Bài giảng bao phủ mạng không dây chương 2 bài toán k coverage trong mạng cảm biến không dây

Nội dung Tổng quan Bài toán K-coverage mạng cảm biến khơng dây Giới thiệu tốn Các nghiên cứu liên quan Mơ hình tốn Giải thuật đề xuất Thực nghiệm Bài toán Q-coverage Q-connectivity mạng cảm biến khơng dây Bài tốn tối ưu thời gian bao phủ mạng cảm biến 12 / 152 Giới thiệu toán K-coverage  Trong trình vận hành mạng cảm biến khơng dây, cảm biến bị chết (do hỏng hóc, hết lượng, ), đặt vấn đề khả chịu lỗi  Khả chịu lỗi tương đương với số lượng cảm biến chết mà khơng ảnh hưởng đến tính bao phủ (kết nối) mạng  Mục tiêu có độ quan trọng khác nên yêu cầu độ bao phủ (hoặc số kết nối) khác nhau: Q-coverage: toán đảm bảo bao phủ Q-connectivity: toán đảm bảo kết nối  Với toán bao phủ mục tiêu có mức độ quan trọng nhau, ta có toán K-coverage 13 / 152 Giới thiệu toán K-coverage Hình 8: Mạng cảm biến 2-coverage 14 / 152 Nội dung  Các nghiên cứu liên quan  Mô hình tốn  Giải thuật đề xuất  Thực nghiệm  Kết luận 15 / 152 Nội dung  Các nghiên cứu liên quan  Mơ hình tốn  Giải thuật đề xuất  Thực nghiệm  Kết luận 16 / 152 Các nghiên cứu liên quan Trong nghiên cứu , tác giả đề xuất giải thuật MUTSP giải vấn đề bao phủ đối tượng đảm bảo kết nối chịu lỗi WSNs: Pha 1: Tìm tập cảm biến với số lượng nhỏ để bao phủ tập đối tượng Pha 2: Tìm thêm nút chuyển tiếp vào mạng để đảm bảo tính kết nối tính chịu lỗi Hanh Nguyen Thi, Binh Huynh Thi Thanh, Son Nguyen Van and Lan Phan Ngoc (2019) Minimal Node Placement for Ensuring Target Coverage With Network Connectivity and Fault Tolerance Constraints in Wireless Sensor Networks, 2019 IEEE Congress on Evolutionary Computation Conference (CEC 2019) 17 / 152 Các nghiên cứu liên quan Trong nghiên cứu , tác giả tìm số tập bao phủ lớn giải vấn đề lãng phí lượng Trong nghiên cứu , tác giả đã:  Triển khai cảm biến cho thời gian sống mạng lớn  Lập lịch cho cảm biến để tối ưu thời gian sống mạng Mohamed El-Sherif, Yasmine Fahmy, Hanan Kamal (2018) Lifetime Maximization of Disjoint Wireless Sensor Networks using Multiobjective Genetic Algorithm, IET Research Journals, pp 1–8 c The Institution of Engineering and Technology 2015 S Mini, Siba K Udgata, and Samrat L Sabat (2014) Sensor Deployment and Scheduling for Target Coverage Problem in Wireless Sensor Networks, IEEE SENSORS JOURNAL, VOL 14, NO 3, MARCH 2014 18 / 152 Nhận xét  Nghiên cứu chưa xét đến vấn đề lượng  Sử dụng mơ hình 3, tạo tập độc lập lớn áp dụng giải thuật di truyền hoán vị để giải 19 / 152 Nội dung  Các nghiên cứu liên quan  Mơ hình tốn  Giải thuật đề xuất  Thực nghiệm  Kết luận 20 / 152 Mơ hình tốn  Cho miền cần theo dõi có kích thước WxH  T = {(xt1 , yt1 ), (xt2 , yt2 ), (xtn , ytn )} tập mục tiêu cần theo dõi  R bán kính cảm nhận cảm biến  Ràng buộc: Mỗi mục tiêu bao phủ cảm biến  u cầu: Tìm cách triển khai dùng cảm biến Lập lịch hoạt động cho cảm biến để tối đa hoá thời gian sống mạng 21 / 152 Bài toán Maximum Disjoint Set Cover Thuật toán di truyền Thuật toán heuristic loại bỏ cảm biến dư thừa Các bước thực hiện: Nếu việc loại bỏ sensor xét không làm tính bao phủ set cover, chuyển sensor sang set cover Xét chromosome: Loại sensor 60 / 152 Bài toán Maximum Disjoint Set Cover Thuật toán di truyền Thuật toán heuristic loại bỏ cảm biến dư thừa Các bước thực hiện: Nếu việc loại bỏ sensor xét khơng làm tính bao phủ set cover, chuyển sensor sang set cover Xét chromosome: Chuyển sensor sang cover 61 / 152 Bài toán Maximum Disjoint Set Cover Thuật toán di truyền Thuật toán heuristic loại bỏ cảm biến dư thừa Các bước thực hiện: Nếu việc loại bỏ sensor xét khơng làm tính bao phủ set cover, chuyển sensor sang set cover Xét chromosome: Không loại sensor 62 / 152 Bài toán Maximum Disjoint Set Cover Thuật toán di truyền Thuật toán heuristic loại bỏ cảm biến dư thừa Các bước thực hiện: Nếu việc loại bỏ sensor xét khơng làm tính bao phủ set cover, chuyển sensor sang set cover Xét chromosome: Khơng loại sensor 63 / 152 Bài tốn Maximum Disjoint Set Cover Thuật toán di truyền Thuật toán heuristic loại bỏ cảm biến dư thừa Các bước thực hiện: Nếu việc loại bỏ sensor xét không làm tính bao phủ set cover, chuyển sensor sang set cover Xét chromosome: 64 / 152 Nội dung  Các nghiên cứu liên quan  Mơ hình tốn  Giải thuật đề xuất  Thực nghiệm  Kết luận 65 / 152 Thực nghiệm Bộ liệu diện tích 2000 × 2000 Hình 25: Bộ liệu 66 / 152 Thực nghiệm Tham số thuật tốn GA: Hình 26: Tham số thuật tốn 67 / 152 Thực nghiệm  Kết toán K-coverage với K =  Kết toán Maximum Disjoint Set Cover Thử nghiệm với hai thuật toán tham lam di truyền Thử nghiệm với K = 68 / 152 Thực nghiệm Kết toán K-coverage Hình 27: Kết thực nghiệm với K = 69 / 152 Thực nghiệm Kết Maximum Disjoint Set Cover Hình 28: Kết thực nghiệm với K = thời gian chạy 70 / 152 Thực nghiệm Kết Maximum Disjoint Set Cover Hình 29: Kết thực nghiệm với K = thời gian sống 71 / 152 Thực nghiệm Kết Maximum Disjoint Set Cover Hình 30: Kết thực nghiệm với K = số node sử dụng 72 / 152 Nội dung  Các nghiên cứu liên quan  Mơ hình toán  Giải thuật đề xuất  Thực nghiệm  Kết luận 73 / 152 Kết luận  Đối với pha 1, thuật toán tham lam cho kết tương đối tốt, số lượng cảm biến sử dụng nhỏ nhiều so với k lần số lượng đối tượng  Đối với pha 2, thuật toán di truyền cho kết thời gian sống mạng tốt so với thuật toán tham lam, nhiên phải sử dụng nhiều cảm biến 74 / 152 ... ngẫu nhiên k điểm Di k? ??t nạp vào tập M k cảm biến đặt k điểm vừa chọn Hình 10: Các ứng viên k? ??t nạp vào M 29 / 1 52 Bài toán K- coverage Lựa chọn cảm biến từ tập ứng viên  Chọn cảm biến Si từ... )}  Đầu ra: Tập cảm biến S = {(xs1 , ys1 ), (xs2 , ys2 ), (xsm , ysm )}  Ràng buộc: Mỗi mục tiêu bao phủ K cảm biến  Mục tiêu: Tối thiểu hoá m 26 / 1 52 Bài toán K- coverage K? ? hiệu:  Uncovered:... tính bao phủ (k? ??t nối) mạng  Mục tiêu có độ quan trọng khác nên yêu cầu độ bao phủ (hoặc số k? ??t nối) khác nhau: Q -coverage: toán đảm bảo bao phủ Q-connectivity: toán đảm bảo k? ??t nối  Với tốn bao