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Private GIT Repository
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[ThesisAli.git] / SlidesAli / These.tex
1 \documentclass{beamer}
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4 \usepackage{amsfonts,amsmath,amssymb,stmaryrd}
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9 %\usepackage{algorithmic}
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27  
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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
36 \newcommand*\rot{\rotatebox{90}}
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38
39 \newcommand{\mcrot}[4]{\multicolumn{#1}{#2}{\rlap{\rotatebox{#3}{#4}~}}} 
40
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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=0.495\textwidth]{Figures/6}
105    \hfill
106 %   \includegraphics[width=0.475\textwidth]{Figures/8}
107 %   \hfill
108    \includegraphics[width=0.495\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                 \textcolor{black}{How to minimize the energy consumption and extend the network lifetime when covering a certain area?}
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: distributed optimization process}}
125 \bf \textcolor{black}{Division into subregions}\\
126 \bf \textcolor{black}{For each subregion:}
127         
128  \begin{itemize}
129          \item \bf \textcolor{magenta}{Leader election}
130          \item \bf \textcolor{magenta}{Activity Scheduling based optimization}
131          \end{itemize}
132                 
133                 \end{block}
134 \vspace{-1.5em}                         
135 \begin{figure}
136    \includegraphics[width=0.475\textwidth]{Figures/div2}
137    \hfill
138    \includegraphics[width=0.475\textwidth]{Figures/act2}
139 \end{figure}
140         
141 \end{frame}
142
143 %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
144 %%    SLIDE 03.1    %%
145 %%%%%%%%%%%%%%%%%%%% 
146 %\begin{frame}{Problem Definition, Solution, and Objectives}
147 %
148 %\begin{block}{\textcolor{white}{OUR SOLUTION}}
149 % \begin{itemize}
150 %         %\item Leader Election for each subregion.
151 %         \item \bf \textcolor{magenta}{Activity Scheduling based optimization is planned for each subregion.}
152 %  \end{itemize}
153 %               
154 % \end{block}   
155 %\begin{figure}
156 %   \includegraphics[width=0.775\textwidth]{Figures/act}
157 %   
158 %\end{figure}
159 %       
160 %\end{frame}
161
162 %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
163 %%    SLIDE 03.2    %%
164 %%%%%%%%%%%%%%%%%%%% 
165 %\begin{frame}{Problem Definition, Solution, and Objectives}
166 %
167 %\begin{block}{\bf \textcolor{white}{Dissertation Objectives}}
168 %\bf \textcolor{black}{Develop energy-efficient distributed optimization protocols that should be able to:}
169 % \begin{itemize}
170 %    \item \bf \textcolor{blue}{Schedule node activities by optimize both coverage and lifetime.}
171 %    \item \bf \textcolor{blue}{Combine two efficient techniques: leader election and sensor activity scheduling.}
172 %    \item \bf \textcolor{blue}{Perform a distributed optimization process.}
173 %  \end{itemize}
174 %               
175 % \end{block}   
176 %
177 %       
178 %\end{frame}
179
180
181 %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
182 %%    SLIDE 04    %%
183 %%%%%%%%%%%%%%%%%%%% 
184 \begin{frame}
185   \frametitle{Presentation Outline}
186 \begin{small}
187   \tableofcontents[section,subsection]
188 \end{small}
189 \end{frame}
190
191
192 %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
193 %%    SLIDE 05    %%
194 %%%%%%%%%%%%%%%%%%%% 
195 \section{\small {State of the Art}}
196
197
198 %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
199 %%    SLIDE 06    %%
200 %%%%%%%%%%%%%%%%%%%% 
201 \begin{frame}{Wireless Sensor Networks (WSNs)}
202 \vspace{-3.5em}
203  \begin{columns}[c]
204   
205 \column{.58\textwidth}
206
207      \begin{figure}[!t]
208            \includegraphics[height = 3cm]{Figures/WSNT.jpg}
209     \end{figure}  
210
211         
212     
213     \begin{femtoBlock}  
214         {Sensor \\}
215                  \begin{itemize}
216                         \item  Electronic low-cost tiny device
217                         \item Sense, process and transmit data
218                         \item Limited energy, memory and processing capabilities
219                 \end{itemize}
220         \end{femtoBlock}
221          
222         \column{.52\textwidth}
223          
224          \begin{figure}[!t]
225            \includegraphics[height = 4.5cm]{Figures/WSN.jpg}
226     \end{figure}  
227     \vspace{-3.5em}
228      \begin{figure}[!t]
229            \includegraphics[height = 2cm]{Figures/sn.jpg}
230      \end{figure}  
231    
232         
233 \end{columns}
234
235  
236  
237 \end{frame}
238
239
240 %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
241 %%    SLIDE 7    %%
242 %%%%%%%%%%%%%%%%%%%% 
243 \begin{frame}{Types of Wireless Sensor Networks}
244
245 \vspace{-1.5em}
246 % \begin{columns}[c]
247 %  
248 %\column{.52\textwidth}
249 %\begin{itemize}
250 %  \item  Terrestrial WSNs.
251 %  \item  Underground WSNs.
252 %  \item  Underwater WSNs.
253 %  \item  Multimedia WSNs.
254 %  \item  Mobile WSNs.
255 %  \item  Flying WSNs.
256 %\end{itemize}
257 %               
258 % \column{.58\textwidth}
259  \begin{figure}[!t]
260      \includegraphics[height = 7cm]{Figures/typesWSN.pdf}
261  \end{figure}  
262
263 %\end{columns}
264 \end{frame}
265
266
267 %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
268 %%    SLIDE 08    %%
269 %%%%%%%%%%%%%%%%%%%% 
270 \begin{frame}{Applications}
271 \vspace{-1.5em}
272   
273 \begin{figure}[!t]
274      \includegraphics[height = 7cm]{Figures/WSNAP.pdf}
275  \end{figure} 
276 \end{frame}
277
278
279 %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
280 %%    SLIDE 09    %%
281 %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
282 \begin{frame}{Energy-Efficient Mechanisms of a working WSN}
283 \vspace{-2.5em}
284   \centering
285 \begin{figure}[!t]
286
287      \includegraphics[height = 5cm]{Figures/WSN-M.pdf}
288  \end{figure} 
289  
290  \bf \textcolor{blue} {Our approach: includes cluster architecture and scheduling schemes}
291 \end{frame}
292
293 %\begin{frame}{Energy-Efficient Mechanisms of a working WSN}
294 %\vspace{-1.5em}
295 %  
296 %\begin{figure}[!t]
297 %     \includegraphics[height = 7cm]{Figures/WSN-S.pdf}
298 % \end{figure} 
299 %\end{frame}
300
301 %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
302 %%    SLIDE 10    %%
303 %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
304 \begin{frame}{Network lifetime}
305 \vspace{-1.5em}
306 \begin{block}{\textcolor{white} {Some definitions:}}
307 \small
308 \begin{enumerate}[i)]
309 \item \textcolor{black} {Time spent until death of the first sensor (or cluster head).}
310 \item \textcolor{black} {Time spent until death of all wireless sensor nodes in WSN.}
311 \item  \textcolor{black} {Time spent by WSN in covering each target by at least one sensor.}
312 \item  \textcolor{black} {Time during which the area of interest is covered by at least k nodes.}
313 \item \textcolor{black} {Elapsed time until losing the connectivity or the coverage.}
314 \item \bf \textcolor{red} {Time elapsed until the coverage ratio becomes less than a predetermined threshold $\alpha$.}
315 \end{enumerate}
316 \end{block}
317
318 %\begin{block}{\textcolor{white} {Network lifetime In this dissertation:}}
319 %\textcolor{blue} {Time elapsed until the coverage ratio becomes less than a predetermined threshold $\alpha$.}
320 %\end{block}
321
322
323 \end{frame}
324
325 %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
326 %%    SLIDE 10.1   %%
327 %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
328 \begin{frame}{Coverage in Wireless Sensor Networks}
329  
330 \begin{block} <1-> {\textcolor{white} {Coverage definition:}} 
331 \textcolor{blue} {Coverage} reflects how well a sensor field is monitored efficiently using as less energy as possible.
332 \end{block}
333  
334
335  
336 \begin{block} <2-> {\textcolor{white} {Coverage types:}} 
337 \begin{enumerate}[i)]
338 \item \small  \textcolor{red} {Area coverage: every point inside an area has to be monitored.}
339 \item  \textcolor{blue} {Target coverage:} only a finite number of discrete points called targets have to be monitored.
340
341 \item  \textcolor{blue} {Barrier coverage:} detection of targets as they cross a barrier such as in intrusion detection and border surveillance applications.
342 \end{enumerate}
343 \end{block}
344  
345
346  
347 %\begin{block} <3-> {\textcolor{white} {Coverage type in this dissertation:}} 
348 %The work presented in this dissertation deals with \textcolor{red} {area coverage}.
349 %\end{block}
350  
351 \end{frame}
352
353 %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
354 %%    SLIDE 11    %%
355 %%%%%%%%%%%%%%%%%%%% 
356 \begin{frame}{Existing works}
357 \vspace{-0.3em}
358 \begin{block}  {\textcolor{white} {Coverage approaches:}} 
359 %Most existing coverage approaches in literature classified into
360 \begin{enumerate}[i)]
361 \item \textcolor{blue} { Full centralized coverage algorithms}
362     \begin{itemize}
363     \item  Optimal or near optimal solution
364     \item  Low computation power for the sensors (except for base station)
365     \item  Higher energy consumption for communication in large WSN
366     \item  Not scalable for large WSNs
367     \end{itemize}
368 \item \textcolor{blue} {Full distributed coverage algorithms}
369    \begin{itemize}
370     \item  Lower quality solution
371     \item Less energy consumption for communication in large WSN
372     \item  Reliable and scalable for large WSNs
373    \end{itemize}
374    \item  \textcolor{red} {Hybrid approaches}
375    \begin{itemize}
376    \item \textcolor{red} {Globally distributed and locally centralized}
377    \end{itemize}
378    
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 \begin{frame}{Existing works: DESK algorithm (Vu et al.)}
392 \vspace{-1.5em}
393 \begin{figure}[!t]
394            \includegraphics[height = 4.0cm]{Figures/DESK.eps}
395     \end{figure}  
396      \vspace{-2.5em}
397      
398      \begin{itemize}
399        \item Requires only one-hop neighbor information (fully distributed)
400        \item Each sensor decides its status (Active or Sleep) based on the perimeter coverage model without optimization
401               
402      \end{itemize}
403
404
405 %\tiny \bf \textcolor{blue}{DESK is chosen for comparison because it works into rounds fashion similar to our approaches, as well as DESK is a full distributed coverage approach.}
406
407
408 \end{frame}
409
410 \begin{frame}{Existing works: GAF algorithm (Xu et al.)}
411
412 \vspace{-3.3em}
413  \begin{columns}[c]
414   
415 \column{.58\textwidth}
416
417      \begin{figure}[!t]
418            \includegraphics[height = 2.7cm]{Figures/GAF1.eps}
419     \end{figure}  
420     \vspace{-2.5em}
421     \begin{figure}[!t]
422            \includegraphics[height = 3.3cm]{Figures/GAF2.eps}
423     \end{figure}
424          
425         \column{.52\textwidth}
426          \vspace{1.2em}
427 \small
428         \begin{itemize}
429         \item Distributed energy-based scheduling approach
430         \item Uses geographic location information to divide the area into a fixed square grids
431         \item Nodes are in one of three sates: discovery, active, or sleep
432         \item  Only one node staying active in grid
433         \item  The fixed grid is square with r units on a side
434          \item  Nodes cooperate within each grid to choose the active node
435         \end{itemize}
436         
437            
438       
439 %     \begin{itemize}
440 %       \item \tiny enat: estimated node active time
441 %       \item enlt: estimated node lifetime
442 %       \item Td,Ta, Ts: discovery, active, and sleep timers
443 %       \item Ta = enlt/2 
444 %       \item Ts = [enat/2, enat]
445 %     \end{itemize}
446      
447
448         
449 \end{columns}
450
451 \vspace{1.0em}
452
453 %\tiny \bf \textcolor{blue}{GAF is chosen for comparison because it is famous and easy to implement, as well as many authors referred to it in many publications.}
454 \end{frame}
455
456 \section{\small {The main scheme for our protocols}}
457
458
459 \begin{frame}{Assumptions for our protocols}
460 \vspace{-0.1cm}
461
462 \begin{enumerate} [$\divideontimes$]
463                     \item  Static wireless sensor, homogeneous in terms of: 
464              \begin{itemize}
465              \item Sensing, communication, and processing capabilities
466              \end{itemize}
467                         \item  Heterogeneous initial energy
468                         \item  High density uniform deployment 
469                          \item Its $R_c\geq 2R_s$  for imply connectivity among active nodes during complete coverage (hypothesis proved by Zhang and Zhou)
470
471                          \item  Multi-hop communication
472                          \item  Known location by:
473     \begin{itemize}
474      \item Embedded GPS  or location discovery algorithm          
475     \end{itemize}
476     
477     \item Using two kinds of packets: 
478         \begin{itemize}         
479            \item INFO packet
480            \item ActiveSleep packet
481         \end{itemize}
482         \item Five status for each node:
483         \begin{itemize}         
484            \item  \small LISTENING, ACTIVE, SLEEP, COMPUTATION, and COMMUNICATION
485         \end{itemize}
486                 \end{enumerate}         
487                 
488 \end{frame}
489
490
491
492 \begin{frame}{Assumptions for our protocols}
493   \vspace{-0.5cm}
494 \begin{center}
495         \includegraphics[height = 7.0cm]{Figures/Pmodels.pdf}  
496 \end{center}
497
498 \end{frame}
499
500
501
502
503 \begin{frame}{Our general scheme}
504 \vspace{-0.2cm}
505 \begin{figure}[ht!]
506  \includegraphics[width=110mm]{Figures/GeneralModel.jpg}
507  \end{figure} 
508  
509 \begin{itemize}
510 \item DiLCO and PeCO  $\blacktriangleright$ use one round sensing ($T=1$)
511 \item MuDiLCO $\blacktriangleright$ uses multiple rounds sensing ($T=1\cdots T$)
512 \end{itemize}
513
514 \end{frame}
515
516
517 \begin{frame}{Our general scheme}
518   \vspace{-0.2cm}
519 \begin{enumerate} [i)]
520 \item \textcolor{blue}{\textbf{INFORMATION EXCHANGE}} $\blacktriangleright$ Sensors exchange through multi-hop communication, their
521 \begin{itemize}
522 \item \textcolor{magenta}{Position coordinates}, \textcolor{violet}{current remaining energy}, \textcolor{cyan}{sensor node ID}, and \textcolor{red}{number of its one-hop live neighbors}
523  
524 \end{itemize}
525
526
527 \item \textcolor{blue}{\textbf{LEADER ELECTION}} $\blacktriangleright$ The selection criteria are, in order 
528 \begin{itemize}
529 \item Larger number of neighbors
530 \item Larger remaining energy, and then in case of equality 
531 \item Larger ID
532 \end{itemize}
533
534
535  
536 \item \textcolor{blue}{\textbf{DECISION}} $\blacktriangleright$ Leader solves an integer program to
537 \begin{itemize}
538 \item  Select which sensors will be activated in the sensing phase
539 \item Send Active-Sleep packet to each sensor in the subregion
540 \end{itemize}
541
542  
543 \item \textcolor{blue}{\textbf{SENSING}} $\blacktriangleright$ Based on Active-Sleep Packet Information
544 \begin{itemize}
545 \item Active sensors will execute their sensing task
546 \item Sleep sensors will wait a time equal to the period of sensing to wakeup
547
548 \end{itemize}
549 \end{enumerate}
550  
551 \end{frame}
552
553
554
555 %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
556 %%    SLIDE 12    %%
557 %%%%%%%%%%%%%%%%%%%% 
558 \section{\small {Distributed Lifetime Coverage Optimization Protocol (DiLCO)}}
559
560
561 %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
562 %%    SLIDE 15    %%
563 %%%%%%%%%%%%%%%%%%%% 
564 \begin{frame}{\small DiLCO Protocol $\blacktriangleright$ Coverage Problem Formulation}
565 \vspace{0.2cm}
566 \centering
567 \includegraphics[height = 7.2cm]{Figures/modell1.pdf}
568
569 \end{frame}
570
571
572 %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
573 %%    SLIDE 16    %%
574 %%%%%%%%%%%%%%%%%%%% 
575 \begin{frame}{\small DiLCO Protocol $\blacktriangleright$ DiLCO Protocol Algorithm}
576 %\begin{femtoBlock} {}
577 \centering
578 %\includegraphics[height = 7.2cm]{Figures/algo.jpeg}
579 \includegraphics[height = 7.2cm]{Figures/Algo1.png}
580 %\end{femtoBlock}
581
582 \end{frame}
583
584
585
586
587 %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
588 %%    SLIDE 18    %%
589 %%%%%%%%%%%%%%%%%%%% 
590 \begin{frame}{\small DiLCO Protocol $\blacktriangleright$ Simulation Framework}
591 \vspace{-0.8cm}
592 \small
593 \begin{table}[ht]
594 \caption{Relevant parameters for simulation.}
595 \centering
596 \begin{tabular}{c|c}
597 \hline
598 Parameter & Value  \\ [0.5ex]
599 \hline
600 Sensing  Field  & $(50 \times 25)~m^2 $   \\
601 Nodes Number &  50, 100, 150, 200 and 250~nodes   \\
602 Initial Energy  & 500-700~joules  \\  
603 Sensing Period & 60 Minutes \\
604 $E_{th}$ & 36 Joules\\
605 $R_s$ & 5~m   \\     
606 $R_c$ & 10~m   \\
607 $w_{\Theta}$ & 1   \\
608 $w_{U}$ & $|P|^2$ \\
609 Modeling Language & A Mathematical Programming Language (AMPL) \\
610 Optimization Solver & GNU  linear Programming Kit (GLPK) \\
611 Network Simulator & Discrete Event Simulator OMNeT++ 
612 \end{tabular}
613 \label{tablech4}
614 \end{table}
615
616 \end{frame}
617
618
619 %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
620 %%    SLIDE 19    %%
621 %%%%%%%%%%%%%%%%%%%% 
622 \begin{frame}{\small DiLCO Protocol $\blacktriangleright$ Energy Model \& Performance Metrics }
623 %\vspace{-1.8cm}
624 \begin{femtoBlock} {Energy Consumption Model}
625 \vspace{-1.0cm}
626 \begin{table}[h]
627 %\centering
628 \small
629 %\caption{Power consumption values}
630 \label{tab:EC}
631 \begin{tabular}{|l||cccc|}
632   \hline
633   {\bf Sensor status} & MCU & Radio & Sensing & {\it Power (mW)} \\
634   \hline
635   LISTENING & On & On & On & 20.05 \\
636   ACTIVE & On & Off & On & 9.72 \\
637   SLEEP & Off & Off & Off & 0.02 \\
638   COMPUTATION & On & On & On & 26.83 \\
639   \hline
640   \multicolumn{4}{|l}{Energy needed to send or receive a 2-bit content message} & 0.515 \\
641   \hline
642 \end{tabular}
643 \end{table}
644
645 \end{femtoBlock}
646 \vspace{-0.5cm}
647 \begin{femtoBlock} {Performance Metrics}
648 \small
649 \begin{enumerate}[$\mapsto$]
650
651 \item {{\bf Coverage Ratio (CR)}}
652 \item{{\bf Number of Active Sensors Ratio (ASR)}}
653 \item {{\bf  Energy Consumption}}
654 \item {{\bf Network Lifetime}}
655 %\item {{\bf Execution Time}}
656 %\item {{\bf Stopped Simulation Runs}}
657
658 \end{enumerate}
659 \end{femtoBlock}
660 \end{frame}
661
662
663
664 %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
665 %%    SLIDE 20    %%
666 %%%%%%%%%%%%%%%%%%%% 
667 \begin{frame}{ \small DiLCO Protocol $\blacktriangleright$ Performance Comparison}
668
669 \vspace{-0.5cm}
670 \begin{figure}[h!]
671 \centering
672  \includegraphics[scale=0.5] {Figures/R3/CR.eps} 
673 \caption{Coverage ratio for 150 deployed nodes}
674 \label{Figures/ch4/R3/CR}
675 \end{figure}
676
677
678  
679 \end{frame}
680
681
682
683 %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
684 %%    SLIDE 20    %%
685 %%%%%%%%%%%%%%%%%%%% 
686 \begin{frame}{ \small DiLCO Protocol $\blacktriangleright$ Performance Comparison}
687 \vspace{-0.5cm}
688
689 \begin{figure}[h!]
690 \centering
691 \includegraphics[scale=0.5]{Figures/R3/ASR.eps}  
692 \caption{Active sensors ratio for 150 deployed nodes }
693 \label{Figures/ch4/R3/ASR}
694 \end{figure} 
695 \end{frame}
696
697
698 %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
699 %%    SLIDE 21    %%
700 %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
701 %\begin{frame}{ \small DiLCO Protocol $\blacktriangleright$ Performance Comparison}
702 %\vspace{-0.5cm}
703 %\begin{figure}[h!]
704 %\centering
705 %\includegraphics[scale=0.5]{Figures/R3/SR.eps} 
706 %\caption{Percentage of stopped simulation runs for 150 deployed nodes }
707 %\label{Figures/ch4/R3/SR}
708 %\end{figure}
709 %\end{frame}
710
711
712 %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
713 %%    SLIDE 22    %%
714 %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
715 \begin{frame}{ \small DiLCO Protocol $\blacktriangleright$ Performance Comparison}
716 \vspace{-0.5cm}
717 \begin{figure}%[h!]
718 \begin{columns}[c]
719         \column{.50\textwidth}
720 \includegraphics[scale=0.35]{Figures/R3/EC95.eps} 
721 \footnotesize \\~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~(a)\\      
722 \column{.50\textwidth}
723 \includegraphics[scale=0.35]{Figures/R3/EC50.eps} 
724 \footnotesize \\~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~(b)        \\
725 \end{columns}
726 \caption{Energy consumption for (a) $Lifetime_{95}$ and (b) $Lifetime_{50}$}
727 \label{Figures/ch4/R3/EC}
728 \end{figure}
729
730  
731 \end{frame}
732
733
734 %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
735 %%    SLIDE 23    %%
736 %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
737 \begin{frame}{ \small DiLCO Protocol $\blacktriangleright$ Performance Comparison}
738 \vspace{-0.5cm}
739 \begin{figure}%[h!]
740 \begin{columns}[c]
741         \column{.50\textwidth}
742 \includegraphics[scale=0.35]{Figures/R3/LT95.eps} 
743 \footnotesize \\~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~(a)\\      
744 \column{.50\textwidth}
745 \includegraphics[scale=0.35]{Figures/R3/LT50.eps} 
746 \footnotesize \\~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~(b)        \\
747 \end{columns}
748 \caption{Network lifetime for (a) $Lifetime_{95}$ and (b) $Lifetime_{50}$}
749   \label{Figures/ch4/R3/LT}
750 \end{figure}
751
752
753
754
755 \end{frame}
756
757
758
759
760
761
762 \section{\small{Multiround Distributed Lifetime Coverage Optimization Protocol (MuDiLCO)}}
763
764
765 %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
766 %%    SLIDE 28    %%
767 %%%%%%%%%%%%%%%%%%%% 
768 %\begin{frame}{\small MuDiLCO Protocol $\blacktriangleright$ Main Idea}
769 %\vspace{-0.2cm}
770 %\begin{figure}[ht!]
771 % \includegraphics[width=110mm]{Figures/GeneralModel.jpg}
772 %\caption{MuDiLCO protocol.}
773 %\label{fig2}
774 %\end{figure} 
775 %\end{frame}
776
777
778 %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
779 %%    SLIDE 29    %%
780 %%%%%%%%%%%%%%%%%%%% 
781 \begin{frame}{\small MuDiLCO Protocol $\blacktriangleright$  Multiround Coverage Problem Formulation}
782 \vspace{0.2cm}
783
784 \centering
785 \includegraphics[height = 7.2cm]{Figures/modell2.pdf}
786
787 \end{frame}
788
789 %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
790 %%    SLIDE 30    %%
791 %%%%%%%%%%%%%%%%%%%% 
792 %\begin{frame}{\small MuDiLCO Protocol $\blacktriangleright$ MuDiLCO Protocol Algorithm}
793 %%\vspace{0.2cm}
794 %\begin{femtoBlock} {}
795 %\centering
796 %\includegraphics[height = 7.2cm]{Figures/Algo2.png}
797 %\end{femtoBlock}
798 %\end{frame}
799
800
801 %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
802 %%    SLIDE 31    %%
803 %%%%%%%%%%%%%%%%%%%% 
804 \begin{frame}{\small MuDiLCO Protocol $\blacktriangleright$ Results Analysis and Comparison}
805 \vspace{-0.5cm}
806 \begin{figure}[h!]
807 \centering
808  \includegraphics[scale=0.5] {Figures/R1/CR.pdf}   
809 \caption{Average coverage ratio for 150 deployed nodes}
810 \label{fig3}
811 \end{figure} 
812 \end{frame}
813
814
815 %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
816 %%    SLIDE 32    %%
817 %%%%%%%%%%%%%%%%%%%% 
818 \begin{frame}{\small MuDiLCO Protocol $\blacktriangleright$ Results Analysis and Comparison}
819 \vspace{-0.5cm}
820 \begin{figure}[h!]
821 \centering
822 \includegraphics[scale=0.5]{Figures/R1/ASR.pdf}  
823 \caption{Active sensors ratio for 150 deployed nodes}
824 \label{fig4}
825 \end{figure} 
826 \end{frame}
827
828
829 %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
830 %%    SLIDE 33    %%
831 %%%%%%%%%%%%%%%%%%%% 
832 %\begin{frame}{\small MuDiLCO Protocol $\blacktriangleright$ Results Analysis and Comparison}
833 %\vspace{-0.5cm}
834 %\begin{figure}[t]
835 %\centering
836 %\includegraphics[scale=0.5]{Figures/R1/SR.pdf} 
837 %\caption{Cumulative percentage of stopped simulation runs for 150 deployed nodes }
838 %\label{fig6}
839 %\end{figure} 
840 %\end{frame}
841
842 %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
843 %%    SLIDE 34    %%
844 %%%%%%%%%%%%%%%%%%%% 
845 %\begin{frame}{\small MuDiLCO Protocol $\blacktriangleright$ Results Analysis and Comparison}
846 %\vspace{-0.5cm}
847 %\begin{figure}[h!]
848 %\centering
849 %\includegraphics[scale=0.5]{Figures/R1/T.pdf}  
850 %\caption{Execution Time (in seconds)}
851 %\label{fig77}
852 %\end{figure} 
853 %\end{frame}
854
855
856 %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
857 %%    SLIDE 35    %%
858 %%%%%%%%%%%%%%%%%%%% 
859 \begin{frame}{\small MuDiLCO Protocol $\blacktriangleright$ Results Analysis and Comparison}
860 \vspace{-0.5cm}
861 \begin{figure}%[h!]
862 \begin{columns}[c]
863         \column{.50\textwidth}
864 \includegraphics[scale=0.35]{Figures/R1/EC95.eps} 
865 \footnotesize \\~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~(a)\\      
866 \column{.50\textwidth}
867 \includegraphics[scale=0.35]{Figures/R1/EC50.eps} 
868 \footnotesize \\~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~(b)        \\
869 \end{columns}
870 \caption{Energy consumption for (a) $Lifetime_{95}$ and (b) $Lifetime_{50}$}
871 \label{Figures/ch4t/R3/EC}
872 \end{figure}
873 \end{frame}
874
875
876 %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
877 %%    SLIDE 36    %%
878 %%%%%%%%%%%%%%%%%%%% 
879 \begin{frame}{\small MuDiLCO Protocol $\blacktriangleright$ Results Analysis and Comparison}
880 \vspace{-0.5cm}
881 \begin{figure}%[h!]
882 \begin{columns}[c]
883         \column{.50\textwidth}
884 \includegraphics[scale=0.35]{Figures/R1/LT95.eps} 
885 \footnotesize \\~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~(a)\\      
886 \column{.50\textwidth}
887 \includegraphics[scale=0.35]{Figures/R1/LT50.eps} 
888 \footnotesize \\~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~(b)        \\
889 \end{columns}
890 \caption{Network lifetime for (a) $Lifetime_{95}$ and (b) $Lifetime_{50}$}
891 \label{Figures/ch4/Rh3/EC}
892 \end{figure}
893
894 \end{frame}
895
896
897
898
899 \section{\small {Perimeter-based Coverage Optimization (PeCO)}}
900
901
902 %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
903 %%    SLIDE 45    %%
904 %%%%%%%%%%%%%%%%%%%% 
905 \begin{frame}{\small PeCO Protocol $\blacktriangleright$ Assumptions and Models}
906
907 \vspace{-0.5cm}
908 \begin{figure}%[h!]
909 \begin{columns}[c]
910         \column{.50\textwidth}
911 \includegraphics[scale=0.40]{Figures/ch6/pcm.jpg} 
912 \footnotesize \\~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~(a)\\ 
913 \column{.50\textwidth}
914 $$\alpha =  \arccos \left(\dfrac{Dist(u,v)}{2R_s}
915 \right).$$ 
916 \includegraphics[scale=0.40]{Figures/ch6/twosensors.jpg} 
917 \footnotesize \\~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~(b)   \\
918 \end{columns}
919 \caption{(a) Perimeter  coverage of sensor node  0 and (b) finding  the arc of
920     $u$'s perimeter covered by $v$.}
921   \label{pcm2sensors}
922 \end{figure}
923 \end{frame}
924
925
926 %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
927 %%    SLIDE 46    %%
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=0.33]{Figures/ch6/expcm2.jpg}  
936 \footnotesize \\~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~(a)\\ 
937 \column{.50\textwidth}
938 \includegraphics[scale=0.38]{Figures/tbl.jpeg} 
939 \footnotesize \\~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~(b)   \\
940 \end{columns}
941 \caption{(a) Maximum coverage levels for perimeter of sensor node $0$. and (b) Coverage intervals and contributing sensors for sensor node 0.}
942   \label{pcm2sensors}
943 \end{figure}
944
945
946 \end{frame}
947
948  
949
950 %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
951 %%    SLIDE 47    %%
952 %%%%%%%%%%%%%%%%%%%% 
953 \begin{frame}{\small PeCO Protocol $\blacktriangleright$ PeCO Protocol Algorithm}
954 \vspace{-0.7cm}
955 %\includegraphics[height = 7.2cm]{Figures/algo6.jpeg}
956
957 \begin{figure}[h!]
958 \centering
959  \includegraphics[height = 7.2cm]{Figures/Algo3.png}
960 \end{figure} 
961 \end{frame}
962
963
964 %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
965 %%    SLIDE 48    %%
966 %%%%%%%%%%%%%%%%%%%% 
967 \begin{frame}{\small PeCO Protocol $\blacktriangleright$ Perimeter-based Coverage Problem Formulation}
968 \vspace{-0.7cm}
969
970 \begin{figure}[h!]
971 \centering
972 \includegraphics[scale=0.49]{Figures/modell3.pdf}  
973 \end{figure} 
974
975 \end{frame}
976
977
978
979 %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
980 %%    SLIDE     %%
981 %%%%%%%%%%%%%%%%%%%% 
982 \begin{frame}{\small PeCO Protocol $\blacktriangleright$ Performance Evaluation and Analysis}
983 \vspace{-0.5cm}
984 \begin{figure}[h!]
985 \centering
986  \includegraphics[scale=0.5] {Figures/ch6/R/CR.eps} 
987 \caption{Coverage ratio for 200 deployed nodes.}
988 \label{fig333}
989 \end{figure} 
990
991
992 \end{frame}
993
994 %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
995 %%    SLIDE     %%
996 %%%%%%%%%%%%%%%%%%%% 
997 \begin{frame}{\small PeCO Protocol $\blacktriangleright$ Performance Evaluation and Analysis}
998 \vspace{-0.5cm}
999 \begin{figure}[h!]
1000 \centering
1001 \includegraphics[scale=0.5]{Figures/ch6/R/ASR.eps}  
1002 \caption{Active sensors ratio for 200 deployed nodes.}
1003 \label{fig444}
1004 \end{figure} 
1005
1006 \end{frame}
1007
1008 %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
1009 %%    SLIDE     %%
1010 %%%%%%%%%%%%%%%%%%%% 
1011 \begin{frame}{\small PeCO Protocol $\blacktriangleright$ Performance Evaluation and Analysis}
1012 \vspace{-0.5cm}
1013 \begin{figure}%[h!]
1014 \begin{columns}[c]
1015         \column{.50\textwidth}
1016 \includegraphics[scale=0.35]{Figures/ch6/R/EC95.eps} 
1017 \footnotesize \\~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~(a)\\      
1018 \column{.50\textwidth}
1019 \includegraphics[scale=0.35]{Figures/ch6/R/EC50.eps} 
1020 \footnotesize \\~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~(b)        \\
1021 \end{columns}
1022 \caption{Energy consumption per period for (a)~$Lifetime_{95}$ and (b)~$Lifetime_{50}$.}
1023   \label{fig3EC}
1024 \end{figure}
1025
1026
1027 \end{frame}
1028
1029 %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
1030 %%    SLIDE     %%
1031 %%%%%%%%%%%%%%%%%%%% 
1032 \begin{frame}{\small PeCO Protocol $\blacktriangleright$ Performance Evaluation and Analysis}
1033 \vspace{-0.5cm}
1034 \begin{figure}%[h!]
1035 \begin{columns}[c]
1036         \column{.50\textwidth}
1037 \includegraphics[scale=0.35]{Figures/ch6/R/LT95.eps} 
1038 \footnotesize \\~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~(a)\\      
1039 \column{.50\textwidth}
1040 \includegraphics[scale=0.35]{Figures/ch6/R/LT50.eps} 
1041 \footnotesize \\~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~(b)        \\
1042 \end{columns}
1043 \caption{Network Lifetime for (a)~$Lifetime_{95}$ and (b)~$Lifetime_{50}$.}
1044   \label{fig3LT}
1045 \end{figure}
1046
1047 \end{frame}
1048
1049 %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
1050 %%    SLIDE     %%
1051 %%%%%%%%%%%%%%%%%%%% 
1052 %\begin{frame}{\small PeCO Protocol $\blacktriangleright$ Performance Evaluation and Analysis}
1053 %\vspace{-0.5cm}
1054 %\begin{figure} [h!]
1055 %\centering \includegraphics[scale=0.5]{Figures/ch6/R/LTa.eps}
1056 %\caption{Network lifetime for different coverage ratios.}
1057 %\label{figLTALL}
1058 %\end{figure}
1059 %\end{frame}
1060
1061
1062
1063 %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
1064 %%    SLIDE     %%
1065 %%%%%%%%%%%%%%%%%%%% 
1066 \section{\small {Conclusion and Perspectives}}
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1069 %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
1070 %%    SLIDE 50    %%
1071 %%%%%%%%%%%%%%%%%%%% 
1072 \begin{frame}{Conclusion}
1073 \begin{enumerate} [$\blacktriangleright$]
1074
1075 \item  Two-step approaches are proposed to optimize both coverage and lifetime performances, where:
1076 \begin{itemize}
1077 \item Sensing field is divided into smaller subregions using divide-and-conquer method.
1078 \item One of the proposed optimization protocols is applied in each subregion in a distributed parallel way.
1079 \end{itemize}
1080 \item The proposed protocols (DiLCO, MuDiLCO, PeCO) combine two efficient mechanisms: 
1081 \begin{itemize}
1082 \item Network leader election, and
1083 \item Sensor activity scheduling based optimization.
1084 \end{itemize}
1085 \item Our protocols are periodic where each period consists of 4
1086 phases:
1087 \begin{itemize}
1088 \item Information exchange,
1089 \item Network leader election, 
1090 \item Decision based optimization, 
1091 \item Sensing.
1092 \end{itemize}
1093 \end{enumerate}
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1097
1098 \end{frame}
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1103 %%%%%%%%%%%%%%%%%%%% 
1104 \begin{frame}{Conclusion}
1105 \begin{enumerate} [$\blacktriangleright$]
1106
1107 \item DiLCO and PeCO provide a schedule for one round per period.
1108 \item MuDiLCO provides a schedule for multiple rounds per period.
1109 \item Comparison results show that DiLCO, MuDiLCO, and PeCO protocols:
1110 \begin{itemize}
1111  \item maintain the coverage for a larger number of rounds.
1112  \item use less active nodes to save energy efficiently during sensing.
1113  \item are more powerful against network disconnections.
1114  \item perform the optimization with suitable execution times.
1115  \item consume less energy.
1116  \item prolong the network lifetime.
1117
1118 \end{itemize}
1119 \end{enumerate}
1120 \end{frame}
1121
1122 \begin{frame}{Conclusion}
1123 \tiny
1124 \begin{block}{\textcolor{white}{Journal Articles}}
1125 \begin{enumerate}[$\lbrack$1$\rbrack$]
1126 \item Ali Kadhum Idrees, Karine Deschinkel, Michel Salomon, and Rapha\"el Couturier. Perimeter-based Coverage Optimization to Improve Lifetime in Wireless Sensor Networks. \textit{Engineering Optimization, 2015, (Submitted)}.
1127
1128 \item Ali Kadhum Idrees, Karine Deschinkel, Michel Salomon, and Rapha\"el Couturier. Multiround Distributed Lifetime Coverage Optimization Protocol in Wireless Sensor Networks. \textit{Ad Hoc Networks, 2015, (Submitted)}. 
1129
1130 \item Ali Kadhum Idrees, Karine Deschinkel, Michel Salomon, and Rapha\"el Couturier. Distributed Lifetime Coverage Optimization Protocol in Wireless Sensor Networks. \textit{Journal of Supercomputing , 2015, (Submitted)}.
1131 \end{enumerate}
1132 \end{block}
1133
1134 \begin{block}{\textcolor{white}{Technical Reports}}
1135  
1136 \begin{enumerate}[$\lbrack$1$\rbrack$]
1137 \item Ali Kadhum Idrees, Karine Deschinkel, Michel Salomon, and Rapha\"el
1138 Distributed lifetime coverage optimization protocol in wireless sensor networks. Technical Report DISC2014-X, University of Franche-Comte - FEMTO-ST Institute, DISC Research Department, Octobre 2014.
1139 \end{enumerate}
1140 \end{block}
1141
1142 \begin{block}{\textcolor{white}{Conference Articles}}
1143 \begin{enumerate}[$\lbrack$1$\rbrack$]
1144 \item Ali Kadhum Idrees, Karine Deschinkel, Michel Salomon, and Rapha\"el
1145 Coverage and lifetime optimization in heterogeneous energy wireless sensor networks. In ICN 2014, The Thirteenth International Conference on Networks, pages 49–54, 2014.
1146 \end{enumerate}
1147 \end{block}
1148
1149 \end{frame}
1150
1151 %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
1152 %%    SLIDE 52    %%
1153 %%%%%%%%%%%%%%%%%%%% 
1154 \begin{frame}{Perspectives}
1155 \begin{enumerate} [$\blacktriangleright$]
1156 \item Investigate the optimal number of subregions.
1157 \item Design a heterogeneous integrated optimization protocol to integrate coverage, routing, and data aggregation protocols.
1158 \item Extend PeCO protocol so that the schedules are planned for multiple
1159 sensing periods.
1160 \item Consider particle swarm optimization or evolutionary algorithms to obtain quickly near optimal solutions.
1161 \item Improve our mathematical models to take into account heterogeneous sensors from both energy and node characteristics point of views. 
1162 %\item The cluster head will be selected in a distributed way and based on local information.
1163 \end{enumerate}
1164
1165
1166 \end{frame}
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1170 %%    SLIDE 53    %%
1171 %%%%%%%%%%%%%%%%%%%% 
1172 %\begin{frame}{Mes perspectives}
1173
1174 %\end{frame}
1175
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1177 %%    SLIDE 54    %%
1178 %%%%%%%%%%%%%%%%%%%% 
1179 \begin{frame}{Fin}
1180 \begin{center}
1181 \huge
1182 \textcolor{BleuFemto}{Thank You for Your Attention!}\\\vspace{2cm}
1183 \textcolor{BleuFemto}{Questions?}\\
1184 \end{center}
1185 \end{frame}
1186 \end{document}
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