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Private GIT Repository
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[ThesisAli.git] / SlidesAli / These.tex
1 \documentclass{beamer}
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31  
32   \def\setgrouptext#1{\gdef\grouptext{#1}}
33 \newenvironment{groupeditems}{\begin{displaymath}\left.\vbox\bgroup\setgrouptext}{%
34   \egroup\right\rbrace\hbox{\grouptext}\end{displaymath}}
35
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38
39 \newcommand{\mcrot}[4]{\multicolumn{#1}{#2}{\rlap{\rotatebox{#3}{#4}~}}} 
40
41 \newcommand*{\twoelementtable}[3][l]%
42 {%  
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44     \begin{tabular}[t]{@{}#1@{}}%
45         #2\tabularnewline
46         #3%
47     \end{tabular}%
48 }
49
50
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57 {
58 \begin{frame}
59 \frametitle{Presentation Outline}
60 \tableofcontents[currentsection]
61 \end{frame}
62 }
63
64  
65 \title{\textbf{Distributed Coverage Optimization Techniques for Improving Lifetime of Wireless Sensor Networks} \\\vspace{0.1cm}\hspace{2cm}\textbf{\textcolor{cyan}{\small PhD Dissertation Defense}}}
66 \author{\textbf{\textcolor{green}{Ali Kadhum IDREES}} \\\vspace{0.5cm} \small Under Supervision: \\\textcolor{cyan}{\small  Raphaël COUTURIER, Karine DESCHINKEL \& Michel SALOMON} \\\vspace{0.2cm} \textcolor{blue}{ University of Franche-Comté - FEMTO-ST - DISC Dept.  - AND Team} \\\vspace{0.2cm}~~~~~~~~~~~~~~~~\textbf{\textcolor{green}{1 October 2015 }}}
67
68 %\institute[FEMTO-ST, DISC]{\textit{FEMTO-ST - DISC Departement  - AND Team}}
69  
70 \date{ }
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75 %  ____  _____ ____  _   _ _____ 
76 % |  _ \| ____| __ )| | | |_   _|
77 % | | | |  _| |  _ \| | | | | |  
78 % | |_| | |___| |_) | |_| | | |  
79 % |____/|_____|____/ \___/  |_|  
80
81
82 \begin{document}
83
84 %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
85 %%    SLIDE 01    %%
86 %%%%%%%%%%%%%%%%%%%% 
87 \setbeamertemplate{background}{\titrefemto}
88 \begin{frame}[plain]
89 \begin{center}
90 \titlepage
91 \end{center}
92 \end{frame}
93
94
95 \setbeamertemplate{background}{\pagefemto}
96
97
98 %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
99 %%    SLIDE 02    %%
100 %%%%%%%%%%%%%%%%%%%% 
101 \begin{frame} {Problem Definition, Solution, and Objectives}
102  \vspace{-3.5em}
103  \begin{figure}
104    \includegraphics[width=0.475\textwidth]{Figures/6}
105    \hfill
106 %   \includegraphics[width=0.475\textwidth]{Figures/8}
107 %   \hfill
108    \includegraphics[width=0.475\textwidth]{Figures/10}
109 %   \hfill
110 %   \includegraphics[width=0.475\textwidth]{Figures/13}
111 \end{figure}
112
113  \begin{block}{\textcolor{white}{ MAIN QUESTION?}}
114                 How to reduce the redundancy while coverage preservation for prolong the network lifetime continuously and effectively when monitoring a certain area of interest?
115 \end{block}
116  \end{frame}
117
118
119 %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
120 %%    SLIDE 03    %%
121 %%%%%%%%%%%%%%%%%%%% 
122 \begin{frame}{Problem Definition, Solution, and Objectives}
123
124 \begin{block}{\textcolor{white}{OUR SOLUTION}}
125 The area of interest is divided into subregions using a divide-and conquer method and then combine two efficient techniques :
126         
127  \begin{itemize}
128          \item Leader Election for each subregion.
129         % \item Activity Scheduling based optimization is planned for each subregion.
130          \end{itemize}
131                 
132                 \end{block}     
133 \begin{figure}
134    \includegraphics[width=0.475\textwidth]{Figures/div}
135    \hfill
136    \includegraphics[width=0.475\textwidth]{Figures/div2}
137 \end{figure}
138         
139 \end{frame}
140
141 %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
142 %%    SLIDE 03.1    %%
143 %%%%%%%%%%%%%%%%%%%% 
144 \begin{frame}{Problem Definition, Solution, and Objectives}
145
146 \begin{block}{\textcolor{white}{OUR SOLUTION}}
147  \begin{itemize}
148          %\item Leader Election for each subregion.
149          \item Activity Scheduling based optimization is planned for each subregion.
150   \end{itemize}
151                 
152  \end{block}    
153 \begin{figure}
154    \includegraphics[width=0.775\textwidth]{Figures/act}
155    
156 \end{figure}
157         
158 \end{frame}
159
160 %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
161 %%    SLIDE 03.2    %%
162 %%%%%%%%%%%%%%%%%%%% 
163 \begin{frame}{Problem Definition, Solution, and Objectives}
164
165 \begin{block}{\textcolor{white}{Dissertation Objectives}}
166 Develop energy-efficient distributed optimization protocols that should be able to:
167  \begin{itemize}
168     \item Schedule node activities by optimize both coverage and lifetime.
169     \item Combine two efficient techniques: leader election and sensor activity scheduling.
170     \item Perform a distributed optimization process.
171   \end{itemize}
172                 
173  \end{block}    
174
175         
176 \end{frame}
177
178
179 %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
180 %%    SLIDE 04    %%
181 %%%%%%%%%%%%%%%%%%%% 
182 \begin{frame}
183   \frametitle{Presentation Outline}
184 \begin{small}
185   \tableofcontents[section,subsection]
186 \end{small}
187 \end{frame}
188
189
190 %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
191 %%    SLIDE 05    %%
192 %%%%%%%%%%%%%%%%%%%% 
193 \section{\small {State of the Art}}
194
195
196 %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
197 %%    SLIDE 06    %%
198 %%%%%%%%%%%%%%%%%%%% 
199 \begin{frame}{Wireless Sensor Networks (WSNs)}
200 \vspace{-3.5em}
201  \begin{columns}[c]
202   
203 \column{.58\textwidth}
204
205      \begin{figure}[!t]
206            \includegraphics[height = 3cm]{Figures/WSNT.jpg}
207     \end{figure}  
208
209         
210     
211     \begin{femtoBlock}  
212         {Sensor \\}
213                  \begin{itemize}
214                         \item  Electronic Low-cost tiny device.
215                         \item Sense, process and transmit data.
216                         \item Limited energy, memory and processing capabilities.
217                 \end{itemize}
218         \end{femtoBlock}
219          
220         \column{.52\textwidth}
221          
222          \begin{figure}[!t]
223            \includegraphics[height = 4.5cm]{Figures/WSN.jpg}
224     \end{figure}  
225     \vspace{-3.5em}
226      \begin{figure}[!t]
227            \includegraphics[height = 2cm]{Figures/sn.jpg}
228      \end{figure}  
229     
230     
231  % \begin{femtoBlock} {}%       {SOME APPLICATIONS OF WSNs \\}
232   
233 %               \includegraphics[height =1 cm]{1.png}
234 %               \includegraphics[height =1cm]{2.png}\\
235 %            \includegraphics[height =1cm]{5.jpg}
236 %            \includegraphics[height = 1cm]{traffic.jpg}
237 %            \includegraphics[height = 1cm]{3.png}
238 %
239
240  %      \end{femtoBlock}
241         
242 \end{columns}
243
244  
245  
246 \end{frame}
247
248
249 %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
250 %%    SLIDE 7    %%
251 %%%%%%%%%%%%%%%%%%%% 
252 \begin{frame}{Types of Wireless Sensor Networks}
253
254 \vspace{-1.5em}
255 % \begin{columns}[c]
256 %  
257 %\column{.52\textwidth}
258 %\begin{itemize}
259 %  \item  Terrestrial WSNs.
260 %  \item  Underground WSNs.
261 %  \item  Underwater WSNs.
262 %  \item  Multimedia WSNs.
263 %  \item  Mobile WSNs.
264 %  \item  Flying WSNs.
265 %\end{itemize}
266 %               
267 % \column{.58\textwidth}
268  \begin{figure}[!t]
269      \includegraphics[height = 7cm]{Figures/typesWSN.pdf}
270  \end{figure}  
271
272 %\end{columns}
273 \end{frame}
274
275
276 %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
277 %%    SLIDE 08    %%
278 %%%%%%%%%%%%%%%%%%%% 
279 \begin{frame}{Applications}
280 \vspace{-1.5em}
281   
282 \begin{figure}[!t]
283      \includegraphics[height = 7cm]{Figures/WSNAP.pdf}
284  \end{figure} 
285 \end{frame}
286
287
288 %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
289 %%    SLIDE 09    %%
290 %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
291 \begin{frame}{Energy-Efficient Mechanisms of a working WSN}
292 \vspace{-2.5em}
293   \centering
294 \begin{figure}[!t]
295
296      \includegraphics[height = 5cm]{Figures/WSN-M.pdf}
297  \end{figure} 
298 \end{frame}
299
300 %\begin{frame}{Energy-Efficient Mechanisms of a working WSN}
301 %\vspace{-1.5em}
302 %  
303 %\begin{figure}[!t]
304 %     \includegraphics[height = 7cm]{Figures/WSN-S.pdf}
305 % \end{figure} 
306 %\end{frame}
307
308 %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
309 %%    SLIDE 10    %%
310 %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
311 \begin{frame}{Network Lifetime}
312 \vspace{-1.5em}
313 \begin{block}{\textcolor{white} {Some network lifetime defintions:}}
314 \begin{enumerate}[i)]
315 \item \small Time spent until death of the first sensor ( or cluster head ).
316 \item Time spent until death of all wireless sensor nodes in WSN.
317 \item  Time spent by WSN in covering each target by at least one sensor.
318 \item  Time during which the area of interest is covered by at least k nodes.
319 \item Elapsed time until losing the connectivity or the coverage.
320 \end{enumerate}
321 \end{block}
322
323 \begin{block}{\textcolor{white} {Network lifetime In this dissertation:}}
324 Time elapsed until the coverage ratio becomes less than a predetermined threshold $\alpha$.
325 \end{block}
326
327
328 \end{frame}
329
330 %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
331 %%    SLIDE 10.1   %%
332 %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
333 \begin{frame}{Coverage in Wireless Sensor Networks}
334  
335 \begin{block} <1-> {\textcolor{white} {Coverage Definition:}} 
336 \textcolor{blue} {Coverage} reflects how well a sensor field is monitored efficiently using as less energy as possible.
337 \end{block}
338  
339
340  
341 \begin{block} <2-> {\textcolor{white} {Coverage Types:}} 
342 \begin{enumerate}
343 \item \small \textcolor{blue} {Area coverage:} every point inside an area has to be monitored.
344 \item \textcolor{blue} {Target coverage:} is to cover only a finite number of discrete points called targets.
345
346 \item \textcolor{blue} {Barrier coverage:} is to detect targets as they cross a barrier such as in intrusion detection and border surveillance applications.
347 \end{enumerate}
348 \end{block}
349  
350
351  
352 \begin{block} <3-> {\textcolor{white} {Coverage type in this dissertation:}} 
353 The work presented in this dissertation deals with area coverage.
354 \end{block}
355  
356 \end{frame}
357
358 %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
359 %%    SLIDE 11    %%
360 %%%%%%%%%%%%%%%%%%%% 
361 \begin{frame}{Existing Works}
362 \vspace{-0.3em}
363 \begin{block}  {\textcolor{white} {Coverage Approaches:}} 
364 Most existing coverage approaches in literature classified into
365 \begin{enumerate}[A)]
366 \item  Full centralized coverage algorithms.
367     \begin{itemize}
368     \item  Optimal or near optimal solution.
369     \item  low computation power for the sensors (except for base station).
370     \item  High  communication overhead.
371     \item  Not scalable for large WSNs.
372     \end{itemize}
373 \item Full distributed coverage algorithms.
374    \begin{itemize}
375     \item  Lower quality solution.
376     \item  High communication overhead especially for dense WSNs.
377     \item  Reliable and scalable for large WSNs.
378    \end{itemize}
379 \end{enumerate}
380
381 \end{block}
382  
383
384 \begin{block} {\textcolor{white} {Coverage protocols in this dissertation:}} 
385 The protocols presented in this dissertation combine between the two above approaches.
386 \end{block}
387  
388
389 \end{frame}
390
391
392 %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
393 %%    SLIDE 12    %%
394 %%%%%%%%%%%%%%%%%%%% 
395 \section{\small {Distributed Lifetime Coverage Optimization Protocol (DiLCO)}}
396
397
398 %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
399 %%    SLIDE 13    %%
400 %%%%%%%%%%%%%%%%%%%% 
401 \begin{frame}{\small DiLCO Protocol $\blacktriangleright$ Assumptions and Network Model:}
402 \vspace{-0.5cm}
403
404
405 \begin{femtoBlock} {} %{Assumptions and Network Model:}
406  
407         \begin{columns}[c]
408         
409     \column{.50\textwidth}
410     
411         \vspace{-1.0cm}
412         
413                 \begin{enumerate} [$\divideontimes$]
414                     \item Static Wireless Sensors.
415                         \item  Uniform deployment.  
416                         \item  High density deployment.
417                         \item  Homogeneous in terms of: 
418              \begin{itemize}
419              \item Sensing, Communication, and Processing capabilities
420              \end{itemize}
421                         \item  Heterogeneous Energy.
422                          \item Its $R_c\geq 2R_s$.
423                          \item  Multi-hop communication.
424                          \item  Know Its location by:
425     \begin{itemize}
426      \item Embedded GPS  or
427      \item Location Discovery Algorithm.           
428     \end{itemize}
429                 \end{enumerate}         
430                 
431         
432                 
433         \column{.50\textwidth}
434         \begin{enumerate} [$\divideontimes$]
435         \item Using two kinds of packet: 
436         \begin{itemize}         
437            \item INFO packet.
438            \item ActiveSleep packet.
439         \end{itemize}
440         \item Five status for each node:
441         \begin{itemize}         
442            \item  LISTENING, ACTIVE, SLEEP, COMPUTATION, and COMMUNICATION.
443         \end{itemize}
444         \end{enumerate}         
445         
446         \begin{femtoBlock} { \small Primary point coverage model}
447         \vspace{-1.2cm}
448         \begin{center}
449                  \includegraphics[height = 4.0cm]{Figures/fig21.pdf}
450                  
451         \end{center}
452         \end{femtoBlock}
453                 
454         \end{columns}
455         \end{femtoBlock}
456         
457 \end{frame}
458
459
460 %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
461 %%    SLIDE 14    %%
462 %%%%%%%%%%%%%%%%%%%% 
463 \begin{frame}{\small DiLCO Protocol $\blacktriangleright$ Main Idea}
464 %\vspace{-3.2cm}
465 \begin{femtoBlock} {}%{Main Idea:\\}
466 \centering
467 \includegraphics[height = 2.5cm]{Figures/OneSensingRound.jpg}
468
469 \vspace{1.2cm}
470 \begin{enumerate}
471 \item \textcolor{blue}{ \textbf{INFORMATION EXCHANGE:}}\\ 
472 Sensors exchanges through multi-hop communication, their:
473 \begin{itemize}
474 \item Position coordinates, 
475 \item current remaining energy, 
476 \item sensor node ID, and 
477 \item number of its one-hop live neighbors.
478 \end{itemize}
479
480
481 \end{enumerate}
482
483 \end{femtoBlock}
484 \end{frame}
485
486
487 %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
488 %%    SLIDE 14.1    %%
489 %%%%%%%%%%%%%%%%%%%% 
490 \begin{frame}{\small DiLCO Protocol $\blacktriangleright$ Main Idea}
491 %\vspace{-3.2cm}
492 \begin{femtoBlock} {}%{Main Idea:\\}
493
494 \begin{enumerate} [2.]
495
496 \item \textcolor{blue}{ \textbf{   LEADER ELECTION:}}\\
497 The selection criteria are, in order of importance:
498 \begin{itemize}
499 \item   larger number of neighbors, 
500 \item larger remaining energy, and then in case of equality, 
501 \item larger ID. 
502 \end{itemize}
503 \end{enumerate}
504
505 \begin{enumerate} [3.]
506 \item \textcolor{blue}{ \textbf{   DECISION:}} \\
507 Leader solves an integer program(see next slide) to:
508 \begin{itemize}
509 \item  Select which sensors will be activated in the sensing phase.
510 \item Send Active-Sleep packet to each sensor in the subregion.
511 \end{itemize}
512 \end{enumerate}
513 \begin{enumerate} [4.]
514 \item \textcolor{blue}{ \textbf{   SENSING:}} \\
515 Based on Active-Sleep Packet Information:
516 \begin{itemize}
517 \item Active sensors will execute their sensing task.
518 \item Sleep sensors will wait a time equal to the period of sensing to wakeup.
519
520 \end{itemize}
521
522 \end{enumerate}
523
524 \end{femtoBlock}
525 \end{frame}
526
527
528 %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
529 %%    SLIDE 15    %%
530 %%%%%%%%%%%%%%%%%%%% 
531 \begin{frame}{\small DiLCO Protocol $\blacktriangleright$ Coverage Problem Formulation}
532 \begin{femtoBlock} { }
533 \noindent Our coverage optimization problem can then be formulated as follows:
534 \begin{equation*} \label{eq:ip2r}
535 \left \{
536 \begin{array}{ll}
537 \min \sum_{p \in P} (w_{\theta} \Theta_{p} + w_{U} U_{p})&\\
538 \textrm{subject to :}&\\
539 \sum_{j \in J}  \alpha_{jp} X_{j} - \Theta_{p}+ U_{p} =1, &\forall p \in P\\
540 %\label{c1} 
541 %\sum_{t \in T} X_{j,t} \leq \frac{RE_j}{e_t} &\forall j \in J \\
542 %\label{c2}
543 \Theta_{p}\in \mathbb{N}, &\forall p \in P\\
544 U_{p} \in \{0,1\}, &\forall p \in P \\
545 X_{j} \in \{0,1\}, &\forall j \in J
546 \end{array}
547 \right.
548 \end{equation*}
549
550 \begin{itemize}
551 \item $X_{j}$ :  indicates whether or not the sensor $j$  is actively sensing (1
552   if yes and 0 if not);
553 \item $\Theta_{p}$  : {\it overcoverage}, the  number of sensors  minus one that
554   are covering the primary point $p$;
555 \item $U_{p}$ : {\it undercoverage},  indicates whether or not the primary point
556   $p$ is being covered (1 if not covered and 0 if covered).
557 \end{itemize}
558
559 \end{femtoBlock}
560
561 \end{frame}
562
563
564 %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
565 %%    SLIDE 16    %%
566 %%%%%%%%%%%%%%%%%%%% 
567 \begin{frame}{\small DiLCO Protocol $\blacktriangleright$ DiLCO Protocol Algorithm}
568 %\begin{femtoBlock} {}
569 \centering
570 %\includegraphics[height = 7.2cm]{Figures/algo.jpeg}
571 \includegraphics[height = 7.2cm]{Figures/Algo1.png}
572 %\end{femtoBlock}
573
574 \end{frame}
575
576
577
578
579 %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
580 %%    SLIDE 18    %%
581 %%%%%%%%%%%%%%%%%%%% 
582 \begin{frame}{\small DiLCO Protocol $\blacktriangleright$ Simulation Framework}
583 \vspace{-0.8cm}
584 \small
585 \begin{table}[ht]
586 \caption{Relevant parameters for network initializing.}
587 \centering
588 \begin{tabular}{c|c}
589 \hline
590 Parameter & Value  \\ [0.5ex]
591 \hline
592 Sensing  Field  & $(50 \times 25)~m^2 $   \\
593 Nodes Number &  50, 100, 150, 200 and 250~nodes   \\
594 Initial Energy  & 500-700~joules  \\  
595 Sensing Period & 60 Minutes \\
596 $E_{th}$ & 36 Joules\\
597 $R_s$ & 5~m   \\     
598 $R_c$ & 10~m   \\
599 $w_{\Theta}$ & 1   \\
600 $w_{U}$ & $|P|^2$ \\
601 Modeling Language & A Mathematical Programming Language (AMPL) \\
602 Optimization Solver & GNU  linear Programming Kit (GLPK) \\
603 Network Simulator & Discrete Event Simulator OMNeT++ 
604 \end{tabular}
605 \label{tablech4}
606 \end{table}
607
608 \end{frame}
609
610
611 %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
612 %%    SLIDE 19    %%
613 %%%%%%%%%%%%%%%%%%%% 
614 \begin{frame}{\small DiLCO Protocol $\blacktriangleright$ Energy Model \& Performance Metrics }
615 %\vspace{-1.8cm}
616 \begin{femtoBlock} {Energy Consumption Model}
617 \vspace{-1.0cm}
618 \begin{table}[h]
619 %\centering
620 \small
621 %\caption{Power consumption values}
622 \label{tab:EC}
623 \begin{tabular}{|l||cccc|}
624   \hline
625   {\bf Sensor status} & MCU & Radio & Sensing & {\it Power (mW)} \\
626   \hline
627   LISTENING & On & On & On & 20.05 \\
628   ACTIVE & On & Off & On & 9.72 \\
629   SLEEP & Off & Off & Off & 0.02 \\
630   COMPUTATION & On & On & On & 26.83 \\
631   \hline
632   \multicolumn{4}{|l}{Energy needed to send or receive a 2-bit content message} & 0.515 \\
633   \hline
634 \end{tabular}
635 \end{table}
636
637 \end{femtoBlock}
638 \vspace{-0.5cm}
639 \begin{femtoBlock} {Performance Metrics}
640 \small
641 \begin{enumerate}[$\mapsto$]
642 \item {{\bf Network Lifetime}}
643 \item {{\bf Coverage Ratio (CR)}}
644 \item {{\bf  Energy Consumption}}
645 \item{{\bf Number of Active Sensors Ratio (ASR)}} 
646 \item {{\bf Execution Time}}
647 %\item {{\bf Stopped Simulation Runs}}
648
649 \end{enumerate}
650 \end{femtoBlock}
651 \end{frame}
652
653
654
655 %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
656 %%    SLIDE 20    %%
657 %%%%%%%%%%%%%%%%%%%% 
658 \begin{frame}{ \small DiLCO Protocol $\blacktriangleright$ Performance Comparison}
659
660 \vspace{-0.5cm}
661 \begin{figure}[h!]
662 \centering
663  \includegraphics[scale=0.5] {Figures/R3/CR.eps} 
664 \caption{Coverage ratio for 150 deployed nodes}
665 \label{Figures/ch4/R3/CR}
666 \end{figure}
667
668
669  
670 \end{frame}
671
672
673
674 %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
675 %%    SLIDE 20    %%
676 %%%%%%%%%%%%%%%%%%%% 
677 \begin{frame}{ \small DiLCO Protocol $\blacktriangleright$ Performance Comparison}
678 \vspace{-0.5cm}
679
680 \begin{figure}[h!]
681 \centering
682 \includegraphics[scale=0.5]{Figures/R3/ASR.eps}  
683 \caption{Active sensors ratio for 150 deployed nodes }
684 \label{Figures/ch4/R3/ASR}
685 \end{figure} 
686 \end{frame}
687
688
689 %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
690 %%    SLIDE 21    %%
691 %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
692 %\begin{frame}{ \small DiLCO Protocol $\blacktriangleright$ Performance Comparison}
693 %\vspace{-0.5cm}
694 %\begin{figure}[h!]
695 %\centering
696 %\includegraphics[scale=0.5]{Figures/R3/SR.eps} 
697 %\caption{Percentage of stopped simulation runs for 150 deployed nodes }
698 %\label{Figures/ch4/R3/SR}
699 %\end{figure}
700 %\end{frame}
701
702
703 %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
704 %%    SLIDE 22    %%
705 %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
706 \begin{frame}{ \small DiLCO Protocol $\blacktriangleright$ Performance Comparison}
707 \vspace{-0.5cm}
708 \begin{figure}%[h!]
709 \begin{columns}[c]
710         \column{.50\textwidth}
711 \includegraphics[scale=0.35]{Figures/R3/EC95.eps} 
712 \footnotesize \\~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~(a)\\      
713 \column{.50\textwidth}
714 \includegraphics[scale=0.35]{Figures/R3/EC50.eps} 
715 \footnotesize \\~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~(b)        \\
716 \end{columns}
717 \caption{Energy consumption for (a) $Lifetime_{95}$ and (b) $Lifetime_{50}$}
718 \label{Figures/ch4/R3/EC}
719 \end{figure}
720
721  
722 \end{frame}
723
724
725 %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
726 %%    SLIDE 23    %%
727 %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
728 \begin{frame}{ \small DiLCO Protocol $\blacktriangleright$ Performance Comparison}
729 \vspace{-0.5cm}
730 \begin{figure}%[h!]
731 \begin{columns}[c]
732         \column{.50\textwidth}
733 \includegraphics[scale=0.35]{Figures/R3/LT95.eps} 
734 \footnotesize \\~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~(a)\\      
735 \column{.50\textwidth}
736 \includegraphics[scale=0.35]{Figures/R3/LT50.eps} 
737 \footnotesize \\~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~(b)        \\
738 \end{columns}
739 \caption{Network lifetime for (a) $Lifetime_{95}$ and (b) $Lifetime_{50}$}
740   \label{Figures/ch4/R3/LT}
741 \end{figure}
742
743
744
745
746 \end{frame}
747
748
749
750
751
752
753 \section{\small{Multiround Distributed Lifetime Coverage Optimization Protocol (MuDiLCO)}}
754
755
756 %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
757 %%    SLIDE 28    %%
758 %%%%%%%%%%%%%%%%%%%% 
759 \begin{frame}{\small MuDiLCO Protocol $\blacktriangleright$ Main Idia}
760 \vspace{-0.2cm}
761 \begin{figure}[ht!]
762  \includegraphics[width=110mm]{Figures/GeneralModel.jpg}
763 \caption{MuDiLCO protocol.}
764 \label{fig2}
765 \end{figure} 
766 \end{frame}
767
768
769 %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
770 %%    SLIDE 29    %%
771 %%%%%%%%%%%%%%%%%%%% 
772 \begin{frame}{\small MuDiLCO Protocol $\blacktriangleright$  Multiround Coverage Problem Formulation}
773 \vspace{0.2cm}
774 \small
775 Our coverage optimization problem can then be formulated as follows
776 \vspace{-0.2cm}
777 \begin{equation*}
778  \min \sum_{t=1}^{T} \sum_{p=1}^{P} \left(W_{\theta}* \Theta_{t,p} + W_{U} * U_{t,p}  \right)  \label{eq15} 
779 \end{equation*}
780
781 Subject to
782 \vspace{-0.2cm}
783 \begin{equation*}
784   \sum_{j=1}^{|J|} \alpha_{j,p} * X_{t,j}   = \Theta_{t,p} - U_{t,p} + 1 \label{eq16} \hspace{6 mm} \forall p \in P, t = 1,\dots,T
785 \end{equation*}
786
787 \begin{equation*}
788   \sum_{t=1}^{T}  X_{t,j}   \leq  \lfloor {RE_{j}/E_{th}} \rfloor \hspace{6 mm} \forall j \in J, t = 1,\dots,T
789   \label{eq144} 
790 \end{equation*}
791
792 \begin{equation*}
793 X_{t,j} \in \lbrace0,1\rbrace,   \hspace{10 mm} \forall j \in J, t = 1,\dots,T \label{eq17} 
794 \end{equation*}
795
796 \begin{equation*}
797 U_{t,p} \in \lbrace0,1\rbrace, \hspace{10 mm}\forall p \in P, t = 1,\dots,T  \label{eq18} 
798 \end{equation*}
799
800 \begin{equation*}
801  \Theta_{t,p} \geq 0 \hspace{10 mm}\forall p \in P, t = 1,\dots,T \label{eq178}
802 \end{equation*}
803
804
805
806
807
808
809 \end{frame}
810
811 %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
812 %%    SLIDE 30    %%
813 %%%%%%%%%%%%%%%%%%%% 
814 \begin{frame}{\small MuDiLCO Protocol $\blacktriangleright$ MuDiLCO Protocol Algorithm}
815 %\vspace{0.2cm}
816 \begin{femtoBlock} {}
817 \centering
818 %\includegraphics[height = 7.2cm]{Figures/algo2.jpeg}
819 \includegraphics[height = 7.2cm]{Figures/Algo2.png}
820 \end{femtoBlock}
821 \end{frame}
822
823
824 %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
825 %%    SLIDE 31    %%
826 %%%%%%%%%%%%%%%%%%%% 
827 \begin{frame}{\small MuDiLCO Protocol $\blacktriangleright$ Results Analysis and Comparison}
828 \vspace{-0.5cm}
829 \begin{figure}[h!]
830 \centering
831  \includegraphics[scale=0.5] {Figures/R1/CR.pdf}   
832 \caption{Average coverage ratio for 150 deployed nodes}
833 \label{fig3}
834 \end{figure} 
835 \end{frame}
836
837
838 %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
839 %%    SLIDE 32    %%
840 %%%%%%%%%%%%%%%%%%%% 
841 \begin{frame}{\small MuDiLCO Protocol $\blacktriangleright$ Results Analysis and Comparison}
842 \vspace{-0.5cm}
843 \begin{figure}[h!]
844 \centering
845 \includegraphics[scale=0.5]{Figures/R1/ASR.pdf}  
846 \caption{Active sensors ratio for 150 deployed nodes}
847 \label{fig4}
848 \end{figure} 
849 \end{frame}
850
851
852 %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
853 %%    SLIDE 33    %%
854 %%%%%%%%%%%%%%%%%%%% 
855 %\begin{frame}{\small MuDiLCO Protocol $\blacktriangleright$ Results Analysis and Comparison}
856 %\vspace{-0.5cm}
857 %\begin{figure}[t]
858 %\centering
859 %\includegraphics[scale=0.5]{Figures/R1/SR.pdf} 
860 %\caption{Cumulative percentage of stopped simulation runs for 150 deployed nodes }
861 %\label{fig6}
862 %\end{figure} 
863 %\end{frame}
864
865 %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
866 %%    SLIDE 34    %%
867 %%%%%%%%%%%%%%%%%%%% 
868 \begin{frame}{\small MuDiLCO Protocol $\blacktriangleright$ Results Analysis and Comparison}
869 \vspace{-0.5cm}
870 \begin{figure}[h!]
871 \centering
872 \includegraphics[scale=0.5]{Figures/R1/T.pdf}  
873 \caption{Execution Time (in seconds)}
874 \label{fig77}
875 \end{figure} 
876 \end{frame}
877
878
879 %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
880 %%    SLIDE 35    %%
881 %%%%%%%%%%%%%%%%%%%% 
882 \begin{frame}{\small MuDiLCO Protocol $\blacktriangleright$ Results Analysis and Comparison}
883 \vspace{-0.5cm}
884 \begin{figure}%[h!]
885 \begin{columns}[c]
886         \column{.50\textwidth}
887 \includegraphics[scale=0.35]{Figures/R1/EC95.eps} 
888 \footnotesize \\~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~(a)\\      
889 \column{.50\textwidth}
890 \includegraphics[scale=0.35]{Figures/R1/EC50.eps} 
891 \footnotesize \\~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~(b)        \\
892 \end{columns}
893 \caption{Energy consumption for (a) $Lifetime_{95}$ and (b) $Lifetime_{50}$}
894 \label{Figures/ch4t/R3/EC}
895 \end{figure}
896 \end{frame}
897
898
899 %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
900 %%    SLIDE 36    %%
901 %%%%%%%%%%%%%%%%%%%% 
902 \begin{frame}{\small MuDiLCO Protocol $\blacktriangleright$ Results Analysis and Comparison}
903 \vspace{-0.5cm}
904 \begin{figure}%[h!]
905 \begin{columns}[c]
906         \column{.50\textwidth}
907 \includegraphics[scale=0.35]{Figures/R1/LT95.eps} 
908 \footnotesize \\~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~(a)\\      
909 \column{.50\textwidth}
910 \includegraphics[scale=0.35]{Figures/R1/LT50.eps} 
911 \footnotesize \\~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~(b)        \\
912 \end{columns}
913 \caption{Network lifetime for (a) $Lifetime_{95}$ and (b) $Lifetime_{50}$}
914 \label{Figures/ch4/Rh3/EC}
915 \end{figure}
916
917 \end{frame}
918
919
920
921
922 \section{\small {Perimeter-based Coverage Optimization (PeCO) to Improve Lifetime in WSNs
923 }}
924
925
926 %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
927 %%    SLIDE 45    %%
928 %%%%%%%%%%%%%%%%%%%% 
929 \begin{frame}{\small PeCO Protocol $\blacktriangleright$ Assumptions and Models}
930
931 \vspace{-0.5cm}
932 \begin{figure}%[h!]
933 \begin{columns}[c]
934         \column{.50\textwidth}
935 \includegraphics[scale=0.40]{Figures/ch6/pcm.jpg} 
936 \footnotesize \\~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~(a)\\ 
937 \column{.50\textwidth}
938 $$\alpha =  \arccos \left(\dfrac{Dist(u,v)}{2R_s}
939 \right).$$ 
940 \includegraphics[scale=0.40]{Figures/ch6/twosensors.jpg} 
941 \footnotesize \\~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~(b)   \\
942 \end{columns}
943 \caption{(a) Perimeter  coverage of sensor node  0 and (b) finding  the arc of
944     $u$'s perimeter covered by $v$.}
945   \label{pcm2sensors}
946 \end{figure}
947 \end{frame}
948
949
950 %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
951 %%    SLIDE 46    %%
952 %%%%%%%%%%%%%%%%%%%% 
953 \begin{frame}{\small PeCO Protocol $\blacktriangleright$ Assumptions and Models}
954
955 \vspace{-0.5cm}
956 \begin{figure}%[h!]
957 \begin{columns}[c]
958         \column{.50\textwidth}
959 \includegraphics[scale=0.33]{Figures/ch6/expcm2.jpg}  
960 \footnotesize \\~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~(a)\\ 
961 \column{.50\textwidth}
962 \includegraphics[scale=0.38]{Figures/tbl.jpeg} 
963 \footnotesize \\~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~(b)   \\
964 \end{columns}
965 \caption{(a) Maximum coverage levels for perimeter of sensor node $0$. and (b) Coverage intervals and contributing sensors for sensor node 0.}
966   \label{pcm2sensors}
967 \end{figure}
968
969
970 \end{frame}
971
972  
973
974 %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
975 %%    SLIDE 47    %%
976 %%%%%%%%%%%%%%%%%%%% 
977 \begin{frame}{\small PeCO Protocol $\blacktriangleright$ PeCO Protocol Algorithm}
978 \vspace{-0.7cm}
979 %\includegraphics[height = 7.2cm]{Figures/algo6.jpeg}
980
981 \begin{figure}[h!]
982 \centering
983  \includegraphics[height = 7.2cm]{Figures/Algo3.png}
984 \end{figure} 
985 \end{frame}
986
987
988 %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
989 %%    SLIDE 48    %%
990 %%%%%%%%%%%%%%%%%%%% 
991 \begin{frame}{\small PeCO Protocol $\blacktriangleright$ Perimeter-based Coverage Problem Formulation}
992 \vspace{-1.1cm}
993
994 \begin{figure}[h!]
995 \centering
996 \includegraphics[scale=0.5]{Figures/ch6/formula6.png}  
997 \end{figure} 
998
999 \end{frame}
1000
1001
1002
1003 %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
1004 %%    SLIDE     %%
1005 %%%%%%%%%%%%%%%%%%%% 
1006 \begin{frame}{\small PeCO Protocol $\blacktriangleright$ Performance Evaluation and Analysis}
1007 \vspace{-0.5cm}
1008 \begin{figure}[h!]
1009 \centering
1010  \includegraphics[scale=0.5] {Figures/ch6/R/CR.eps} 
1011 \caption{Coverage ratio for 200 deployed nodes.}
1012 \label{fig333}
1013 \end{figure} 
1014
1015 \end{frame}
1016
1017 %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
1018 %%    SLIDE     %%
1019 %%%%%%%%%%%%%%%%%%%% 
1020 \begin{frame}{\small PeCO Protocol $\blacktriangleright$ Performance Evaluation and Analysis}
1021 \vspace{-0.5cm}
1022 \begin{figure}[h!]
1023 \centering
1024 \includegraphics[scale=0.5]{Figures/ch6/R/ASR.eps}  
1025 \caption{Active sensors ratio for 200 deployed nodes.}
1026 \label{fig444}
1027 \end{figure} 
1028
1029 \end{frame}
1030
1031 %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
1032 %%    SLIDE     %%
1033 %%%%%%%%%%%%%%%%%%%% 
1034 \begin{frame}{\small PeCO Protocol $\blacktriangleright$ Performance Evaluation and Analysis}
1035 \vspace{-0.5cm}
1036 \begin{figure}%[h!]
1037 \begin{columns}[c]
1038         \column{.50\textwidth}
1039 \includegraphics[scale=0.35]{Figures/ch6/R/EC95.eps} 
1040 \footnotesize \\~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~(a)\\      
1041 \column{.50\textwidth}
1042 \includegraphics[scale=0.35]{Figures/ch6/R/EC50.eps} 
1043 \footnotesize \\~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~(b)        \\
1044 \end{columns}
1045 \caption{Energy consumption per period for (a)~$Lifetime_{95}$ and (b)~$Lifetime_{50}$.}
1046   \label{fig3EC}
1047 \end{figure}
1048
1049
1050 \end{frame}
1051
1052 %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
1053 %%    SLIDE     %%
1054 %%%%%%%%%%%%%%%%%%%% 
1055 \begin{frame}{\small PeCO Protocol $\blacktriangleright$ Performance Evaluation and Analysis}
1056 \vspace{-0.5cm}
1057 \begin{figure}%[h!]
1058 \begin{columns}[c]
1059         \column{.50\textwidth}
1060 \includegraphics[scale=0.35]{Figures/ch6/R/LT95.eps} 
1061 \footnotesize \\~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~(a)\\      
1062 \column{.50\textwidth}
1063 \includegraphics[scale=0.35]{Figures/ch6/R/LT50.eps} 
1064 \footnotesize \\~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~(b)        \\
1065 \end{columns}
1066 \caption{Network Lifetime for (a)~$Lifetime_{95}$ and (b)~$Lifetime_{50}$.}
1067   \label{fig3LT}
1068 \end{figure}
1069
1070 \end{frame}
1071
1072 %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
1073 %%    SLIDE     %%
1074 %%%%%%%%%%%%%%%%%%%% 
1075 %\begin{frame}{\small PeCO Protocol $\blacktriangleright$ Performance Evaluation and Analysis}
1076 %\vspace{-0.5cm}
1077 %\begin{figure} [h!]
1078 %\centering \includegraphics[scale=0.5]{Figures/ch6/R/LTa.eps}
1079 %\caption{Network lifetime for different coverage ratios.}
1080 %\label{figLTALL}
1081 %\end{figure}
1082 %\end{frame}
1083
1084
1085
1086 %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
1087 %%    SLIDE     %%
1088 %%%%%%%%%%%%%%%%%%%% 
1089 \section{\small {Conclusion and Perspectives}}
1090
1091
1092 %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
1093 %%    SLIDE 50    %%
1094 %%%%%%%%%%%%%%%%%%%% 
1095 \begin{frame}{Conclusion}
1096 \begin{enumerate} [$\blacktriangleright$]
1097
1098 \item  Two-step approaches are proposed to optimize both coverage and lifetime performances, where:
1099 \begin{itemize}
1100 \item Sensing field is divided into smaller subregions using divide-and-conquer method.
1101 \item One of the proposed optimization protocols is applied in each subregion in a distributed parallel way.
1102 \end{itemize}
1103 \item The proposed protocols (DiLCO, MuDiLCO, PeCO) combine two efficient mechanisms: 
1104 \begin{itemize}
1105 \item Network leader election, and
1106 \item Sensor activity scheduling based optimization.
1107 \end{itemize}
1108 \item Our protocols are periodic where each period consists of 4
1109 phases:
1110 \begin{itemize}
1111 \item Information exchange,
1112 \item Network leader election, 
1113 \item Decision based optimization, and
1114 \item Sensing.
1115 \end{itemize}
1116 \end{enumerate}
1117
1118
1119
1120
1121 \end{frame}
1122
1123
1124 %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
1125 %%    SLIDE 51    %%
1126 %%%%%%%%%%%%%%%%%%%% 
1127 \begin{frame}{Conclusion}
1128 \begin{enumerate} [$\blacktriangleright$]
1129
1130 \item DiLCO and PeCO provide a schedule for one round per period.
1131 \item MuDiLCO provides a schedule for multiple rounds per period.
1132 \item Comparison results show that DiLCO, MuDiLCO, and PeCO protocols:
1133 \begin{itemize}
1134  \item maintain the coverage for a larger number of rounds.
1135  \item use less active nodes to save energy efficiently during sensing.
1136  \item are more powerful against network disconnections.
1137  \item perform the optimization with suitable execution times.
1138  \item consume less energy.
1139  \item prolong the network lifetime.
1140
1141 \end{itemize}
1142 \end{enumerate}
1143 \end{frame}
1144
1145
1146 %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
1147 %%    SLIDE 52    %%
1148 %%%%%%%%%%%%%%%%%%%% 
1149 \begin{frame}{Perspectives}
1150 \begin{enumerate} [$\blacktriangleright$]
1151 \item The optimal number of subregions will be investigated.
1152 \item Design a heterogeneous integrated optimization protocol to integrate coverage, routing, and data aggregation protocols.
1153 \item Extend PeCO protocol so that the schedules are planned for multiple
1154 sensing periods.
1155 \item We plan to consider particle swarm optimization or evolutionary algorithms to obtain quickly near optimal solutions.
1156 \item Improve our mathematical models to take into account heterogeneous sensors from both energy and node characteristics point of views. 
1157 \item The cluster head will be selected in a distributed way and based on local information.
1158 \end{enumerate}
1159
1160
1161 \end{frame}
1162
1163
1164 %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
1165 %%    SLIDE 53    %%
1166 %%%%%%%%%%%%%%%%%%%% 
1167 %\begin{frame}{Mes perspectives}
1168
1169 %\end{frame}
1170
1171 %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
1172 %%    SLIDE 54    %%
1173 %%%%%%%%%%%%%%%%%%%% 
1174 \begin{frame}{Fin}
1175 \begin{center}
1176 \huge
1177 \textcolor{BleuFemto}{Thank You for Your Attention!}\\\vspace{2cm}
1178 \textcolor{BleuFemto}{Questions?}\\
1179 \end{center}
1180 \end{frame}
1181 \end{document}
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