第四章 模擬實驗與結果
5.2 數據與結果
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(a)SSVT (b)OTMA (c)ROTMA 圖 4-3 SSVT、OTMA、ROTMA 部分路徑圖
5.2.1 移動方式效能比較
在這個小節我們先比較不同的移動方式對效能的影響。在這個小節我們使用 的 Anchor 數量為 100。
圖 4-4 是說明使用不一樣的移動方式對於各個方法效果比較。三種移動方式 在模擬時都會發現各自的一個特性，Random Walk 實際上它會很容易在一片區 域裡打轉，而 Random Waypoint 跟 Random Direction 則是直線線性的移動，即 不容易待在某區域很久，都是幾乎直接穿過去。兩種移動方式差別在於 Random Direction 的直線性移動的程度比較高。所以根據上述的特性，可以發現 DCTT 方法比較適合 Random Waypoint 跟 Random Direction 這種直線性的移動方式，
而 Centroid 與 CD Hybrid 比較適合 Random Walk 這種有可能會待在某區域內一
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直移動的移動方式。透過圖 4-4 可以說明，我們提出的 DVT Hybrid、SSVT、
OTMA、ROTMA 可以降低移動方式的影響。
圖 4-4 移動方式平均定位誤差比較
在圖 4-5 可以看出 Centroid、DCTT 與 CD Hybrid 的平均定位標準差仍然會 受到移動方式的影響，而 DVT Hybrid、SSVT、OTMA、ROTMA 則可以降低移 動方式的影響。
圖 4-5 移動方式平均定位標準差比較
16 18 20 22 24 26 28 30
A vg L oc ali za ti on Er ror
Random Waypoint Random Walk Random Direction
15 15.5 16 16.5 17 17.5 18 18.5
A vg L oc ali za ti on
Random Waypoint Random Walk Random Direction
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在這之後我們所執行的模擬數據使用的移動方式皆為 Random Waypoint。
5.2.2 隨機佈點下 Anchor 密度影響
如圖 4-6 這是在 Anchor 是隨機佈點的情況下，藉由調整 Anchor 的密度來觀 察平均定位誤差。可以從圖上看到我們所提出的方法效能都要比 Centroid 和 DCTT 好，其中以 SSVT 效能最好。在 Anchor 密度越高的時候，因為會越容易 穿過 Anchor 的感測圓，然後執行 DCTT 的概念，所以我們提出的方法效能就會 越貼近 DCTT。但是在密度較低的情況下，可以發現效能差異比較明顯。
圖 4-6 隨機佈點下 Anchor 密度對平均定位誤差影響
如圖 4-7 這是在 Anchor 是隨機佈點的情況下，藉由調整 Anchor 的密度來觀 察平均定位標準差。可以從圖上看到我們所提出的方法效能都要比和 DCTT 好，
其中以 SSVT 效能最好。在這邊我們的方法效能跟 DCTT 在 Anchor 密度高的時 候會貼近的道理之前就有提過，所以在這就不再說明一次。Centroid 因為這個方 法本身就有特性是密度越高，定位的誤差與標準差本來就會隨之線性的下降。
DCTT 會隨著密度變高越容易發生物件同時穿過好幾個 Anchor 的感測圓，所以 在我們論文裡就會找 ID 最小的 Anchor 來找弧中點，但是這個弧中點並不一定是 最好的結果，有可能反而產生比較大的定位誤差，所以隨著密度越高使用 DCTT
10 15 20 25 30 35 40
50 100 150 200 250 300
A vg L oc ali za ti on Er ror
Number of Anchors
Centroid DCTT CD Hybrid DVT Hybrid SSVT
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在標準差方面並不一定比 Centroid 來的好。
圖 4-7 隨機佈點下 Anchor 密度對平均定位標準差影響
因為 OTMA、ROTMA 會改變 Anchor 的移動方式，所以我們只能分開跑模 擬數據 50 次，取平均值回來跟 SSVT 比較。可以從圖 4-8 與 4-9 發現，其實兩 個方法差距並不大，尤其是當密度高的時候，但是效能還是比 SSVT 還要好一點。
所以 ROTMA 在跟 OTMA 差不多定位效能下又多加入了考慮覆蓋率與電量平衡 的效能。
圖 4-8 隨機佈點下 SSVT、OTMA 與 ROTMA 平均定位誤差比較
5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25
50 100 150 200 250 300
A vg L oc ali za ti on S TD EV Er ror
Number of Anchors
Centroid DCTT CD Hybrid DVT Hybrid SSVT
5 10 15 20 25 30
50 100 150 200 250 300
A vg L oc ali za ti on Er ror
Number of Anchors
SSVT OTMA ROTMA
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圖 4-9 隨機佈點下 SSVT、OTMA 與 ROTMA 平均定位標準差比較
5.2.3 規律佈點效能比較
在這個小節我們要比較在 Anchor 規律分佈的情況下效能的差異，這個模擬 我們設定為 100%覆蓋率，所以感測領域範圍:700*700，感測範圍：70，Anchor 數量：121(正方形分佈)、116(正三角形分佈)。
在 Anchor 以規律分佈的情形下的定位誤差效能如圖 4-10，可以看到我們的 方法仍然比 Centroid 與 DCTT 好。SSVT 方法雖然沒有 DTTRM 的效能好，但是 SSVT 在運算上比 DTTRM 減化很多，同時效能其實並不會比 DTTRM 差太多。
圖 4-10 規律佈點的平均定位誤差
10 11 12 13 14 15 16 17 18 19
50 100 150 200 250 300
A vg L oc ali za ti on S TD EV Er ror
Number of Anchors
SSVT OTMA ROTMA
0 5 10 15 20 25 30
Centroid DCTT CD Hybrid
DVT Hybrid
SSVT DTTRM
Avg Localization Error
Triangle Square
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在 Anchor 規律分佈的情形下的定位標準差效能圖如 4-11，可以看到我們的 方法仍然比 DCTT 好，而且效能其實並不會比 DTTRM 差太多。
圖 4-11 規律佈點的平均定位標準差
5.2.4 訊號干擾對定位效能影響
這個小節的模擬實驗所使用的 Anchor 數量為 100，DOI 越大代表訊號干擾 越大。從圖 4-12 可以看到 DOI 程度越高，平均定位錯誤就上升越快，但是 DVT Hybrid、SSVT、OTMA、ROTMA 的上升相較起來比較平穩，這是因為這些方法 使用參考點與物件移動速度來定出物件的評估位置，這樣在訊號不規則的時候也 比較不會造成大幅度的定位錯誤。即使 DOI 會造成定位誤差的上升，但從圖也 可以看出我們所提出的方法效能也比較好。
圖 4-12 DOI 對各方法的平均定位誤差影響
0 2 4 6 8 10 12 14 16
Avg Localization STDEV Error
TriangleSquare
15 20 25 30 35 40 45 50
0.05 0.1 0.15 0.2 0.25
A vg L oc aliz ation Er ror
DOI
Centroid DCTT CD Hybrid DVT Hybrid SSVT OTMA ROTMA
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從圖 4-13 可以發現平均定位標準差一樣會受到 DOI 的影響，而且狀況跟平 均定位誤差一樣。
圖 4-13 DOI 對各方法的平均定位標準差影響
5.2.5 電量消耗比較
[15][26]說明了感測器在進行一些動作時電量消耗，根據該篇論文，我們可 以得知感測器的通訊耗電跟運算耗電比例差別非常大，運算耗電幾乎可以忽略不 記，更何況我們的方法在運算處理上並不會太複雜，所以我們的模擬實驗裡不考 慮運算的耗電，同時因為每個 Anchor 都會移動且移動距離相等，所以我們也不 考慮移動的耗電，最後我們只考慮傳接資料時的耗電。
在這小節的模擬比較數據裡，我們使用 100 個 Anchor、1 個物件，並假設每 個電量為 10000 單位，每傳送或接收一次封包就扣掉 1 單位的電量，最後記錄每 個方法第一個感測器沒電的回合數。藉由這樣來比較不同方法間的電量平衡程 度。
從圖 4-14 可以發現 OTMA 因為幾乎是固定個 Anchor 在追逐物件所以很快
10 15 20 25 30 35
0.05 0.1 0.15 0.2 0.25
A vg L oc ali za ti on S TD EV Er ror
DOI
Centroid DCTT CD Hybrid DVT Hybrid SSVT OTMA ROTMA
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就會有感測器沒電，但是 ROTMA 透過接力的方式來平衡電量的消耗，可以從 圖發現 ROTMA 比 OTMA 延長大幅度的網路生命週期。這邊如果要考慮運算的 耗電與詳細的資料傳接耗電，那麼生命週期會是 Centriod > DCTT > CD Hybrid >
DVT Hybrid > SSVT > ROTMA > OTMA，這是因為運算越來越複雜，實際傳接 資料越來越多，當然 ROTMA 生命週期長於 OTMA 是因為使用接力概念來平衡 Anchor 間的電量消耗。
圖 4-14 各方法第一個感測器沒電的回合
5.2.6 評估位置產生率比較
這個實驗是在 100 個 Anchor、1 個物件的情況下，每次模擬 500 個回合，然 後平均 100 次的結果，結果利用圖 4-15 表示。DCTT、CD Hybrid、DVT Hybrid 的物件被定位到機率比 Centroid 高一些，這是因為在執行 DCTT 概念的時候，
會比 Centroid 多一個物件穿出 Anchor 感測圓的評估位置。OTMA 因為會 Anchor 追逐物件，所以物件被定位到機率會在高一點。ROTMA 也會追逐物件，所以物 件被定位到機率其實跟 OTMA 差不多。
0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000
Centriod DCTT CD Hybrid DVT Hybrid
SSVT OTMA ROTMA
End Round
64
圖 4-15 各方法的評估位置產生率
5.2.7 物件離開位置相近情況下覆蓋率比較
特殊情況指的是，當物件移動方式是穿越整個無線感測網路且持續有物件進 出整個感測領域，如果剛好進出的方向相近的的話，這樣會導致整個無線感測網 路的 Anchor 分佈會非常集中於某個區域，甚至有些區域根本沒有 Anchor 存在，
可參考圖 3-13。
圖 4-16 中的實心點為移動的物件，剩餘的為 Anchor，在執行此模擬的時候，
我們讓物件從右邊感測領域進入並且從左邊的感測領域離開，中間移動過程為直 線的移動。這張圖說明 OTMA 在發生物件離開感測領域位置相近情況時會造成 Anchor 分佈的不平均。模擬程式顯示當物件都是從同一個地方離開感測領域時，
Anchor 會漸漸被物件往離開的地方拉。所以導致感測領域的左邊 Anchor 越來越 密集而右邊越來越空曠，可以看到第 155 回合時，右邊感測領域就已經非常的空 曠了。
65.00%
70.00%
75.00%
80.00%
85.00%
90.00%
95.00%
Centriod DCTT CD Hybrid
DVT Hybrid
SSVT OTMA ROTMA
R ate of Ge ne ra ti ng EP
65
(a) 第 5 回合 (b)第 55 回合 (c) 第 105 回合 (c) 第 155 回合 圖 4-16 物件相同離開位置造成感測器分佈問題
接下來的實驗是在 Anchor 數量 100 個情況下，移動物件 5 個，物件從邊緣 移入並不是直接灑點在感測領域，每次模擬 1000 個回合，然後平均 100 次的結 果，結果利用圖 4-17 表示。ROTMA-Relay 是只使用接力修改的 ROTMA，
ROTMA-Force 是只使用磁性推力修改的 ROTMA。因為只有從 OTMA 才開始更 改 Anchor 的移動方式，所以之前都覆蓋率其實都一樣。可以從圖發現當物件離 開感測領域位置相近狀況發生之後，與不修改移動方式的方法比起來覆蓋率會大 幅下降，但是可以發現 ROTMA 可以使覆蓋率下降的情況改善很多。
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圖 4-17 物件離開位置相近情況下各方法的覆蓋率
5.2.8 物件離開位置相近情況下評估位置產生率比較
特殊狀況解說與模擬使用設定同上一節，結果利用圖 4-18 表示。可以從圖 上發現當特殊情況發生時，OTMA 的評估位置產生率會大幅的下降，這是因為 Anchor 會被拖移，最後會集中在一起，導致 Anchor 分佈不均勻，所以後面進來 的物件會很容易在一開始都沒辦法定位。但是 ROTMA 仍然可以保持一定的程 度。
圖 4-18 物件離開位置相近情況下各方法的評估位置產生率
0.00%
10.00%
20.00%
30.00%
40.00%
50.00%
60.00%
70.00%
80.00%
90.00%
100.00%
C ove ra g e
Min Coverage Avg Coverage Max Coverage
0.00%
10.00%
20.00%
30.00%
40.00%
50.00%
60.00%
70.00%
80.00%
90.00%
R ate of Ge ne ra ti ng EP
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