A survey of localization in wireless sensor network

Localization is one of the key techniques in wireless sensor network. The location estimation methods can be classified into target/source localization and node self-localization. In target localization, we mainly introduce the energy-based method. Then we investigate the node self-localization methods. Since the widespread adoption of the wireless sensor network, the localization methods are different in various applications. And there are several challenges in some special scenarios. In this paper, we present a comprehensive survey of these challenges: localization in non-line-of-sight, node selection criteria for localization in energy-constrained network, scheduling the sensor node to optimize the tradeoff between localization performance and energy consumption, cooperative node localization, and localization algorithm in heterogeneous network. Finally, we introduce the evaluation criteria for localization in wireless sensor network

A supporting infrastructure for Wireless Sensor Networks in Critical Industrial Environments

Tese de doutoramento no Programa de Doutoramento em Ciências e Tecnologias da Informação apresentada à Faculdade de Ciências e Tecnologia da Universidade de Coimbra.As Redes de Sensores Sem Fios (RSSFs) têm uma aplicabilidade muito elevada nas mais diversas áreas, como na indústria, nos sistemas militares, na saúde e nas casas inteligentes. No entanto, continuam a existir várias limitações que impedem que esta tecnologia tenha uma utilização extensiva. A fiabilidade é uma destas principais limitações que tem atrasado a adopção das RSSFs em ambientes industriais, principalmente quando sujeitos a elevadas interferências e ruídos. Por outro lado, a interoperabilidade é também um dos principais requisitos a cumprir nomeadamente com o avanço para o paradigma da Internet of Things. A determinação da localização dos nós, principalmente dos nós móveis, é, também ele, um requisito crítico em muitas aplicações. Esta tese de doutoramento propõe novas soluções para a integração e para a localização de RSSFs que operem em ambientes industriais e críticos. Como os nós sensores são, na maioria das vezes, instalados e deixados sem intervenção humana durante longos períodos de tempo, isto é, meses ou mesmo anos, é muito importante oferecer processos de comunicação fiável. No entanto, muitos problemas ocorrem durante a transmissão dos pacotes, nomeadamente devido a ruídos, interferências e perda de potência do sinal. A razão das interferências deve-se à existência de mais do que uma rede ou ao espalhamento espectral que ocorre em determinadas frequências. Este tipo de problemas é mais severo em ambientes dinâmicos nos quais novas fontes de ruído pode ser introduzidas em qualquer instante de tempo, nomeadamente com a chegadas de novos dispositivos ao meio. Consequentemente, é necessário que as RSSFs tenham a capacidade de lidar com as limitações e as falhas nos processos de comunicação. O protocolo Dynamic MAC (DunMAC) proposto nesta dissertação utiliza técnicas de rádio cognitivo (CR) para que a RSSF se adapte, de forma dinâmica, a ambientes instáveis e ruidosos através da selecção automática do melhor canal durante o período de operação. As RSSFs não podem operar em isolação completa do meio, e necessitam de ser monitoradas e controladas por aplicações externas. Apesar de ser possível adicionar a pilha protocolar IP aos nós sensores, este procedimento não é adequado para muitas aplicações. Para estes casos, os modelos baseados em gateway ou proxies continuam a apresentar-se preferíveis para o processo de integração. Um dos desafios existentes para estes processos de integração é a sua adaptabilidade, isto é, a capacidade da gateway ou do proxy poder ser reutilizado sem alterações por outras aplicações. A razão desta limitação deve-se aos consumidores finais dos dados serem aplicações e não seres humanos. Logo, é difícil ou mesmo impossível criar normas para as estruturas de dados dada a infinidade de diferentes formatos. É então desejável encontrar uma solução que permita uma integração transparente de diferentes RSSFs e aplicações. A linguagem Sensor Traffic Description Language (STDL) proposta nesta dissertação propõe uma solução para esta integração através de gateways e proxies flexíveis e adaptados à diversidade de aplicações, e sem recorrer à reprogramação. O conhecimento da posição dos nós sensores é, também ele, crítico em muitas aplicações industriais como no controlo da deslocação dos objectos ou trabalhadores. Para além do mais, a maioria dos valores recolhidos dos sensores só são úteis quando acompanhados pelo conhecimento do local onde esses valores foram recolhidos. O Global Positioning Systems (GPS) é a mais conhecida solução para a determinação da localização. No entanto, o recurso ao GPS em cada nó sensor continua a ser energeticamente ineficiente e impraticável devido aos custos associados. Para além disso, os sistemas GPS não são apropriados para ambientes in-door. Este trabalho de doutoramento propõe-se actuar nestas áreas. Em particular, é proposto, implementado e avaliado o protocolo DynMAC para oferecer fiabilidade às RSSFs. Para a segunda temática, a linguagem STDL e o seu motor são propostos para suportar a integração de ambientes heterogéneos de RSSFs e aplicações. As soluções propostas não requerem reprogramação e suportam também serviços de localização nas RSSFs. Diferentes métodos de localização foram avaliados para estimar a localização dos nós. Assim, com estes métodos as RSSFs podem ser usadas como componentes para integrar e suportar a Futura Internet. Todas as soluções propostas nesta tese foram implementadas e validadas tanto em simulação com em plataformas práticas, laboratoriais e industriais.The Wireless Sensor Network (WSN) has a countless number of applications in almost all of the fields including military, industrial, healthcare, and smart home environments. However, there are several problems that prevent the widespread of sensor networks in real situations. Among them, the reliability of communication especially in noisy industrial environments is difficult to guarantee. In addition, interoperability between the sensor networks and external applications is also a challenge. Moreover, determining the position of nodes, particularly mobile nodes, is a critical requirement in many types of applications. My original contributions in this thesis include reliable communication, integration, localization solutions for WSNs operating in industrial and critical environments. Because sensor nodes are usually deployed and kept unattended without human intervention for a long duration, e.g. months or even years, it is a crucial requirement to provide the reliable communication for the WSNs. However, many problems arise during packet transmission and are related to the transmission medium (e.g. signal path-loss, noise and interference). Interference happens due to the existence of more than one network or by the spectral spread that happens in some frequencies. This type of problem is more severe in dynamic environments in which noise sources can be introduced at any time or new networks and devices that interfere with the existing one may be added. Consequently, it is necessary for the WSNs to have the ability to deal with the communication failures. The Dynamic MAC (DynMAC) protocol proposed in this thesis employs the Cognitive Radio (CR) techniques to allow the WSNs to adapt to the dynamic noisy environments by automatically selecting the best channel during its operation time. The WSN usually cannot operate in complete isolation, but it needs to be monitored, controlled and visualized by external applications. Although it is possible to add an IP protocol stack to sensor nodes, this approach is not appropriate for many types of WSNs. Consequently, the proxy and gateway approach is still a preferred method for integrating sensor networks with external networks and applications. The problem of the current integration solutions for WSNs is the adaptability, i.e., the ability of the gateway or proxy developed for one sensor network to be reused, unchanged, for others which have different types of applications and data frames. One reason behind this problem is that it is difficult or even impossible to create a standard for the structure of data inside the frame because there are such a huge number of possible formats. Consequently, it is necessary to have an adaptable solution for easily and transparently integrating WSNs and application environments. In this thesis, the Sensor Traffic Description Language (STDL) was proposed for describing the structure of the sensor networks’ data frames, allowing the framework to be adapted to a diversity of protocols and applications without reprogramming. The positions of sensor nodes are critical in many types of industrial applications such as object tracking, location-aware services, worker or patient tracking, etc. In addition, the sensed data is meaningless without the knowledge of where it is obtained. Perhaps the most well-known location-sensing system is the Global Positioning System (GPS). However, equipping GPS sensor for each sensor node is inefficient or unfeasible for most of the cases because of its energy consumption and cost. In addition, GPS is not appropriate in some environments, e.g., indoors. Similar to the original concept of WSNs, the localization solution should also be cheap and with low power consumption. This thesis aims to deal with the above problems. In particular, in order to add the reliability for WSN, DynMAC protocol was proposed, implemented and evaluated. This protocol adds a mechanism to automatically deal with the noisy and changeable environments. For the second problem, the STDL and its engine provide the adaptable capability to the framework for interoperation between sensor networks and external applications. The proposed framework requires no reprogramming when deploying it for new applications and protocols of WSNs. Moreover, the framework also supports localization services for positioning the unknown position sensor nodes in WSNs. The different localization methods are employed to estimate the location of mobile nodes. With the proposed framework, WSNs can be used as plug and play components for integrating with the Future Internet. All the proposed solutions were implemented and validated using simulation and real testbeds in both the laboratory and industrial environments

Text Similarity Between Concepts Extracted from Source Code and Documentation

Context: Constant evolution in software systems often results in its documentation losing sync with the content of the source code. The traceability research field has often helped in the past with the aim to recover links between code and documentation, when the two fell out of sync. Objective: The aim of this paper is to compare the concepts contained within the source code of a system with those extracted from its documentation, in order to detect how similar these two sets are. If vastly different, the difference between the two sets might indicate a considerable ageing of the documentation, and a need to update it. Methods: In this paper we reduce the source code of 50 software systems to a set of key terms, each containing the concepts of one of the systems sampled. At the same time, we reduce the documentation of each system to another set of key terms. We then use four different approaches for set comparison to detect how the sets are similar. Results: Using the well known Jaccard index as the benchmark for the comparisons, we have discovered that the cosine distance has excellent comparative powers, and depending on the pre-training of the machine learning model. In particular, the SpaCy and the FastText embeddings offer up to 80% and 90% similarity scores. Conclusion: For most of the sampled systems, the source code and the documentation tend to contain very similar concepts. Given the accuracy for one pre-trained model (e.g., FastText), it becomes also evident that a few systems show a measurable drift between the concepts contained in the documentation and in the source code.</p