Phát triển thuật toán tiến hóa giải một số bài toán tối ưu trong mạng không dây

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN Nguyễn Gia Như PHÁT TRIỂN THUẬT TOÁN TIẾN HÓA GIẢI MỘT SỐ BÀI TOÁN TỐI ƯU TRONG MẠNG KHÔNG DÂY LUẬN ÁN TIẾN SỸ TOÁN HỌC Hà Nội - 2015 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN Nguyễn Gia Như PHÁT TRIỂN THUẬT TOÁN TIẾN HÓA GIẢI MỘT SỐ BÀI TOÁN TỐI ƯU TRONG MẠNG KHÔNG DÂY Chuyên 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 ———————————— Lời cam đoan Tôi xin cam đoan luận án "Phát triển thuật toán tiến hóa giải số toán tối ưu mạng không dây" công trình nghiên cứu riêng Các số liệu, kết trình bày luận án hoàn toàn trung thực chưa công bố công trình khác Tác giả: Hà Nội: i 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 Tôi xin gửi lời cám ơn đến Thầy, Cô Bộ môn Tin học, Khoa ToánCơ-Tin học giúp đỡ đề xuất, trao đổi nghiên cứu hữu ích cho luận án Xin cảm ơn Thầy, Cô anh chị em góp ý, cổ vũ động viên sát cánh bên suốt trình thực luận án Tôi 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 trình thực luận án Tôi 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 hoàn thành luận án Cuối cùng, xin bày tỏ lòng biết ơn gia đình người thân động viên, hỗ trợ suốt thời gian học tập thực luận án ii 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 toán tiến hóa 1.3.1 Thuật toán di truyền 1.3.2 Thuật toán tối ưu hóa đàn kiến 1.3.3 Thuật toán 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 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 Mô hình hóa phát biểu toán 2.1.1.1 Kiến trúc hệ thống 2.1.1.2 Mô hình truyền thông 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 toán thông 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 Quá trình tiến hóa 2.1.2.5 Quá trình dừng 2.1.2.6 Mô tả thuật toán 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 thông sử dụng thuật toán PSO 2.2.3.1 Mã hóa giải mã 2.2.3.2 Mô tả thuật toán 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 Mô 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 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 Mô tả thuật toán 3.1.4 mô đánh giá Mô hình thực nghiệm thiết lập tham số cho thuật toán 3.1.4.2 Phân tích, đánh giá thuật toán 3.1.4.3 Áp dụng thử nghiệm thành phố Đà Nẵng Tối ưu truy cập tập trung mạng không dây 3.2.1 Mô 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 Mô tả thuật toán 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 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 toán 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 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 Danh mục bảng 2.1 2.2 2.3 2.6 2.7 2.8 Tính toán 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 toán 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 toán 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 toán truy cập tập trung Thông 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 53 62 62 63 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: Hòa Vang, Hoàng 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 mô 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 quân 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 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 mô tả Hình 3.7 Mạng truy nhập không 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 không dây 94 3.2.1 Mô hình hóa phát biểu toán Để mô hình toán 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 Mô 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: Mô hình mạng truy cập không 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 Hình 3.9: Mô hình mạng truy cập không 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, 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 không 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 (3.13) 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, dòng 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 không 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 =     Nếu Sj sử dụng tức N xij > i=1 (3.17) N    Nếu Sj không sử dụng tức xij = i=1 Hàm mục toán tối thiết chi phí kết nối mô tả sau: N M M (cij ×xij )+ Z = i=1 j =0 M (fj ×yj )+ j =0 (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 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 mô 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 mô 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, toán khó phức tạp nên nghiên cứu tập trung theo hướng sử dụng thuật toán heuristic để giải Các thuật toán 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 toán 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 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 toán 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, 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 Mô tả thuật toán Thuật toán PSO cho toán tối ưu truy cập tập trung mô 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 [...]... phân; End Sau khi chuẩn hóa, mỗi cá thể sẽ có tổng các phần tử trong dòng i của ma trận bằng 1 (i = 1, 2, , N ) và tổng các phần tử trong cột j của ma trận k phải nhỏ hơn hoặc bằng để Pj Hàm mục tiêu được tính theo (3.19) 3.2.3.2 Mô tả thuật toán Thuật toán PSO cho bài toán tối ưu truy cập tập trung được mô tả như sau: Thuật toán 3.8 PSO tối ưu truy cập tập trung trong mạng không dây Begin For each nhóm... lớn phụ thuộc rất nhiều vào tính mềm dẻo và linh động của các nhóm làm việc Hình 3.7: Kiến trúc mạng truy cập không dây 94 3.2.1 Mô hình hóa và phát biểu bài toán Để mô hình bài toán tối ưu truy cập mạng không dây tập trung, chúng ta định nghĩa các ký hiệu sau: Bảng 3.8: Định nghĩa các ký hiệu dùng trong bài toán truy cập tập trung Ký hiệu Ý nghĩa T1 , T2 , , TN S1 , S2 , , SM C = (cij )N ×M +1 F = (f0... các nghiên cứu đều tập trung theo hướng sử dụng các thuật toán heuristic để giải quyết Các thuật toán tiêu biểu có thể kể đến là: - Thuật toán Exhaustive search sinh ra tất cả các ma trận kết nối có thể và kiểm tra tìm ra ma trận kết nối với chi phí tối thiểu được đề xuất trong [21] - Thuật toán Heuristic sử dụng tư tưởng greedy để tìm kết nối tối ưu sau mỗi vòng lặp với việc sử dụng các MSC gần nhất... dụng các MSC gần nhất còn đủ dung lượng để đáp ứng các yêu cầu của BTS được đề xuất trong [5, 23, 38, 42] - Thuật toán ngẫu nhiên để lựa chọn các trạm BTS trong mỗi vùng phủ sóng của Raisane [56] 98 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 trong thuật toán PSO được mã hóa bằng ma trận x = (xij )N ×(M +1) , (i = 1 N , j = 0 M ) với qui ước xij = 1 có nghĩa... động với tổng đài truy cập tập trung (local exchanges-LE) trong mạng PSTN [27, 50] Kiến trúc mạng truy cập được mô tả như Hình 3.7 Mạng truy nhập không dây có rất nhiều ích lợi và ưu điểm khi xét trên nhiều góc độ Đối với người sử dụng, lợi ích chính của mạng này là dễ sử dụng và ưu thế về tính di động Ưu thế này được thể hiện khá rõ trong một số ứng dụng Ngày nay, chất lượng làm việc của các công ty... với các MSC được sử dụng Trong đó, X T là ma trận, Y T là vectơ chuyển vị và sumdiag(A) là hàm tính tổng các thành phần trong ma trận A 97 Bài toán tối ưu truy cập tập trung trong mạng được phát biểu như sau: Tìm ma trận X và vectơ Y sao cho tối thiểu chi phí kết nối Z [41] Z = sumdiag(C ×X T )+F ×Y T +B ×Y T → min (3.19) Thỏa mãn ràng buộc: X ×E = E (3.20) E T ×X ≤ P (3.21) Trong đó: - Ràng buộc (3.20)... độ 13 thuê bao/100 dân (trong đó 66% là thuê bao băng rộng); 100% xã có Internet; số lượng máy tính trong cộng đồng là 0,38 máy tính/hộ; đối với doanh nghiệp tỷ lệ kết nối Internet đạt 78% (không kể doanh nghiệp tư nhân), số lượng máy tính bình quân 12,5 máy/doanh nghiệp, trong đó 47% kết nối mạng cục bộ Với sự phát triển về hạng tầng di động trên, chúng tôi đã áp dụng thuật toán trên để đưa ra các... 25 30 25 35 40 Số BSC thiết lập 5 3 3 2 2 4 5 R (km/trạm) 0,31 0,38 0,32 1,17 1,58 1,86 1,23 Tối ưu truy cập tập trung trong mạng không dây Mạng truy cập trong kiến trúc hệ thống di động tế bào gồm 4 tầng tương tác: tương tác giữa các trạm di động (mobile station-MS) hay tập các người dùng đến các trạm thu phát sóng cơ sở (base transceiver stations-BTS), tương tác giữa các trạm thu phát sóng cơ sở...   (3.14) trong đó, thành phần xij (i = 1 N , j = 0 M ) được xác định như sau: xij = 1 Nếu BTS Ti được kết nối đến MSC Sj 0 Ngược lại (3.15) Chú ý rằng, một trạm BTS có thể kết nối đến một trong M MSC hoặc kết nối trực tiếp đến LE Do đó, trên mỗi dòng của ma trận X sẽ có một và chỉ một giá trị bằng 1 Hơn nữa, số lượng số 1 trong cột j thể hiện số BTS được kết nối đến MSC Sj Vì vậy, nếu trong ma trận... cập tập trung hình cây Tức một trạm LE sẽ được sử dụng để điều khiển tập các MSC, mỗi một MSC sẽ điều khiển truy cập một tập các BTS Cuối cùng, mỗi BTS sẽ cung cấp các kết nối đến một nhóm các trạm di động MS thông qua các kết nối không dây Đây là kiến trúc rất quan trọng, hiện đang thu hút được rất nhiều nghiên cứu với các công bố trong [32, 36, 46] Tuy nhiên, đây là một bài toán khó và phức tạp nên