Tài liệu hạn chế xem trước, để xem đầy đủ mời bạn chọn Tải xuống
1
/ 53 trang
THÔNG TIN TÀI LIỆU
Thông tin cơ bản
Định dạng
Số trang
53
Dung lượng
1,96 MB
Nội dung
Nội dung Tổng quan Bài toán K-coverage mạng cảm biến khơng dây Bài tốn Q-coverage Q-connectivity mạng cảm biến không dây Giới thiệu tốn Các nghiên cứu liên quan Mơ hình tốn Giải thuật đề xuất Thực nghiệm Bài toán tối ưu thời gian bao phủ mạng cảm biến 75 / 152 Bài toán Q-coverage Bài toán tổng quát K-coverage: mục tiêu có độ quan trọng khác 76 / 152 Bài tốn Q-coverage Hình 31: Mơ hình mạng cảm biến Q-coverage 77 / 152 Bài toán Q-connectivity Trong Q-coverage, mục tiêu theo dõi nhiều cảm biến, có đường kết nối đến trạm sở Nếu nút đường truyền bị chết, kết nối mục tiêu trạm sở khơng cịn Để mạng thực có khả chịu lỗi, cần xây dựng nhiều đường từ mục tiêu trạm sở Nhận xét: Nếu mạng cảm biến Q-connectivity, mạng Q-coverage 78 / 152 Bài tốn Q-connectivity Hình 32: Mơ hình mạng cảm biến Q-coverage kết hợp với Q-connectivity 79 / 152 Các nghiên cứu liên quan Trong nghiên cứu4 , tác giả trình bày: Phát biểu mơ hình hóa Q-coverage mạng cảm biến khơng dây Đề xuất thuật toán heuristic để giải toán lập lịch cho cảm biến từ tập n cảm biến m mục tiêu cho trước để tối đa hóa thời gian sống mạng thoả mãn Q-coverage Manju Chaudhary, Arun K Pujari, "Q-Coverage Problem in Wireless Sensor Networks", In Proceedings of the 10th International Conference on Distributed Computing and Networking, 2009 80 / 152 Các nghiên cứu liên quan Trong báo5 , tác giả mơ hình hóa tốn lập lịch cho cảm biến để tối đa hóa thời gian sống mạng thoả mãn Q-coverage Alok Singha, André Rossib, Marc Sevauxb, "Matheuristic approaches for Q-coverage problem versions in wireless sensor networks", Engineering Optimization, vol 45, no 5, pp 609-626, Apr 2012 81 / 152 Các nghiên cứu liên quan Trong nghiên cứu6 , tác giả xem xet vấn đề: Triển khai sensor cho 1, k, q − coverage Lên lịch bật tắt cho cụm sensor Tuy nhiên, phần triển khai đơn giản S Mini, S K Udgata and S L Sabat, "Sensor Deployment and Scheduling for Target Coverage Problem in Wireless Sensor Networks", in IEEE Sensors Journal, vol 14, no 3, pp 636-644, March 2014 82 / 152 Nhận xét Các nghiên cứu kể có đặc điểm chung: Giải tốn lập lịch cho số cảm biến triển khai từ trước Chưa quan tâm đến vấn đề kết nối Đề xuất: Tự triển khai sensor Quan tâm đến vấn đề kết nối 83 / 152 Mơ hình tốn Cho miền cần theo dõi có kích thước WxH B = (Bx , By ) tọa độ trạm sở T = {t1 , t2 , · · · , tNT } tập mục tiêu cần theo dõi, với ti = (xi , yi ) vị trí mục tiêu ti Q = {q1 , q2 , · · · , qNT } với qi mức độ quan trọng mục tiêu ti Rs bán kính cảm nhận cảm biến Rc bán kính truyền cảm biến Yêu cầu: Tìm cách triển khai cảm biến nút chuyển tiếp cho mục tiêu ti có tối thiểu qi kết nối phân biệt (không chung nút nào) đến trạm sở tổng số cảm biến nút chuyển tiếp sử dụng nhỏ 84 / 152 Thuật toán di truyền Gọi m số cảm biến có sau pha Q-coverage Kí hiệu k = maxN i {qi with qi ∈ Q} Mã hóa cá thể Một cá thể mã hóa thành ma trận individual[m][k] Trong đó: Mỗi phần tử ma trận individual[i][j] đại diện cho cảm biến si có nằm phân hoạch j hay khơng Giải mã hàm thích nghi(fitness) Mỗi cá thể cần có hàm lượng giá để đánh giá xem cá thể có thực tốt hay khơng Ở đây, hàm lượng giá tính cách tổng số nút chuyển tiếp đặt vào mạng ta xây k steiner tối ưu cách hợp giản lược nhánh Gọi số kết nối thiếu dựng r finness = 1000 × r + No.Relaynode 113 / 152 Thuật toán di truyền Khởi tạo quần thể cách ngẫu nhiên Ở phần ma trận individual[m][k] có phần tử individual[i][j] khởi tạo ngẫu nhiên theo binary-bit 0,1 Khởi tạo quần thể heuristic phần ma trận individuall[m][k] có phần tử individual[i][j] khởi tạo phải thỏa mãn điều kiện cảm biến bao phủ đối tượng phải nằm phân hoạch khác 114 / 152 Thuật tốn di truyền Phép Lai ghép Hình 41: Chọn block lai ghép Hình 42: Sau lai ghép 115 / 152 Thuật toán di truyền Phép đột biến Chọn ngẫu nhiên block cá thể hoán vị block Trước đột biến x11 |x21 x31 x12 x22 x32 x13 x23 x33 x1k x2k x3k | xm1 xm2 xm3 xmk x11 x31 x21 x12 x32 x22 x13 x33 x23 x1k x3k x2k xm1 xm2 xm3 xmk Sau đột biến 116 / 152 Thuật tốn di truyền Các thơng số thuật toán Số cá thể : 200 Số hệ :1000 Xác suất lai ghép: 0.6 Xác suất đột biến: 0.1 117 / 152 Nhược điểm Tính ngẫu nhiên khó kiểm sốt Lời giải thu thường nằm quanh "hố"tối ưu 118 / 152 Giải Kết hợp thuật tốn tìm kiếm cục giải thuật di truyền: Sử dụng tìm kiếm cục làm phép đột biến giải thuật di truyền (giới hạn số lần lặp để không làm khả khám phá quần thể) Tìm kiếm cục toàn lời giải thuộc hệ quần thể cuối để thu lời giải tốt 119 / 152 Xây dựng Q-connectivity Hình 43: Mạng Q-coverage Q-connectivity 120 / 152 Dữ liệu W = 1000, H = 1000 qi ∈ [1, 30]: sinh ngẫu nhiên theo phân phối Rs = 60 NT ∈ {10, 20, 50, 100, 200, 500, 1000} Toạ độ mục tiêu sinh ngẫu nhiên theo phân phối 121 / 152 Dữ liệu Kịch thực nghiệm: Nhóm tiến hành thực nghiệm qua kịch để đánh giá mức độ ảnh hưởng của tham số ảnh hưởng đến kết toán Kịch 1: Thay đổi số lượng đối tượng đầu vào theo liệu trên, giữ nguyên tham số qMax = 30, Sensingrange = 60 Kịch 2: Thay đổi số lượng qMax ∈ {3, 5, 6, 10, 15} giữ nguyên tham số No.targets = 500, Sensingrange = 60 Kịch 3: Thay đổi bán kính cảm biến Rc ∈ {10, 15, 30, 50, 60} giữ nguyên tham số No.targets = 500, qMax = 10 Tuy nhiên khuôn khổ chương trình, nhóm thực kịch 122 / 152 Kết thực nghiệm pha I - ILP Hình 44: Kết thực nghiệm cho pha I 123 / 152 Kết thực nghiệm pha I - Thuật tốn Angular Sweep Modified Hình 45: Kết thực nghiệm cho pha I 124 / 152 Kết thực nghiệm Hình 46: Kết thực nghiệm cho pha I Nhận xét: Số lượng cảm biến thuật ASM nhiều so với ILP nhiên điều hiển nhiên thuật tốn xấp xỉ có sẵn hiệu chỉnh nút để chúng khơng bị trùng lặp vị trí Thời gian chạy thuật ASM tốt so với ILP, với số nút lớn thời gian chạy tối ưu 125 / 152 Kết thực nghiệm pha II - Thuật tốn tìm kiếm cục Hình 47: Số lượng relay node 126 / 152 Kết thực nghiệm pha II - Thuật tốn tìm kiếm cục Hình 48: Thời gian chạy thuật tốn 127 / 152 .. .Bài toán Q- coverage Bài toán tổng quát K -coverage: mục tiêu có độ quan trọng khác 76 / 152 Bài tốn Q- coverage Hình 31 : Mơ hình mạng cảm biến Q- coverage 77 / 152 Bài tốn Q- connectivity Trong. .. xét: Nếu mạng cảm biến Q- connectivity, mạng Q- coverage 78 / 152 Bài tốn Q- connectivity Hình 32 : Mơ hình mạng cảm biến Q- coverage kết hợp với Q- connectivity 79 / 152 Các nghiên cứu liên quan Trong. .. Q = {q1 , q2 , · · · , qNT } với qi mức độ quan trọng mục tiêu ti Rs bán kính cảm nhận cảm biến Yêu cầu: Tìm cách triển khai cảm biến cho mục tiêu ti bao phủ tối thiểu qi cảm biến số cảm