Performance Evaluation of Node Placement Schemes for Water Pipelines Monitoring. Masters thesis, King Fahd University of Petroleum and Minerals.

Preview

PDF My_MS_thesis_final_Abdullatif_Albaseer.pdf - Accepted Version Download (4MB) | Preview

Arabic Abstract

استخدام شبكة الاستشعار اللاسلكية أصبح مشهورا بالآونة الأخيرة نتيجة للتطبيقات التي تتيحها في مختلف المجالات. فشبكة الاستشعار اللاسلكية تستخدم في العديد من التطبيقات سواء المدنية او العسكرية مثل تطبيقات البحث والانقاذ والتنبؤ والمراقبة ... الخ. وإن مراقبة خطوط الأنابيب سواء أنابيب الماء أو الزيت واحدة من هذه التطبيقات حيث يتم وضع أجهزة الاستشعار بشكل خطي على طول هذه الانابيب. لكن، طبيعة الاتصالات في هذه الطوبولوجيا تتطلب اهتماماً ودراسة متعمقة نظرا لتباين المهام من الحساسات القريبة من وحدة المراقبة لتلك البعيدة منها. حيث تستهلك الحساسات القريبة من وحدة المراقبة كمية كبيرة من الطاقة لأنها تعمل على تمرير جميع البيانات القادمة الى وحدة المراقبة مما يؤدي الى خروجها عن الخدمة بشكل سريع بينما يقل استهلاك هذه الطاقة كلما بعدنا من وحدة المراقبة. رغم وجود دراسات عديدة في هذا المجال الا انها تعاني من بعض العيوب المتعلقة سواء بعمر الشبكة او عدم تقديم نظام اتصال موثوق أو عدم توفر الدقة المطلوبة في عملية اكتشاف التسريب بسبب بعد بعض العقد عن البعض الأخر بمقدار كبير لا تستطيع الإشارات الصوتية الوصول الى هذا المدى في حال فشلت العقدة المعنية بذلك، ولهذا قمنا باقتراح طرق جديدة للتوزيع مرتكزة على مبدأ التجميع. الطريقة الأولى تسمى الطريقة متساوية المسافات متساوية الأعضاء والمرتكزة على توزيع العقد على طول الأنابيب بمسافات متساوية وتجميع كل عدد منها كمجموعة واحده لها قائد يسمى رأس المجموعة وهو المسؤول عن تمرير الرسائل المرسلة من مجموعته الى المجموعات الأخرى باتجاه وحدة المراقبة. هذا الرأس يتم اختياره بشكل دوري لتوزيع الحمل مع الوقت بين هذه العقد. والطريقة الثانية تسمى متساوية المسافات مختلفة الأعضاء. حيث يتم تحديد عدد أعضاء مختلف في كل مجموعة بناء على التسوية في استهلاك الطاقة بين بين جميع التجمعات (ِClusters). ولدراسة كفاءة هذه الطرق، تم دراسة الطرق المقترحة باستخدام المحاكاة وباستخدام تجارب واقعية على حساسات من طراز (TelosB) وجميعهم اثبتوا فعالية الطرق المقترحة.

English Abstract

Wireless sensor network has proven to be a reliable tool for monitoring applications. Most of these applications expect sensor nodes to operate with the desired level of fidelity for years, especially those deployed for long distance. However, sensors with limited energy budget and sensing range may not be able to meet that expectation. Consequently, node placement is considered one of the most important factors that can cause non-uniform energy consumption, limit the sensing range and shorten the network lifetime. Therefore, sensor nodes should be strategically placed to tackle these challenges. There are many node placement schemes that have been proposed, however, most of these schemes are not applicable for the linear topology (i.e. Pipelines Monitoring). In this thesis, we study node placement approaches of WSNs for pipeline monitoring. Since most of the existing placement approaches are not efficient especially for reliable communication, required fidelity and desired lifetime, two novel placement approaches based on clustering techniques are proposed. These approaches prominently, gather the sensor nodes based on their power levels to balance the energy consumption practically among the same cluster. The required fidelity is considered by limiting the distances between nodes. Extensive simulation experiments based on our proposed schemes have been conducted. The simulation results demonstrate outstanding performance compared to the greedy approaches in terms of minimizing the power consumption, reducing the number of forwarded packets and increasing the lifetime. Moreover, proof-of-concept experiments using TelosB motes have been carried out for validating the proposed approaches.

Item Type:	Thesis (Masters)
Subjects:	Computer Engineering Electrical
Department:	College of Computing and Mathematics > Computer Engineering
Committee Advisor:	Baroudi, Uthman
Committee Members:	Sheltami, Tarek and Selim, Shokri
Depositing User:	ABDULLATIF ALBASEER (g201305070)
Date Deposited:	06 Jun 2017 13:07
Last Modified:	31 Dec 2020 07:36
URI:	http://eprints.kfupm.edu.sa/id/eprint/140347