THÔNG TIN TÀI LIỆU
ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN Nguyễn Gia Như PHÁT TRIỂN THUẬT TOÁN TIẾN HĨA GIẢI MỘT SỐ BÀI TỐN TỐI ƯU TRONG MẠNG KHƠNG DÂY LUẬN ÁN TIẾN SỸ TỐN HỌC Hà Nội - 2015 z ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN Nguyễn Gia Như PHÁT TRIỂN THUẬT TỐN TIẾN HĨA GIẢI MỘT SỐ BÀI TỐN TỐI ƯU TRONG MẠNG KHƠNG DÂY Chun ngành: Cơ sở toán học cho Tin học Mã số: 62460110 LUẬN ÁN TIẾN SỸ TOÁN HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS Lê Trọng Vĩnh PGS.TSKH Nguyễn Xuân Huy Hà Nội - 2015 z ———————————— Lời cam đoan Tôi xin cam đoan luận án "Phát triển thuật toán tiến hóa giải số tốn tối ưu mạng khơng dây" cơng trình nghiên cứu riêng tơi Các số liệu, kết trình bày luận án hoàn toàn trung thực chưa cơng bố cơng trình khác Tác giả: Hà Nội: i z Lời cảm ơn Trước hết, muốn cảm ơn PGS.TS Lê Trọng Vĩnh, PGS.TSKH Nguyễn Xuân Huy - người trực tiếp giảng dạy hướng dẫn suốt thời gian học tập thực luận án Một vinh dự lớn cho học tập, nghiên cứu hướng dẫn tận tình, khoa học hai Thầy Tơi xin gửi lời cám ơn đến Thầy, Cô Bộ mơn Tin học, Khoa TốnCơ-Tin học giúp đỡ đề xuất, trao đổi nghiên cứu hữu ích cho luận án Xin cảm ơn Thầy, Cơ anh chị em góp ý, cổ vũ động viên sát cánh bên suốt q trình thực luận án Tơi trân trọng cảm ơn Ban Giám hiệu, Phòng Sau Đại học trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội tạo điều kiện thuận lợi cho suốt q trình thực luận án Tơi bày tỏ cảm ơn đến Hội đồng quản trị, Ban giám hiệu trường Đại học Duy Tân tạo điều kiện thời gian hỗ trợ kinh phí cho tơi hồn thành luận án Cuối cùng, tơi xin bày tỏ lịng biết ơn gia đình người thân động viên, hỗ trợ suốt thời gian học tập thực luận án ii z Mục lục Lời cam đoan i Lời cảm ơn ii Danh mục từ viết tắt vi Danh mục bảng viii Danh mục hình vẽ ix Mở đầu 1 Tổng quan tối ưu mạng 1.1 Mạng không dây 1.1.1 Khái niệm 1.1.2 Phân loại 1.1.2.1 Mạng cá nhân không dây 1.1.2.2 Mạng cục không dây 1.1.2.3 Mạng Ad-hoc 1.1.2.4 Mạng đô thị không dây 1.1.2.5 Mạng lưới không dây 1.1.3 Sự phát triển mạng thông tin di động 1.2 Các vấn đề tối ưu mạng 1.2.1 Các vấn đề mở mạng không dây 1.2.2 Bài toán tối ưu 1.3 Các thuật tốn tiến hóa 1.3.1 Thuật toán di truyền 1.3.2 Thuật toán tối ưu hóa đàn kiến 1.3.3 Thuật tốn tối ưu hóa nhóm bầy 1.3.3.1 Giới thiệu chung 1.3.3.2 Các thành phần thuật toán 1.3.3.3 Thuật toán PSO dạng Constriction 1.3.3.4 Thuật toán PSO–TVIW PSO–RANDIW 1.3.3.5 Thuật toán PSO-TVAC 1.3.3.6 Thuật toán MPSO–TVAC 1.3.3.7 Thuật toán SOHPSO–TVAC 1.3.3.8 Sự kết hợp phương pháp PSO phương pháp khác 1.3.3.9 Thuật toán SWT-PSO iii z 5 6 10 13 20 22 25 26 27 31 34 34 36 37 38 39 40 40 41 42 1.4 1.3.3.10 Thuật toán PSO tổng quát 44 Kết chương 46 Tối ưu thông lượng mạng 2.1 Tối ưu thông lượng mạng lưới không dây 2.1.1 Mơ hình hóa phát biểu tốn 2.1.1.1 Kiến trúc hệ thống 2.1.1.2 Mơ hình truyền thơng 2.1.1.3 Thông lượng 2.1.1.4 Trọng số MTW 2.1.1.5 Chia sẻ hiệu suất sử dụng Gateway 2.1.1.6 Lập trình tính tốn thơng lượng 2.1.1.7 Phân tích, đánh giá phương pháp 2.1.2 Đặt gateway hiệu sử dụng thuật toán PSO 2.1.2.1 Biểu diễn phần tử 2.1.2.2 Khởi tạo quần thể ban đầu 2.1.2.3 Hàm đo độ thích nghi 2.1.2.4 Q trình tiến hóa 2.1.2.5 Quá trình dừng 2.1.2.6 Mơ tả thuật tốn 2.1.3 Kết mô đánh giá 2.1.3.1 Tham số mô 2.1.3.2 Kết mô 2.2 Truyền thông Broadcast truyền thông tối ưu 2.2.1 Bài toán khung truyền thông tối ưu 2.2.2 Các nghiên cứu liên quan 2.2.2.1 Mã hóa tập cạnh 2.2.2.2 Mã hóa Prufer 2.2.2.3 Mã hóa liên kết cạnh nút (LNB) 2.2.2.4 Mã hóa NetKeys 2.2.2.5 Mã hóa CB-TCR 2.2.3 Tối ưu khung truyền thơng sử dụng thuật tốn PSO 2.2.3.1 Mã hóa giải mã 2.2.3.2 Mơ tả thuật tốn 2.2.4 Kết mô đánh giá 2.2.4.1 Tham số thực nghiệm 2.2.4.2 Kết mô 2.3 Kết chương Tối ưu truy cập mạng 3.1 Đặt trạm sở mạng thông tin di động 3.1.1 Mơ hình hóa phát biểu toán 3.1.2 Các nghiên cứu liên quan 3.1.3 Tối ưu đặt trạm điều khiển sử dụng thuật toán PSO iv z 47 47 48 48 49 50 50 52 54 59 59 60 60 60 61 61 61 61 61 62 65 66 68 69 70 70 70 70 71 71 73 74 74 75 76 78 79 79 81 85 3.1.3.1 3.1.3.2 Kết 3.1.4.1 3.2 3.3 Mã hóa cá thể Mơ tả thuật tốn 3.1.4 mô đánh giá Mơ hình thực nghiệm thiết lập tham số cho thuật toán 3.1.4.2 Phân tích, đánh giá thuật tốn 3.1.4.3 Áp dụng thử nghiệm thành phố Đà Nẵng Tối ưu truy cập tập trung mạng không dây 3.2.1 Mơ hình hóa phát biểu toán 3.2.2 Các nghiên cứu liên quan 3.2.3 Tối ưu truy cập tập trung sử dụng thuật toán PSO 3.2.3.1 Mã hóa cá thể 3.2.3.2 Mơ tả thuật tốn 3.2.4 Kết mô đánh giá 3.2.4.1 Mô hình thực nghiệm thiết lập tham số cho thuật toán 3.2.4.2 Phân tích, đánh giá thuật toán Kết chương 85 87 87 87 87 90 94 95 98 99 99 99 100 100 100 101 Kết luận 102 Danh mục công trình khoa học tác giả liên quan đến luận án 104 Tài liệu tham khảo 105 v z 37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.33.44.55.54.78.655.43.22.2.4.55.2237.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.66 Danh mục từ viết tắt Viết tắt Dạng đầy đủ Diễn giải ACO Ant Colony Optimization Tối ưu đàn kiến BSC Base Station Controller Trạm điều khiển sở BSS Base Station Subsystem Phân hệ trạm gốc BTS Base Transmitter Station Trạm thu phát sóng sở CN Core Network Mạng lõi CS Classifier Systems Hệ thống phân lớp CST Communication Spanning Tree Cây truyền thông EC Evolutionary Computing Thuật tốn tiến hóa EP Evolutionary Programming Lập trình tiến hóa ES Evolutionary Strategies Các chiến lược tiến hóa FDMA Frequency Division Multiple Access Đa truy cập phân chia tần số GA Genetic Algorithm Thuật toán di truyền GoS Grade of Service Cấp độ dịch vụ GP Genetic Programming Lập trình di truyền GSMC Gateway Mobile Service Center Trung tâm dịch vụ di động HLR Home Location Register Thanh ghi định vị thường trú LAN Local Area Network Mạng cục LE Local Exchanges Tổng đài truy cập tập trung MANET Mobile Adhoc Network Mạng di động Ad-hoc MS Mobile Station Trạm di động sở MSC Mobile Switch Controller Tổng đài chuyển mạch MTW Multihop Traffic-flow weight Trọng số lưu lượng đa chặng NGN Next Generation Network Mạng hệ PSO Particle Swarm Optimization Tối ưu nhóm bầy SA Simulate Annealing Algorithm Thuật toán luyện thép SS Switching Sub System Hệ thống chuyển mạch TA Terminal Assignment Đặt trạm đầu cuối VLR Visitor Location Register Bộ ghi định vị thường trú vi 37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.99 z 37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.33.44.55.54.78.655.43.22.2.4.55.2237.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.66 WLAN Wireless Local Area Network Mạng LAN không dây WMAN Wireless Metropolitan Area Network Mạng di động đô thị WMN Wireless Mesh Network Mạng lưới không dây WPAN Wireless Personal Area Network Mạng cá nhân không dây WMN Wireless Mesh Network Mạng lưới không dây vii 37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.99 z 37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.33.44.55.54.78.655.43.22.2.4.55.2237.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.66 Danh mục bảng 2.1 2.2 2.3 2.6 2.7 2.8 Tính tốn hiệu suất chia sẻ gateway Các tham số thiết lập chạy thuật toán So sánh thông lượng đạt đặt gateway theo thuật toán GA, PSO, ACO MTW So sánh thông lượng thấp client đặt gateway theo thuật toán GA, PSO, ACO MTW So sánh thông lượng trung bình gateway theo thuật tốn GA, PSO, ACO MTW Bộ liệu mạng 12 nút 40 cạnh Các tham số thiết lập chạy thuật toán So sánh kết thực thi thuật toán liệu chuẩn 63 73 75 76 3.1 3.2 3.3 3.4 3.5 3.6 3.7 3.8 3.9 3.10 Qui ước ký hiệu dùng toán TA Qui ước ký hiệu dùng tốn đặt trạm điều khiển Ví dụ toán TA Thông tin liệu thực nghiệm đặt trạm điều khiển Các tham số thiết lập chạy thuật toán So sánh hàm mục tiêu thuật toán Đề xuất qui hoạch trạm BTS Đà Nẵng Định nghĩa ký hiệu dùng tốn truy cập tập trung Thơng tin liệu thực nghiệm tối ưu truy cập Các tham số thiết lập chạy thuật toán 79 80 82 88 88 88 94 95 100 100 2.4 2.5 viii 37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.99 z 53 62 62 63 37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.33.44.55.54.78.655.43.22.2.4.55.2237.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.66 (Backbone), BTS có số kênh vơ tuyến dùng chung cho nhiều người Tỷ lệ người dùng số kênh dùng chung cao hiệu sử dụng đường trục cao Hiệu suất sử dụng phổ tần số cao tần số mà dùng lại nhiều lần cell cách xa Trong hệ thống viễn thông, lưu lượng tin tức truyền dẫn qua kênh thông tin Lưu lượng thuê bao C ∗t tính A = 3600 , C số gọi trung bình một thuê bao, t thời gian trung bình cho gọi, A lưu lượng thông tin thuê bao (tính Erlang) Nếu C = (trung bình người có gọi giờ) t = 120s (thời gian trung bình cho gọi phút) ⇒ A = 120·1 ≈ 33 mErlang/người sử dụng Như vậy, để phục vụ cho 3600 1000 thuê bao ta cần lưu lượng 33 Erlang [70] Cấp độ dịch vụ GoS (Grade of Service): Nếu kênh bị chiếm tồn thời gian, kênh đạt dung lượng cực đại Erl Vì người sử dụng truy cập kênh vơ tuyến theo kiểu ngẫu nhiên, nên tránh khỏi khoảng thời gian để trống kênh vơ tuyến đó, kênh vô tuyến không đạt dung lượng lý tưởng (1 Erl) Khi số người dùng tăng lên, số gọi qua kênh tăng, nên thông lượng tăng lên Có thể xảy tình nhiều người dùng đồng thời truy cập kênh vơ tuyến, có người dùng kênh, người khác bị tắc nghẽn Để kênh đường trục có chất lượng phục vụ cao xác suất nghẽn phải thấp Vậy nên số người dùng phải bị giới hạn, tức lưu lượng muốn truyền phải giữ dung lượng kênh Nếu chấp nhận cấp phục vụ thấp hơn, tức xác suất nghẽn lớn hơn, tương ứng tăng dung lượng muốn truyền (tăng số người dùng) GoS nghĩa với xác suất nghẽn: - Lưu lượng muốn truyền (Offered Traffic): A - Lưu lượng bị nghẽn (Blocked Traffic): A ∗ GoS (lưu lượng đi) - Lưu lượng truyền (Blocked Traffic) : A ∗ (1−GoS ) (lưu lượng phát ra) Theo thống kê cho thấy thuê bao cá nhân không nhận tắc nghẽn hệ thống mức 10% Tuy nhiên để mạng hoạt động với hiệu suất cao mạng cellular thường có GoS = 2% nghĩa tối đa 2% lưu lượng bị nghẽn, tối thiểu 98% lưu lượng truyền Theo mơ hình tiêu hao ERLANG B, thuê bao không gọi lại gọi không thành Với giả thiết xác suất gọi phân bố theo luật ngẫu nhiên Poisson, số người dùng lớn so với số kênh dùng chung, khơng có kênh dự trữ dùng riêng, gọi bị nghẽn không gọi lại Giả sử, lưu lượng thuê bao di động 0,025 Erlang (lưu lượng th bao bận theo tính tốn tối ưu thiết kế mạng lưới), cấp độ phục vụ GoS = 2% (98% lưu lượng truyền đi, khoảng 2% lưu lượng bị nghẽn) Khi đó, ta tính tốn khả phục vụ trung bình trạm BTS dựa vào 91 37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.99 z 37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.33.44.55.54.78.655.43.22.2.4.55.2237.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.66 mật độ dân số sau: nBTS = Số dân khu vực Số người dân phục vụ trung bình trạm BTS (3.9) Tuy nhiên, việc quy hoạch trạm BTS theo giải pháp mức độ xác khơng cao cịn phụ thuộc vào số dân di cư từ nơi khác đến [70] Các yếu tố ảnh hưởng tới chất lượng phủ sóng: Tổn hao đường truyền sóng vơ tuyến: Hệ thống mạng khơng dây thiết kế với mục đích mạng tổ ong dày đặc bao trùm vùng phủ sóng rộng lớn Các nhà khai thác thiết kế mạng để cuối đạt vùng phủ liên tục bao tất vùng dân cư đất nước Vùng phủ sóng chia thành vùng nhỏ cell Mỗi cell phủ sóng trạm phát vơ tuyến gốc BTS Kích thước cực đại cell thơng thường đạt tới bán kính R = 35 km Vì vậy, suy hao đường truyền tránh khỏi Với anten cho trước công suất phát biết, suy hao đường truyền tỉ lệ với bình phương (d f ), d khoảng cách từ trạm thu đến trạm phát gốc BTS Trong môi trường thành phố, với nhiều nhà cao tầng, suy hao tỉ lệ với luỹ thừa cao Dự đoán tổn hao đường truyền bao gồm loạt vấn đề khó khăn, mà lý trạm di động ln ln di động anten thu thấp Những lý thực tế dẫn đến thay đổi liên tục địa hình truyền sóng, trạm di động phải vào vị trí tốt để thu tia phản xạ Có nhiều phương pháp đánh giá như: Biểu đồ cường độ trường Okumura, mơ hình truyền sóng Hata, mơ hình COST 231 (Collaborative studies in Science and Technology), mơ hình SAKAGAMIKUBOL Vấn đề Fading: • Fading chuẩn Loga: trạm di động thường hoạt động mơi trường có nhiều chướng ngại vật (các đồi, nhà ) Điều dẫn đến hiệu ứng che khuất (Shaddowing) làm giảm cường độ tín hiệu thu, thuê bao di chuyển cường độ thu thay đổi • Fading Rayleigh: Khi mơi trường có nhiều chướng ngại vật, tín hiệu thu từ nhiều phương khác Điều nghĩa tín hiệu thu tổng nhiều tín hiệu giống khác pha biên độ Để giảm phần tác hại Fading gây ra, người ta thường tăng công suất phát đủ lớn để tạo lượng dự trữ Fading, sử dụng số biện pháp như: phân tập anten, nhảy tần 92 37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.99 z 37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.33.44.55.54.78.655.43.22.2.4.55.2237.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.66 Ảnh hưởng nhiễu lân cận C/A (Carrier/Adjacent), nhiễu đồng kênh C/I (Carrier/Interference), Thành phố Đà Nẵng đô thị loại trực thuộc trung ương, trung tâm kinh tế trung tâm văn hoá, giáo dục, khoa học công nghệ lớn khu vực miền Trung - Tây Nguyên, Việt Nam Với diện tích: 1.283,42 km2 bao gồm 06 quận: Hải Châu, Cẩm Lệ, Thanh Khê, Liên Chiểu, Ngũ Hành Sơn, Sơn Trà 02 Huyện: Hịa Vang, Hồng Sa dân số: 926.018 người (2010) Thành phố Đà Nẵng Nhà nước đầu tư xây dựng trở thành đầu mối viễn thông quan trọng quốc gia quốc tế, tạo cho Đà Nẵng hạ tầng Công nghệ thông tin Truyền thông (CNTT-TT) có quy mơ lớn đại Đến nay, hạ tầng CNTT, viễn thông Internet thành phố Đà Nẵng có bước phát triển vượt bậc, mở rộng theo hướng dịch vụ đa dạng, phong phú với chất lượng ngày cao Về truyền dẫn kết nối: Các tuyến truyền dẫn quốc gia quốc tế bảo đảm độ ổn định cao nhờ kết hợp nhiều phương thức: cáp quang biển, cáp quang bộ, cáp quang đường điện lực, vi ba vệ tinh; Đà Nẵng 03 điểm kết cuối quan trọng mạng trung kế đường trục quốc gia (backbone) với tốc độ đường truyền 310Gbps điểm kết nối trực tiếp quốc tế với tốc độ đường truyền 18,122 Gbps Tổng dung lượng đường truyền nội hạt 39 Gbps Về điện thoại: Tính đến thời điểm nay, mạng lưới cung cấp dịch vụ điện thoại cố định (hữu tuyến vô tuyến) Đà Nẵng phát triển rộng khắp đến 100% thôn, tổ Đến năm 2010, thành phố có 221.000 thuê bao điện thoại cố định, đạt mật độ 27 máy/100 dân, cao mức bình quân nước 13,4 máy/100 dân, tăng gần 3,2 lần so với năm 2001 (8,18 máy/100 dân); Có khoảng 1.516.000 thuê bao điện thoại di động, đạt tỷ lệ 194 thuê bao/100 dân, tăng 16 lần so với năm 2001 Về Internet, máy tính: Đến năm 2010, tỷ lệ thuê bao Internet 110.000 thuê bao loại, đạt mật độ 13 thuê bao/100 dân (trong 66% thuê bao băng rộng); 100% xã có Internet; số lượng máy tính cộng đồng 0,38 máy tính/hộ; doanh nghiệp tỷ lệ kết nối Internet đạt 78% (không kể doanh nghiệp tư nhân), số lượng máy tính bình qn 12,5 máy/doanh nghiệp, 47% kết nối mạng cục Với phát triển hạng tầng di động trên, áp dụng thuật toán để đưa phương án sử dụng chung sở hạ tầng với loại trạm khu vực Đà Nẵng với phương án lựa chọn tối ưu vị trí thiết lập trạm BSC Số lượng, chủng loại định hướng sử dụng chung sở hạ tầng đề xuất thực thuật toán sở hạ tầng mạng có đơn vị hành Đà Nẵng cho bảng sau: 93 37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.99 z 37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.33.44.55.54.78.655.43.22.2.4.55.2237.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.66 Bảng 3.7: Đề xuất qui hoạch trạm BTS Đà Nẵng TT 3.2 Đơn vị Số BTS Q.Hải Châu Q.Thanh Khê Q.Sơn Trà Q.Ngũ Hành Sơn Q.Liên Chiểu H.Hoà Vang Q.Cẩm Lệ 276 197 201 236 189 261 290 Phân bố Qui hoạch dùng chung Loại Loại Loại Loại 92 85 78 96 63 81 104 184 112 123 140 126 180 186 20 15 15 10 10 20 25 50 20 25 30 25 35 40 Số BSC thiết lập 3 2 R (km/trạm) 0,31 0,38 0,32 1,17 1,58 1,86 1,23 Tối ưu truy cập tập trung mạng không dây Mạng truy cập kiến trúc hệ thống di động tế bào gồm tầng tương tác: tương tác trạm di động (mobile station-MS) hay tập người dùng đến trạm thu phát sóng sở (base transceiver stations-BTS), tương tác trạm thu phát sóng sở với trung tâm chuyển mạch di động (mobile switching centers-MSC), tương tác trung tâm chuyển mạch di động với tổng đài truy cập tập trung (local exchanges-LE) mạng PSTN [27, 50] Kiến trúc mạng truy cập mơ tả Hình 3.7 Mạng truy nhập khơng dây có nhiều ích lợi ưu điểm xét nhiều góc độ Đối với người sử dụng, lợi ích mạng dễ sử dụng ưu tính di động Ưu thể rõ số ứng dụng Ngày nay, chất lượng làm việc công ty lớn phụ thuộc nhiều vào tính mềm dẻo linh động nhóm làm việc Hình 3.7: Kiến trúc mạng truy cập khơng dây 94 37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.99 z 37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.33.44.55.54.78.655.43.22.2.4.55.2237.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.66 3.2.1 Mơ hình hóa phát biểu tốn Để mơ hình tốn tối ưu truy cập mạng không dây tập trung, định nghĩa ký hiệu sau: Bảng 3.8: Định nghĩa ký hiệu dùng toán truy cập tập trung Ký hiệu Ý nghĩa T1 , T2 , , TN S1 , S2 , , SM C = (cij )N ×M +1 F = (f0 , f1 , , fM ) B = (b0 , b1 , , bM ) P = (p0 , p1 , , pM ) Tập N trạm BTS với vị trí biết trước Tập vị trí trạm MSC Ma trận chi phí kết nối BTS Ti đến MSC Sj Chi phí kết nối từ trạm MSC Sj đến trạm trung tâm LE S0 Chi phí trì trạm MSC Sj Ràng buộc dung lượng tối đa MSC Mơ hình mạng truy cập tập trung [41] đơn giản mô tả sau: Gọi N số trạm BTS, giả sử vị trí trạm biết trước Gọi M số vị trí tiềm nơi thiết lập trạm MSC để kết nối BTS, BTS kết nối trực tiếp đến trung tâm LE, S0 thể Hình 3.8 Hình 3.8: Mơ hình mạng truy cập khơng dây Hình 3.9 biểu diễn kiến trúc kiến trúc truy cập mạng gồm LE, MSC, BTS 18 MSs Giả sử MSC vị trí Sj đáp ứng tối đa Pj BTS theo ràng buộc giới hạn phần cứng dung lượng kết nối MSC đến LE trạm LE trung tâm không chịu ràng buộc giới hạn dung lượng đáp ứng Gọi cij chi phí kết nối từ trạm BTS Ti đến trạm MSC Sj đến trạm trung tâm S0 Chi phí cij hiểu chi phí đáp ứng kết nối cho tất BTS MSC (ví dụ: chi phí transmission cabling, interfacing, maintenance, leasing) Lưu ý rằng, trạm BTS xác lập vị trí MSC cij = 95 37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.99 z 37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.33.44.55.54.78.655.43.22.2.4.55.2237.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.66 Hình 3.9: Mơ hình mạng truy cập khơng dây theo kiến trúc Ta biểu diễn thành phần cij dạng ma trận sau: C = (cij )N ×M +1 = c10 c20 c11 c21 cN cN c1M c2M cNM (3.10) Trong đó, khơng có trạm MSC sử dụng tất M trạm MSC sử dụng, trạm MSC vị trí Sj phục vụ tối đa tập trạm BTS bị giới hạn phần cứng ràng buộc dung lượng kết nối trạm MSC đến trạm LE Ở đây, ta giả sử trạm LE trung tâm không bị giới hạn dung lượng Nếu trạm MSC Sj sử dụng đồng nghĩa với việc phải ghi nhận chi phí kết nối trạm MSC Sj đến trạm trung tâm LE S0 fj chi phí trì hoạt động trạm MSC Sj bj Hai vectơ chi phí kết nối chi phí trì là: F = (f0 , f1 , , fM ) (3.11) B = (b0 , b1 , , bM ) (3.12) Giả sử chi phí trạm trung tâm LE khơng tính được, nghĩa b0 = f0 = Tương tự, ta có ràng buộc số trạm phục vụ trạm MSC biểu diễn vectơ: P = (p0 , p1 , , pM ) 96 37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.99 z (3.13) 37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.33.44.55.54.78.655.43.22.2.4.55.2237.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.66 Trong pj số lượng tối đa trạm BTS mà MSC Sj phục vụ với p0 = N (giả sử trạm trung tâm LE phục vụ tất N trạm BTS) Bài toán thiết kế kiến trúc mạng xác định ma trận X sau: X = (xij )N ×M +1 = x10 x20 x11 x21 xN xN x1M x2M xNM (3.14) đó, thành phần xij (i = N , j = M ) xác định sau: xij = Nếu BTS Ti kết nối đến MSC Sj Ngược lại (3.15) Chú ý rằng, trạm BTS kết nối đến M MSC kết nối trực tiếp đến LE Do đó, dịng ma trận X có giá trị Hơn nữa, số lượng số cột j thể số BTS kết nối đến MSC Sj Vì vậy, ma trận tồn cột mà toàn phần tử chứng tỏ MSC vị trí khơng sử dụng Từ đó, ta biểu diễn trạm MSC sử dụng từ ma trận X vectơ sau: Y = (y0 , y1 , , yM ) (3.16) đó, thành phần yj (j = M ) xác định sau: yj = N P xij > Nếu Sj sử dụng tức i=1 N P Nếu Sj không sử dụng tức xij = (3.17) i=1 Hàm mục toán tối thiết chi phí kết nối mơ tả sau: Z = N X M X (cij ×xij )+ i=1 j =0 M X j =0 (fj ×yj )+ M X (bj ×yj ) j =0 (3.18) ⇔ Z = sumdiag(C ×X T )+F ×Y T +B ×Y T Thành phần thể chi phí kết nối từ N BTS đến M MSC sử dụng đến LE, thành phần thứ thể chi phí kết nối từ MSC đến LE, cuối chi phí trì MSC sử dụng Trong đó, X T ma trận, Y T vectơ chuyển vị sumdiag(A) hàm tính tổng thành phần ma trận A 97 37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.99 z 37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.33.44.55.54.78.655.43.22.2.4.55.2237.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.66 Bài toán tối ưu truy cập tập trung mạng phát biểu sau: Tìm ma trận X vectơ Y cho tối thiểu chi phí kết nối Z [41] Z = sumdiag(C ×X T )+F ×Y T +B ×Y T → (3.19) Thỏa mãn ràng buộc: X ×E = E (3.20) E T ×X ≤ P (3.21) Trong đó: - Ràng buộc (3.20) thể tổng thành phần dòng i ma trận X phải (i = 1, 2, , N ) với E vectơ cột với thành phần - Ràng buộc (3.21) thể tổng thành phần cột j ma trận X phải nhỏ pj tức số lượng BTS tối đa đáp ứng MSC Sj 3.2.2 Các nghiên cứu liên quan Các tác giả [41] đưa mơ hình kiến trúc truy cập tập trung mạng di động thể tương tác BTS đến MSC MSC đến LE Đây kiến trúc đặc trưng tiêu biểu mạng di động tế báo Trong trường hợp đơn giản, kiến trúc mạng biểu diễn theo mơ hình truy cập tập trung hình Tức trạm LE sử dụng để điều khiển tập MSC, MSC điều khiển truy cập tập BTS Cuối cùng, BTS cung cấp kết nối đến nhóm trạm di động MS thông qua kết nối không dây Đây kiến trúc quan trọng, thu hút nhiều nghiên cứu với công bố [32, 36, 46] Tuy nhiên, tốn khó phức tạp nên nghiên cứu tập trung theo hướng sử dụng thuật toán heuristic để giải Các thuật tốn tiêu biểu kể đến là: - Thuật toán Exhaustive search sinh tất ma trận kết nối kiểm tra tìm ma trận kết nối với chi phí tối thiểu đề xuất [21] - Thuật tốn Heuristic sử dụng tư tưởng greedy để tìm kết nối tối ưu sau vòng lặp với việc sử dụng MSC gần đủ dung lượng để đáp ứng yêu cầu BTS đề xuất [5, 23, 38, 42] - Thuật toán ngẫu nhiên để lựa chọn trạm BTS vùng phủ sóng Raisane [56] 98 37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.99 z 37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.33.44.55.54.78.655.43.22.2.4.55.2237.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.66 3.2.3 3.2.3.1 Tối ưu truy cập tập trung sử dụng thuật toán PSO Mã hóa cá thể Mỗi cá thể thuật tốn PSO mã hóa ma trận x = (xij )N ×(M +1) , (i = N , j = M ) với qui ước xij = có nghĩa BTS Ti tương ứng kết nối với MSC Sj , ngược lại Để khởi tạo nhóm bầy, chúng tơi sinh ngẫu nhiên vị trí phần tử Sau tiến hành hiệu chỉnh lại cá thể cho cá thể X thỏa mãn ràng buộc (3.20-3.21) Để đảm bảo cá thể có xác N bit ứng với N trạm điều khiển cần thiết lập đề xuất hàm PSO Repair để hiệu chỉnh cá thể Thuật toán 3.7 PSO-Repair Input: Cá thể x = (xij )N ×(M +1) có p bit Output: Cá thể x = (xij )N ×(M +1) có xác N bit Begin If p < N then Thêm (N −p) bit cách sinh ngẫu nhiên vị trí; else Chọn ngẫu nhiên (p−N ) bit loại bỏ khỏi xâu nhị phân; End Sau chuẩn hóa, cá thể có tổng phần tử dòng i ma trận (i = 1, 2, , N ) tổng phần tử cột j ma trận k phải nhỏ để Pj Hàm mục tiêu tính theo (3.19) 3.2.3.2 Mơ tả thuật tốn Thuật tốn PSO cho tốn tối ưu truy cập tập trung mơ tả sau: Thuật toán 3.8 PSO tối ưu truy cập tập trung mạng không dây Begin For each nhóm bầy Khởi tạo nhóm bầy; Endfor Do For each nhóm bầy PSO-Repair(nhóm bầy); Tính giá trị thích nghi (fitness value) theo (3.19); If (fitness value > pBest) Then pBest = fitness value; If (pBest > gBest) Then gBest = pBest; Endfor For each nhóm bầy Tính vận tốc v [] = v []+c1 ∗ rand ()∗ (pbest[]−present[])+ c2 ∗ rand ()∗ (lbest[]−present[]); Cập nhật vị trí present[] = present[]+v []; Endfor While (Điều kiện dừng chưa thỏa mãn); End 99 37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.99 z 37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.33.44.55.54.78.655.43.22.2.4.55.2237.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.66 3.2.4 3.2.4.1 Kết mô đánh giá Mơ hình thực nghiệm thiết lập tham số cho thuật toán Thực nghiệm tiến hành tốn với mức độ khó khác thể thông qua số lượng trạm N M Thông tin liệu, ma trận chi phí BS-kết nối hiển thị Bảng 3.9 Bảng 3.9: Thông tin liệu thực nghiệm tối ưu truy cập Bài toán # Số trạm MSCs Số trạm BTSs #1 #2 #3 #4 #5 #6 #7 #8 10 20 40 50 60 10 20 40 80 100 150 200 250 Tham số thực nghiệm chi tiết thuật toán PSO cho Bảng 3.10 Bảng 3.10: Các tham số thiết lập chạy thuật tốn Tham số Giá trị Kích thước nhóm bầy P = 1000 Số lượng vịng lặp tối đa Ngen = 500 Hệ số học tri thức bầy đàn c1 = c2 = Số lân cận xem xét K =3 3.2.4.2 Phân tích, đánh giá thuật toán Thực nghiệm tiến hành nhằm so sánh hiệu thực thi thuật toán đề xuất với thuật toán Exhaustive Search [21] Heuristic [23] Hình 3.10 thể kết so sánh hàm mục tiêu thuật toán Kết cho thấy giá trị hàm mục tiêu thuật toán đạt tốt nhiều so với thuật toán Heuristic giải pháp tốt gần Đầy đủ Tìm kiếm thuật tốn Tuy nhiên, hiệu suất thuật tốn đề xuất chúng tơi tốt so với thuật toán khác Việc so sánh thời gian xử lý cho thấy Hình 3.11 100 37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.99 z 37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.33.44.55.54.78.655.43.22.2.4.55.2237.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.66 Hình 3.10: So sánh hàm mục tiêu thuật tốn Hình 3.11: So sánh thời gian thực thi thuật toán 3.3 Kết chương Trong chương này, luận án đề xuất thuật toán PSO để giải hai toán đặt trạm sở mạng không dây tối ưu truy cập mạng khơng dây Đây tốn quan trọng thiết kế tối ưu mạng Các thử nghiệm số với vấn đề mạng lưới thông tin liên lạc có quy mơ khác cho thấy tính hiệu hiệu thuật toán đề xuất, điều cho thấy thuật toán tốt nhiều so với nghiên cứu gần Các kết cơng bố cơng trình 1, 2, 4, tác giả 101 37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.99 z 37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.33.44.55.54.78.655.43.22.2.4.55.2237.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.66 Kết luận Trong luận án này, đóng góp luận án trình bày hệ thống thuật toán sinh học cộng đồng nghiên cứu nước sử dụng nhiều để giải tốn tối ưu hóa tổ hợp GA, PSO, ACO Từ việc phân tích lý thuyết hướng luận án đến việc sử dụng thuật toán PSO để giải toán qui hoạch mạng khơng dây Việc phân tích tốn quan trọng qui hoạch mạng khơng dây trình bày chi tiết Các đóng góp luận án áp dụng thành công PSO để giải tốn qui hoạch mạng khơng dây, cụ thể: 1) Đối với toán đặt gateway để tối ưu thông lượng mạng lưới không dây Luận án trình bày chi tiết cách tính thơng lượng truyền thông lõi, truyền thông cục bộ, thông lượng khả thi cho mạng lưới không dây Sau đó, chúng tơi thiết kế việc đặt gateway đồng thời dựa thuật toán PSO để khắc phục nhược điểm phương pháp khác đặt gateway gateway đặt sau phụ thuộc vào gateway đặt trước Với cách làm vậy, phương pháp đặt gateway đề xuất đạt hiệu cao hơp so với phương pháp tiếp cận trước 2) Đối với tốn truyền thơng tối ưu, luận án ứng dụng việc định tuyến broadcast mạng không dây Việc mã hóa số thực cá thể thuật tốn PSO kết hợp với NBE cho phép thuật tốn tìm lời giải gần với tối ưu tồn cục khơng gian tìm kiếm rộng Các kết thực nghiệm PSO hiệu số thuật tốn trước nhiều tập liệu mẫu khác 3) Đối với vấn đề tối ưu hóa truy cập, tốn đặt trạm sở tối ưu hóa truy cập, luận án trình bày phương pháp mã hóa để chuyển việc giải mã cá thể thành việc tìm các cặp ghép lớn đồ thị hai phía dựa vào thuật tốn tìm luồng cực đại thời gian đa thức Do việc biểu diễn giải mã vậy, nên thuật toán đề xuất PSO cho hai tồn có hiệu tốt cách tiếp cận trước 4) Một việc làm khác luận án xem đóng góp để so sánh hiệu PSO , luận án mô đánh giá so sánh PSO với thuật toán sinh học khác GA ACO 102 37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.99 z 37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.33.44.55.54.78.655.43.22.2.4.55.2237.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.66 Các kết luận án cơng bố cơng trình khoa học đăng tải tạp chí, hội nghị chun ngành ngồi nước Trong có báo đăng kỷ yếu hội nghị quốc tế, báo đăng tạp chí quốc tế, đăng tạp chí nước kỷ yếu hội quốc gia chuyên ngành Mặt dù vậy, luận án chưa phân tích sử ảnh hưởng tham số thuật toán sinh học đến hiệu thuật toán Mặt khác, toán tối ưu xem xét giảm bớt yếu tố thực tế địa hình, độ nhiễu, Để toán dễ giải hay việc phân tích so sánh kết với thuật toán xấp xỉ theo lý thuyết chưa thực Đây thiếu sót luận án hướng phát triển luận án thời gian tới 103 37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.99 z 37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.33.44.55.54.78.655.43.22.2.4.55.2237.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.66 Danh mục cơng trình khoa học tác giả liên quan đến luận án Nguyễn Gia Như, Lê Đắc Nhường, Lê Trọng Vĩnh, Nguyễn Xuân Huy (2014), Ant Colony Optimization and Particle Swarm Optimization Algorithms Applied to Optimizing Access Centralized in Wireless Network, Kỷ yếu Hội thảo Quốc gia Một số vấn đề chọn lọc Công nghệ thông tin Truyền thông, Dak Lak, trang 13-18 Nguyễn Gia Như, Lê Đắc Nhường (2013), Optimal location of Controllers in Wireless network using Genetic Algorithm, Tạp chí Khoa học Cơng nghệĐại học Đà Nẵng, Số 6(67), Trang 122-127 Gia Nhu Nguyen, Dac Nhuong Le, Vinh Trong Le (2013), A Novel PSO based Algorithm Approach for the cMTS to Improve QoS in Next Generation Networks, Journal of Future Computer and Communication (IJFCC), Vol.2(5), pp 413-417 Nguyễn Gia Như, Lê Đắc Nhường, Lê Trọng Vĩnh (2013), Tối ưu qui hoạch vị trí trạm BTS dựa thuật tốn tối ưu hóa nhóm bầy, Kỷ yếu Hội thảo Quốc gia Một số vấn đề chọn lọc Công nghệ thông tin Truyền thông, Đà Nẵng, trang 23-28 Nguyễn Gia Như, Lê Đắc Nhường, Lê Đăng Nguyên (2013), A Novel Ant Colony Optimization-based Algorithm for the Optimal Communication Spanning Tree problem, International Journal of Computer Theory and Engineering, Vol.5(3), pp.509-513 Lê Đắc Nhường, Nguyễn Gia Như, Lê Đăng Nguyên, Lê Trọng Vĩnh (2013), “So sánh đánh giá cách tiếp cận sinh học giải toán đặt trạm sở mạng không dây”, Kỷ yếu Hội thảo Quốc gia nghiên cứu ứng dụng Công nghệ thông tin lần thứ 6, Nhà xuất KHKT, Trang 494-501 Nguyễn Gia Như, Lê Đắc Nhường (2012), Particle Swarm Optimization and Ant Colony Optimization Algorithms Applied to the Optimal Communication Spanning Tree problem, Kỷ yếu Hội thảo Quốc gia Một số vấn đề chọn lọc Công nghệ thông tin Truyền thông, Hà Nội, Trang 334-340 Vinh Trong Le, Dinh Huu Nghia, Gia Nhu Nguyen (2011), A Novel PSOBased Algorithm for Gateway Placement in Wireless Mesh Networks, in proceedings of 2011 IEEE 3rd International Conference on Communication Software and Networks (ICCSN 2011), May 27-29, 2011, China, pp 37-42 Vinh Trong Le, Dinh Huu Nghia, Gia Nhu Nguyen (2011), The mininum number of gateways for maximizing throughput in Wireless Mesh Networks, In Proceeding of The 2nd International Symposium on Information and Communication Technology (SoICT 2011), Ha Noi, Viet Nam, pp 37-42 104 37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.99 z 37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.C.33.44.55.54.78.655.43.22.2.4.55.2237.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.66 Tài liệu tham khảo [1] A Apavatjrut Energy efficient optimization and route recovery for gradient broadcast routing protocol for wireless sensor networks In New Technologies, Mobility and Security (NTMS), 2012 5th International Conference on, pages 1–4, May 2012 doi: 10.1109/NTMS.2012.6208738 [2] R.C Basole, S Narasimhan, and S Snoi Optimal capacity expansion of next genernation wireless base station subsystems In Georgia Atlanta, editor, Proceedings of Conference on Information Systems and Technology (CIST), pages 1–7, 2003 [3] Y Bejerano Efficient integration of multihop wireless and wired networks with qos constraints Networking, IEEE/ACM Transactions on, 12(6):1064– 1078, Dec 2004 ISSN 1063-6692 doi: 10.1109/TNET.2004.838599 [4] Djohara Benyamina, Abdelhakim Hafid, and Michel Gendreau Wireless mesh networks design - A survey IEEE Communications Surveys and Tutorials, 14(2):299–310, 2012 doi: 10.1109/SURV.2011.042711.00007 URL http:// dx.doi.org/10.1109/SURV.2011.042711.00007 [5] L Budzisz, F Ganji, G Rizzo, M.A Marsan, M Meo, Yi Zhang, G Koutitas, L Tassiulas, S Lambert, B Lannoo, M Pickavet, A Conte, I Haratcherev, and A Wolisz Dynamic resource provisioning for energy efficiency in wireless access networks: A survey and an outlook Communications Surveys Tutorials, IEEE, 16(4):2259–2285, Fourthquarter 2014 ISSN 1553-877X doi: 10.1109/COMST.2014.2329505 [6] Lê Đắc Nhường, Nguyễn Gia Như, Lê Đăng Nguyên, and Lê Trọng Vĩnh Optimal location of controllers in wireless networks using genetic algorithm In Kỷ yếu Hội thảo quốc gia Một số vấn đề chọn lọc CNTTT&TT lần thứ 15, Hà Nội, pages 328–333, 2012 [7] P Calegari, F Guidee, P Kuonen, and D Wagner Genetic approach to radio network optimization for mobile systems IEEE VTC, pages 755–759, 1997 [8] T Chan and A Grant On capacity regions of non-multicast networks In Information Theory Proceedings (ISIT), 2010 IEEE International Symposium on, pages 2378–2382, June 2010 doi: 10.1109/ISIT.2010.5513732 [9] Keyu Chen, Maode Ma, En Cheng, Fei Yuan, and Wei Su A survey on mac protocols for underwater wireless sensor networks Communications Surveys Tutorials, IEEE, 16(3):1433–1447, Third 2014 ISSN 1553-877X doi: 10 1109/SURV.2014.013014.00032 [10] M.X Cheng, Jinhua Sun, Manki Min, and Ding-Zhu Du Energy-efficient broadcast and multicast routing in ad hoc wireless networks In Performance, Computing, and Communications Conference, 2003 Conference Proceedings of the 2003 IEEE International, pages 87–94, April 2003 doi: 10.1109/PCCC 2003.1203687 105 37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.55.77.77.99.44.45.67.22.55.77.C.37.99.44.45.67.22.99 z
Ngày đăng: 05/09/2023, 00:59
Xem thêm: