Điều khiển tối ưu cấu hình trong mạng vô tuyến AD HOC – SENSOR

Điều khiển tối ưu cấu hình trong mạng vô tuyến AD HOC – SENSOR Vũ Anh Hải Trường Đại học Công nghệ Luận văn ThS.. Giới thiệu khái quát về mạng vô tuyến ad hoc sensor, mô tả một số ứng

Điều khiển tối ưu cấu hình trong mạng vô

tuyến AD HOC – SENSOR

Vũ Anh Hải

Trường Đại học Công nghệ Luận văn ThS ngành: Kỹ thuật điện tử; Mã số: 60 52 70 Người hướng dẫn: PGS.TS Trần Hồng Quân

Năm bảo vệ: 2008

Abstract Giới thiệu khái quát về mạng vô tuyến ad hoc sensor, mô tả một số ứng

dụng khả thi của công nghệ này cũng như thách thức về mặt công nghệ cần được giải quyết trước khi loại mạng này được triển khai trên diện rộng Nghiên cứu một

số mô hình cơ bản sử dụng để xây dựng và giải quyết các bài toán điều khiển cấu hình, tối ưu năng lượng mạng ad hoc - sensor như mô hình kênh vô tuyến đơn, mô hình tiêu thụ năng lượng, các mô hình di động Trình bày việc sử dụng các kỹ thuật điều khiển cấu hình trong mạng ad hoc and sensor Nghiên cứu nguyên tắc phân loại các phương pháp tiếp cận bài toán điều khiển cấu hình, thảo luận về cách thức tích hợp cơ chế điều khiển cấu hình vào protocol stack Trình bày bài toán đầu tiên trong vấn đề tối ưu cấu hình mạng(CHM) ad hoc and sensor, gọi là bài toán ấn định khoảng RA Các nút mạng có thể chọn các khoảng phát khác nhau, mục đích là chọn

ra được những khoảng sao cho mạng kết nối được với chi phí năng lượng tối thiểu Bài toán trước hết sẽ được giải trong mạng một chiều rồi đến mạng hai chiều và ba chiều Nghiên cứu về hiệu quả năng lượng của CHM tối ưu đối với các phiên bản khác nhau của bài toán RA Giải quyết vấn đề thiết kế CHM tối ưu về mặt năng lượng đối với một số kiểu truyền thống như: điểm - điểm (unicast), một – nhiều

(broadcast)

Keywords Kỹ thuật điện tử; Mạng vô tuyến; Viễn thông; Điều khiển tối ưu

Content

Mạng vô tuyến ad hoc – sensor là mô ̣t cách tổ chức ma ̣ng mới, đang được các nhà nghiên cứu trong và ngoài nước chú ý trong những năm gần đây Do đă ̣c thù, mạng đòi hỏi phải có tính linh hoạt và hiệu quả sử dụng năng lượng củ a ma ̣ng cao Chính vì lí do đó, bản luận văn này tập trung vào nghiên cứu một số vấn đề về tối ưu cấu hình ma ̣ng , nhất là tối ưu hiê ̣u quả năng lươ ̣ng – luôn là chủ đề được nhiều người quan tâm đối với ma ̣ng ad hoc – sensor

Bản luận văn được chia thành 4 chương

Error! Reference source not found – Error! Reference source not found.: Giớ i thiê ̣u khái quát về mạng ad hoc sensor , đưa ra những tiềm năng của ma ̣ng ad hoc sensor cũng như những thách thức sẽ gă ̣p phải

Error! Reference source not found – Error! Reference source not found.: Giớ i thiê ̣u các mô hình cơ bản sẽ sử dụng để xây dựng và giải quyết các bài toán điều khiển cấu hình , tối

ưu năng lươ ̣ng ma ̣ng ad hoc –sensor Gồm các mô hình: Các mô hình kênh vô tuyến, các mô hình tiêu thụ năng lượng, các mô hình di động

Error! Reference source not found – Error! Reference source not found.: Giớ i thiê ̣u

mô ̣t vấn đề liên quan đến điều khiển cấu hình ma ̣ng ad hoc – sensor như biến đổi năng lượng, dung lươ ̣ng ma ̣ng, …

Error! Reference source not found – Error! Reference source not found.: Xây dựng

và giải quyết một số bài toán điều khiển tối ưu cấu hình , như tối ưu ấn đi ̣nh khoảng , tối ưu tính đối xứng của mạng và tối ưu hiê ̣u quả năng lượng

References

[1] Althaus E, Calinescu G, Mandoiu I, Prasad S, Tchervenski N, Zelikovsky A, 2003 Power efficient range assignment in ad hoc wireless networks Proc IEEE WCNC 03, New Orleans, LA, pp 1889–1894

[2] Bai F, Sadagopan N, Helmy A 2003 Important: a framework to systematically analyze the impact of mobility on performance of routing protocols for ad hoc networks Proc IEEE Infocom, San Francisco, CA, pp 825–835

[3] Bettstetter C 2001a Mobility modeling in wireless networks: categorization, smooth movement, and border effects ACM Mobile Computing and Communications Review 5(3), 55–67

[4] Bettstetter C 2001b Smooth is better than sharp: a random mobility model for simulation of wireless networks Proc ACM Workshop on Modeling, Analysis and Simulation of Wireless and Mobile Systems (MSWiM), Rome, pp 19–27

[5] Bettstetter C and Krause O 2001 On border effects in modeling and simulation of wireless ad hoc networks Proc IEEE International Conference on Mobile and Wireless Communication Network (MWCN), Recife

[6] Bettstetter C, Resta G and Santi P 2003 The node distribution of the random waypoint mobility model for wireless ad hoc networks IEEE Transactions on Mobile Computing 2(3), 257–269

[7] Blough D, Leoncini M, Resta G and Santi P 2002 On the symmetric range assignment problem in wireless ad hoc networks Proc IFIP Conference on Theoretical Computer Science, Montreal, pp 71–82

[8] Blough D, Resta G and Santi P 2004 A statistical analysis of the long-run node spatial distribution in mobile ad hoc networks Wireless Networks 10, 43–554

[9] Bluetooth 1999 Bluetooth specifications available at http://www.bluetooth.org

[10] Bose P, Morin P, Stojmenovic I and Urrutia J 2001 Routing with guaranteed delivery

in ad hoc wireless networks Wireless Networks 7(6), 609–616

[11] Camp T, Boleng J and Davies V 2002 Mobility models for ad hoc network simulations Wiley Wireless Communication & Mobile Computing (WCMC) 2(5), 483–502

[12] Clementi A, Penna P and Silvestri R 1999 Hardness results for the power range assignment problem in packet radio networks Proc 2nd International Workshop on Approximation Algorithms for Combinatorial Optimization Problems (RANDOM/APPROX’99), Berkeley, CA, pp 197–208

[13] Gao J, Guibas L, Hershberger J, Zhang L and Zhu A 2001 Geometric spanners for routing in mobile networks Proc ACM MobiHoc 01, Long Beach, CA, pp 45–55 [14] Garey M and Johnson D 1977 The rectilinear steiner tree problem is np-complete SIAM Journal of Applied Mathematics 32, 826–834

[15] Goodman J and O’Rourke J 1997 Handbook of Discrete and Computational Geometry CRC Press, New York

[16] Gupta P and Kumar P 2000 The capacity of wireless networks IEEE Transactions Information Theory 46(2), 388–404

[17] Haas Z and Pearlman M 1998 The performance of query control schemes for the zone routing protocol Proc ACM Sigcomm, Vancouver, pp 167–177

[18] Hong X, Gerla M, Pei G and Chiang C 1999 A group mobility model for ad hoc wireless networks Proc ACM MSWiM, Seattle, WA, pp 53–60

[19] IEEE 1999 Ansi/IEEE Standard 802.11: Medium Access Control and Physical Specifications Sect 15

[20] Jardosh A, Belding-Royer E, Almeroth K and Suri S 2003 Towards realistic mobility models for mobile ad hoc networks Proc ACM Mobicom, pp 217–229

[21] Johnson D and Maltz D 1996 Dynamic source routing in ad hoc wireless networks Mobile Computing Kluwer Academic Publishers, pp 153–181

[22] Jung A and Vaidya N 2002 A power control mac protocol for ad hoc networks Proc ACM Mobicom, Atlanta, GA, pp 36–47

[23] Karp B and Kung H 2000 Gpsr: greedy perimeter stateless routing for wireless networks Proc ACM Mobicom, Boston, MA, pp 243–254

[24] Khun F, Wattenhofer R and Zollinger A 2003 Worst-case optimal and average-case efficient geometric ad hoc routing Proc ACM MobiHoc, Annapolis, MD, pp 267–

278

[25] Kirousis L, Kranakis E, Krizanc D and Pelc A 2000 Power consumption in packet radio networks Theoretical Computer Science 243, 289–305

[26] Li X, Wan P, Wang Y and Frieder O 2002 Sparse power efficient topology for wireless networks Proc IEEE Hawaii International Conference on System Sciences (HICSS), Big Island, HI

[27] Li X, Wang Y and Song W 2004 Applications of k-local mst for topology control and broadcasting in wireless ad hoc networks IEEE Transactions on Parallel and Distributed Systems 15(12), 1057–1069

[28] Ns2 2002 The network simulator - ns-2 http://www.isi.edu/nsnam/ns/

[29] Pearlman M, Haas Z, Sholander P and Tabrizi S 2000b On the impact of alternate path routing for load balancing in mobile ad hoc networks Proc ACM MobiHoc, Boston, MA, pp 3–10

http://robotics.eecs.berkeley.edu/∼pister/SmartDust/

[31] Polastre J, Szewczyk R, Sharp C and Culler D 2004 The mote revolution: low power wireless sensor network devices Proc Hot Chips 16: A Symposium on High Performance Chips, Stanford, CA

[32] Raghunathan V, Schurgers C, Park S and Srivastava M 2002 Energy-aware wireless microsensor networks IEEE Signal Processing Magazine 19(2), 40–50

[33] Rappaport T 2002 Wireless Communications: Principles and Practice, Second Edition Prentice Hall, Upper Saddle River, NJ

[34] RockwellScienceCenter 2004 The wins project available at http://wins.rsc.rockwell.com

[35] Royer E, Melliar-Smith P and Moser L 2001 An analysis of the optimum node density for ad hoc mobile networks Proc IEEE International Conference on Communications, Helsinki, pp 857–861

[36] Santi P and Blough D 2003 The critical transmitting range for connectivity in sparse wireless ad hoc networks IEEE Transactions on Mobile Computing 2(1), 25–39 [37] Song W, Wang Y, Li X and Frieder O 2004 Localized algorithms for energy efficient topology in wireless ad hoc networks Proc ACM MobiHoc, Tokyo, pp 98–108

[38] Wan P, Calinescu G, Li X and Frieder O 2002 Minimum energy broadcasting in static

ad hoc wireless networks ACM/Kluwer Wireless Networks 8(6), 607–617

[39] Wang K and Li B 2002 Group mobility and partition prediction in wireless ad hoc networks Proc IEEE International Conference on Communications, New York, pp 1017–1021

[40] Wang Y, Li X and Frieder O 2002 Distributed spanners with bounded degree for wireless ad hoc networks International Journal of Foundations of Computer Science, 14(2), pp 183–200

[41] Yoon J, Liu M and Noble B 2003 Random waypoint considered harmful Proc IEEE Infocom, San Francisco, CA, pp 1312–1321

[42] Zeng X, Bagrodia R and Gerla M 1998 Glomosim: a library for parallel simulation of large-scale wireless networks Workshop on Parallel and Distributed Simulations (PADS), Banff, Alberta