臺灣博碩士論文加值系統

本研究可概括為三個部分；第一，研究感測器網路的部署策略，在有限制的感測器節點資源的情況下，分別介紹固定式與移動式的感測器部署之特性，並進一步地討論感測器網路涵蓋面積與部署策略之間的關係，並且就感測器本身軟硬體限制特性，在效益功能與成本兩項限制因素之下，取得權宜的最佳化部署。第二，針對分析所得的結果，本文利用了動物群聚的群體行為，簡言之，即應用群體的智能，在未知的環境中，以群組的感測器在有限的局部資訊下，利用群體團隊合作的方式，提高感測器網路部署策略中所關切的涵蓋、感測、傳遞訊息等關鍵影響感測器網路品質良窳之關鍵因素。第三，將此一具有群體智能的感測器網路模型，建置代理人為基礎的Java視覺化環境網路架構，來實現此群聚行為模式的感測器網路，並透過網路使用者介面，展示即時、動態的感測器網路模擬於遠端的使用者，共同分析此種感測器網路的實際成效。

This study divided into three categories: (1) Sensor Network Deployment：First we compared fixed sensor to mobile upon their basic characteristics, following the correlation between sensor network coverage and deployment, end up with the tendency to the system efficiency and cost concern depending on the limitation of the sensor itself. (2) Swarm Behavior：We took advantage of the natural animal instincts, that is, the swarm behavior; specifically the application of group intelligence to the unknown hostile environment by local information provided by group members. (3)Web-based environment: This is also an agent-based Java visualization environment implementation which is developed to accomplish the swarm behavior-based sensor network model with user friendly interface and demonstrate a real-time animation for the further end-to-end analytical requirements.

目錄

誌謝 ii
摘要 iii
ABSTRACT iv
目錄 v
表目錄 vii
圖目錄 viii
1.緒論 1
1.1 研究背景與動機 1
1.2 研究目的與範圍 3
1.3 研究方法與步驟 3
2.感測器網路與群聚行為 5
2.1 感測器網路之緣起 5
2.2 感測器之基本結構 8
2.3 感測器網路之特性 10
2.4 感測器網路之部署 12
2.5 感測器網路之研究發展 19
2.6 群聚行為之定義 26
2.7 群聚行為理論基礎 27
2.8 群聚行為與操縱行為 30
3.系統分析與模式建構 33
3.1 操作環境說明與基本假設 33
3.2 代理人基礎之建構模式 33
3.3 建模狀態圖與演算法 34
3.4 消防滅火系統模型建構 38
3.5 動態場景模擬與展示 40
4.情境設計與模擬結果分析 43
4.1 部署模式 43
4.2 情境設計星火與野火 44
4.3 部署策略效益分析 47
4.4 遠端使用者介面構連 47
5.研究結論與建議 49
5.1 研究結論 49
5.2 未來研究發展與建議 49
參考文獻 50
自傳 53

表目錄

表1.1 感測器網路之各種應用層面實例 19
表4.1 火完全撲滅時各種部署策略耗費時間比較表 47



圖目錄

圖2.1 基本網路拓樸架構 6
圖2.2 典型的感測器網路架構 7
圖2.3 感測器基本架構 8
圖2.4 對於入侵者偵測的區域(Area)部署策略 14
圖2.5 對於入侵者偵測的入口路障(Barrier)部署策略 15
圖2.6 對於入侵者偵測的掃蕩(Sweep)部署策略 16
圖2.7 (a)三角形(b)矩形(c)不規則 17
圖2.8感測範圍內同伴數目K與涵蓋範圍面積的關係 17
圖2.9調準(Alignment) 28
圖2.10 凝聚(Cohesion) 28
圖2.11 擴張(Separation) 29
圖2.12追逐/逃逸 30
圖2.13 追蹤/迴避(Pursuit/Evasion)目標 31
圖2.14 到達目標(Arrival) 31
圖2.15 避免碰撞障礙物(Avoid Obstacle) 32
圖3.1 M_agent建構模式狀態圖 35
圖3.2 避免碰撞樹木示意圖 37
圖3.3 F_agent建構模式狀態圖 38
圖3.4 系統架構狀態圖 39
圖3.5系統代理人元件組成圖 40
圖3.6 動態模擬螢幕2D快照(Snapshot)圖 41
圖3.7 動態模擬螢幕3D快照(Snapshot)圖 41
圖3.8 動態模擬螢幕3D快照(Snapshot)圖 42
圖3.9 動態模擬螢幕3D快照(Snapshot)圖 42
圖4.1 不規則涵蓋範圍 43
圖4.2 規則涵蓋範圍 44
圖4.3 隨機部署時，X軸為時間，Y軸為agent數目 45
圖4.4 群聚部署時，X軸為時間，Y軸為agent數目。 45
圖4.5 隨機部署時，X軸為時間，Y軸為agent數目。 46
圖4.6 群聚部署時，X軸為時間，Y軸為agent數目。 46
圖4.7 使用者介面(以Microsoft Internet Explorer構連) 48

[1] 蔡佳宏、曾煜棋，“無線感測網路之通訊協定與應用前景”，電信國家型科技計畫77期，國立交通大學資訊工程系，第1-2頁，2006年元月號。
[2] 韓永祥、王藏億， “無線感測器網路概論” ，國立交通大學電信工程學系。
[3] F.L. Lewis, John Wiley., “Wireless sensor networks,” In D.J. Cook and S.K. Das, editors, Smart Environments: Technologies, Protocols, and Applications, New York, pp. 1-18, 2004.
[4] J. M. Kahn, R. H. Katz, and K. S. J. Pister., “Mobile Networking for
Smart Dust,” In MobiCOM, Seattle, WA, pp. 271-278, August 1999.
[5] http://www.cqinc.com.tw/grandsoft/cm/116/atr-1.htm
[6] 任豐原、黃海寧、林闖， “無線傳感器網路” ， 軟件學報，第十四卷，第七期，第1282-1291頁，2003。
[7] http://imus.csie.ncku.edu.tw/imus/sensor/index.html
[8] 任彥、張思東、張宏科， “無線傳感器網路中覆蓋控制理論與算法” ，軟件學報，第十七卷，第三期，第422-433頁，2006。
[9] K. Chakrabarty, S.S. Iyengar, H. Qi, and E. Cho., “Grid Coverage for Surveillance and Target Location in Distributed Sensor Networks,” IEEE Transaction on Computers, VOL. 51, NO. 12, pp. 1448-1453, December 2002.
[10] Fan Ye, Gary Zhong, Jesse Cheng, Songwu Lu, Lixia Zhang., “PEAS: A Robust Energy Conserving Protocol for Long-lived Sensor Networks,” in ICDCS'03, pp. 28-3, 2003.
[11] Ravelomanana V., “Extremal Properties of Three-Dimensional Sensor Networks with Applications,” IEEE Trans. on Mobile Computing, Volume 3, Issue 3 pp.246-257, July 2004.
[12] Meguerdichian S, Koushanfar F, Qu G, Potkonjak M., “Exposure in Wireless ad-hoc Sensor Networks,” In: Rose C, ed. Proc. of the ACM Int’l Conf. on Mobile Computing and Networking (MobiCom). New York: ACM Press, pp. 139-150, 2001.
[13] Cortes J, Martinez S, Karatas T, Bullo F., “Coverage Control for Mobile Sensing Networks,” IEEE Trans. on Robotics and Automation, Volume 2, Issue 2, pp.243-255, 2004.
[14] Lynne E. Parker., “Wrap-Up: Metrics and Evaluation Search/Coverage Part I,” Lecture of Autonomous Robotics CS594, Section 30682, Department of Computer Science, The University of Tennessee, Spring 2003.
[15] Yu-Chee Tseng, Sheng-Po Kuo, Hung-Wei Lee, Chi-Fu Huang., “Location Tracking in a Wireless Sensor Network by Mobile Agents and Its Data Fusion Strategies, ” The Computer Journal, Vol. 47, No. 4, pp. 448-460, 2004.
[16] Sameera Poduri, Gaurav S. Sukhatme., “Constrained Coverage for Mobile Sensor Networks, ” In IEEE International Conference on Robotics and Automation, New Orleans, LA, USA, pp. 165-172, April 26-May 1, 2004.
[17] 李建中、李金寶、石勝飛， “傳感器網路及其資料管理的概念、問題與進展” ，軟件學報，第十四卷，第十期，第1717-1727頁，2003。
[18] http://automation.sjtu.edu.cn:81/cnc/webpage/cooperative%20control.htm
[19] Reynolds, C.W., “Flocks, Herds, and Schools: A Distributed Behavioral Model,” The Computer Graphics, Vol.21, No.4, pp. 25-34, 1987.
[20] Reynolds, C.W., “Steering Behaviors for Autonomous Characters,” The Proceedings of the 1999 Game Developers Conference, pp. 763-782, 1999.
[21] http://www.steeringbehaviors.de/
[22] http://www.xjtek.com/