Performance Evaluation And Enhancements in Video Sensor Networks

Summary:

Video Sensor Networks are developed with the aim of advancing the application performance of the traditional sensor networks and creating new applications. For instance, the reliability of surveillance applications is significantly improved with video streams captured from the events. Rather than detecting an intruder with traditional scalar sensors such as audio and magnetic, an image captured from the surveillance area offers a more detailed inspection of the event. However, for building a video sensor network, mounting CMOS cameras on top of the sensor nodes may not be sufficient. In this thesis, in order to clear up this matter, performance tests on the existing sensor network architectures are conducted by simulations designed for surveillance applications. The performance evaluations indicate that there is a need for enhancements in several layers of the OSI stack. Therefore, firstly, the fragmentation support of sensor MAC protocols which are designed for relaying large data units and data streams such as video are investigated. The improved application quality is observed with proper fragmentation support in terms of reduced latency and increased frame rates. The reason behind the improvements are discovered as the decreased control overhead and the adaptive duty cycle mechanisms. Additionally, the fairness issue in the event based applications are investigated. In order to decrease the event reporting latency (mean response time) and to maximize the overall visual information, a fair queueing method based on the least attained service scheduling is proposed. Realistic surveillance scenarios are implemented in the simulations to observe the effect of the method. The results indicate that the reporting delay is decreased and the minimum number of frames received from each event is increased. In order to handle high bandwidth demands of video traffic, multi-path algorithms are deployed. Although the performance gains are reported, fairness among the events whose frames follow different paths is still an issue. Therefore, we apply the least attained service method in a distributed manner to the events flows. Additionally, the effect of differentiated contention window sizes on the inter-node fairness of the events is investigated.

Özet:

Video algılayıcı ağlar geleneksel algılayıcı ağlar ile oluşturulmuş uygulamaların başarımlarını iyileştirmek ve yeni uygulama alanları yaratmak için geliştirilmiştir. Örnek olarak, bir gözetim uygulamasının güvenilirliliği olaylardan elde edilen video aktarımlarıyla önemli ölçüde artırılır. Ses ve manyetik alan ölçer gibi geleneksel algılayıcılar kullanarak yapılan hedef sezme yerine, gözetim alanından elde edilen bir imge daha detaylı inceleme yapabilmemizi sağlar. Fakat, bir video algılayıcı ağ oluşturmak için sadece düğümler üzerine takılan bir kamera yeterli olmayabilir. Bu tezde, varolan algılayıcı ağ mimarilerinde, gözetim uygulamaları için tasarlanmış benzetimlerle başarım testleri yaparak, eksiklikler açığa çıkarılmıştır. Başarım testleri sonucunda da OSI yığıtındaki birden çok katmanda iyileştirmelerin yapılması gerektiği ortaya çıkmıştır. Bu nedenle, ilk olarak algılayıcı ağlardaki ortam erişim kontrol protokollerinde büyük veri parçalarını ve video gibi veri akışlarını iletmede kullanılan parçalara ayırma yöntemleri incelenmiştir. Uygun parçalama desteğiyle uygulama başarısının, düşürülmüş gecikme ve artırılmış çerçeve hızı bakımından iyileştiği gözlemlenmiştir. İyileşmenin nedeni de kontrol amacıyla yapılan ek yüklerin azalması ve uyarlamalı uyuyup uyanma çevrimleri olarak tespit edilmiştir.Ek olarak, olay tabanlı uygulamalarda adil kuyruklama konusu incelenmiştir. Olay raporlama gecikmesini (ortalama tepki zamanı) azaltmak ve genel görsel bilgiyi artırmak amacıyla, en az alınan servis çizelgelemesine dayanan bir adil kuyruklama yöntemi önerilmiştir. Yöntemin etkisini gözlemlemek için benzetimlerde gerçekçi gözetim senaryoları kullanılmıştır. Sonuçlar raporlanma zamanının düşürüldüğünü ve her olaydan alınan en az çerçeve sayısının artırıldığını göstermiştir. Video trafiğinin yüksek bant genişliği isteklerini karşılayabilmek için çokyollu yönlendirme yordamları kullanılmıştır. Başarım kazanımları gösterilse bile, çerçeveleri farklı yollardan giden olaylar arası adalet konusu halen bir sorundur. Bu yüzden, en az alınan servis yöntemi dağıtık olarak olay akışlarına uygulanmıştır. Ek olarak, sınıflandırılmış çekişme penceresi boylarının, düğümler arası olay adaleti üzerindeki etkileri araştırılmıştır.