Phương pháp lấp đầy vùng phủ sóng trong mạng cảm biến không dây

TỔNG QUAN VỀ MẠNG CẢM BIẾN KHƠNG DÂY...41.1 Giới thiệu...41.2 Cơng nghệ Sensor Network...41.3 Phân loại mô hình cảm biến...61.3.1 Loại 1C1WSNs:...61.3.2 Loại 2C2WSNs:...71.4 Tổng quan kỹ

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC DUY TÂN TRẦN ANH TÍN PHƯƠNG PHÁP LẤP ĐẦY VÙNG PHỦ SÓNG TRONG MẠNG CẢM BIẾN KHÔNG DÂY Chuyên ngành: Khoa học máy tính Mã số: 8480101 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC MÁY TÍNH Người hướng dẫn khoa học: TS Nguyễn Gia Trí ĐÀ NẴNG – 2022 i LỜI CAM ĐOAN Tên tôi là: Trần anh Tín Sinh ngày: 10/ 05/1980 Học viên lớp cao học MCS – K20, ngành Khoa học máy tính, – Trường Đại học Duy Tân Tôi xin cam đoan: Đề tài “Phương pháp lấp đầy vùng phủ sóng trong mạng cảm biến không dây” là do tôi nghiên cứu, tìm hiểu và phát triển dưới sự hướng dẫn của TS Nguyễn Gia Trí, không phải sao chép từ các tài liệu, công trình nghiên cứu của người khác mà không ghi rõ trong tài liệu tham khảo Tôi xin chịu trách nhiệm về lời cam đoan này Học viên thực hiện Trần anh Tín ii LỜI CẢM ƠN Để hoàn thành luận văn này, đầu tiên Tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành đến toàn thể Quý Thầy, Cô giảng viên Trường Đại học Duy Tân đã tận tình giảng dạy, truyền đạt những kiến thức quý báu và tạo điều kiện thuận lợi cho em trong suốt quá trình học tập, nghiên cứu Tôi bày tỏ lòng biết ơn đến TS Nguyễn Gia Trí đã tận tâm giảng dạy, hướng dẫn và đưa ra những góp ý, điều chỉnh vô cùng xác thực cho luận văn, đồng thời Quý thầy cũng cho em những lời động viên sâu sắc giúp em có những định hướng đúng đắn để hoàn thành luận văn Cuối cùng Tôi gửi lời cảm ơn đến gia đình, các bạn cùng khóa, đồng nghiệp cùng cơ quan đã nhiệt tình hỗ trợ những thông tin, chia sẻ những kiến thức hay giúp Tôi trong quá trình thực hiện Trân trọng! iii MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN .i LỜI CẢM ƠN ii MỤC LỤC iii DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT v DANH MỤC BẢNG BIỂU vi DANH MỤC HÌNH, ĐỒ THỊ vii MỞ ĐẦU 1 1 Lý do chọn đề tài 1 2 Mục tiêu nghiên cứu 1 3 Tổng quan nghiên cứu của đề tài 2 4 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu .2 5 Phương pháp nghiên cứu .2 6 Đóng góp của đề tài 3 7 Cấu trúc của đề tài 3 Chương 1 TỔNG QUAN VỀ MẠNG CẢM BIẾN KHÔNG DÂY .4 1.1 Giới thiệu 4 1.2 Công nghệ Sensor Network 4 1.3 Phân loại mô hình cảm biến .6 1.3.1 Loại 1(C1WSNs): 6 1.3.2 Loại 2(C2WSNs): 7 1.4 Tổng quan kỹ thuật WSNs .9 1.4.1 Các thành phần cơ bản cấu trúc mạng cảm biến: .10 1.4.2 Quá trình phát triển mạng cảm biến: 15 1.5 Ứng dụng của mạng cảm biến 16 1.5.1 Các ví dụ về ứng dụng dạng 1 WSN (C1WSN): .19 1.5.2 Các ví dụ về ứng dụng dạng 2 WSN (C2WSN): .21 1.6 Kết luận 25 iv Chương 2 THUẬT TOÁN LẤP ĐẦY VÙNG PHỦ SÓNG TRONG MẠNG CẢM BIẾN 26 2.1 Mô hình và các định nghĩa .27 2.2 Thuật toán LDVPS 29 2.2.1 Giai đoạn phát hiện nút biên lỗ hổng 29 2.2.2Giai đoạn vá lỗ hổng 33 2.3 Kết luận 38 Chương 3 MÔ PHỎNG THUẬT TOÁN LDVPS BẰNG MATLAB 39 3.1 Thiết lập mô phỏng 39 3.2 Kết quả mô phỏng và thảo luận 39 3.3 Kết luận 44 KẾT LUẬN 45 TÀI LIỆU THAM KHẢO v DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT Chữ viết tắt Ý nghĩa WSN Wireless Sensor Networks – Mạng cảm biến không dây SN Sensor network – Mạng cảm biến MANETS Mobile ad hoc network – Mạng ad hoc di động DARPA Defense Advanced Research Projects Agency NEMS Nanoscale electromechanical systems IEEE Viện kỹ thuật điện và điện tử LDVPS Coverage Hole Healing Algorithm VFA Virtual forces algorithm VEDGE HEAL Hole-detection and healing algorithm BN Beside-node – Nút cạnh NN Neighbor node – Nút hàng xóm HM Hole manager – Nút biên lỗ hổng HC Hole cental – Trung tam lỗ hổng Catelogy 1 WSN – Mô hình kết nối đa diểm giữa các C1WSNs node trong mạng cảm biến khômg dây COOPERATIVE Hợp tác NONCOOPERATIV Bất hợp tác E Catelogy 2 WSN – Mô hình kết nối điểm-điểm hoặc đa C2WSNs điểm-điểm giữa các node trong mạng cảm biến khômg Zigbee UWB dây Một tiêu chuẩn can mạng không dây Ultrawideband – Giao thức truyền không dây, tầm ngắn vi DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1.1: Các lĩnh vực nghiên cứu về WSNs 5 Bảng 1.2: Các giao thức có thể dùng cho Lower-layer WSN 14 Bảng 1.3: Tóm tắt các giai đoạn phát triển mạng cảm biến 16 vii DANH MỤC HÌNH, ĐỒ TH Hình 1.1: Dạng 1 WSNs, liên kết multipoint-to-point, multihop dùng định tuyến động 6 Hình 1.2: Dạng 2 WSNs liên kết point-to-point, Star định tuyến tĩnh .7 Hình 1.3: Các node theo mô hình hợp tác và bất hợp tác 8 Hình 1.4: Mô hình mạng cảm biến thông thường 10 Hình 1.5: Các thành phần trong một Node 11 Hình 1.6: Giao thức chung cho mạng cảm biến .13 Hình 1.7: Ứng dụng WSNs trong an ninh quốc gia và luật pháp 20 Hình 1.8: Các ví dụ về ứng dụng cảm biến trong quân sự Các cảm biến trang bị trên các phương tiện kỹ thuật phục vụ cho việc giám sát các hoạt động chiến trường 20 Hình 1.9: Hệ tlỗ hổngng cảm biến trên các đường cao tốc 21 Hình 1.10: Thời gian hoạt động pin trong Bluetooth(BT) và ZigBee 22 Hình 1.11: Các ứng dụng điều khiển .23 Hình 1.12: Điều khiển ánh sáng trong phòng 24 Hình 1.13: Các ứng dụng trong công nghiệp 24 Hình 1.14: Các ứng dụng trong y khoa 25 Y Hình 2.1: (a) Một ví dụ về triển khai cảm biến, (b) Tam giác Delaunay .29 Hình 2.2: Ví dụ về một lỗ hổng phủ sóng tồn tại trong chu vi: đường rắn = phạm vi cảm biến, dấu gạch ngang = chu vi 30 Hình 2.3: Hai ví dụ về hai chu vi chứa cùng một lỗ hổng phủ sóng 31 Hình 2.4: Hai ví dụ về hai chu vi không chứa cùng một lỗ hổng phủ sóng 3 viii Hình 3.1: Triển khai SN trong các bán kính lỗ hổng khác nhau 39 Hình 3.2: Số lượng nút di chuyển với bán kính lỗ hổng khác nhau .40 Hình 3.3: Tổng khoảng cách di chuyển với bán kính lỗ hổng khác nhau 41 Hình 3.4: Tiêu thụ năng lượng của chuyển động trong bán kính lỗ hổng khác nhau 41 Hình 3.5: Triển khai SNs dưới số lượng lỗ hổng khác nhau 42 Hình 3.6: Số lượng nút di chuyển dưới số lượng lỗ hổng khác nhau .42 Hình 3.7: Tổng khoảng cách di chuyển dưới số lỗ hổng khác nhau 43 Hình 3.8: Tiêu thụ năng lượng của chuyển động dưới số lượng lỗ hổng khác nhau 43