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ENERGY EFFICIENT TECHNIQUES FOR WEARABLE SENSOR SYSTEMS: WITH APPLICATION IN PUBLIC SAFETY NETWORKS 원문보기

  • 저자

    ATIQ MAHIN KHUSHBAKHT

  • 학위수여기관

    Sejong University, Department of Information and Communication Engineering

  • 학위구분

    국내석사

  • 학과

    정보통신학과

  • 지도교수

    Hyung Seok Kim

  • 발행년도

    2014

  • 총페이지

    viii, 83 p.

  • 키워드

    Energy Efficiency Wearable Sensor Systems Public Safety Networks;

  • 언어

    eng

  • 원문 URL

    http://www.riss.kr/link?id=T13541034&outLink=K  

  • 초록

    웨어러블 센서 시스템은 의료나 안전 분야 응용에서 폭넓은 주목을 받고 있는 기술적 혁명이다. 웨어러블 센서 시스템은 많은 특징을 가지고 있는데, 이들은 웨어러블 센서 시스템들 이내에서 사용되는 센서들과 통신 디바이스들에 대해 몇가지 요구사항을 부과한다. 이들 여러가지 요구사항들은 접근성, 착용성, 제어성 및 저전력 요구사항들을 요구한다. 최근에, 공공안전이 구조작업자들이 웨어러블 센서 시스템을 사용하여 재난 시나리오에 대응할 것을 요구하고 있다.이들 모니터링 시스템들은 구조작업자들이 그들이 직면한 환경 상황과 위험을 더 잘 알고, 또한 작업 책임자가 재난 현장의 현황을 잘 알 수 있도록 한다. 소방관들은 사람들과 재산을 구하는데 직접적 위험에 생명을 걸기 때문에, 화재 구조는 이들 공공 안전 서비스들에서 가장 중요한 요소들 중의 하나이다. 이 학위 논문에서는, 공공안전망에서 웨어러블 센서 시스템에 대해 에너지 효율적인 프로토콜을 소개함에 의해 저전력 설계 필요성을 제시한다. 첫째로, 에너지 고려한 센싱과 전송 기술 (EAST)가 모니터링 시스템에서 센서들에 대해 제안된다. EAST 기술은 예상되는 최대 작업시간, 잔류 전력, 센서노드들의 업데이트 주기에 관하여 센서노드들에 대해 전원을 껏다 켜는 스케쥴링 방식을 적용하는 것이다. 시뮬레이션을 통한 비교가 MATLAB으로 수행된다. EAST 기술은 다른 기술과 비교하여 업데이트 주기 제약 이내에서 에너지 효율성을 획득한다. 두번째로, 기지국에 있는 책임자에게 구조작업자 모니터링 시스템으로부터의 효율적인 센서데이터 전달과 관련하여 신뢰성있는 에너지 균형적 멀티 그룹 (REM) 라우팅 프로토콜이 제안된다. 메트릭 기반 클러스터 헤드 선택, 클러스터 멤버들간의 클러스터 헤드 교체, 라우팅 알고리즘을 포함해서, REM 기술은 데이터 통신에 있어 신뢰성과 에너지 균형을 획득한다. 클러스터 이내에서, 잔류 전력과 연결의 수에 기반하여 가장 높은 메트릭값을 가진 노드가 클러스터 헤드로서 선택된다. 클러스터 헤드는 클러스터 멤버들 간에 주기적으로 교체된다. REM은 잔류전력, 연결숫자, 기지국까지의 홉수에 기반하여 더 높은 메트릭을 가진 노드들을 기지국으로 데이터를 포워딩할 다음 홉으로 선택한다. 이 방식은 다른 라우팅 기술들과 비교할 때, 시뮬레이션 결과로부터 명백하게, 신뢰성, 더 적은 지연시간, 전력 균형을 획득하도록 돕는다


    The wearable sensor system is a technological innovation gaining widespread attention for its applications in fields such as medical care and public safety. Wearable sensor systems have many specific characteristics, which impose several demands on the sensors and communication devices used within wearable sensor systems. These various demands include accessibility, wear-ability, controllability and keeping power requirements low. Recently public safety activities have required rescue workers responding to disaster scenarios to use wearable sensor systems. These monitoring systems enable the rescue workers to be more aware of the environmental situations and dangers ahead of them and also keep the incident commander informed regarding the situation in the disaster field. Fire rescue is one of the most critical of these public safety services, as firefighters put their lives in direct risk in order to save people and property. In this thesis, we have addressed the need for a low power design by introducing energy efficient protocols for wearable sensor systems in public safety networks. First, an energy aware sensing and transmission (EAST) scheme is proposed for the sensors in the monitoring system. The EAST scheme computes the on-off scheduling for the sensor nodes depending upon the expected maximum operation time, the residual energy and update period of the sensor nodes. Simulations are performed and comparisons are made in MATLAB. It is shown that the EAST scheme achieves the energy efficiency within the update period constraints when compared with other schemes. Second, a reliable, energy-balancing multi group (REM) routing protocol is proposed for efficient delivery of sensor data from the rescue worker's monitoring system to the incident commander at the base station. The REM scheme REM achieves reliability and energy balancing in data communication by incorporating metric-based cluster head (CH) selection, CH rotation among cluster members, and a routing algorithm. Within a cluster, the node with highest metric value based on residual energy and number of connections is chosen as the CH. The CH's responsibilities are rotated periodically among the cluster members. REM chooses nodes with a higher metric based on residual energy, number of connections, and number of hops to the base station (BS) as the next hop for forwarding data to the BS. This helps to achieve reliability, less delay, and energy balancing when compared with other routing schemes, as evident from the simulation results.


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