QoS Constrained Optimal Sink and Relay Placement in Planned Wireless Sensor Networks

We are given a set of sensors at given locations, a set of potential locations for placing base stations (BSs, or sinks), and another set of potential locations for placing wireless relay nodes. There is a cost for placing a BS and a cost for placing a relay. The problem we consider is to select a set of BS locations, a set of relay locations, and an association of sensor nodes with the selected BS locations, so that number of hops in the path from each sensor to its BS is bounded by hmax, and among all such feasible networks, the cost of the selected network is the minimum. The hop count bound suffices to ensure a certain probability of the data being delivered to the BS within a given maximum delay under a light traffic model. We observe that the problem is NP-Hard, and is hard to even approximate within a constant factor. For this problem, we propose a polynomial time approximation algorithm (SmartSelect) based on a relay placement algorithm proposed in our earlier work, along with a modification of the greedy algorithm for weighted set cover. We have analyzed the worst case approximation guarantee for this algorithm. We have also proposed a polynomial time heuristic to improve upon the solution provided by SmartSelect. Our numerical results demonstrate that the algorithms provide good quality solutions using very little computation time in various randomly generated network scenarios

Using Acoustic Holography for Vibration Analysis

Disertační práce se zabývá bezkontaktní analýzou vibrací pomocí metod akustické holografie v blízkém poli. Akustická holografie v blízkém poli je experimentální metoda, která rekonstruuje akustické pole v těsné blízkosti povrchu vibrujícího předmětu na základě měření akustického tlaku nebo akustické rychlosti v určité vzdálenosti od zkoumaného předmětu. Konkrétní realizace této metody závisí na použitém výpočetním algoritmu. Vlastní práce je zaměřena zejména na rozbor algoritmů, které využívají k rekonstrukci zvukového pole v blízkosti vibrujícího objektu transformaci do domény vlnových čísel (prostorová transformace), kde probíhá vlastní výpočet. V úvodu práce je vysvětlena základní teorie metody akustické holografie v blízkém poli s popisem základních vlastností a dále rozborem konkrétních nejčastěji používaných algoritmům pro lokalizaci a charakterizaci zdroje zvuku a pro následnou vibrační analýzu. Stěžejní část práce se věnuje pokročilým metodám zpracování, které se snaží určitým způsobem optimalizovat přesnost predice zvukového pole v blízkosti vibrujícího předmětu v reálných podmínkách. Jde zejména o problematiku použitého měřicího systému s akustickými snímači, které nejsou ideální, a dále o možnost měření v prostorách s difúzním charakterem zvukového pole. Pro tento případ byla na základě literárního průzkumu optimalizována a ověřena metoda využívající dvouvrstvé mikrofonní pole, které umožňuje oddělení zvukových polí přicházejících z různých stran a tedy úspěšné měření v uzavřených prostorách např. kabin automobilů a letadel. Součástí práce byla také optimalizace, rozšíření a následné ověření algoritmů publikovaných v posledních letech pro měření v reálných podmínkách za použití běžně dostupných akustických snímačů.The main aim of the thesis is application of near-field acoustic holography for non-contact vibration analysis. Near-field acoustic holography is an experimental technique for reconstruction of sound field close to the surface of the vibrating object based on measurement of sound pressure or acoustic particle velocity in certain distance from the examined object. Practical realization of this method depends on used calculation procedure. The thesis is focused on analysis of acoustic holography algorithms with transformation into wavenumber domain (spatial transformation) where the reconstruction of the sound field near vibrating object is calculated. The introductory part of the thesis describes the theory of near-field acoustic holography with general characteristics and with analysis of most common algorithms used for localization and characterization of sound source and consequent vibration analysis. Principal part of the thesis deals with advanced processing methods where these methods try to optimize the accuracy of prediction of sound field near vibrating object in real environment. In this study, real measurement conditions represent the measurement system with non-ideal acoustic sensors and also areas with reverberant sound field. Based on literature study, there has been optimized and verified the new method which uses double layer microphone array to separate incoming and outgoing sound field, thus allows successful measurement in confined space e.g. cabins of cars and airplanes. Part of the thesis has been also focused on optimization, extension and successive experimental validation of selected classical algorithms published in last decade for possible measurement in real conditions and with common acoustic sensors.