DESIGN AND IMPLEMENTATION OF ENERGY EFFICIENT LARGE-SCALE TRACKING SYSTEM. Masters thesis, King Fahd University of Petroleum and Minerals.

Preview

PDF DESGIN_AND_IMPLEMENTATION_OF_ENERGY_EFFICIENT_LARGE-SCALE_TRACKING_SYSTEM.pdf Download (4MB) | Preview

Arabic Abstract

يعد موسم الحج أكبر الأحداث السنوية في العالم، حيث الملايين من الناس من جميع أنحاء العالم يجتمعون لأداء الشعائر التعبدية على مدى عدة أيام، يتنقلون فيها بين عدة أماكن متباعدة. إن التحدي الرئيس خلال موسم الحج للمنظمين والمشاركين هو ضمان السلامة والصحة والراحة أثناء الحج. وقد جاء هذا البحث ليقدم علاجا لهذه المسالة وذلك عن طريق تصميم نظام يتتبع حركة المشاركين وحالتهم الصحية وتوفير مواقعهم واتجاهات الحركة. وتشمل المزايا الإضافية تحقيق دقة تحديد المواقع، والحد من استهلاك الطاقة وتعظيم الإنتاجية من الشبكة بأكملها وتعظيم عمر الشبكة. وقد درسنا العديد من التقنيات القائمة لأنظمة التتبع على أساس تجميع المحمول وبيان عيوبها الرئيسية. ومع ذلك، فلم نجد طريقة لديها نهج مناسب لحل المشكلة في متناول اليد (تتبع الحجاج أثناء الحج) الذي يعالج منطقة مزدحمة جدا مع حركة عالية وتوفي بالشروط الآنفة الذكر. قدمت هذه الدراسة نهجا جديدا لتصميم نظام تتبع على نطاق واسع كفوء في استخدام الطاقة على أساس تجميع المشاركين بمجموعات صغيرة متغيرة وبناء شبكة فعالة مستخدمة الهواتف الذكية ومعتمدة على تقنية بلوتوث(Bluetooth) ، واي فاي(Wi-Fi) و (RFID) الذكية. وتضمن الطريقة المقترحة للتكتل المتنقل كفاءة استخدام الطاقة في نظام تتبع واسع النطاق يمكن استخدامه في المناسبات العامة الكبيرة مثل الحج والمطارات ومحطات القطارات، وما إلى ذلك. وكذلك تم دمج تكنولوجيا (RFID) مع الطريقة السابقة للتقليل من الاعتماد على التوافق بين الهواتف الذكية وتقنيات بلوتوث(Bluetooth) لأن الاتصالات عن طريق البلوتوث(Bluetooth) تدعم الهواتف الذكية المعتمدة على نظام التشغيل (Android)للتواصل مع بعضها البعض، ولا تسمح للتواصل مع نظم التشغيل الأخرى مثل الهواتف الذكية (ios). من أجل تقييم الطريقة المقترحة، قمنا أولا بصياغة المشكلة كبرنامج خطي. ثانيا، تم تطوير محاكاة للطريقة مستخدمين (Matlab/Simulink) في ظل ظروف عملية واقعية. ثالثا، تم تطوير تطبيق (Android) لتجربة الطريقة المقترحة في ظل ظروف عملية واقعية. وأخيرا، تم دمج عقدة (RFID)الذكية مع نهجنا لاختبار الطريقة المقترحة تحت التجارب الحقيقية. أظهرت النتائج الأداء المتميز للطريقة المقترحة مقارنة بالطرق المعاصرة.

English Abstract

The Hajj season is one of the biggest annual events in the world, where millions of people from all over the world gather to perform religious rituals over several days. The main challenge during Hajj season for organizers and participants is to ensure safety, health and comfort during Hajj. Given such a large-scale event such as Hajj; the pilgrims are usually in a bounded area and in large number. Several existing tracking systems based on mobile clustering are available in the literature. However, very few of these solutions are suitable for the problem at hand (large scale tracking problem; e.g. tracking pilgrims during Hajj seasons) that addresses a very hugely crowded area. Therefore, there is a need for a new approach that tackles this problem and be able of tracking and monitoring health conditions of the crowd and providing their locations and movement directions. Additional benefits include reducing the energy consumption, transmission delay and maximizing the whole network throughput and the network lifetime. We propose a novel technique to design an energy-efficient large-scale tracking system based on mobile clustering. The newly proposed method of mobile clustering ensures energy efficiency in a large-scale tracking system that can be used in large public events such as the annual Muslim pilgrimage (Hajj), airports, train stations, etc. This method considers random movement of large number of people in a bounded area by adaptively and collaboratively constructing networks of smart phones clusters exploiting Bluetooth, Wi-Fi and 3G/4G technologies. In order to eliminate the operating systems limitations (i.e. ios does not support a friendly establishment of Bluetooth network, while android does so), we have integrated our approach with RFID technology. In order to evaluate the proposed method, we first formulate the problem as a linear program and we compute the optimal number of clusters and their members. Second, a Matlab/Simulink simulation is developed to simulate the proposed method under realistic operational conditions. Third, an android application is developed to experiment the proposed method under realistic operational conditions. Finally, a smart RFID node is integrated with our approach to test the proposed method under real experiments. The results demonstrate the outstanding performance of the proposed method compared to contemporary methods.

Item Type:	Thesis (Masters)
Subjects:	Computer
Department:	College of Computing and Mathematics > Computer Engineering
Committee Advisor:	Baroudi, Uthman
Committee Members:	Sheltami, Tarek and Alfares, Hesham
Depositing User:	ABDUL RAHM ABU ELKHAIL (g201536490)
Date Deposited:	21 Jan 2018 08:04
Last Modified:	31 Dec 2020 06:01
URI:	http://eprints.kfupm.edu.sa/id/eprint/140619