بخشی از مقاله
چکیده
شبکههای حسگر ویدئویی شامل تعداد زیادی گرههای دوربین با مصرف انرژی پایین، و در مکانهای عمومی از و غیره کاربرد دارند. از آنجاییکه دوربینها اطلاعات را از محیط مورد نظر دریافت و پردازشهای توزیع شده و هماهنگی را بروی دادههای دریافتی انجام میدهند، برای افزایش اطمینان دادههای تجمیع شده از چندین دوربین با نقاط دید مختلف استفاده میشود. پوشش در شبکههای حسگر ویدئویی یکی از چالش برانگیزترین مسائل در این نوع شبکهها محسوب میشود. بهترین پوشش زمانی وجود خواهد داشت که بتوان پوشش ویدئویی بیشینه را با کمترین تعداد حسگر فراهم آورد.
هدف اصلی این مقاله، مکانیابی بهینه قرارگیری دوربینها در یک محیط فرضی با ابعاد M*L است. به نحوی که میزان پوشش بصری از محیط با استفاده از قرارگیری خاص انتخاب شده، به مقدار مطلوب و موردنظر کاربر برسد. با توجه به اینکه محلهای قرارگیری دوربینها یکتا نیست و ترکیبات بسیار زیادی قابل بررسی است، لذا برای رسیدن به هدف مکانیابی بهینه، از الگوریتم بهینهسازی ژنتیک استفاده شد تا با جستجوی هدفمند و هوشمند به مکانیابی بهینه دست یابیم. نتایج حاصله نشان میدهند که الگوریتم ژنتیک استفاده شده بهخوبی قادر بهرسیدن به مقدار مساحت مطلوب مورد نظر برای پوشش محیط میباشد.
.1 مقدمه
در سالهای اخیر تحقیقات گستردهای بر روی شبکههای حسگر بیسیم یا - Akyildiz, I.F et al, 2002 - 1WSN انجام شدهاست. شبکه حسگر بیسیم شبکهای است متشکل از تعداد زیادی گره کوچک که در هر گره تعدادی حسگر وجود دارد. شبکه حسگر به شدت با محیط فیزیکی تعامل دارد. از طریق حسگرها اطلاعات محیط را گرفته و واکنش نشان میدهد. ارتباط بین گرهها بهصورت بیسیم است. هر گره بهطور مستقل و بدون دخالت انسان کار میکند و از لحاظ فیزیکی بسیار کوچک است و دارای محدودیتهایی در قدرت پردازش، ظرفیت حافظه، منبع تغذیه و ... میباشد. - - Gurses, E et al,2005
در اثر پیشرفت تکنولوژی، سختافزارهای ارزان قیمت و با مصرف انرژی پایین، مانند دوربینها و میکروفونهای CMOS که قادر به گرفتن اطلاعات چندرسانهای از محیط اطراف هستند، بهراحتی در دسترس و قابل استفاده هستند. استفاده از این سختافزارها در شبکههای حسگر، باعث توسعه شبکههای حسگر بیسیم چندرسانهای یا 2WMSN شدهاست - ,. - Misra, S et al در شبکههای حسگر بیسیم چندرسانهای گرهها، اطلاعات چندرسانهای مانند صوت، تصویر و یا عکس را از محیط اطراف دریافت و از طریق ارتباطات داخلی به یک گره مقصد3 ارسال میکنند.
امروزه ، "شبکههای حسگر بیسیم چندرسانهای" در زمینههای مختلفی چون پردازش سیگنالهای دیجیتالی، ارتباطات، شبکهسازی، کنترل و آمار، بهطور وسیعی مورد توجه تحقیقات قرار گرفتند. مهمترین زمینههای کاربردی شبکههای حسگر بیسیم چندرسانهای را میتوان به صورت زیر خلاصه نمود: نظارت و پایش، اجتناب از ترافیک، اجراء و کنترل آن، همیاری خودکار برای نظارت سالمندان و خانوادهها، کنترل فرایند صنعتی، پیشگیری رویدادها، اتوماسیون منزل، نظارت بر محیط ، کنترل کردن ترافیک شهری، مراقبت از بیماران، جلوگیری از جرم و جنایت . - Misra, S et al,2004 - شبکههای حسگر بیسیم چندرسانهای حتی میتواند پیشرفتهای بیشتری را در زمینه سیستمهای نظارت ایجاد کند.
چند فاکتور که طراحی شبکههای حسگر بیسیم چندرسانهای را تحت تاثیر قرار میدهد عبارتند از - Akyildiz, :I.F et al,2007 - کیفیت سرویس4 مورد نیاز برای نرمافزارهای خاص، تقاضای پهنای باند بالا، تکنیکهای کد گذاری منبع چندرسانه ای - - Girod, B et al,2005، پردازش چندرسانهای درون شبکهای، توان مصرفی، معماری انعطاف پذیر برای حمایت از برنامههای ناهمگون، پوشش چندرسانه ای، پیوستگی با معماری اینترنت - - Zuniga , M et al,2003، یکپارچه سازی با سایر تکنولوژیهای بیسیم.
چالشهای طراحی چندی درتحقّق شبکههای حسگر بیسیم چندرسانهای وجود دارند، کمینهسازی مصرف انرژی، مثل کدگذاری منبع چندرسانهای، نیاز به پهنای باند بالا، نیازمندیهای کیفیت خدمات در کاربرد خاص، پردازش درون شبکهایِ چندرسانه، مصرف انرژی، محدودیت منابع، ظرفیت متغیر کانال، ترکیب کارکردها در راهکار گذر از لایه، پوشش5 و... . - Soro, S et al,2003 - بحث پوشش در شبکههای حسگر بیسیم ویدئویی، درحال حاضر یکی ازچالش برانگیزترین مسائل در این نوع شبکهها محسوب میشود. که بتوان پوشش ویدئویی را با کمترین تعداد حسگر فراهم آورد - . - Tsai, Y.R.,2008
در این مقاله N تا گره حسگر در نظر گرفته میشود، که هرکدام به نرخ R اقدام به تولید ویدئو میکنند و روی روشی تمرکز میشود که سعی دارد با کمترین تعداد حسگر پوشش ویدئویی کامل را فراهم آورد. در طراحی پارامترهایی چون کمترین انرژی مصرفی در انتقال نیز در نظر گرفته خواهد شد. مکانیابی بهینه قرارگیری دوربینها در یک محیط فرضی با ابعاد L *M هستیم.
به نحوی که میزان پوشش بصری از محیط با استفاده از قرارگیری خاص انتخاب شده، به مقدار مطلوب و مورد نظر کاربر برسد. با توجه به اینکه محلهای قرارگیری دوربینها یکتا نیست و ترکیبات بسیار زیادی قابل بررسی است، لذا برای رسیدن به هدف مکانیابی بهینه، از الگوریتم بهینهسازی ژنتیک استفاده شده تا با جستجوی هدفمند و هوشمند به مکانیابی بهینه دست یابیم.
.2 کارهای انجام شده
کارهای تحقیقاتی بسیاری در زمینه محاسبه پوشش و افزایش آن در محیط مورد نظر در شبکههای حسگر دوربیندار بیسیم انجام شده است. آنالیزهای تئوریک انجام شده برای این مسئله و چگونگی افزایش آن در محیط با کمکردن همپوشانی در نقطه دید دوربینها در آمدهاست، در - Cardei, M et al,2005 - , - Tian, D et al,2002 - مسئله پوشش زمانیکه در نقطه دید دوربینها جهت دید مدنظر نباشد در این نوع از شبکهها بررسی شدهاست چرا که در حالت معمولی دید دوربینها جهتدار است. در نتیجه روش های ارائه شده برای پوشش بدون جهت، متفاوت از روشهای موجود برای پوشش جهتدار است. همچنین تحقیقات زیادی در مورد موانع موجود در محیط و تاثیر آنها در - Rahimi, M et al,2006 - , - Sambhoos, P et al,2006 - بحث شدهاست.
موانع موجود بر روی اطلاعات دریافتی از محیط توسط دوربینها تاثیرگذار است در نتیجه روشهای توزیع شده برای شبکههای حسگر دوربیندار با استفاده از تعداد زیادی حسگرهای تصویری ارزان قیمت ارائه گردیدهاست و روشهای ارائه شده برای دریافت تصویر زمانی کاربرد دارند که بین دوربین و شی مورد نظر فاصله مستقیم باشد و مانعی حضور نداشته باشد، که این حالت در : - Akyildiz, I.F et al,2007 - بحث شدهاست. روش پیشنهاد شده در - - 2ʼ5RXUNH' -.'1987 که در واقع همان الگوریتم خودچرخش میباشد. پوشش را در محیط افزایش و همپوشانی را کاهش میدهد و دوربینها با توجه به وضعیت گرههای همسایه زاویه دید خود را بهطور اتوماتیک بروز میکنند.
3. بیان مساله پوشش
- شکل شماره - 1 محیط فرضی مورد استفاده برای مکانیابی بهینه دوربینها را نشان میدهد. فرض شدهاست که محیط مورد بحث مساحتی برابر با L*M داشته باشد. این محیط بهصورت مربعاتی با طول و عرض r واحد تقسیمبندی میشود. با توجه به شکل واضح است که با سه نوع تقسیم بندی مواجه هستیم. چهار برش مربعی در گوشهها - نواحی - C، چهار ناحیهی l/r تایی که فقط از کنارهها محدود به لبه هستند - نواحی - B و بالاخره نواحی مرکزی - نواحی . - A از آنجا که هر دوربین نقطه دید متفاوتی دارد لذا این نوع تقسیمبندی مورد استفاده قرار میگیرد تا در مجموع به-صورت مناسبی قادر به پوشش مساحت مورد نیاز در محیط باشیم. پوشش در شبکههای حسگر دوربیندار بیسیم در واقع نشان دهنده چگونگی نظارت و کنترل محیط و یا ردیابی یک شی توسط دوربین میباشد.
