Đề xuất các thuật toán định tuyến đem lại hiệu quả năng lượng trong mạng cảm biến không dây Nguyễn Sỹ Minh Trường Đại học Công nghệ Luận văn Thạc sĩ ngành: Truyền dữ liệu và mạng máy t
Trang 1Đề xuất các thuật toán định tuyến đem lại hiệu quả năng lượng trong mạng cảm biến không dây
Nguyễn Sỹ Minh
Trường Đại học Công nghệ Luận văn Thạc sĩ ngành: Truyền dữ liệu và mạng máy tính; Mã số: 60 48 15
Người hướng dẫn: TS Nguyễn Thanh Tùng
Năm bảo vệ: 2014
Keywords Mạng cảm biến không dây; Truyền dữ liệu; Mạng máy tính; Thuật toán định
tuyến
Content
1 Nền tảng và mục đích
Tiến bộ mới trong công nghệ điện tử đã cho phép sản xuất các bộ cảm biến nhỏ và chi phí thấp đồng thời kết hợp cảm biến, xử lý tín hiệu và khả năng thu phát không dây Các thiết bị này có thể được nối mạng với nhau để hình thành các mạng cảm biến không dây Các mạng này được triển khai trong nhiều ứng dụng quân sự và dân sự, chẳng hạn như phát hiện mục tiêu từ xa, theo dõi thời tiết, dự báo thời tiết, thăm dò tài nguyên thiên nhiên và quản lý thiên tai Mặc dù có nhiều ứng dụng tiềm năng, các mạng cảm biến không dây vẫn còn phải đối mặt với một số thách thức mà các mạng không dây khác, như các mạng di động không có Thách thức khó khăn nhất của các thiết kế của các mạng cảm biến không dây là năng lượng hạn chế của pin của các thiết bị cảm biến Điều này giới hạn thời gian hoạt động mà các mạng cảm biến không dây có thể hoạt động trong các ứng dụng
Đã có nhiều giao thức định tuyến tiết kiệm năng lượng đã được thiết kế cho các mạng cảm biến không dây, trong đó năng lượng là một mối quan tâm cần thiết Có rất nhiều khía cạnh của một kiến trúc mạng có thể được thiết kế để có năng lượng hiệu quả, bao gồm cả việc thiết kế các giao thức định tuyến Giao thức định tuyến đóng một phần quan trọng trong hiệu quả năng lượng của các mạng cảm biến không dây (WSNs), vì dữ liệu truyền thông chiếm phần lớn các nguồn tài nguyên năng lượng của mạng
Do đó, mục đích của luận văn này là tập trung vào phát triển các thuật toán định tuyến hỗ trợ hiệu quả năng lượng Các thuật toán này được thiết kế để thực hiện truyền thông dữ liệu trong khi đảm bảo kéo dài thời gian hoạt động của WSNs
2 Cấu trúc của luận văn
Ngoài phần mở đầu và kết luận, nội dung của luận văn được bố cục làm 4 chương cụ thể như sau:
Chương 1 Tổng quan về mạng cảm biến không dây: Trình bày định nghĩa, cấu trúc
mạng WSNs, các yếu tố ảnh hưởng đến cấu trúc và các ứng dụng của WSNs
Chương 2 Định tuyến trong mạng cảm biến không dây: Trình bày các vấn đề phải
đối mặt khi định tuyến đường đi trong WSNs và các giao thức định tuyến đang được dùng phổ
Trang 2biến trong mạng cảm biến, cuối cùng là đánh giá ưu điểm, nhược điểm của các giao thức định tuyến hiện tại
Chương 3 Mô hình toán cho vấn đề định tuyến tối ưu trong mạng cảm biến không dây và giải pháp: Xây dựng mô hình toán cho vấn đề định tuyến tối ưu trong mạng cảm biến
không dây như một bài toán tối ưu tuyến tính, từ đó có thể sử dụng phần mềm tuyến tính thương mại để tìm nghiệm tối ưu Tuy nhiên, mô hình này không thể sử dụng vào trong mạng cảm biến, vì vậy tác giả đã đề xuất phương pháp Heuristic để giải quyết vấn đề và so sánh kết quả Heuristic với kết quả từ mô hình toán
Chương 4 Mô phỏng mạng cảm biến không dây với NS2 : Đề xuất phương pháp cải
tiến phương pháp EERS giúp cân bằng năng lượng tiêu thụ của các nút cảm biến để kéo dài thời gian hoạt động của mạng cảm biến không dây và tăng cường khả năng kết nối Cuối chương, tác giả sử dụng công cụ NS2 để mô phỏng và đánh giá hiệu năng của phương pháp cải tiến
Cuối cùng là phần phụ lục và tài liệu tham khảo
References
Tài liệu Tiếng Việt:
1 Nguyễn Đình Việt, Bài giảng đánh giá hiệu năng mạng máy tính, Trường Đại học Công
nghệ - Đại học quốc gia Hà Nội
Tài liệu Tiếng Anh:
2 A Manjeshwar and D P Agrawal, APTEEN: A Hybrid Protocol for Efficient
Routing and Comprehensive Information Retrieval in Wireless Sensor Networks, in
the Proceedings of the 2nd International Workshop on Parallel and Distributed Computing Issues in Wireless Networks and Mobile computing, Ft Lauderdale,
FL, April 2002
3 A Manjeshwar and D P Agrawal, TEEN: A Protocol for Enhanced Efficiency
in Wireless Sensor Networks, in the Proceedings of the 1st International Workshop
on Parallel and Distributed Computing Issues in Wireless Networks and Mobile
Computing, San Francisco, CA, April 2001
4 Akkaya, K, Younis, M; A Survey on Routing Protocols for Wireless Sensor
Networks Ad Hoc Net 2005, 3, 325–349
5 Badrinath, Gupta; Maximum Lifetime Tree Construction for Wireless Sensor
Networks; LNCS, 2007, Volume 4882, 158-165
6 Bhaskar Krishnamachari, Networking Wireless Sensors, Cambridge University
Press, 2005
7 C Intanagonwiwat, R Govindan and D Estrin, Directed diffusion: A scalable
and robust communication paradigm for sensor networks, in the Proceedings of
the 6th Annual ACM/IEEE International Conference on Mobile Computing and
Networking (MobiCom'00), Boston, MA, August 2000
8 C Perkins, Ad Hoc Networks, Addison-Wesley, Reading, MA, 2000
9 Chen.Y et al.: On selection of optimal transmission power for ad hoc
networks:36th Annual Hawaii International Conference on System Sciences
(HICSS'03) - Track 9,Washington, DC, USA (2003)
10 Dhawan, A, Vu, C.T; Maximum Lifetime of Sensor Networks with Adjustable
Sensing Range; Seventh ACIS International Conference on Software
Engineering, Artificial Intelligence, Networking, and Parallel/Distributed
Trang 3Computing (SNPD’06)
11 Dijkstra algorithm, http://en.wikipedia.org/wiki/Dijkstra's_algorithm
12 Duy Ngoc Pham, Van Duc Nguyen, Van Tien Pham, Ngoc Tuan Nguyen,
Xuan Bac Do, Trung Dung Nguyen, Claus Kuperschmidt, Thomas Kaiser, An
Expending Ring Search AlgorithmFor Mobile Adhoc Networks, 2010 ATC
International Conference, pp 39-44
13 GNU Linear Programming Kit - Graph and Network Routines 2010
14 GNU Linear Programming Kit - Reference Manual 2010
15 Http://nsnam.isi.edu/nsnam/index.php/Main_Page
16
Http://rp-www.cs.usyd.edu.au/~comp5416/Slides/Week%2010%20-%20Wireless%20Sensor%20Network.pdf
17 I.F Akyildiz, W Su*, Y Sankarasubramaniam, E Cayirci; Wireless sensor
networks: a survey; School of Electrical and Computer Engineering, Georgia
Institute
18 J Kulik, W R Heinzelman, and H Balakrishnan, Negotiation-based protocols
for disseminating information in wireless sensor networks; Wireless Networks,
Volume: 8, pp 169-185, 2002
19 Kemal Akkaya, Mohamed Younis; A survey on routing protocols for wireless
sensor networks ; Department of Computer Science and Electrical Engineering,
University of Maryland, Baltimore County, Baltimore, MD 21250
20 Linear Programming http://en.wikipedia.org/wiki/Linear_programming, 2007
21 Liu, B.H et al; An energy efficient select optimal neighbor protocol for
wireless ad hoc Networks; Proceedings of the 29th Annual IEEE
International Conference on Local Computer Networks (LCN'04), Washington,
DC, USA, IEEE Computer Society (2004) pp 626-633
22 M Aykut Yigitel, Ozlem Durmaz Incel, Cem Ersoy; QoS-aware MAC
protocols for wireless sensor networks: A survey Computer Networks
Research Laboratory, Netlab, Department of Computer Engineering, Bogazici
University, Bebek, 34342 Istanbul, Turkey
23 Modeling Language GNU MathProg - Language Reference 2010
24 Nguyen Thanh Tung, Gregory K Egan, Bill Lloyd-Smith, Brett Pentland,
“Energy based routing techniques in Mobile Ad hoc and Sensor Networks”, 2005
13th IEEE International Conference on Communications, vol 2
25 Nguyen Thanh Tung, Nguyen Van Duc, Nguyen Hai Thanh, Phan Cong Vinh,
Nguyen Dai Tho; Power save protocol using chain based routing; International
Conference on Context-Aware Systems and Applications, November
2012,Vietnam; LNCS/LNICST 109, ISBN: 978-1-936968-65-7
26 Nguyen Thanh Tung, Nguyen Van Duc, Optimizing the Operating Time of
Wireless Sensor Network, EURASIP Journal on Wireless Communications and Networking, January 2013, ISSN: 1687-1499, DOI: 10.1186/1687-1499-2012-348
(SCIE)
27 Nguyen Thanh Tung, Phan Cong Vinh; The Energy-Aware Operational Time of
Wireless Ad-hoc Sensor Networks; ACM/Springer Mobile Networks and Applications (MONET) Journal, Volumn 17, August, 2012; DOI:
10.1007/s11036-012-0403-1 (SCIE)
28 Nguyen Thanh Tung; Energy-Efficient Routing Algorithms in Wireless Sensor
Networks; PhD thesis, Monash University, Australia July (2009)
Trang 429 Nguyen Thanh Tung; Heuristic Energy-Efficient Routing Solutions to Extend the
Lifetime of Wireless Ad-Hoc Sensor Networks; The 4th Asian Conference on
Intelligent Information and Database Systems , LNCS 7197, p.487-492 March
2012, Taiwan
30 Nguyen Trung Dung, Nguyen Van Duc, Nguyen Thanh Tung, Pham Van
Tien, Pham Trong Hieu, Wakasugi Koichiro; An Energy-Efficient Ring Search
Routing Protocol Using Energy Parameters in Path Selection; International
Conference on Context-Aware Systems and Applications, November 2012,
Vietnam; LNCS/LNICST 109, ISBN: 978-1-936968-65-7
31 Qiangfeng Jiang, D Manivannan; Routing Protocols for Sensor Networks,
Department of Computer Science University of Kentucky Lexington, KY 40506
32 Shrestha, N and Mans, B.: Reception-Aware Power Control in Ad Hoc
Mobile Networks; The Third International Conference on Innovative Applications
of Information Technology for Developing World (Asian Applied Computing
Conference (AACC 2005)), Kathmandu, Nepal, 10-12 December 2005
33 Stephanie Lindsey and Cauligi S Raghavendra; PEGASIS: Power-Efficient
GAthering in Sensor Information Systems; Computer Systems Research
Department The Aerospace Corporation P O Box 92957 Los Angeles, CA
90009-2957
34 Texas Instruments (2003), MSP430x1xx Family User's Guide, SLAU049B,
USA
35 Trung Dung Nguyen, Van Duc Nguyen, Nguyen Thanh Tung, Trong Hieu
Pham, Ngoc Tuan Nguyen, Wakasugi Koichiro, Routing Dual Criterion
Protocol, in ICUIMC 2013: The 7th International Conference on Ubiquitous
Information Management and Communication
36 W Heinzelman, A Chandrakasan, and H Balakrishnan (2000),
Energy-efficient communication protocol for wireless microsensor networks, In Proc
33rd Hawaii Intl Conf on System Sciences, USA
37 W Heinzelman, J Kulik, and H Balakrishnan, Adaptive Protocols for
Information Dissemination in Wireless Sensor Networks, Proc 5th ACM/IEEE
Mobicom Conference (MobiCom '99), Seattle, WA, August, 1999 pp 174-85
38 W.B Heinzelman, A.P Chandrakasan, and H Balakrishnan,
“Energy-Efficient Communication Protocol for Wireless Microsensor Networks,” 33rd
Hawaii International Conference Systems Sciences, Jan 2000
39 W.R Heinzelman, J Kulik, H Balakrishnan, Adaptive protocols for
information dissemination in wireless sensor networks, Proceedings of the ACM
MobiCom’99, Seattle, Washington, 1999, pp 174–185
40 Winnie Louis Lee, Amitava Datta, and Rachel Cardell-Oliver; Network
Management in Wireless Sensor; Networks School of Computer Science &
Software Engineering The University of Western Australia 35 Stirling Highway
41 Y Xu, J Heidemann, and D Estrin, Geography-informed energy conservation
for ad hoc routing," in the Proceedings of the 7th Annual ACM/IEEE International Conference on Mobile Computing and Networking (MobiCom’01), Rome, Italy,
July 2001
42 Y Yu, D Estrin, and R Govindan, Geographical and Energy-Aware Routing: A
Recursive Data Dissemination Protocol for Wireless Sensor Networks, UCLA
Computer Science Department Technical Report, UCLA-CSD TR-01-0023, May
2001