Tìm kiếm
Đang tải khung tìm kiếm
Kết quả 1 đến 1 của 1

    TIẾN SĨ Nghiên cứu xây dựng thuật toán định tuyến trên cơ sở nhận thức về năng lượng cho mạng cảm biến không dây

    D
    dream dream Đang Ngoại tuyến (18495 tài liệu)
    .:: Cộng Tác Viên ::.
  1. Gửi tài liệu
  2. Bình luận
  3. Chia sẻ
  4. Thông tin
  5. Công cụ
  6. Nghiên cứu xây dựng thuật toán định tuyến trên cơ sở nhận thức về năng lượng cho mạng cảm biến không dây

    MỤC LỤC
    LỜI CAM ĐOAN . 1
    LỜI CẢM ƠN . 2
    MỤC LỤC . 3
    DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT 7
    DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ . 9
    DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU . 12
    MỞ ĐẦU . 13
    1. Tính khoa học và tính cấp thiết của luận án 13
    2. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu . 15
    3. Mục tiêu của luận án 15
    4. Phương pháp luận nghiên cứu . 16
    5. Nội dung của luận án . 16
    6. Đóng góp của luận án 17
    Chương 1. BÀI TOÁN ĐỊNH TUYẾN TRONG MẠNG CẢM BIẾN
    KHÔNG DÂY . 19
    1.1. Vấn đề năng lượng tiêu thụ trong mạng cảm biến không dây . 19
    1.2. Tổng quan về vấn đề định tuyến trong mạng cảm biến không dây 20
    1.2.1. Khái niệm và phân loại các giao thức định tuyến cho mạng cảm biến
    không dây . 20
    1.2.2. Thước đo định tuyến 21
    1.2.3. Đặc điểm của mạng cảm biến không dây ảnh hưởng đến vấn đề
    định tuyến 22
    1.2.4. Những thách thức đối với vấn đề định tuyến trong mạng cảm biến
    không dây . 23
    1.2.5. Một số phương pháp thiết kế giao thức định tuyến cho mạng cảm biến
    không dây . 25
    1.3. Một số giao thức định tuyến hiệu quả về mặt năng lượng cho mạng
    cảm biến không dây . 29
    1.3.1. Giao thức định tuyến trung tâm dữ liệu . 29
    1.3.2. Giao thức định tuyến dựa trên sự phân cụm 33
    1.3.3. Giao thức định tuyến dựa trên vị trí . 37
    1.4. Giao thức cây thu thập dữ liệu CTP . 384
    1.4.1. Thước đo định tuyến được sử dụng trong giao thức CTP . 39
    1.4.2. Cấu trúc các bản tin trong giao thức CTP 40
    1.4.3. Các thành phần chính của giao thức CTP 42
    1.4.4. Điểm yếu của giao thức CTP . 43
    1.5. Bài toán định tuyến cây thu thập dữ liệu có sự nhận thức về năng lượng . 44
    1.6. Hiện trạng nghiên cứu và phương pháp tiếp cận bài toán định tuyến có sự
    nhận thức về năng lượng trong các nghiên cứu trước đây 48
    1.6.1. Định tuyến với tổng năng lượng tối thiểu MTPR (Minimal Total
    Power Routing) 48
    1.6.2. Định tuyến với chi phí nguồn pin nhỏ nhất (Minimum Battery Cost
    Routing) . 48
    1.6.3. Giao thức định tuyến nhận thức về năng lượng EAR (Energy Aware
    Routing) . 49
    1.6.4. Giao thức định tuyến E-Span (Energy-Aware Spanning Tree
    Algorithm) . 49
    1.6.5. Giao thức định tuyến có sự nhận thức về năng lượng và cân bằng tải 50
    1.6.6. Giao thức định tuyến BRE (Bursty Routing Extensions) 50
    1.6.7. Giao thức định tuyến BCTP (Balanced Collection Tree Protocol) . 50
    1.6.8. Giao thức định tuyến ICTP (Improved Collection Tree Protocol) 51
    1.6.9. Giao thức định tuyến EQLR (Energy and Link Quality Based Routing
    Tree) . 52
    1.6.10. Giao thức định tuyến ELR (Energy Aware and Link Quality Based
    Routing Protocol) . 52
    1.6.11. Giao thức định tuyến EARBB (Energy Aware Routing Based on
    Beaconing) . 53
    1.7. Giải pháp tiếp cận bài toán trong luận án . 54
    1.8. Kết luận chương 1 55
    Chương 2. GIAO THỨC CÂY THU THẬP DỮ LIỆU CÓ SỰ NHẬN THỨC VỀ
    NĂNG LƯỢNG 56
    2.1. Đề xuất mô hình toán học cho bài toán định tuyến cây thu thập dữ liệu có
    sự nhận thức về năng lượng . 56
    2.1.1. Mô hình kết nối giữa các nút mạng cảm biến không dây dựa trên
    lý thuyết đồ thị . 56
    2.1.2. Các vấn đề về nhiễu trong mạng cảm biến không dây 575
    2.1.3. Mô hình bài toán định tuyến cây thu thập dữ liệu có sự nhận thức về
    năng lượng dựa trên lý thuyết đồ thị 59
    2.2. Đề xuất giao thức cây thu thập dữ liệu có sự nhận thức về năng lượng
    EACTP 61
    2.2.1. Mục tiêu và những thách thức trong việc đề xuất giao thức EACTP 61
    2.2.2. Những đề xuất cải tiến trong giao thức EACTP 62
    2.3. Thực thi giao thức EACTP . 71
    2.3.1. Lựa chọn môi trường phát triển phần mềm . 71
    2.3.2. Thực thi giao thức EACTP trên hệ điều hành Contiki 73
    2.4. Đánh giá giao thức EACTP dựa trên mô phỏng 81
    2.4.1. Các tham số đánh giá . 82
    2.4.2. Mô hình đánh giá mô phỏng 1 . 83
    2.4.3. Mô hình đánh giá mô phỏng 2 . 86
    2.4.4. Nhận xét . 88
    2.5. Đánh giá giao thức EACTP dựa trên cơ sở phân tích lý thuyết . 89
    2.6. Kết luận chương 2 95
    Chương 3. TRIỂN KHAI ĐÁNH GIÁ THỰC NGHIỆM 96
    3.1. Phần cứng cho mạng cảm biến không dây . 96
    3.1.1. Cấu trúc phần cứng của một nút mạng cảm biến không dây . 96
    3.1.2. Khảo sát một số nền tảng phần cứng cho mạng cảm biến không dây . 99
    3.2. Đề xuất cấu trúc phần cứng TUmote 101
    3.2.1. Bộ vi điều khiển MSP430 101
    3.2.2. Bộ thu phát vô tuyến CC2420EM . 102
    3.2.3. Cảm biến SHT11 . 102
    3.2.4. Bộ nhớ ngoài 103
    3.2.5. Nguồn cung cấp . 103
    3.3. Các thông số kỹ thuật chính của phần cứng TUmote . 103
    3.4. Triển khai mô hình đánh giá thực nghiệm với giao thức EACTP sử dụng
    phần cứng TUmote 105
    3.4.1. Mô hình đánh giá thực nghiệm 1 . 105
    3.4.2. Mô hình đánh giá thực nghiệm 2 . 108
    3.4.3. Nhận xét . 110
    3.5. Kết luận chương 3 111
    KẾT LUẬN . 1136
    DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH CÔNG BỐ . 115
    TÀI LIỆU THAM KHẢO . 116
    PHỤ LỤC 121
    Phụ lục 1. Bản thiết kế sơ đồ nguyên lý và sơ đồ mạch in phần cứng TUmote 121
    Phụ lục 2. Ngăn xếp truyền thông RIME trong hệ điều hành Contiki 124
    Phụ lục 3. Giao thức ContikiMAC trong hệ điều hành Contiki 126
    Phụ lục 4. Đánh giá mô phỏng với Cooja. 127
    Phụ lục 5. Đánh giá thực nghiệm với TUmote 1327
    DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT
    Từ viết tắt Từ gốc Nghĩa tiếng Việt
    ACK Acknowledgement Bản tin xác nhận
    ADV ADVertisement Bản tin thông báo
    APIs Application Programming
    Interfaces Các giao diện lập trình ứng dụng
    ANR Alive Node Ratio Tỷ lệ nút sống
    BCTP Balanced Collection Tree
    Protocol
    Giao thức cây thu thập dữ liệu cân
    bằng tải
    BRE Bursty Routing Extensions Định tuyến bùng phát
    CTP Collection Tree Protocol Giao thức cây thu thập dữ liệu
    DDR Data Delivery Ratio Tỷ lệ chuyển phát dữ liệu
    ETX Expected Transmission Số lần truyền kỳ vọng
    EACTP Energy Aware Collection Tree
    Protocol
    Giao thức cây thu thập dữ liệu nhận
    thức về năng lượng
    EI Energy Indicator Chỉ số năng lượng
    EIB Energy Indicator Balance Mức cân bằng chỉ số năng lượng
    ES Energy State Trạng thái năng lượng
    EAR Energy Aware Routing Định tuyến nhận thức năng lượng
    GAF Geographic Adaptive Fidelity Định tuyến thích ứng vị trí
    GEAR Geographic and Energy Aware
    Routing
    Định tuyến nhận thức năng lượng
    và vị trí
    HT Hard Threshold Ngưỡng cứng
    ICTP Improved Collection Tree
    Protocol
    Giao thức cây thu thập dữ liệu cải
    tiến
    LEACH Low Energy Adaptive Clustering
    Hierarchy
    Kiến trúc phân cụm thích ứng năng
    lượng thấp
    LQI Link Quality Indicator Chỉ số chất lượng liên kết8
    MAC Media Access Control Điều khiển truy nhập kênh truyền
    MANET Mobile Ad-hoc Network Mạng tùy biến di động
    MECN Minimum Energy
    Communication Network
    Mạng truyền thông năng lượng
    thấp
    PEGASIS Power-Efficient Gathering in
    Sensor Information System
    Hệ thống thu thập thông tin cảm
    biến hiệu quả năng lượng
    PHY Physical layer Lớp vật lý
    RAM Random Access Memory Bộ nhớ truy nhập ngẫu nhiên
    ROM Read Only Memory Bộ nhớ chỉ đọc
    SPIN Sensor Protocols for Information
    via Negotiation
    Các giao thức định tuyến thông qua
    thương lượng
    SPIN-PP Sensor Protocols for Information
    via Negotiation – Point to Point
    Giao thức định tuyến thông qua
    thương lượng – Điểm tới Điểm
    SPIN-EC
    Sensor Protocols for Information
    via Negotiation – Energy
    Conservation
    Giao thức định tuyến thông qua
    thương lượng – Bảo tồn năng lượng
    SPIN-RL Sensor Protocols for Information
    via Negotiation – Reliable
    Giao thức định tuyến thông qua
    thương lượng – Tin cậy
    SPIN-BC Sensor Protocols for Information
    via Negotiation – BroadCast
    Giao thức định tuyến thông qua
    thương lượng – Quảng bá
    ST Soft Threshold Ngưỡng mềm
    SINR Signal-to-Interference Plus Noise Tín hiệu trên nhiễu thêm tạp âm
    TTL Time To Live Thời gian sống
    TEEN Threshold sensitive Energy
    Efficient sensor Network
    Mạng cảm biến hiệu quả về năng
    lượng dựa trên các ngưỡng
    UDG Unit Disk Graph Đồ thị vòng tròn đơn vị
    UDI UDG with Distance Interference
    Mô hình UDG với nhiễu khoảng
    cách
    WSN Wireless Sensor Network Mạng cảm biến không dây9
    DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ
    Hình 1.1: Mô hình mạng cảm biến không dây với các nút cảm biến phân bố
    rải rác trong trường cảm biến 20
    Hình 1.2: Phân loại các giao thức định tuyến cho mạng cảm biến không dây. . 21
    Hình 1.3: Giao thức SPIN. . 29
    Hình 1.4: Hoạt động của giao thức Directed Diffusion. 31
    Hình 1.5: Kiến trúc phân cấp dựa trên các cụm . 33
    Hình 1.6: Cấu trúc chuỗi của PEGASIS. . 34
    Hình 1.7: Kiến trúc phân cấp trong giao thức TEEN . 36
    Hình 1.8: Cấu trúc liên kết mạng được xây dựng theo giao thức CTP. . 38
    Hình 1.9: ETXlink của một liên kết. 39
    Hình 1.10: Cấu trúc bản tin dữ liệu 40
    Hình 1.11: Cấu trúc bản tin điều khiển. . 41
    Hình 1.12: Các thành phần chính của giao thức CTP. . 42
    Hình 1.13: Cấu trúc liên kết mạng được xét đến trong bài toán định tuyến
    EACTP. . 45
    Hình 1.14: Ví dụ minh họa cấu trúc hình học của bài toán định tuyến EACTP 46
    Hình 2.1: Mô hình UDG. . 57
    Hình 2.2: Mô hình UDI 59
    Hình 2.3: Mô hình bài toán định tuyến EACTP dựa trên lý thuyết đồ thị . 60
    Hình 2.4: Cấu trúc khung bản tin điều khiển trong giao thức EACTP. . 68
    Hình 2.5: Cấu trúc cây định tuyến EACTP 69
    Hình 2.6: Các thành phần chính của giao thức EACTP . 74
    Hình 2.7: Quá trình xử lý sự kiện lớp ứng dụng gửi một bản tin dữ liệu. . 76
    Hình 2.8: Quá trình xử lý sự kiện nút nhận một bản tin dữ liệu. . 77
    Hình 2.9: Quá trình xử lý sự kiện nút nhận một bản tin ACK/Timeout. . 78
    Hình 2.10: Quá trình xử lý sự kiện nút nhận một bản tin điều khiển . 79
    Hình 2.11: Lưu đồ thuật toán Thêm/Cập nhật (rtmetric, ES) của nút lân cận. 80
    Hình 2.12: Khoảng thời gian gửi bản tin điều khiển định kỳ . 81
    Hình 2.13: Mô hình mô phỏng một cụm gồm 30 nút . 84
    Hình 2.14: So sánh tỷ lệ các nút còn sống trong mạng 85
    Hình 2.15: So sánh tỷ lệ chuyển phát bản tin dữ liệu. . 8510
    Hình 2.16: So sánh sự cân bằng năng lượng giữa các nút mạng. 85
    Hình 2.17: Mô hình mô phỏng một cụm nhỏ gồm 10 nút. 86
    Hình 2.18: So sánh tỷ lệ các nút còn sống trong mạng 87
    Hình 2.19: So sánh tỷ lệ chuyển phát bản tin dữ liệu. . 87
    Hình 2.20: So sánh sự cân bằng năng lượng giữa các nút mạng. 88
    Hình 3.1: Các thành phần chính trong kiến trúc phần cứng của một nút cảm biến
    không dây. . 96
    Hình 3.2: Bo mạch MicaZ của hãng Crossbow Technology. . 98
    Hình 3.3: Mốc thời gian ra đời các nền tảng phần cứng . 99
    Hình 3.4: Sơ đồ khối cấu trúc phần cứng TUmote. . 102
    Hình 3.5: Hình ảnh sản phẩm phần cứng TUmote . 103
    Hình 3.6: Mô hình triển khai thực nghiệm một cụm gồm 10 nút. . 105
    Hình 3.7: Sơ đồ bố trí các nút cảm biến TUmote. . 106
    Hình 3.8: So sánh tỷ lệ các nút còn sống trong mạng 107
    Hình 3.9: So sánh tỷ lệ chuyển phát bản tin dữ liệu. . 107
    Hình 3.10: So sánh sự cân bằng năng lượng giữa các nút mạng. 107
    Hình 3.11: Khuôn viên khu vực tiến hành đo đạc thực nghiệm. . 108
    Hình 3.12: Triển khai các nút cảm biến tại khu vực thực nghiệm. 108
    Hình 3.13: So sánh tỷ lệ các nút còn sống trong mạng 109
    Hình 3.14: So sánh tỷ lệ chuyển phát bản tin dữ liệu. . 110
    Hình 3.15: So sánh sự cân bằng năng lượng giữa các nút mạng. 110
    Hình 1: Sơ đồ nguyên lý khối điều khiển của sản phẩm phần cứng TUmote 121
    Hình 2: Sơ đồ nguyên lý khối cảm biến và khối giao tiếp với mô đun vô tuyến . 122
    của sản phẩm phần cứng TUmote . 122
    Hình 3: Sơ đồ nguyên lý khối giao tiếp người dùng, khối kết nối mở rộng 122
    Hình 4: Sơ đồ mạch in sản phẩm phần cứng TUmote. 123
    Hình 5: Giao thức CTP được xây dựng trên 124
    ngăn xếp truyền thông RIME trong Contiki. 124
    Hình 6: Cơ chế hoạt động của giao thức ContikiMAC 126
    Hình 7: Tạo mô phỏng mới với Cooja. 127
    Hình 8: Sử dụng nút cảm biến giả lập trong Cooja 127
    Hình 9: Nạp mã nguồn chương trình cho nút cảm biến giả lập trong Cooja. 127
    Hình 10: Cửa sổ giao diện tạo các nút cảm biến giả lập. . 128
    Hình 11: Phân bố của các nút cảm biến. 12811
    Hình 12: Mở giao diện Collect View của nút 30. 128
    Hình 13: Cửa sổ giao diện Collect View của nút 30 129
    Hình 14: Cửa sổ giao diện Contiki Test Editor 129
    Hình 15: Cửa sổ giao diện Control Panel . 129
    Hình 16: Cửa sổ giao diện Log Listener. . 130
    Hình 17: Giao diện Lost (Over Time) 130
    Hình 18: Kết nối TUmote với mạch nạp 132
    Hình 19: Chọn File mã nguồn cần nạp . 133
    Hình 20: Chọn AUTO PROG. để nạp chương trình cho TUmote 133
    Hình 21: Triển khai các nút cảm biến TUmote 134
    Hình 22: Giao diện chương trình thu thập dữ liệu trên máy tính . 13412
    DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU
    Bảng 2.1: Mô hình năng lượng của TUmote 63
    Bảng 2.2: Các trạng thái năng lượng của nút cảm biến 66
    Bảng 2.3: Bảng mã hóa các trạng thái năng lượng còn lại của nút cảm biến. . 67
    Bảng 2.4: So sánh giữa các hệ điều hành TinyOS, Contiki, LiteOS 72
    Bảng 2.5: Kịch bản đánh giá mô phỏng 1. . 84
    Bảng 2.6: Kịch bản đánh giá mô phỏng 2. . 86
    Bảng 2.7: Kết quả phân tích, đánh giá so sánh giữa giao thức EACTP với một số
    giao thức định tuyến có sự nhận thức về năng lượng khác . 90
    Bảng 3.1: So sánh một số nền tảng phần cứng mức thấp . 99
    Bảng 3.2: So sánh một số nền tảng phần cứng mức cao. . 100
    Bảng 3.3: Các thông số kỹ thuật của TUmote 104
    Bảng 3.4: Kịch bản đánh giá thực nghiệm 1. . 106
    Bảng 3.5: Kịch bản đánh giá thực nghiệm 2. . 10913
    MỞ ĐẦU
    1. Tính khoa học và tính cấp thiết của luận án
    Mạng cảm biến không dây (Wireless Sensor Network) là một kết cấu hạ tầng
    bao gồm các thành phần cảm nhận (đo lường), tính toán và truyền thông nhằm cung
    cấp cho người quản trị khả năng đo đạc, quan sát và tác động lại với các sự kiện, hiện
    tượng trong một môi trường xác định. Các ứng dụng điển hình của mạng cảm biến
    không dây bao gồm các ứng dụng thu thập dữ liệu, theo dõi, giám sát, y học .
    Một mạng cảm biến không dây có thể bao gồm hàng trăm, hàng nghìn nút
    mạng. Các nút mạng thường là các thiết bị đơn giản, nhỏ gọn, giá thành thấp, sử dụng
    nguồn năng lượng hạn chế (thường dùng pin), có thời gian hoạt động lâu dài (từ vài
    tháng đến vài năm) và có thể hoạt động trong môi trường khắc nghiệt (như trong môi
    trường độc hại, ô nhiễm, nhiệt độ cao ).
    Các nút cảm biến được phân bố rải rác trong trường cảm biến. Mỗi nút cảm
    biến có khả năng thu thập và định tuyến dữ liệu đến một điểm thu thập
    (Sink/Gateway) và người dùng cuối. Các nút giao tiếp với nhau qua mạng vô tuyến
    ad-hoc và truyền dữ liệu về nút gốc bằng kỹ thuật truyền đa chặng. Người dùng
    cuối/người quản lý có thể truyền thông với điểm thu thập thông qua Internet hay bất
    kỳ mạng không dây nào ví dụ như mạng di động, WiFi, WiMAX hoặc người dùng
    cuối cũng có thể truyền thông trực tiếp với điểm thu thập.
    Trong mạng cảm biến không dây, các nút cảm biến thực hiện đồng thời cả hai
    chức năng đó là:
     Chức năng sinh dữ liệu: Các nút cảm biến thu thập thông tin về các sự kiện
    trong trường cảm biến và thực hiện việc truyền thông để gửi dữ liệu của chúng
    về điểm thu thập.
     Chức năng định tuyến dữ liệu: Các nút cảm biến cũng tham gia vào quá trình
    chuyển tiếp các bản tin nhận được từ các nút lân cận trong tuyến đường đa
    chặng đến điểm thu thập.
    Hầu hết các ứng dụng chính của mạng cảm biến không dây là thu thập thông
    tin cảm nhận được trong trường cảm biến nên các giao thức thu thập dữ liệu nhận
    được nhiều sự quan tâm nghiên cứu trong cộng đồng mạng cảm biến không dây.14
    Giao thức cây thu thập dữ liệu - CTP (Collection Tree Protocol) thực thi cơ
    chế thu thập dữ liệu tin cậy từng bước nhảy (hop-by-hop). Các nút tự tổ chức thành
    một cấu trúc dạng cây và dữ liệu luôn được gửi về nút cha cho tới khi đến được đỉnh
    của cây (nút gốc). Nút gốc được gán là đỉnh của cây và tất cả các nút khác được khởi
    tạo là các nút lá. Các nút lá sẽ cập nhật vị trí của nó trong cấu trúc cây và quá trình
    này được mở rộng trong toàn mạng với điểm xuất phát ban đầu là từ nút gốc. Dữ liệu
    được gửi qua một cấu trúc cây để đến được nút gốc.
    Trong giao thức CTP, thước đo định tuyến được sử dụng là số lần truyền kỳ
    vọng - ETX (Expected Transmission) [1]. Thước đo chất lượng liên kết của một tuyến
    đường - rtmetric (route metric) được xác định bằng tổng ETX của tất cả các liên kết
    trên toàn tuyến đường đó. Vị trí của các nút trong cây được xác định bởi thước đo
    tuyến đường rtmetric. Tuyến đường có giá trị rtmetric càng lớn thì chất lượng các
    liên kết thuộc tuyến đường càng thấp. Tuyến đường tốt nhất là tuyến đường có
    rtmetric nhỏ nhất. Đây là tuyến đường có tổng số lần truyền kỳ vọng ETX đến nút
    gốc là nhỏ nhất và cũng là tuyến đường hiệu quả về mặt năng lượng nhất.
    Trong thời gian gần đây, giao thức CTP cũng thu hút được nhiều sự quan tâm
    nghiên cứu trong cộng đồng mạng cảm biến [2], [3], [4], [5], [6], [7], [8]. Giao thức
    CTP đã được chứng minh là một giao thức thu thập dữ liệu đạt hiệu quả cao về mặt
    năng lượng tiêu thụ cũng như tỷ lệ chuyển phát thành công bản tin dữ liệu trong
    mạng. Tuy nhiên, giao thức CTP hiện tại chỉ dựa vào thước đo định tuyến ETX để lựa
    chọn tuyến đường tối ưu. Thước đo định tuyến ETX không giải quyết được vấn đề
    cân bằng năng lượng giữa các nút mạng. Các nút mạng thuộc những tuyến đường có
    chất lượng liên kết tốt phải thực hiện nhiều việc truyền dẫn trong mạng. Các nút
    mạng này sẽ hết năng lượng nhanh hơn các nút mạng khác và tạo thành các lỗ hổng
    trong mạng, làm giảm hiệu năng của toàn bộ hệ thống mạng. Đây là một trong những
    thách thức quan trọng đối với các mạng cảm biến không dây hoạt động bằng pin. Các
    bài báo [9], [10], [11], [12] đã chỉ ra rằng, thời gian sống của mạng sẽ được kéo dài
    nếu năng lượng tiêu thụ trên toàn mạng đồng đều.
    Một số kết quả đánh giá giao thức CTP hiện tại dựa trên công cụ mô phỏng
    Cooja [13] và thực nghiệm với phần cứng TUmote cũng cho các kết quả tương tự.
    Trong luận án này, tác giả đề xuất, thực thi và đánh giá một giao thức định tuyến mới
    EACTP (Energy Aware Collection Tree Protocol) có sự nhận thức về năng lượng
    nhằm giải quyết điểm yếu này của giao thức CTP. Các kết quả đánh giá dựa trên mô 15
    phỏng và thực nghiệm đã cho thấy giao thức EACTP đảm bảo được sự cân bằng năng
    lượng giữa các nút mạng thuộc những tuyến đường có chất lượng liên kết tốt và thời
    gian sống của các nút mạng được cải thiện tốt hơn so với giao thức CTP ban đầu.
    2. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
    Đối tượng nghiên cứu của luận án là bài toán định tuyến có sự nhận thức về
    năng lượng áp dụng cho giao thức cây thu thập dữ liệu (bài toán định tuyến EACTP)
    trên mạng cảm biến không dây nhằm đảm bảo được sự cân bằng năng lượng giữa các
    nút mạng thuộc những tuyến đường có chất lượng liên kết tốt và nâng cao thời gian
    sống của các nút mạng.
    Phạm vi nghiên cứu của luận án là tác giả tập trung vào các phương pháp
    định tuyến dựa trên sự nhận thức về năng lượng trong mạng cảm biến không dây.
    3. Mục tiêu của luận án
    Mục tiêu của luận án là: Đề xuất một giao thức định tuyến mới EACTP
    (Energy Aware Collection Tree Protocol) có sự nhận thức về năng lượng nhằm đảm
    bảo sự cân bằng năng lượng giữa các nút mạng thuộc những tuyến đường có chất
    lượng liên kết tốt và nâng cao thời gian sống của các nút mạng. Từ đó, thực thi và
    đánh giá hiệu năng của giao thức này dựa trên mô phỏng và thực nghiệm.
    Mục tiêu cụ thể của luận án là:
     Nghiên cứu về các giao thức định tuyến có sự nhận thức về năng lượng cho
    mạng cảm biến không dây, phân tích đánh giá và so sánh các loại giao thức
    định tuyến này.
     Nghiên cứu giao thức định tuyến cây thu thập dữ liệu - CTP (Collection Tree
    Protocol) cho mạng cảm biến không dây.
     Đề xuất một giao thức định tuyến mới có sự nhận thức về năng lượng EACTP
    dựa trên giao thức CTP đã có.
     Xây dựng mô hình và phân tích mô hình toán cho giao thức EACTP dựa trên
    lý thuyết đồ thị.
     Thực thi và phân tích đánh giá hiệu năng của giao thức EACTP dựa trên mô
    phỏng.
     Xây dựng một hệ thống triển khai thực nghiệm cho phép tùy biến, tích hợp các
    chức năng định tuyến mới và đánh giá hiệu năng của các giao thức này trong
    điều kiện thực tế.16
    4. Phương pháp luận nghiên cứu
    Phương pháp nghiên cứu trong luận án được kết hợp giữa nghiên cứu lý thuyết
    với nghiên cứu mô phỏng và thực nghiệm. Về nghiên cứu lý thuyết, tác giả nghiên
    cứu khảo sát các giao thức định tuyến có sự nhận thức về năng lượng cho mạng cảm
    biến không dây dựa vào các kiến thức cơ bản và các kết quả nghiên cứu lý thuyết đã
    được công bố. Về nghiên cứu mô phỏng và thực nghiệm, tác giả thực hiện cài đặt
    giao thức định tuyến mới, chạy thử nghiệm giao thức định tuyến mới dựa trên mô
    phỏng và thực nghiệm trên các nút cảm biến thật, từ đó tác giả đánh giá các kết quả
    mô phỏng, thực nghiệm và kết luận về tính ưu việt của giao thức định tuyến mới.
    5. Nội dung của luận án
    Luận án được trình bày thành 03 chương như sau:
     Chương 1: Bài toán định tuyến trong mạng cảm biến không dây. Chương
    này trình bày những kết quả nghiên cứu khảo sát và đánh giá về các giao thức
    định tuyến dựa trên sự nhận thức về năng lượng cho mạng cảm biến không
    dây, phát biểu bài toán định tuyến có sự nhận thức về năng lượng với giao
    thức cây thu thập dữ liệu và lựa chọn phương pháp tiếp cận bài toán của tác
    giả trong luận án.
     Chương 2: Giao thức cây thu thập dữ liệu có sự nhận thức về năng lượng.
    Chương này đề xuất một giao thức định tuyến mới EACTP có sự nhận thức về
    năng lượng. Giao thức EACTP được xây dựng nhằm đảm bảo sự cân bằng
    năng lượng giữa các nút mạng thuộc những tuyến đường có chất lượng liên kết
    tốt và nâng cao thời gian sống của các nút mạng. Một số kết quả thực thi và
    đánh giá giao thức EACTP dựa trên công cụ mô phỏng Cooja cũng được trình
    bày trong chương này.
     Chương 3: Triển khai đánh giá thực nghiệm. Trong chương này, tác giả xây
    dựng một hệ thống triển khai thực nghiệm dựa trên 10 nút cảm biến phần cứng
    TUmote (Thainguyen University mote). Hệ thống triển khai thực nghiệm này
    cho phép tùy biến, tích hợp các chức năng định tuyến mới và đánh giá hiệu
    năng của các giao thức này trong điều kiện thực tế. Một số kết quả đánh giá so
    sánh hiệu năng giữa giao thức EACTP và giao thức CTP thông qua một số mô
    hình triển khai thực nghiệm cũng được trình bày trong chương này.
    Cuối cùng, tác giả đưa ra một số kết luận về kết quả thực hiện luận án và một
    số kiến nghị đề xuất cho luận án.17
    Ngoài các nội dung chính được trình bày trong các chương kể trên, những nội
    dung tham khảo mở rộng được trình bày trong năm phụ lục:
     Phụ lục 1: Bản thiết kế sơ đồ nguyên lý và sơ đồ mạch in phần cứng TUmote.
     Phụ lục 2: Ngăn xếp truyền thông RIME trong hệ điều hành Contiki.
     Phụ lục 3: Giao thức ContikiMAC trong hệ điều hành Contiki.
     Phụ lục 4: Đánh giá mô phỏng với Cooja.
     Phụ lục 5: Đánh giá thực nghiệm với TUmote.
    6. Đóng góp của luận án
    Trong quá trình hoạt động của mạng cảm biến không dây đòi hỏi phải có các
    giải pháp mới để đảm bảo sự cân bằng năng lượng giữa các nút mạng thuộc những
    tuyến đường có chất lượng liên kết tốt và nâng cao thời gian sống của các nút mạng.
    Trong đó, vấn đề định tuyến có sự nhận thức về năng lượng được coi là giải pháp
    quan trọng. Trên cơ sở phân tích mô hình toán học dựa trên lý thuyết đồ thị cho giao
    thức cây thu thập dữ liệu có sự nhận thức về năng lượng, tác giả đã có một số đóng
    góp mới trong luận án như sau:
     Đề xuất một giao thức định tuyến mới đó là giao thức cây thu thập dữ liệu có
    sự nhận thức về năng lượng - EACTP (Energy Aware Collection Tree
    Protocol). Trong giao thức EACTP, tác giả đã thực hiện một số cải tiến: Thứ
    nhất, tác giả đã bổ sung thêm thành phần ước lượng năng lượng còn lại trên
    mỗi nút cảm biến; Thứ hai, tác giả đã đề xuất một thước đo định tuyến mới đó
    là trạng thái năng lượng còn lại ES (Energy State) để xác định tuyến đường tối
    ưu trong mạng; Thứ ba, tác giả đã đề xuất một thuật toán lựa chọn tuyến
    đường tối ưu mới dựa trên sự kết hợp giữa hai thước đo định tuyến là chất
    lượng liên kết của tuyến đường và trạng thái năng lượng còn lại trên nút
    chuyển tiếp.
     Mô phỏng và đánh giá hiệu năng giao thức EACTP thông qua một số mô hình
    mạng. Tác giả đã xác định các thước đo đánh giá phù hợp cho bài toán định
    tuyến EACTP và đưa ra một số kết quả đánh giá so sánh hiệu năng giữa giao
    thức EACTP và giao thức CTP. Các kết quả đánh giá mô phỏng cho thấy thời
    gian sống của mạng khi hoạt động theo EACTP mới đề xuất được cải thiện tốt
    hơn so với giao thức CTP ban đầu.18
     Xây dựng một môi trường thực nghiệm dựa trên 10 nút cảm biến phần cứng
    TUmote (Thainguyen University mote), cho phép tùy biến, tích hợp các chức
    năng định tuyến mới và đánh giá hiệu năng của các giao thức CTP, EACTP
    trong điều kiện thực tế. Môi trường thực nghiệm này hoàn toàn có thể sử dụng
    lại được cho các nghiên cứu thực nghiệm khác trong lĩnh vực mạng cảm biến
    không dây và có thể rút ngắn thời gian để đưa các mô hình nghiên cứu lý
    thuyết sang các mô hình thực nghiệm có tính ứng dụng. Kết quả đánh giá thực
    nghiệm trên 10 nút cảm biến phần cứng TUmote đã kiểm chứng lại tính đúng
    đắn của các kết quả mô phỏng cũng như những lập luận về tính hiệu quả của
    giao thức EACTP mới đề xuất.

    Xem Thêm: Nghiên cứu xây dựng thuật toán định tuyến trên cơ sở nhận thức về năng lượng cho mạng cảm biến không dây
    Nội dung trên chỉ thể hiện một phần hoặc nhiều phần trích dẫn. Để có thể xem đầy đủ, chi tiết và đúng định dạng tài liệu, bạn vui lòng tải tài liệu. Hy vọng tài liệu Nghiên cứu xây dựng thuật toán định tuyến trên cơ sở nhận thức về năng lượng cho mạng cảm biến không dây sẽ giúp ích cho bạn.
    #1
  7. Đang tải dữ liệu...

    Chia sẻ link hay nhận ngay tiền thưởng
    Vui lòng Tải xuống để xem tài liệu đầy đủ.

    Gửi bình luận

    ♥ Tải tài liệu

social Thư Viện Tài Liệu

Từ khóa được tìm kiếm

Nobody landed on this page from a search engine, yet!

Quyền viết bài

  • Bạn Không thể gửi Chủ đề mới
  • Bạn Không thể Gửi trả lời
  • Bạn Không thể Gửi file đính kèm
  • Bạn Không thể Sửa bài viết của mình
  •  
DMCA.com Protection Status