Challenges and Opportunities of Connected k-Covered Wireless Sensor Networks: From Sensor Deployment to Data Gathering

شبکه‌های حسگر بی‌سیم به دلیل نقش مهم و امکانات بسیار در زندگی ما مورد توجه قرار گرفته‌اند. در واقع، پیشرفت‌های اخیر و سریع در فناوری حسگر ارزان قیمت و ارتباطات بی‌سیم، طراحی و توسعه شبکه‌های حسگر بی‌سیم در مقیاس بزرگ را مقرون‌به‌صرفه و جذاب برای طیف گسترده‌ای از موقعیت‌های حیاتی، از جمله غیرنظامی، طبیعی، صنعتی و جذاب کرده است. کاربردهای نظامی، مانند نظارت بر سلامت و محیط زیست، پایش لرزه ای، اتوماسیون فرآیندهای صنعتی و نظارت بر میدان های جنگ، به ترتیب. یک شبکه حسگر بی سیم از تعداد زیادی دستگاه کوچک و کم مصرف به نام حسگرها تشکیل شده است که به طور تصادفی یا قطعی در یک زمینه مورد علاقه مستقر می شوند و در حین همکاری و هماهنگی برای انجام موفقیت آمیز ماموریت خود. این حسگرها از منابع و قابلیت‌های بسیار کمیاب مانند پهنای باند، ذخیره‌سازی، CPU، توان باتری (یا انرژی)، سنجش و ارتباطات رنج می‌برند، که از جمله مهم‌ترین آنها انرژی است. چالش اصلی در فرآیند طراحی این نوع شبکه عمدتاً به دلیل توانایی‌های محدود حسگرها و به ویژه انرژی آنها است که آنها را غیرقابل اعتماد می‌کند.

هدف این کتاب ایجاد درک کامل خواننده است. از فرصت‌ها و چالش‌های شبکه‌های حسگر بی‌سیم با پوشش k، که در آن هر نقطه در یک میدان استقرار حداقل توسط k حسگر پوشش داده می‌شود (یا حس می‌شود). این کتاب با پیروی از زیباترین روش رنه دکارت برای تقسیم هر مشکل به بخش‌های زیادی که ممکن است و برای بهترین حل آن ضروری است (Discours de la Method, 1637)، انواع مطالعات نظری مبتنی بر نظریه نفوذ و هندسه محاسباتی را ارائه می‌کند. و همچنین پروتکل‌هایی که منجر به طراحی یک چارچوب یکپارچه می‌شوند، جایی که پوشش k متصل، زمان‌بندی حسگر، و مسیریابی و انتشار داده‌ها به طور مشترک در نظر گرفته می‌شوند.

Wireless sensor networks have received significant attention because of their important role and many conveniences in our lives. Indeed, the recent and fast advances in inexpensive sensor technology and wireless communications has made the design and development of large-scale wireless sensor networks cost-effective and appealing to a wide range of mission-critical situations, including civilian, natural, industrial, and military applications, such as health and environmental monitoring, seism monitoring, industrial process automation, and battlefields surveillance, respectively. A wireless sensor network consists of a large number of tiny, low-powered devices, called sensors, which are randomly or deterministically deployed in a field of interest while collaborating and coordinating for the successful accomplishment of their mission. These sensors suffer from very scarce resources and capabilities, such as bandwidth, storage, CPU, battery power (or energy), sensing, and communication, to name a few, with energy being the most critical one. The major challenge in the design process of this type of network is mainly due to the limited capabilities of the sensors, and particularly, their energy, which makes them unreliable.

This book aims to develop a reader’s thorough understanding of the opportunities and challenges of k-covered wireless sensor networks, where each point in a deployment field is covered (or sensed) by at least k sensors. Following René Descartes’ most elegant methodology of dividing each difficulty into as many parts as might be possible and necessary to best solve it (Discours de la Method, 1637), this book presents a variety of theoretical studies based on percolation theory and computational geometry, as well as protocols that lead to the design of a unified framework, where connected k-coverage, sensor scheduling, and data routing and dissemination are jointly considered.