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Private GIT Repository
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[Sensornets15.git] / Example.tex
index dc5dd18499c9ecc7de06bb80c1b1f33b1b39732a..41f84a1d01dd242e19a9697a7687aa193628ab0e 100644 (file)
@@ -12,7 +12,7 @@
 \usepackage{apalike}
 \usepackage{SCITEPRESS}
 \usepackage[small]{caption}
 \usepackage{apalike}
 \usepackage{SCITEPRESS}
 \usepackage[small]{caption}
-
+\usepackage{color}
 \usepackage[linesnumbered,ruled,vlined,commentsnumbered]{algorithm2e}
 \usepackage{mathtools}  
 
 \usepackage[linesnumbered,ruled,vlined,commentsnumbered]{algorithm2e}
 \usepackage{mathtools}  
 
@@ -50,14 +50,18 @@ Optimization, Scheduling.}
   scheduling  performed by  each elected  leader.  This  two-step  process takes
   place periodically, in  order to choose a small set  of nodes remaining active
   for sensing during a time slot.  Each set is built to ensure coverage at a low
   scheduling  performed by  each elected  leader.  This  two-step  process takes
   place periodically, in  order to choose a small set  of nodes remaining active
   for sensing during a time slot.  Each set is built to ensure coverage at a low
-  energy  cost, allowing  to optimize  the network  lifetime. More  precisely, a
-  period  consists   of  four  phases:   (i)~Information  Exchange,  (ii)~Leader
-  Election,  (iii)~Decision,  and  (iv)~Sensing.   The decision  process,  which
+  energy  cost, allowing  to optimize  the network  lifetime. 
+       %More  precisely, a
+  %period  consists   of  four  phases:   (i)~Information  Exchange,  (ii)~Leader
+  %Election,  (iii)~Decision,  and  (iv)~Sensing.  
+       The decision  process,  which
   results in  an activity  scheduling vector,  is carried out  by a  leader node
   results in  an activity  scheduling vector,  is carried out  by a  leader node
-  through  the solving  of an  integer program.  In comparison  with  some other
-  protocols,  the simulations done  using the  discrete event  simulator OMNeT++
-  show  that our  approach is  able to  increase the  WSN lifetime  and provides
-  improved coverage performance. }
+  through  the solving  of an  integer program. 
+       {\color{red} Simulations are conducted using the discret event simulator OMNET++.
+       We refer to the characterictics of a Medusa II sensor for the energy consumption and the time computation.
+       In comparison  with  two other  existing methods, our  approach is  able to  increase the  WSN lifetime  and provides
+  improved coverage performance. }}
+       
 
 \onecolumn \maketitle \normalsize \vfill
 
 
 \onecolumn \maketitle \normalsize \vfill
 
@@ -95,7 +99,13 @@ same  subregion, in order  to choose  in a  suitable manner  a sensor  node (the
 leader) to carry out the coverage  strategy. In each subregion the activation of
 the sensors for  the sensing phase of the current period  is obtained by solving
 an integer program.  The resulting activation vector is  broadcast by a leader
 leader) to carry out the coverage  strategy. In each subregion the activation of
 the sensors for  the sensing phase of the current period  is obtained by solving
 an integer program.  The resulting activation vector is  broadcast by a leader
-to every node of its subregion.
+to every node of its subregion. 
+
+{\color{red} Our previous paper ~\cite{idrees2014coverage} relies almost exclusively on the framework of the DiLCO approach and the coverage problem formulation.
+In this paper we strengthen our simulations by taking into account the characteristics of a Medusa II sensor ~\cite{raghunathan2002energy} to measure the energy consumption and the computation time.
+We have implemented two other existing approaches (a distributed one DESK ~\cite{ChinhVu} and a centralized one GAF ~\cite{xu2001geography}) in order to compare their performances with our approach.
+We also focus on performance analysis based on the number of subregions. }
+
 
 The remainder  of the  paper continues with  Section~\ref{sec:Literature Review}
 where a  review of some related  works is presented. The  next section describes
 
 The remainder  of the  paper continues with  Section~\ref{sec:Literature Review}
 where a  review of some related  works is presented. The  next section describes
@@ -323,6 +333,68 @@ Active-Sleep packet to know its state for the coming sensing phase.
 \section{\uppercase{Coverage problem formulation}}
 \label{cp}
 
 \section{\uppercase{Coverage problem formulation}}
 \label{cp}
 
+{\color{red}
+We formulate the coverage optimization problem with an integer program.
+The objective function consists in minimizing the undercoverage and the overcoverage of the area as suggested in \cite{pedraza2006}. 
+The area coverage problem is transformed to the coverage of a fraction of points called primary points. 
+Details on the choice and the number of primary points can be found in \cite{idrees2014coverage}. The set of primary points is denoted by $P$
+and the set of sensors by $J$. As we consider a boolean disk coverage model, we use the boolean indicator $\alpha_{jp}$ which is equal to 1 if the primary point $p$ is in the sensing range of the sensor $j$. The binary variable $X_j$ represents the activation or not of the sensor $j$. So we can express the number of  active sensors  that cover  the primary  point $p$ by $\sum_{j \in J} \alpha_{jp} * X_{j}$. We deduce the overcoverage denoted by $\Theta_p$ of the primary point $p$ :
+\begin{equation}
+ \Theta_{p} = \left \{ 
+\begin{array}{l l}
+  0 & \mbox{if the primary point}\\
+    & \mbox{$p$ is not covered,}\\
+  \left( \sum_{j \in J} \alpha_{jp} * X_{j} \right)- 1 & \mbox{otherwise.}\\
+\end{array} \right.
+\label{eq13} 
+\end{equation}
+More  precisely, $\Theta_{p}$ represents  the number of  active sensor
+nodes minus  one that  cover the primary  point~$p$.
+In the same way, we define the  undercoverage variable
+$U_{p}$ of the primary point $p$ as:
+\begin{equation}
+U_{p} = \left \{ 
+\begin{array}{l l}
+  1 &\mbox{if the primary point $p$ is not covered,} \\
+  0 & \mbox{otherwise.}\\
+\end{array} \right.
+\label{eq14} 
+\end{equation}
+There is, of course, a relationship between the three variables $X_j$, $\Theta_p$ and $U_p$ which can be formulated as follows :
+\begin{equation}
+\sum_{j \in J}  \alpha_{jp} X_{j} - \Theta_{p}+ U_{p} =1, \forall p \in P
+\end{equation}
+If the point $p$ is not covered, $U_p=1$,  $\sum_{j \in J}  \alpha_{jp} X_{j}=0$ and $\Theta_{p}=0$ by defintion, so the equality is satisfied.
+On the contrary, if the point $p$ is covered, $U_p=0$, and $\Theta_{p}=\left( \sum_{j \in J} \alpha_{jp}  X_{j} \right)- 1$. 
+\noindent Our coverage optimization problem can then be formulated as follows:
+\begin{equation} \label{eq:ip2r}
+\left \{
+\begin{array}{ll}
+\min \sum_{p \in P} (w_{\theta} \Theta_{p} + w_{U} U_{p})&\\
+\textrm{subject to :}&\\
+\sum_{j \in J}  \alpha_{jp} X_{j} - \Theta_{p}+ U_{p} =1, &\forall p \in P\\
+%\label{c1} 
+%\sum_{t \in T} X_{j,t} \leq \frac{RE_j}{e_t} &\forall j \in J \\
+%\label{c2}
+\Theta_{p}\in \mathbb{N}, &\forall p \in P\\
+U_{p} \in \{0,1\}, &\forall p \in P \\
+X_{j} \in \{0,1\}, &\forall j \in J
+\end{array}
+\right.
+\end{equation}
+The objective function is a weighted sum of overcoverage and undercoverage. The goal is to limit the overcoverage in order to activate a minimal number of sensors while simultaneously preventing undercoverage. Both  weights $w_\theta$  and $w_U$ must  be carefully  chosen in
+order to  guarantee that the  maximum number of  points are covered  during each
+period.
+}
+
+
+
+
+
+
+
+\iffalse 
+
 \indent Our model is based on the model proposed by \cite{pedraza2006} where the
 objective is  to find a  maximum number of  disjoint cover sets.   To accomplish
 this goal,  the authors proposed  an integer program which  forces undercoverage
 \indent Our model is based on the model proposed by \cite{pedraza2006} where the
 objective is  to find a  maximum number of  disjoint cover sets.   To accomplish
 this goal,  the authors proposed  an integer program which  forces undercoverage
@@ -411,6 +483,8 @@ undercoverage. Both  weights $w_\theta$  and $w_U$ must  be carefully  chosen in
 order to  guarantee that the  maximum number of  points are covered  during each
 period.
 
 order to  guarantee that the  maximum number of  points are covered  during each
 period.
 
+\fi
+
 \section{\uppercase{Protocol evaluation}}  
 \label{sec:Simulation Results and Analysis}
 \noindent \subsection{Simulation framework}
 \section{\uppercase{Protocol evaluation}}  
 \label{sec:Simulation Results and Analysis}
 \noindent \subsection{Simulation framework}