cân bằng tải trong định tuyến vượt hố cho mạng cảm biến không dây sử dụng yếu tố ngẫu nhiên

BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CỦA SINH VIÊN THAM GIA XÉT GIẢI THƯỞNG "TÀI NĂNG KHOA HỌC TRẺ VIỆT NAM" NĂM 2014 DÀNH CHO SINH VIÊN CÂN BẰNG TẢI TRONG ĐỊNH TUYẾN VƯỢT HỐ CHO MẠNG CẢM BIẾN KHÔNG DÂY SỬ DỤNG YẾU TỐ NGẪU NHIÊN Thuộc nhóm ngành khoa học: Kỹ thuật Công nghệ (KT3) BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI BÁO CÁO TỔNG KÊT ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CỦA SINH VIÊN THAM GIA XÉT GIẢI THƯỞNG "TÀI NĂNG KHOA HỌC TRẺ VIỆT NAM" NĂM 2014 DÀNH CHO SINH VIÊN -2- CÂN BẰNG TẢI TRONG ĐỊNH TUYẾN VƯỢT HỐ CHO MẠNG CẢM BIẾN KHÔNG DÂY SỬ DỤNG YẾU TỐ NGẪU NHIÊN Thuộc nhóm ngành khoa học: Kỹ thuật Công nghệ (KT3) Sinh viên thực hiện: Dân tộc: Lớp, khoa: Năm thứ: Ngành học: Người hướng dẫn: Nguyễn Đức Trọng Giới tính: Nam Kinh CNTT3, Viện Công nghệ thông tin truyền thông / Số năm đào tạo: Công nghệ phần mềm TS Nguyễn Khanh Văn, ThS Nguyễn Phi Lê -3- MỤC LỤC -4- DANH MỤC HÌNH ẢNH -5- DANH MỤC BẢNG BIỂU -6- DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT Thuật ngữ / Từ viết tắt Ý nghĩa Sensor Cảm biến WSN Wireless Sensor Network Mạng cảm biến không dây NS2 Network Simulator – Tên phần mềm mô mạng Hố mạng Vùng mạng không tồn cảm biến khả hoạt động Hole Chú thích -7- TỔNG QUAN ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU & KẾT QUẢ THU ĐƯỢC Cảm biến thiết bị điện tử có khả thu nhận tín hiệu từ môi trường xung quanh qua thu thập số liệu yếu tố môi trường ánh sáng, âm thanh, nhiệt độ, độ ẩm,… Dữ liệu thu từ cảm biến thường gửi máy tính thiết bị xử lý khác, trở thành đầu vào cho quy trình nghiệp vụ khác Có nhiều cách để thiết bị cảm biến kết nối truyền liệu với với thiết bị xử lý khác; số kết nối thông qua thu phát sóng vô tuyến, tức liên lạc không dây Các cảm biến sử dụng kết nối không dây gọi cảm biến không dây Mạng cảm biến không dây mạng thiết lập kết nối không dây nút mạng mang thiết bị cảm biến Với phát triển nhanh kỹ thuật vi xử lý, giá thành cảm biến trở nên rẻ, mạng cảm biến ngày sử dụng rộng rãi nhiều lĩnh vực phát triển kinh tế xã hội quân sự, an ninh đa dạng Mạng cảm biến giúp thu thập thông tin, qua theo dõi giám sát môi trường, trở nên đặc biệt hữu ích môi trường khắc nghiệt cho điều kiện sống người Có thể kể số ví dụ sau: khí tượng, nông nghiệp để theo dõi độ ẩm, ánh sáng, nhiệt độ…, nhà thông minh để điểu khiển tối ưu hiệu các thiết bị môi trường…, công nghiệp để giám sát phóng xạ, theo dõi áp lực…, quân để giám sát bố trí lực lượng vũ khí quân địch chiến trường Nút mạng cảm biến thiết bị có khả tính toán hạn chế, nhớ nhỏ hoạt động nhờ nguồn lượng dự trữ pin Từ yếu tố kỹ thuật riêng biệt mà trình truyền tin mạng cảm biến không dây có đặc thù riêng so với mạng truyền thống thường gặp mạng cục hay mạng Internet Do khả thu phát yếu, việc truyền tin nút mạng (thiết bị cảm biến) đến máy tính xử lý trung tâm dựa chế lan truyền qua nút mạng trung gian Đây đặc thù riêng truyền tin mạng cảm biến, gây nên khó khăn thách thức cho việc đảm bảo tốc độ truyền tin tiết kiệm lượng Hơn nút có khả nhận biết vùng bán kính hẹp, thường bao gồm vài nút lân cận Vì nút có thông tin cục hạn chế có khả tính toán giới hạn, việc định tuyến – xác lập đường truyền tin cặp nút nguồn đích – trở nên không đơn giản Đặc biệt toán truyền tin mạng không dây, mà trung tâm vấn đề định tuyến, trở nên khó khăn, thách thức mạng bố trí vùng môi trường có địa hình phức tạp Hiện ứng dụng mạng cảm biến thu hút mối quan tâm lớn, hoạt động nghiên cứu công nghệ truyền tin cảm biến không dây thúc đẩy mạnh Đặc biệt, toán định tuyến coi vấn đề nóng đặc thù khó khăn riêng biệt mạng cảm biến kể Tuy nhiên phần lớn nghiên cứu học thuật lĩnh vực có xu hướng giả định môi trường lý tưởng; chưa có nhiều đề xuất giải thuật định tuyến có tính đến yếu tố liên hệ địa hình phức tạp Trong thực tế, mạng cảm biến không dây thường triển khai địa hình phức tạp, phải chịu nhiều điều kiện khắc nghiệt từ bên Trên địa hình thực tế, thường tồn nhiều vật cản sông, hồ, đầm lầy,… dẫn tới việc bố trí đặn -8- nút mạng cảm biến Thậm chí, vùng ảnh hưởng thiên tai núi lửa, động đất, lũ lụt, … nút mạng dễ bị hỏng, bị phá hủy tác động bên Những trường hợp dẫn tới tồn vùng mạng có mật độ cảm biến thấp, chí không tồn cảm biến có khả hoạt động; vùng thường gọi “hố” hay “hố mạng” Sự tồn hố mạng dẫn tới ảnh hưởng không tốt tới hoạt động truyền tin mạng, làm giảm hiệu hay chí làm tê liệt hoạt động toàn mạng Với giải thuật định tuyến truyền thống có, tồn hố mạng dẫn đến tượng lượng lớn gói tin truyền men theo biên hố Mà hố có hình dạng khúc khuỷu phức tạp dẫn tới đường gói tin bị kéo dài, dài gấp nhiều lần so với đường tối ưu Một hiệu ứng khác từ tượng tập trung giao thông biên hố tình trạng cân tải: nút biên hố phải làm việc nhiều so với nút thông thường Các nút chịu tải cao nhanh bị hết băng thông, cạn kiệt tài nguyên; dĩ nhiên tượng tải gây tắc nghẽn đường truyền Đồng thời, nút tải nhanh chóng cạn kiệt lượng, không khả hoạt động trở thành nút chết Sự chết nút tải biên hố, vô hình chung, làm hố mở rộng thêm Khi hố rộng ra, số lượng đường truyền tin cắt qua hố tăng lên, số gói tin truyền qua nút biên tăng lên theo Toàn tình tạo thành vòng luẩn quẩn mà hậu mạng cảm biến không dây bị chia cắt tính liên thông khu vực khác nhau, chí dẫn đến tê liệt (tức chết toàn mạng) Trong nghiên cứu mạng cảm biến không dây, đặc biệt ý tới vấn đề địa hình phức tạp tác động từ đến chất lượng trình định tuyến truyền tin Chúng định hướng giải vấn đề nảy sinh địa hình tạo hố mạng dựa hướng tiếp cận định tuyến địa lý Nhiệm vụ trọng tâm nghiên cứu đưa giải pháp thông minh, hiệu cho toán định tuyến khắc phục hố mạng truyền tin mạng cảm biến Có thể nói, giải pháp thành công, hiệu cao cho toán định tuyến khắc phục hố mạng đóng góp mang tính then chốt, chìa khóa cho giải pháp chung cho việc sử dụng mạng cảm biến không dây cách có hiệu địa hình xấu điều kiện thời tiết khắc nghiệt Đặc biệt tương lại không xa, nghiên cứu góp tiếng nói quan trọng việc xây dựng giải pháp theo dõi giám sát vùng thiên tai xảy -9- 1.1 TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI Việt Nam nước nông nghiệp; nhiên chưa phải có nông nghiệp phát triển, hiệu mùa màng trồng trọt, chăn nuôi Việt Nam phụ thuộc nhiều vào điều kiện tự nhiên Một nguyên nhân phụ thuộc chưa có hay chưa triển khai tốt phương thức theo dõi điều kiện tự nhiên, môi trường cách hiệu Các yếu tố độ ẩm, ánh sáng, côn trùng, tình trạng xâm nhập mặn… hầu hết theo dõi đánh giá dựa kinh nghiệm Một giải pháp hiệu ứng dụng mạng cảm biến không dây, cho phép theo dõi, đánh giá điều kiện tự nhiên diện tích nông nghiệp rộng lớn Như phân tích, việc ứng dụng mạng cảm biến không dây thực tế, đặc biệt hoàn cảnh nước ta, nơi có nhiều mặt nước, địa hình khí hậu phức tạp, đem lại chất lượng hiệu kinh tế giải tốt toán truyền tin mạng cảm biến địa hình phức tạp Chìa khóa then chốt toán xây dựng chế định tuyến khắc phục hố mạng Đóng góp nghiên cứu đem lại giải pháp thực tiễn mang tính kinh tế cao, tiết kiệm chi phí ban đầu, chi phí bảo trì phát sinh Thiếu đóng góp này, mạng cảm biến làm việc hiệu mà thời gian sống ngắn, gây triển khai lại nhiều lần, tốn phí tiền thời gian Việt Nam nước chịu ảnh hưởng nặng nề từ tình trạng biến đổi khí hậu trái đất, thường xuyên hứng chịu điều kiện thời tiết cực đoan dạng thiên tai khác (như triều cường, giông bão, lũ đầu nguồn, ) Mặc dù sớm, khả sử dụng mang cảm biến không dây để theo dõi, giám sát vùng thiên tai xảy tiềm thấy trước Rất khó cho người trực tiếp lao vào khảo sát biến đổi vùng trải qua thiên tai, điều mà mạng cảm biến không dây thay vừa hiệu quả, vừa tránh mát tính mạng Các nghiên cứu hứa hẹn đưa giải pháp hiệu cho việc theo dõi biến đổi nhanh chóng hố mạng, điều mà ứng dụng vào để theo dõi giám sát vùng “hố thiên tai” thực tế Tất nhiện toán thách thức, biến đổi nhanh “hố thiên tai” phá hủy thiết bị liên lạc đường Tuy nhiên thuật toán định tuyến xấp xỉ thông minh khắc phục khó khăn Việc biết trước hướng phát triển “hố thiên tai” giúp người đưa phương án phòng tránh đối phó hiệu quả, làm giảm thiểu thiệt hại thiên tai gây Một giải pháp thông minh cho toán định tuyến mạng cảm biến không dây địa hình xấu, đặc biệt toán định tuyến khắc phục hố, cho phép nâng cao khả thích nghi mạng cảm biến không dây với địa hình đa dạng, phức tạp thực tế Đóng góp nghiên cứu tốt vấn đề điểm tựa then chốt giúp xây dựng giải pháp chung cho việc ứng dụng mạng cảm biến không dây đạt hiệu cao ứng dụng thực tế - 10 - 1.2 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU Mô hình hóa: Một phương châm nghiên cứu cố gắng tìm cách khái quát hóa mô hình hóa để đưa vấn đề phức tạp mô hình toán mà ta đưa phát biểu tường minh đặc tính mô hình yếu tố cần khảo sát Phương châm mô hình hóa dẫn đến bước tiến chiến lược Thứ nhất, từ bình diện quan tâm nghiên cứu rộng, xác định hướng nghiên cứu sâu cách đề xuất mô hình hố mạng với chủ đề nghiên cứu xoay quanh vấn đề định tuyến khắc phục hố, rút từ quan sát thực tế Thứ hai, đột phá phương pháp, tiếp tục mô hình hóa việc khảo sát hố mạng việc đưa hình học Euclide (các hố mạng đa giác, định tuyến xác định đường gấp khúc nối điểm cho trước mà tránh cắt đa giác hố) Nhờ sử dụng công cụ hình học Euclide vốn đầy đủ trực quan để khảo sát giải vấn đề Mô phỏng: Để đánh giá xác hiệu thực tế giải pháp kỹ thuật ta cần thông qua triển khai thử nghiệm thực tế Tuy nhiên việc thử nghiệm thực địa với tập hợp cảm biến số lượng lớn (có thể lên tới hàng nghìn) tốt kém, chưa kể việc nghiên cứu đòi hỏi thử nghiệm triển khai nhiều lần theo nhiều bố trí đa dạng với tham số hệ thống biến đổi; thực tế dẫn đến chi phí lớn, khiến cho giải pháp thực nghiệm thực tế khả thi Vì vậy, giải pháp thích hợp thực nghiệm thông qua mô hệ thống máy tính Phương pháp thực nghiệm mô trở nên phổ biến phát triển giới Nhiều hệ công cụ mô mạng mạnh xây dựng phổ biến giới Tuy nhiên việc áp dụng hệ công cụ vậy, thiết kế mang tính đa cho loại mạng, vào hình thức đặc thù có nhiều điểm riêng biệt (mạng không dây địa hình xấu, có hố mạng, kích thước lớn), vấn đề không đơn gian, chí thách thức chẳng việc tự tạo hệ thống mô riêng (nhưng qui mô nhỏ) Chúng đưa phương pháp mô riêng dựa hệ công cụ có sẵn, cần thêm nỗ lực mở rộng chức công phu để áp dụng hiệu Kỹ thuật phần mềm hệ thống: Phương pháp thực nghiệm xây dựng hệ thống mô chuyên dụng cho khảo sát định tuyến mạng không dây, với công cụ mạnh tạo kịch trực quan tự động, quản lý số nút mạng lớn với khả thiết lập theo vùng, cho phép thiết lập thuật toán định tuyến kiểu người sử dụng Để xây dựng hệ thống phần mềm chuyên dụng này, dựa vào hệ công cụ mạnh đa phổ biến NS2 Ý tưởng kiến trúc hệ thống xây dựng mô-đun hỗ trợ đa dạng để khai thác phần máy xử lý (engine) lõi thực mô truyền tin NS2 cung cấp Ở đây, áp dụng nhiều kỹ thuật phần mềm đa dạng để phát triển hệ thống chuyên dụng kiểu sở khai thác lõi tính toán hệ đa có sẵn 1.3 CÁC KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC – NỘI DUNG KỸ THUẬT CỦA BÁO CÁO Những kết công trình nghiên cứu sau: - 53 - Ý tưởng giải phát triển kỹ thuật định biên xấp xỉ, qua ước lượng hố nhiều “miếng phủ” hình đa giác rộng hơn, với kích cỡ tăng dần Thông tin thu lan truyền lưu trữ vùng lân cận hố Cơ sở tích lũy thông tin khiến cho việc cập nhật liên tục trở nên nhanh chóng tiết kiệm Sự sử dụng “miếng phủ” lớn hố thật giúp tránh ảnh hưởng nút biên hố chết đột ngột, bảo đảm tính liên tục thông suốt cho trình cập nhật thông tin biên hố (ii) Bài toán lan truyền lưu trữ thông tin biên hố mở rộng Bài toán đặt nhằm bổ trợ cho toán (i) Từ phân tích phần trên, dễ thấy thông tin biên hố phải lan truyền rộng vùng xung quanh, lưu trữ cách có chọn lọc, để sau sử dụng liên tục để cập nhật đường biên hố sau Yêu cầu cần thiết kế thuật toán đảm bảo chế lan truyền lưu trữ thật tiết kiệm, cho lượng tiêu phí ảnh hưởng không đáng kể đến thời gian sống cảm biến (iii) Bài toán định tuyến vượt hố thay đổi mở rộng Trong thực tiễn theo dõi giám sát vùng thiên tai, vấn đề xác định cập nhật liên tục đường biên hố ưu tiên số Tuy nhiên nhiều hoạt động khác giám sát khảo sát vùng thiên tai dựa vào việc thường xuyên thu thập báo cáo thông tin từ vùng mạng khác nhau, tức toán định tuyến xác định đường truyền có ý nghĩa then chốt Đương nhiên ta cần thuật toán định tuyến thích ứng tốt với điều kiện mạng động Rất may, với kết nghiên cứu dự kiên thu từ (i) (ii) nhiệm vụ (iii) trở thành khai thác sử dụng hợp lý từ kết Các phân tích ngắn gọn cho thấy tính khả thi giai đoạn nghiên cứu chúng tôi, dựa vào phương pháp luận sở kết nghiên cứu giai đoạn trước Chúng coi việc xây dựng thành công thuật toán xác định đường biên định tuyến vượt hố kiểu điều kiện mạng thay đổi liên tục chìa khóa toán thực tiễn thách thức phân tích - toán theo dõi giám sát vùng thiên tai qua sử dụng mạng cảm biên không dây Các kết nghiên cứu dự kiến kết hợp với công cụ mô trực quan tạo sở tiên mặt phương pháp để xây dựng giải pháp thực tế cho toán giám sát vùng thiên tai - 54 - KẾT LUẬN Nghiên cứu giao thức định tuyến mạng cảm biến không dây ứng dụng mặt lý thuyết mà có ý nghĩa quan trọng ứng dụng như: theo dõi môi trường, theo dõi thiên tai, giám sát chiến địa,… Trong công trình này, trình bày giao thức định tuyến địa lý, giao thức sử dụng phổ biến mạng cảm biến không dây, khái niệm “hố mạng” toán định tuyến vượt hố vấn đề định tuyến địa lý gặp phải kéo dài đường định tuyến cân tải xung quanh biên hố Một đặc thù mạng cảm biến không dây thường triển khai vùng địa hình phức tạp, vấn đề “hố mạng” thường xảy trở thành trở ngại lớn cho việc định tuyến Có nhiều thuật toán đề xuất nhằm giải toán định tuyến tránh hố, nhiên chưa có thuật toán giải triệt để vấn đề cân tải xung quanh biên hố, chưa có thuật toán giải đồng thời hai vấn đề khó định tuyến địa lý tránh hố trình bày Trong báo cáo đề xuất giao thức định tuyến sử dụng yếu tố ngẫu nhiên việc xây dựng “vùng cấm”, làm tăng tính cân tải cho mạng nhờ giải triệt để vấn đề cân tải quanh biên hố Mặt khác, giao thức định tuyến đảm bảo hệ số đường định tuyến không vượt số Chúng đưa cách thức biểu diễn “vùng cấm” với lượng thông tin số nhỏ, giảm chi phí quảng bá lưu giữ thông tin “vùng cấm” nút mạng Phân tích lý thuyết chứng minh giới hạn số hệ số đường thực nghiệm cho thấy tính hiệu giao thức đề xuất so với giao thức dựa nhiều tiêu chí đánh giá như: hệ số đường đi, lượng tiêu thụ, mức cân tải Các nghiên cứu cho phép tiết kiệm chi phí lượng cho việc xác định hố mà đưa phương thức xấp xỉ hố tối giản thông tin biên hố Hơn nữa, không xem xét hố cố định mà đưa giải pháp để theo dõi xuất hố thay đổi hố Việc giải toán theo dõi phát sinh hố xấp xỉ biên hố có ý nghĩa lớn lớp ứng dụng quan trọng mạng cảm biến không dây, là: theo dõi giám sát thiên tai, hỏa hoạn,… Đây hướng phát triển mang nhiều tiềm ứng dụng thực tế, đặc biệt Việt Nam Song song với đó, phát triển công cụ mô phân tích cho mạng cảm biến không dây, phục vụ cho công trình đóng góp cho cộng đồng nghiên cứu Với phần lõi mô sử dụng NS2 – mã nguồn mở đánh giá cao tính đắn – xây dựng công cụ chuyên dụng, phục vụ cho việc thực nghiệm giải thuật Khả phân tích kết trích xuất thông tin mạnh mẽ, với phương thức biên soạn kịch mô kết hợp viết mã thiết kế dạng đồ họa, cho phép người sử dụng làm việc với kịch lớn, mạnh công cụ Thư viện giải thuật định tuyến phát hành với công cụ, bao gồm nhiều giải thuật định tuyến dùng phổ biến nay, điểm mạnh công cụ xây dựng - 55 - TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] F Kuhn, R Wattenhofer, Y Zhan A Zollinger, “Geometric ad-hoc routing: of theory and practice,” PODC, pp 63-72, 2003 [2] T Issariyakul and E Hossain, Introduction to Network Simulator NS2, New York, NY 10013, USA: Springer Science+Business Media, LLC, 2009 [3] A Savvides, C C Han M B Strivastava, “Dynamic Finegrained Localization in Ad-hoc Networks of Sensors,” MOBICOM, 2001 [4] J Hightower G Boriello, “Location Systems for Ubiquitous Computing,” IEEE Computer, pp 55-667, 2001 [5] I F Akyildiz, W Su, Y Sankarasubramaniam and E Cayirci, "A Survey on Sensor Networks," IEEE Communications Magazine, vol 02, no 0163-6804, pp 102 - 114, August 2002 [6] Q Fang, J Gao and L J Guibas, "Locating and Bypassing Routing," in IFOCOM, 2004 [7] M Won, R Stoleru and H Wu, "Geographic routing with constant stretch in large scale sensor networks with holes," in WiMob, 2011 [8] G Tan, B Marin and A.-M Kermarrec, "Visibility-Graph-based Shortest-Path Geographic Routing in Sensor Networks," in Infocom, Rio de Janeiro, 2009 [9] Y Tian, "Energy-Efficient Data Dissemination Protocol for Detouring Routing Holes in Wireless Sensor Networks," in 67th IEEE Vehicular Technology Conference, VTC'08, 2008 [10] F Yu, "Efficient Hole Detour Scheme for Geographic Routing in Wireless Sensor Networks," in 67th IEEE Vehicular Tecnology Conference, VTC'08, 2008 [11] H Choo, M Choi, M Shon and D S Kim, "Efficient Hole Bypassing Routing Scheme Using Observer Packets for Geographic Routing in Wireless Sensor Netoworks," in Conf on Information Networking, ICONN'11, 2011 [12] Y Ko and N H Vaidya, "Location-Aided Routing (LAR) in Mobile ad," in MOBICOM, 1998 [13] B Karp and H T Kung, "GPSR: Greedy Perimeter Stateless Routing for Wireless Networks," in MOBICOM'00, 2000 [14] J Li, J Jannotti, D DeCouto, D Karger and R Morris, "A scallable ocation service for geographic ad-hoc routing," in ACM SIGMOBILE, Boston, USA, 2000 [15] F Li, B Zhang and J Zheng, "Geographic hole-bypassing forwarding protocol for wireless sensor networks," IET Commun, vol 5, no 6, pp 737-744, 2011 [16] ActiveState, "Tcl Developer Xchange," [Online] Available: http://www.tcl.tk/ - 56 - [Accessed 18 2014] [17] S Wilmet, “gedit,” Red Hat, 10 2014 [Trực https://wiki.gnome.org/Apps/Gedit [Đã truy cập 2014] tuyến] Available: [18] The Eclipse Foundation, "WindowBuilder - is a powerful and easy to use bidirectional Java GUI designer," The Eclipse Foundation, 2004 [Online] Available: https://www.eclipse.org/windowbuilder/ [Accessed 2004] [19] “Vim the editor,” sourceforge.net, [Trực tuyến] Available: http://www.vim.org/ [Đã truy cập 2014] [20] “Komodo IDE,” ActiveState, 2014 [Trực http://komodoide.com/komodo-edit/ [Đã truy cập 2014] tuyến] Available: [21] P.-J Wu, "NSG2," [Online] Available: https://sites.google.com/site/pengjungwu/nsg [Accessed 2014] [22] Z Ishak, N M Din M Z Jamaludiin, “IPQit: An Internet Simulation Kit based on NS2,” 2007 IEEE, International Conference on Telecommunications and Malaysia International Conference on Communications, 14-17 May 2007 [23] MathWorks, “Matlab the Laguage ò Technical Computing,” The MathWorks, Inc., [Trực tuyến] Available: http://www.mathworks.com/products/matlab/ [Đã truy cập 2014] [24] Micrsoft Corporation, “Excel,” Microsoft Corporation, [Trực tuyến] Available: http://office.microsoft.com/en-us/excel/ [Đã truy cập 2014] [25] C Bouras, S Charalambides, M Drakoulelis, G Kioumourtzis K Stamos, “A tool for automating network simulation and processing tracing data files,” Simulation Modelling Practice and Theory, tập 30, số 2013, pp 90-110, 2012 [26] N P Le, N T Hieu N K Van, “ELBAR: Efficient Load Balanced Routing Scheme for Wireless Sensor Networks with Holes,” international symposium on information and communication technology - SoICT, Ha Long, 2012 [27] N Phi-Le, N Duc-Trong and N Khanh-Van, "Load Balanced Routing with constant Stretch for Wireless Sensor Network with Holes," in IEEE Ninth International Conference on Intelligent Sensors, Sensor Networks and Information Processing (ISSNIP), Singapore, 2014 [28] G Tan, M Bertier and A.-M Kermarrec, "Visibility-Graph-based Shortest-Path Geographic Routing in Sensor Networks," in INFOCOM 2009, IEEE, Rio de Janeiro, 2009 [29] V Shnayder, M Hampstead, B.-r Chen, G W Allen and M Welsh, "Simulating the power consumption of large-scale sensor network applications," in SenSys '04 Proceedings of the 2nd international conference on Embedded networked sensor systems, New Your, NY, USA, 2004 [30] E W Dijkstra, "A note on two problems in connexion with graphs," Numerische - 57 - Mathematik, vol 1, pp 269-271, 1959 [31] N Phi-Le, N Duc-Trong and N Khanh-Van, "Load Balanced Routing with Constant Stretch for Wireless Sensor Network with Holes," in IEEE Ninth International Conference on Intelligent Sensors, Sensor Networks and Information Processing (ISSNIP), Singapore, April, 2014 [32] L P Nguyen, H T Nguyen and Q T Bui, "Efficient Approximation of Routing Holes in Wireless Sensor Networks," in international symposium on information and communication technology, Ha Noi, 2011 [33] L P Nguyen and V K Nguyen, "Hole Approximation-Dissemination Scheme for Bounded-Stretch Routing in Sensor Networks," in The 10th IEEE International Conference on Distributed Computing in Sensor Systems, California, USA, 2014 [34] T Buchheim, "Nam: Network Animator," July 2002 [Online] Available: http://www.isi.edu/nsnam/nam [Accessed 2014] [35] OMNet++ Community, “OMNeT++,” OMNeT++ Community, [Trực tuyến] Available: http://www.omnetpp.org/ [Đã truy cập 2014] [36] L Bajaj, M Takai, R Ahuja, K Tang, R Bagrodia M Gerla, “GloMoSim: A Scalable Network Simulation Environment,” University of California, Los Angeles, Los Angeles - 58 - PHỤC LỤC – HÌNH ẢNH BỘ CÔNG CỤ MÔ PHỎNG VÀ PHÂN TÍCH CHỨC NĂNG SOẠN THẢO KỊCH BẢN Hình 23: Biên soạn kịch dạng văn Hình 24: Thiết kế mạng dạng đồ họa - 59 - Hình 25: Thiết lập thông số Hình 26: Thiết lập tham số cho giao thức định tuyến chọn – GOAL - 60 - Hình 27: Tự động sinh nút mạng theo lưới Hình 28: Kiểm tra kết nối nút mạng - 61 - Hình 29: Quản lý nút mạng theo vùng Hình 30: Đồ thị Delaunay - 62 - Hình 31: Đồ Voironoi - 63 - CHỨC NĂNG TÁI HIỆN VÀ PHÂN TÍCH HOẠT ĐỘNG CỦA MẠNG Hình 32: Tái hoạt động truyền tin theo thời gian Hình 33: Quan sát trạng thái lượng theo vùng màu - 64 - Hình 34: Theo dõi trình truyền tin hai vùng Hình 35: Phân tích hiệu suất truyền tin - 65 - Hình 36:Theo dõi lượng nút mạng Hình 37: Theo dõi lượng theo vùng - 66 - Hình 38: Theo dõi lượng toàn mạng - 67 - PHỤ LỤC – BÀI BÁO “LOAD BALANCED ROUTING WITH CONSTANT STRETCH FOR WIRELESS SENSOR NETWORK WITH HOLES” Một kết quan trọng hướng nghiên cứu trình bày báo “Load Balanced Routing with Constant Stretch for Wireless Sensor Network with Holes”, hội nghị IEEE International Conference on Intelligent Sensors, Sensor Networks and Information lần thứ 9, diễn Singapore Chúng tự hoài giới thiệu báo nhận Vinh danh báo tốt – Best Paper Award – hội nghị Chúng gửi kèm với báo cáo nội dung báo [...]... cận sử dụng thông tin địa lý này hoạt động tốt với mạng cảm biến không dây được bố trí tương đối dày đặc, khi đó có thể đạt được đường định tuyến tối ưu và gần tối ưu Với các địa hình xấu, hướng tiếp cận sử dụng thông tin địa lý phải đối mặt với bài toán định tuyến vượt hố Trong đó hố được định nghĩa là những vùng không tồn tại nút mạng cảm biến còn khả năng hoạt động [5] [6] Tồn tại hố trong mạng cảm. .. diễn biến của các sự kiện − Sự xuất hiện của hố mạng sẽ gây khó khăn cho việc định tuyến vì vùng trong hố mạng là vùng không thể tham gia vào quá trình truyền các gói tin Vì vậy, việc phát hiện hố mạng, xác định hình dạng hố mạng đóng vai trò quan trọng trong việc tối ưu hóa các thuật toán định tuyến Từ những phân tích trên đây, các nghiên cứu về hố mạng có một ý nghĩa rất lớn trong mạng cảm biến không. .. trữ và cho phép dễ dàng truyền tải rộng trong mạng Tuy vậy, việc sử dụng một hình cố định để biểu diễn hố vẫn không giải quyết triệt để vấn đề mất câng bằng tải Khi tất cả các nút mạng sử dụng chung hình xấp xỉ để định tuyến, vô hình chung, hình xấp xỉ này giống như một hố mạng lớn hơn, các nút mạng trong khu vực biên của hình xấp xỉ phải chịu tải cao hơn so với các nút thông thường trong mạng M Choi... mới với tiền năng ứng dụng mạnh mẽ trong việc phát hiện, cảnh báo và theo dõi thiên tai - 14 - 2 BÀI TOÁN ĐỊNH TUYẾN CHO MẠNG CẢM BIẾN KHÔNG DÂY Cùng với việc có nhiều ứng dụng mạnh mẽ trong thực tiễn, mạng cảm biến không dây cũng là một lĩnh vực thu hút nhiều sự quan tâm của các nhà khoa học Một trong các chủ đề nghiên cứu chính là các giao thức định tuyến Mạng cảm biến không dây có các đặc thù rất... hay mạng cảm biến không dây cảnh báo cháy rừng được triển khai trong các cánh rừng rộng lớn… Đó là khó khăn rất lớn trong việc thử nghiệm và theo dõi hoạt động của mạng cảm biến không dây trong thực tế Để có thể khảo sát trên thực địa, sẽ đòi hỏi phải có số lượng cảm biết thí nghiệm lớn, nhân lực phục vụ, chi phí lớn cho việc thu hồi cảm biến Bên cạnh đó, yếu tố kỹ thuật của cảm biến và mạng cảm biến. .. trong thực tế Khó khăn này xuất phát từ việc mạng cảm biến không dây thường được triển khai trên các địa bàn phức tạp và mang nhiều đặc thù riêng cho từng ứng dụng của mạng cảm biến không dây Ví dụ, mạng cảm biến được ứng dụng trong nông nghiệp để theo dõi thời tiết, được triển khai trên địa hình đồng ruộng, còn các mạng cảm biến không dây được ứng dụng trong việc theo dõi núi lửa lại được triển khai... nhất làm đường tròn nội tiếp nên đường định tuyến của các gói tin vẫn đi qua khu vực biên đường tròn này với mật độ lớn hơn so với các khu vực khác Trong nghiên cứu này, chúng tôi đề xuất một thuật toán định tuyến vượt hố mới trong mạng không dây, trong đó sử dụng yếu tố ngẫu nhiên làm tăng tính cấn băng trọng mạng Sau khi xác định được hố, nút mạng sẽ xấp xỉ hố thành một đường tròn – gọi là đường... THỨC ĐỊNH TUYẾN Các giao thức định tuyến được sử dụng trong NS2 vô cùng phong phú Từ các giao thức định tuyến địa lý đến các giao thức định tuyến phi địa lý, từ các giao thức định tuyến theo cấu trúc tầng lớp đến các giao thức định tuyến theo cấu trúc phẳng,… Tuy nhiên số lượng các giao thức định tuyến được cài đặt sẵn trong NS2 lại vô cũng hạn chế và không có những giao thức đặc trưng của mạng cảm biến. .. cảm biến không dây có thể do nguyên nhân khách quan như: địa hình xấu, có chướng ngại vật, sông hồ, miệng núi lửa… Hoặc do nguyên nhân chủ quan như: bố trí nút mạng không tốt để trống vùng không có nút mạng; Sử dụng thuật toán định tuyến không tốt làm nút mạng ở một số vùng chịu tải cao, dẫn tới nhanh chóng cạn kiệt năng lượng và không còn khả năng hoạt động Sự tồn tại của hố trong mạng cảm biến không. .. hiệu, chuyên dùng để mô phỏng định tuyến địa lý trên mạng cảm biến không dây với địa hình xấu (có hố mạng lớn) Do điều kiện thực tế, các hoạt động nghiên cứu trên đối tượng mạng cảm biến không dây còn gặp rất nhiều khó khăn Một trong những khó khăn lớn nhất là thực nghiệm và áp dụng thử các giải thuật mới Khó khăn này xuất phát từ việc mạng cảm biến không dây thường có số nút mạng lớn và triển khai trên ...-2- CÂN BẰNG TẢI TRONG ĐỊNH TUYẾN VƯỢT HỐ CHO MẠNG CẢM BIẾN KHÔNG DÂY SỬ DỤNG YẾU TỐ NGẪU NHIÊN Thuộc nhóm ngành khoa học: Kỹ thuật Công nghệ (KT3)... biến sử dụng kết nối không dây gọi cảm biến không dây Mạng cảm biến không dây mạng thiết lập kết nối không dây nút mạng mang thiết bị cảm biến Với phát triển nhanh kỹ thuật vi xử lý, giá thành cảm. .. hướng tiếp cận sử dụng thông tin địa lý phải đối mặt với toán định tuyến vượt hố Trong hố định nghĩa vùng không tồn nút mạng cảm biến khả hoạt động [5] [6] Tồn hố mạng cảm biến không dây nguyên