ارايه يك الگوريتم متمركز مبتني بر نمودار ورونوي براي تشخيص حفره در شبكه هاي حسگر بي سيم

A Centralized Algorithm Based on Voronoi Diagram for Hole Detection Problem in Wireless Sensor Networks

يكي از چالش هاي مهم در شبكه هاي حسگر بي سيم، تشخيص و محاسبه مساحت حفره ها در محيط مي باشد. حفره ها به دلايل مختلفي از جمله مرگ تصادفي حسگرها، انفجار در محيط و يا تمام شدن انرژي حسگرها در شبكه هاي حسگر بي سيم ايجاد مي گردند و وظيفه نظارتي شبكه هاي حسگر بي سيم را مختل مي كنند. زماني كه حسگرها به صورت تصادفي در مناطقي مانند جنگل هاي متراكم و زمين-هاي ناهموار قرار مي گيرند، تشخيص حفره به صورت دستي در محيط امكان پذير نيست. به همين دلايل هدف ما در اين مقاله ارايه يك الگوريتم متمركز براي تشخيص و محاسبه مساحت حفره ها در محيط، با استفاده از رويكردهاي هندسه محاسباتي است. ما در اين مقاله مسيله تشخيص حفره را با در نظر گرفتن دو حالت بررسي مي كنيم: 1- هنگامي كه محيط شامل مانع نباشد و فقط مجموعه اي از حسگرها با شعاع متفاوت در محيط قرار گرفته باشند. 2- علاوه بر حسگرهاي موجود در محيط، ناحيه موردنظر شامل مجموعه اي از موانع نيز باشد. در هر دو حالت الگوريتم هاي كارآيي ارايه داده و با استفاده از رويكردهاي هندسه محاسباتي بعد از تشخيص حفـره هاي موجود در محيط، مساحت هر حفره را همراه با يال هاي مرزي به صورت دقيق گزارش مي كنيم. پيچيدگي الگوريتم در حالت بدون مانع O(n ?log?^2 n) و در حالت با مانع O(n ?log?^2 n+nm^2) است و نتايج حاصل از شبيه سازي نشان مي دهد كه الگوريتم هاي ارايه شده حفره هاي موجود در محيط را به درستي تشخيص مي دهند. در نتيجه، ما الگوريتم ارايه شده در حالت (1) را با يكي از الگوريتم هاي جديد ارايه شده مقايسه مي كنيم. نتايج حاصل از شبيه سازي كارا و دقيق بودن الگوريتم ما را نشان مي دهد.

One of the challenging problems in wireless sensor networks is detecting and calculating the area of holes which occur because of several reasons such as accidental death of sensors, explosion in the environment or running out of the energy of the sensors that they all disrupt the task of monitoring wireless sensor networks. When the sensors are distributed randomly in some places like dense forests and rugged terrain, it is possible to detect the holes in the environment. Therefore, in this paper we aim to provide a centralized geometric based algorithm to detect and calculate the area of the holes for a given environment. We investigate hole detection problem for a set of sensors with non-identical sensing radii in both cases: (i) when there is no obstacle in the environment and (ii) when there are some polygonal obstacles in the environment. We propose efficient algorithms for detecting holes in both cases. We calculate the amount of holes and report the boundary edges of the holes using computational geometry approaches. The time complexity of algorithm in case (i) is O(n log2n), and in case (ii) is O(n log2n + nm2). The results of the simulation show that the provided algorithms exactly detect all holes in a given environment. Also, we compare the algorithm in case (i) with one of state-of-the-art algorithms in the literature. The comparison result shows efficiency of the proposed algorithm.area.