκατάσταση δικτύου αισθητήρων ανίχνευσης πυρκαγιών σε δασική περιοχή ή η εγκατάσταση εκτεταμένου δικτύου αισθητήρων για ανίχνευση μικρομετακινήσεων ή παραμορφώσεων.Η διδακτορική διατριβή αποτελείται από 5 κεφάλαια.Στο πρώτο παρουσιάζεται η σχετικά νέα επιστήμη των γεωαισθητήρων (geosensorics). Δίνονται βασικές έννοιες και ορισμοί που βοηθούν στην καλύτερη κατανόηση των οργάνων αυτών ως μέσα ανίχνευσης και παρακολούθησης φυσικών και τεχνητών φαινομένων. Αναλύεται ο τρόπος λειτουργίας ενός ασύρματου δικτύου γεωαισθητήρων. Για να γίνει κατανοητή η ανάγκη παρακολούθησης φαινομένων με τη βοήθεια ασύρματων δικτύων γεωαισθητήρων, αναφέρονται ενδεικτικά ορισμένες εφαρμογές – από διαφορετικά επιστημονικά πεδία.Στο δεύτερο κεφάλαιο αναπτύσσεται το πρόβλημα της βέλτιστης χωροθέτησης ασύρματων δικτύων γεωαισθητήρων στο οποίο εστίασε η παρούσα διατριβή, καθώς και η προτεινόμενη μεθοδολογία επίλυσής του. Η επίλυση του προβλήματος προσεγγίζεται αξιοποιώντας τις ιδιότητες των πολύγωνων Voronoi και πιο συγκεκριμένα με την κεντροειδή διαμέριση Voronoi (CVT), μεθοδολογίες οι οποίες αναλύονται διεξοδικά.Το κεφάλαιο ολοκληρώνεται με την προτεινόμενη μεθοδολογία επιλογής των βέλτιστων θέσεων χωροθέτησης αισθητήρων.Στο τρίτο κεφάλαιο προσεγγίζεται η μεθοδολογία αξιολόγησης της χωροθέτησης, κάνοντας χρήση του τριγωνισμού Delaunay, ο οποίος αποτελεί ουσιαστικά το δυικό γράφημα του διαγράμματος Voronoi.Εξετάζονται πιθανές μετρικές, καταγράφονται τα πλεονεκτήματα και τα μειονεκτήματα κάθε μίας από τα οποία και προκρίνεται η μέση τιμή της τυπικής απόκλισης των πλευρών των τριγώνων που δημιουργούνται στο δίκτυο, ως η πλέον κατάλληλη. Στο τέλος του κεφαλαίου αναλύεται ο προτεινόμενος αλγόριθμος αξιολόγησης.Στο τέταρτο κεφάλαιο παρουσιάζεται το λογισμικό το οποίο δημιουργήθηκε με σκοπό τη διαδικασία χωροθέτησης και αξιολόγησης του ασύρματου δικτύου γεωαισθητήρων.Δημιουργούνται διαφορετικά σενάρια προσομοίωσης και πραγματοποιούνται δοκιμές με διαφορετικές παραμέτρους, ενώ εξετάζονται και ειδικές περιπτώσεις χωροθέτησης και καταγράφονται τα συμπεράσματα που προκύπτουν από τα σενάρια αυτά.Στο πέμπτο κεφάλαιο παρουσιάζονται τα συμπεράσματα που προέκυψαν από και γίνονται προτάσεις για περαιτέρω έρευνα.Βασικό συμπέρασμα της διδακτορικής διατριβής είναι, ότι η συγκεκριμένη μεθοδολογία χωροθέτησης και αξιολόγησης ενός ασύρματου δικτύου γεωαισθητήρων σε οποιοδήποτε περιβάλλον είναι αποδοτική, πλήρως παραμετροποιήσιμη και αξιόπιστη.Με γνώμονα την ελαχιστοποίηση του κόστους εγκατάστασης και συντήρησης του δικτύου, ζητούνται οι καλύτερες θέσεις αυτών, μεταξύ των υποψηφίων θέσεων τοποθέτησης, ώστε να επιτυγχάνεται η πλήρης κάλυψη της περιοχής με γεωμετρία που να πλησιάζει όσο είναι δυνατόν την ιδανική (ισόπλευρα τρίγωνα).