ĐỊNH TUYẾN TRONG MẠNG CẢM BIẾN KHÔNG DÂY VÀ GIAO THỨC LEACH

HỌC VIỆN CƠNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THƠNG KHOA VIỄN THÔNG I CHUYÊN ĐỀ ĐỀ TÀI: ĐỊNH TUYẾN TRONG MẠNG CẢM BIẾN KHƠNG DÂY VÀ GIAO THỨC LEACH NHĨM MƠN HỌC: NHÓM 05 Giảng viên: H.T.Minh Sinh viên: Đỗ Tường Lân - B17DCVT208 Trần Văn Cường - B17DCVT046 Phùng Minh Hiếu - B17DCVT134 LỜI NĨI ĐẦU Mạng cảm biến khơng dây – Wireless Sensor Network (WSN) phần quan trọng hạ tầng mạng truyền thông IoT ứng dụng rộng rãi hầu hết lĩnh vực như: y tế, giáo dục, quân Mạng cảm biến khơng dây có khả cung cấp tảng để thu thập truyền tải thông tin đến trung tâm xử lý tín hiệu Đa số mơ hình mạng nút cảm biến bị giới hạn khả truyền dẫn khả cung cấp lượng để trì cho hoạt động Do vậy, vấn đề lượng hay hiệu sử dụng mạng cảm biến nhận nhiều quan tâm nhà nghiên cứu giới Hiện nhà nghiên cứu đã đề xuất nhiều giải pháp tối ưu lượng mạng cảm biến nhằm mục đích kéo dài tuổi thọ mạng thông qua kĩ thuật khác cân tải, phân cụm, định tuyến…Trong cách tiếp cận phương pháp định tuyến phương pháp tốt để cải thiện hiệu mạng cảm biến không dây tiểu luận nhóm em trình bày kiểu giao thức định tuyến mạng cảm biến không dây giao thức định tuyến LEACH biến thể Bố cục tiểu luận gồm chương: Chương 1: Giới thiệu tổng quan mạng cảm biến không dây Chương 2: Các giao thức định tuyến mạng cảm biến không dây Chương 3: Giao thức LEACH mô Bằng cố gắng nỗ lực nhóm em hồn thành xong tiểu luận nhóm Do có hạn chế mặt thời gian mức độ hiểu biết thân nên tránh khỏi thiếu sót q trình nghiên cứu Vì thế, nhóm em mong nhận lời góp ý bảo thêm thầy cô bạn để em có thêm kiến thức phục vụ cho học tập công việc sau Chuyên đề i MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU i LỜI CẢM ƠN ii MỤC LỤC iii DANH MỤC HÌNH VẼ v DANH MỤC BẢNG BIỂU vi THUẬT NGỮ VIẾT TẮT .vii BẢNG KÍ HIỆU viii CHƯƠNG I: TỔNG QUAN MẠNG CẢM BIẾN KHÔNG DÂY 1.1 Giới thiệu mạng cảm biến không dây 1.1.1 Cấu trúc mạng cảm biến .2 1.1.2 Cấu trúc nút cảm biến 1.1.3 Kiến trúc giao thức truyền thông mạng cảm biến không dây 1.1.4 Các đặc điểm mạng cảm biến .9 1.1.5 Các vấn đề thiết kế mạng cảm biến 10 1.2 Ứng dụng mạng cảm biến thực tế 13 1.2.1 Trong quân 13 1.2.2 Trong y học 14 1.2.3 Trong gia đình 14 1.2.4 Trong thành phố thông minh 15 1.3 Một số vấn đề bảo mật mạng cảm biến .16 1.4 Kết luận chương 18 CHƯƠNG 2: CÁC GIAO THỨC ĐỊNH TUYẾN TRONG MẠNG CẢM BIẾN KHÔNG DÂY 20 2.1 Thách thức định tuyến mạng cảm biến không dây 20 2.2 Phân loại giao thức định tuyến mạng cảm biến 22 2.3 Giao thức định tuyến dựa dạng phẳng .27 2.3.1 Giao thức cảm biến thông tin qua đàm phán 27 2.3.2 Khuếch tán trực tiếp 30 2.3.3 Định tuyến nhận biết lượng 30 2.4 Giao thức định tuyến dựa phân cấp 37 2.4.1 Giao thức phân cụm thích ứng lượng thấp .27 Chuyên đề iii 2.4.2 Giao thức phân cụm thích ứng phân phối hiệu lượng 27 2.4.3 Giao thức hiệu lượng nhạy cảm ngưỡng 27 2.5 Giao thức định tuyến dựa vị trí 37 2.5.1 Giao thức nhận biết lượng vị trí địa lý 27 2.5.2 Độ tin cậy thích ứng địa lý .27 2.6 Kết luận chương 37 CHƯƠNG 3: PHÂN TÍCH GIAO THỨC PHÂN CỤM THÍCH ỨNG NĂNG LƯỢNG THẤP VÀ MÔ PHỎNG 38 3.1 Giới thiệu 38 3.2 Giải thuật giao thức LEACH 44 3.2.1 Xác định nút Cluster-Head .27 3.2.2 Giai đoạn thiết lập 27 3.2.3 Giai đoạn trạng thái ổn định .27 3.3 Ưu điểm nhược điểm 48 3.4 Các phiên mở rộng LEACH 48 3.5 Mô đánh giá kết 48 3.5.1 Giả thiết mô 27 3.5.2 Kết mô 27 3.5.3 Đánh giá kết .27 3.6 Kết luận chương 53 KẾT LUẬN 54 TÀI LIỆU THAM KHẢO .55 Chuyên đề iv DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1: Mơ hình phổ biến mạng WSN Hình 2: Kiểu mạng hình Hình 3: Kiểu mạng hình lưới .4 Hình 4: Mơ hình mạng hình hình lưới kết hợp Hình 5: Cấu trúc thông dụng nút cảm biến Hình 6: Sơ đồ chức nút cảm biến Hình 7: Mơ hình chồng giao thức mạng cảm biến Hình 8: Mơ hình nhà thơng minh .15 Hình 9: Mơ hình thành phố thông minh 16 Hình 1: Phân bố nút cảm biến Error: Reference source not found Hình 2: Phân bố nút cảm biến Error: Reference source not found Hình 3: Mơ hình truyền thơng đa bước Error: Reference source not found Hình 4: Mơ hình phân cụm giao thức LEACH Error: Reference source not found Hình 5: Các tham số đầu vào (a) Mức lượng; (b) Khoảng cách đến nút gốc; (c) fuzzy fitness1 .Error: Reference source not found Hình 6: Các tham số đầu vào (a) Mật độ lân cận; (b) Chi phí lân cận; (c) Tham số đầu fuzzy fitness2 Error: Reference source not found Hình 1: So sánh logic mờ logic truyền thống 39 Hình 2: Biểu diễn đồ thị tập mờ tập thường 41 Hình 3: Mơ hình hệ thống suy luận mờ FIS tổng quát .43 Hình 4: Các tham số đầu vào (a) Mức lượng; (b) Khoảng cách đến nút gốc; (c) fuzzy fitness1 45 Hình 5: Mơ hình mở rộng theo bước nhảy Fibonacci 47 Hình 6: (a) BS nằm biên; (b) BS nằm trung tâm 50 Hình 7: So sánh trạm gốc nằm biên 51 Hình 8: So sánh trạm gốc nằm trung tâm 51 Hình 9: Biểu đồ so sánh kết vòng đời mạng: (a) So sánh FND; (b) So sánh HND; (c) So sánh AND .52 Chuyên đề v DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1: Cấu hình nút SmartDust 17 Bảng 1: Quy tắc ánh xạ suy luận mờ cluster radius Error: Reference source not found Bảng 2: So sánh hiệu thuật toán DFCR so với thuật toán khác .Error: Reference source not found Bảng 1: Quy tắc ánh xạ “if-then” cho tính tốn fuzzy fitness1 42 Bảng 2: Bảng thơng số tham số cấu hình cho mạng 45 Chuyên đề vi THUẬT NGỮ VIẾT TẮT WSN IoT SF MM SM ADC SN CH BS Wireless Sensor Network Internet of Things Sensor Field Multihop Model Single Model Analog to Digital Converter Sensor Node Cluster Head Base Station Carrier Sense Multiple Access/ CSMA/CA Collision Avoid TDMA Time Division Multiple Access MSB BC PHY MAC ACK Messeage Senses Broadcast Busy Channel Physical Layer Medium Access Control Acknowlegment Low Energy Adaptive Clustering Hierachy protocol Distributive Energy Efficient Adaptive Clustering protocol Distributed Fuzzy approach to unequal Clustering and Routing algorithm Fuzzy Set Membership Function Iderntify First Node Die Half Node Die All Node Die Self Organizing Map Fuzzy Inference System Fuzzy Logic Time Slot LEACH DEEAC DFCR FZ MF ID FND HND AND SOM FIS FL TS Chuyên đề Mạng cảm biến không dây Vạn vật kết nối Internet Trường cảm biến Mơ hình đa bước Mơ hình đơn bước Bộ chuyển đổi tương tự sang số Nút cảm biến Chủ cụm Trạm gốc Đa truy nhập cảm nhận sóng mang tránh xung đột Đa truy nhập phân chia theo thời gian Bản tin cảm nhận quảng bá Kênh bận Lớp vật lý Lớp điều khiển truy nhập Bản tin ACK phản hồi Giao thức phân cấp theo cụm thích ứng lượng thấp Giao thức phân cụm thích ứng phân phối hiệu lượng Thuật toán tiếp cận mờ phân tán cho phân cụm định tuyến Tập hợp mờ Hàm thành viên Định danh Nút hết lượng Một nửa số nút hết lượng Toàn mạng hết lượng Đồ thị tự tổ chức Hệ thống suy luận mờ Logic mờ Khe thời gian vii BẢNG KÍ HIỆU d0 Khoảng cách truyền dẫn tối đa nút Einitial Năng lượng khởi tạo nút ETX Năng lượng tiêu thụ truyền Er Năng lượng tiêu thụ nhận Eelec Năng lượng truyền 1-bit data ERe Năng lượng dư sau vịng Eavg Năng lượng trung bình vịng truyền dẫn Tc Thời gian chờ tối đa bầu chủ cụm Td BS Dist L dBS N A RS p RCH r R f(n) Cost Dp Nused Nalloc fs Thời gian trễ mf Hệ số khuếch đại đa đường Trạm gốc Khoảng cách nút cảm biến Mức lượng Khoảng cách từ nút chủ cụm đến trạm gốc Số lượng nút cảm ứng phân bố mạng cảm biến Kích thước mạng Phạm vi truyền Tỷ lệ số cụm chủ mạng Bán kín truyền tin nút chủ cụm Số vòng Số lượng vịng tối đa Hàm Fibonacci Chi phí truyền thơng hai nút cảm biến Kích thước gói tin Số lượng khe TDMA sử dụng Số lượng khe TDMA phân bổ Hệ số khuếch đại không gian tự Trần Như Đức – D16CQVT08-B viii Chuyên đề Chương I: Tổng Quan Mạng Cảm Biến Không Dây CHƯƠNG I: TỔNG QUAN MẠNG CẢM BIẾN KHÔNG DÂY 1.1 Giới thiệu mạng cảm biến không dây Mạng cảm biến không dây (WSN) mạng bao gồm tập nút cảm biến sử dụng liên kết không dây (vô tuyến, hồng ngoại, quang học…) có kích thước nhỏ nhẹ, có nhiệm vụ thu thập liệu mà khả thực người bị hạn chế Các nút cảm biến có nhiệm vụ cảm nhận tham số vật lý từ môi trường như: nhiệt độ, độ ẩm, tham số độ ô nhiễm môi trường ô nhiễm khơng khí sau thực việc chuyển liệu đến nút gốc để phân tích xử lý liệu Nút gốc phần tử trung gian giúp người nhận liệu mong muốn thông qua việc truy vấn mà nút gốc thu từ mạng cảm biến Với mạng cảm biến triển khai địa hình chí đến địa hình khó khăn hiểm trở khắc nghiệt Mạng cảm biến thường bao gồm số lượng lớn nút cảm biến chúng truyền thông, giao tiếp với thơng qua tín hiệu vơ tuyến Mỗi nút trang bị đầu đo với vi xử lý thiết bị vô tuyến nhỏ gọn tạo nên thiết bị cảm biến khơng dây có kích thước nhỏ, tiết kiệm khơng gian chi phí Các nút cảm biến hoạt động môi trường dày đặc với tốc độ xử lý cao Ngày nay, công nghệ ngày phát triển mạng cảm biến không dây dần trở nên quan trọng ứng dụng nhiều lĩnh vực khác nghiên cứu vi sinh vật biển, giám sát việc chuyên chở chất gây ô nhiễm, kiểm tra giám sát hệ sinh thái môi trường sinh vật phức tạp, điều khiển giám sát công nghiệp lĩnh vực quân sự, an ninh quốc phòng hay ứng dụng đời sống hàng ngày Mạng cảm biến không dây cho phép triển khai với ứng dụng phù hợp với phát triển thiết bị đại yêu cầu giao thức đơn giản nút cịn hạn chế lực Do yêu cầu độ phức tạp thấp mức lượng tiêu thụ thấp nên cần phải đưa cân khả truyền liệu khả xử lý liệu Điều thúc đẩy nỗ lực lớn hoạt động nghiên cứu, quy trình chuẩn hóa đầu tư cơng nghiệp vào lĩnh vực kể từ thập kỉ trước Hiện tại, hầu hết nghiên cứu mạng WSN tập trung vào việc thiết kế thuật toán giao thức để tạo hiệu lượng Nhóm 13 Chuyên đề Chương I: Tổng Quan Mạng Cảm Biến Khơng Dây tính tốn cịn phần mềm ứng dụng giới hạn chức xoay quanh việc giám sát thông báo 1.1.1 Cấu trúc mạng cảm biến Để phù hợp với chức sử dụng mang cảm biến cấu tạo đơn giản Những thành phần để cấu tạo lên mạng cảm biến đề cập hình 1.1 Với mục đích sử dụng khác người sử dụng thêm số thiết bị an ninh để đảm bảo mục đích bảo mật Hình 1: Mơ hình phổ biến mạng WSN Các nút cảm biến triển khai trường cảm biến dày đặc, mật độ cao Mỗi nút cảm biến phát tán mạng có khả thu thập thông số liệu, định tuyến số liệu trạm gốc để chuyển tới người dùng định tuyến tin mang theo yêu cầu từ nút gốc đến nút cảm biến Số liệu định tuyến phía thu nhận hay gọi nút gốc theo cấu trúc đa liên kết khơng có sở hạ tầng tảng, tức khơng có trạm thu phát gốc hay trung tâm điều khiển cố định Bộ thu nhận liên lạc trực tiếp với trạm điều hành người dùng gián tiếp thông qua Internet hay vệ tinh Cấu trúc mạng cảm biến bao gồm nhiều mơ hình truyền thơng khơng dây khác Dưới số kiểu mạng áp dụng cho mạng cảm biến: a) Mạng hình Mạng hình kiểu mạng truyền thơng mà nút gốc gửi nhận tin để điều khiển số nút cảm biến Mỗi kênh truyền thực trao đổi liệu nút cảm biến nút gốc không phép gửi tin cho nút khác Ưu điểm kiểu mạng tính đơn giản, có khả giữ lượng tiêu thụ từ xa nút mở mức tối thiểu Nó cho phép Nhóm 13 Đồ Án Tốt Nghiệp Đại Học Chương III: Nghiên Cứu Sự Kết Hợp Logic Mờ…Cụm nhận tin CH_ADVERTISE từ nhiều CH, chọn CH số chúng dựa chi phí Hàm chi phí CH_Cost(Sj, CHi) xác định sau: CH Cost (S j , CH i)= Dist ( S j , CH i) × Dist BS (CH i) Energy res (CH i) (3.9) Nút Sj tính tốn chi phí cho nút CH_candidate chọn nút có min{CH_Cost(Sj, CHi)} để làm CH Như vậy, trình tạo cụm mạng cảm biến không dây đa bước sử dụng mơ hình kết hợp fuzzy-fibonacci hồn thành Q trình định tuyến nút chủ cụm sử dụng thuật toán DFCR [11] Thuật toán 3.1 tóm tắt q trình phân cụm hình thành cụm mơ hình Fuzzy-Fibonacci: Thuật tốn 3.1: Thuật toán phân cụm Fuzzy-Fibonacci Thuật toán phân cụm Đầu vào: Ngẫu nhiên 100 nút cảm biến Đầu ra: Mạng cảm biến khơng dây hình thành cụm For each node Si     Compute delay (Td(Si)) using Equation 3.5 End For For each node Si     If (Td(Si) == 0), ie, Delay time expires then         Si become CH and calculate cluster radius using fibonacci algorithm and broadcasts          CH_ADVERTISE message within cluster radius     End If     If Sj receives CH_ADVERTISE message from Si then 10         Sj update Si in Candidate(Sj) = [Si] 11     End If 12 End for 13 CH of Sj is the most residual energy in Candidate(Sj) 3.3 Mô đánh giá kết Mô số thực đánh giá hiệu sử dụng lượng Matlab với thông số đầu vào đề xuất trước thực [8] [11] Trạm sở BS đặt hai vị trí (trung tâm biên mạng), thơng số đầu vào trình bày bảng 3.2 Hiệu sử dụng lượng mạng đánh giá qua đồ thị khảo sát thời gian tồn nút mạng môi Trần Như Đức – D16CQVT08-B 44 Đồ Án Tốt Nghiệp Đại Học Chương III: Nghiên Cứu Sự Kết Hợp Logic Mờ…Cụm trường cảm biến Đồng thời việc suy giảm hiệu cịn thể thơng qua đồ thị suy giảm lượng mạng qua vòng Với thời gian sống nút mạng tùy thuộc vào mục đích sử dụng mạng mà đánh giá hiệu sử dụng qua trường hợp sau:  Trường hợp có nút chết (FND: First Node Dies)  Trường hợp 50% nút mạng chết (HND: Half Node Dies)  Trường hợp tất nút mạng chết (AND: All Node Dies) Trên thực tế không xảy trường hợp AND đưa vào nhằm mục đích tính tốn tương đối vịng đời mạng Một nút coi chết (cạn kiệt lượng) khơng cịn lượng để nhận hay truyền liệu Khi lượng mạng giảm xuống mức cho phép khơng có khả truyền nhận liệu coi nút mạng chết nút khác khơng có nghĩa vụ thực truyền tin cho nút khiến lượng cung cấp thông tin mạng bị suy giảm Bảng 2: Bảng thông số tham số cấu hình cho mạng Các tham số Kích thước mạng Vị trí nút BS Số lượng nút Năng lượng khởi tạo Bán kính cụm Phạm vi truyền Kích thước gói tin Hệ số không gian tự Hệ số trễ đa đường Tín hiệu Tx Rx Trần Như Đức – D16CQVT08-B Ký hiệu A BS N Energyinit Rmax Rs Dp  fs  mp Etx or Erx Giá trị 100×100 m2 (50, 50); (50, 0) 100 0.5 J 30 m 10 m 500 10 pJ/m2/bit 0.0013 pJ/bit/m4 50 nJ/m2/bit 45 Đồ Án Tốt Nghiệp Đại Học Chương III: Nghiên Cứu Sự Kết Hợp Logic Mờ…Cụm (a) (b) Hình 6: (a) BS nằm biên; (b) BS nằm trung tâm Dưới kết so sánh phương pháp phân cụm Fuzzy-Fibonacci với thuật toán DFCR qua hai kịch nêu trên: Trần Như Đức – D16CQVT08-B 46 Đồ Án Tốt Nghiệp Đại Học Chương III: Nghiên Cứu Sự Kết Hợp Logic Mờ…Cụm Hình 7: So sánh trạm gốc nằm biên Qua kết kịch hình 3.6 ta thấy mơ hình Fuzzy-Fibonacci (đường màu đỏ) cho hiệu rõ rệt so với đường màu xanh thuật tốn DFCR Vì thuật toán Fuzzy-Fibonacci phân cụm theo bước nhảy nên trạm gốc nằm biên tạo nhiều bước nhảy nên phân cụm đươc ưu Từ đó, ta thấy tuổi thọ mạng cải thiện cao Còn với kịch hình 3.7 nút BS nằm trung tâm, thuật toán Fuzzy-Fibonacci cho ta thấy hiệu so với DFCR Tuy nhiên, tuổi thọ mạng lại không cao tram gốc BS nằm biên nút BS phải tỏa toàn mạng dẫn đến khả nhận nhiều thông tin từ nút chủ cụm CH Hình 8: So sánh trạm gốc nằm trung tâm Trần Như Đức – D16CQVT08-B 47 Đồ Án Tốt Nghiệp Đại Học Chương III: Nghiên Cứu Sự Kết Hợp Logic Mờ…Cụm (a) (b) (c) Hình 9: Biểu đồ so sánh kết vòng đời mạng: (a) So sánh FND; (b) So sánh HND; (c) So sánh AND Trần Như Đức – D16CQVT08-B 48 Đồ Án Tốt Nghiệp Đại Học Chương III: Nghiên Cứu Sự Kết Hợp Logic Mờ…Cụm 3.4 Kết luận chương Trong chương khái niệm phương pháp logic mờ đề cập, mơ hình FIS dãy số Fibonacci đề xuất Thời gian sống mạng cảm biến không dây đa bước tiêu chí thực tiễn đánh giá hiệu mạng Các tiếp cận tính tốn thơng minh dựa logic mờ đem lại giải pháp hiệu cho trình phân cụm lựa chọn chủ cụm Nhằm tránh lỗ hổng lượng thuật toán định tuyến hiệu nút chủ cụm, thuật toán đề xuất đưa chứng minh thông qua mô Các kết cho thấy khả hoạt động hiệu đáp ứng tốt với điều kiện không chắn mạng cảm biến không dây đa bước Trần Như Đức – D16CQVT08-B 49 Đồ Án Tốt Nghiệp Đại Học Kết Luận KẾT LUẬN Sau thời gian nghiên cứu với nỗ lực thân hướng dẫn tận tình TS Hồng Trọng Minh, đề tài “Cải thiện hiệu mạng cảm biến không dây đa bước qua kĩ thuật phân cụm ” sinh viên hoàn thành với số kết sau Về mặt lý thuyết, đồ án trình bày chi tiết nội dung gồm: Tổng quan mạng cảm biến không dây; Khảo sát kĩ thuật phân cụm mạng cảm biến không dây; Nghiên cứu kết hợp logic mờ dãy Fibonacci kĩ thuật phân cụm; Về mặt ứng dụng, sinh viên nhóm nghiên cứu đề xuất mơ hình phân cụm nút WSN gọi tắt FUZZY-FIBONACCI giúp tăng độ định xác giảm độ phức tạp tính tốn q trình bầu cụm chủ Bằng phân tích lý thuyết kết mơ trình bày đồ án cho thấy số ưu điểm định mơ hình đề xuất [12] Do thời gian nghiên cứu có hạn nên đồ án khơng thể tránh khỏi thiếu sót, em mong nhận ý kiến đóng góp từ thầy cô giáo bạn Một lần em xin chân thành cảm ơn Thầy giáo TS Hồng Trọng Minh thầy giáo, gia đình bạn bè giúp đỡ em trình thực đồ án Em xin chân thành cảm ơn Đồ Án Tốt Nghiệp Đại Học Tài Liệu Tham Khảo TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] M.A Matin, M.M Islam ”Overview of Wireless Sensor Network”, Wireless Sensor Networks - Technology and Protocols, Mohammad A Matin, IntechOpen, DOI September 6th 2012 [2] C V Mahamuni, “A military surveillance system based on wireless sensor networks with extended coverage life,” Proc - Int Conf Glob Trends Signal Process Inf Comput Commun ICGTSPICC 2016, pp 375–381, 2017 [3] D K Rathinam, D Surendran, A Shilpa, A Santhiya Grace, and J Sherin, “Modern Agriculture Using Wireless Sensor Network (WSN),” 2019 5th Int Conf Adv Comput Commun Syst ICACCS 2019, pp 515–519, 2019 [4] M G R Maldonado, “Wireless sensor network for smart home services using optimal communications,” Proc - 2017 Int Conf Inf Syst Comput Sci INCISCOS 2017, vol 2017-Novem, pp 27–32, 2018 [5] Heinzelman WR, Chandrakasan A, Balakrishnan H Energy-efficient communication protocol for wireless microsensor networks In: Proceedings of the 33rd Annual Hawaii International Conference on System Sciences, 2000 Hawaii, USA: IEEE; 2000:10 [6] A O Abu Salem and N Shudifat, “Enhanced LEACH protocol for increasing a lifetime of WSNs,” Pers Ubiquitous Comput., vol 23, no 5–6, pp 901–907, 2019 [7] J P A Pirishothm, “Study of Wireless Sensor Networks Using Leach,Teen and Apteen Routing Protocols,” Int.J.Sci Res., vol 4, no 5, pp 1221–1224, 2015 [8] M Ahmed, “Energy Efficient Distributed Clustering and Scheduling Algorithm for Wireless Sensor Networks With Non-Uniform Node Distribution,” Int J Adv Res Comput Sci., vol 9, no 2, pp 527–532, 2018 [9] X W Ma and X Yu, “Improvement on LEACH protocol of wireless sensor network,” Appl Mech Mater., vol 347–350, pp 1738–1742, 2013, doi: 10.4028/www.scientific.net/AMM.347-350.1738 [10] U Sajjanhar and P Mitra, “Distributive energy efficient adaptive clustering protocol for wireless sensor networks,” Proc - IEEE Int Conf Mob Data Đồ Án Tốt Nghiệp Đại Học Tài Liệu Tham Khảo Manag., pp 326–330, 2007, doi: 10.1109/MDM.2007.69 [11] N Mazumdar and H Om, “Distributed fuzzy approach to unequal clustering and routing algorithm for wireless sensor networks,” Int J Commun Syst., vol 31, no 12, 2018 [12] Hoàng Trọng Minh, Trần Như Đức, Phạm Như Việt Anh, Lê Hải Triều, “Một phương pháp phân cụm không mang hiệu lượng WSNs”, REV-ECIT, vol.23, no 12, 2020 Đồ Án Tốt Nghiệp Đại Học Phụ Lục PHỤ LỤC Chương trình matlab mơ mạng cảm biến khơng dây phân cụm dựa mơ hình Fuzzy-Fibonacci File 1: initial_input.m %%%%%%%%%%%%%%%%%%%% xm=100; ym=100; INITIAL PRAMETERS %%%%%%%%%%%%%%%%%%% %x and y Coordinates of the sink sink.x=50; sink.y=50; %Number of Nodes in the Field n=100; Tc= 20; Rmax = 30; %Eelc=Etx=Erx ETX=50* 10^-9; ERX=50* 10^-9; %Transmit Amplifier types Efs=10* 10^-12; Emp=0.0013* 10^-12; %Data Aggregation Energy EDA=5* 10^-9; %maximum number of round rmax = 1000; %Computation of d0 = sqrt(Efs/Emp); bit = 4000; fis1 = readfis('dis_Fuzzyfitness1'); %Creation of the random Sensor Network for i=1:1:n %Initial Energy S(i).Initial_energy = 0.5; S(i).RE = S(i).Initial_energy; S(i).xd=rand(1,1)*xm; S(i).yd=rand(1,1)*ym; S(i).type = 'N'; S(i).id=i; S(i).state = 'Initial_State'; S(i).distoBS = norm([S(i).xd-50 S(i).yd-50]); plot(S(i).xd,S(i).yd,'o','MarkerFaceColor','b'); hold on; end S(n+1).xd = sink.x; Đồ Án Tốt Nghiệp Đại Học Phụ Lục S(n+1).yd = sink.y; plot(sink.x, sink.y, 's', 'MarkerFaceColor', 'red'); text(sink.x, sink.y,' BS','Color','b','FontWeight','b'); hold on; grid on; save('fibo_test.mat'); File 2: main_fuzzy_fibonacci.m clear All; close all; clc; load('fibo_test.mat'); DEAD = 0; %%%%%%%%%%% MAIN LOOP %%%%%%%%%%%%%% for r= 1:1:rmax r dead = 0; for i=1:1:n if (S(i).RE S(i).distoBS = norm([S(i).xd-50 S(i).yd-50]); number_neighbor_i = 0; sigma_neigh_cost = 0; for j=1:1:n disJToI = norm([S(i).xd-S(j).xd S(i).yd-S(j).yd]); if (disJToI 0) number_neighbor_i = number_neighbor_i + 1; sigma_neigh_cost = sigma_neigh_cost + disJToI^2; end end S(i).neigh_des = number_neighbor_i/n; S(i).neigh_cost = (sqrt(sigma_neigh_cost/number_neighbor_i))/Rmax; end end % Tính Fuzzy Fitness va Td % Đồ Án Tốt Nghiệp Đại Học Phụ Lục for i= 1:1:n if (S(i).RE >0 ) % compute Td Energy_level = S(i).RE/S(i).Initial_energy; S(i).Fuzzy_fitness1 = evalfis([Energy_level S(i).distoBS], fis1); alpha = rand(1,1)/10 + 0.9; S(i).Td = alpha * (1 - S(i).Fuzzy_fitness1) * Tc; S(i).candidate = []; end end %================Start: CH election============== [x, idx] = sort([S.Td]); S = S(idx); sink.level = 1.4 * [1 13 21]; sink.radius = [5 10 15 20 25 30]; for i=1:1:n if S(i).RE > if isequal(S(i).type, 'W') continue; else if isequal(S(i).type, 'N') for t=1:1:length(sink.level) if S(i).distoBS sink.radius(6) S(i).rad = sink.level(6); end end end && && && && S(i).type = 'CH'; for t=1:1:n distance = norm([S(i).xd-S(t).xd S(i).yd-S(t).yd]); Đồ Án Tốt Nghiệp Đại Học Phụ Lục if distance && S(i).RE>0 && ~isequal(S(t).type, 'CH') S(t).candidate = [S(t).candidate S(i).id]; S(t).type = 'W'; end end end end end [x,idx] = sort([S.id]); S = S(idx); for i=1:1:n if isequal(S(i).type, 'W') for z=1:1:length(S(i).candidate) list_RE = [S(S(i).candidate).RE]; [result, index] = max(list_RE); S(i).CH = S(S(i).candidate(index)).id; end end end for i=1:1:n number_worker = 0; if isequal(S(i).type,'CH') && S(i).RE > for j=1:1:n if isequal(S(j).type, 'W') && S(i).RE > if S(j).candidate == S(i).id number_worker = number_worker + 1; end end end end S(i).number_worker = number_worker; end %================End: CH election=================== %================Start: Routing process============= for i=1:1:n S(i).PN = []; if isequal(S(i).type,'CH') && S(i).RE > S(i).L = ceil(S(i).distoBS/Rmax); end end for i=1:1:n Cost_election = []; if isequal(S(i).type,'CH') && S(i).RE > for k=2:1:S(i).L for j=1:1:n if isequal(S(j).type,'CH') && S(j).RE > distance = norm([S(i).xd-S(j).yd S(i).ydS(j).yd]); Đồ Án Tốt Nghiệp Đại Học Phụ Lục if S(i).L > S(j).L && distance if ~ismember(S(j).id, S(i).PN) S(i).PN(length(S(i).PN)+1) = S(j).id; if distance < d0 Eij = ETX + Efs * (distance^2); else Eij = ETX + Emp * (distance^4); end TEij = (Eij + ETX)*S(i).number_worker * bit; phi = (pi - (pi * S(j).RE / (2 * S(j).Initial_energy))); Wij = exp(1 / (sin(phi))); Costij = TEij * Wij; Cost_election = [Cost_election;Costij j TEij]; end end end end end if ~isempty(Cost_election) [a,ida] = min(Cost_election(:,1)); S(i).PN = S(Cost_election(ida,2)).id; S(i).cost = a; S(i).TEij = Cost_election(ida,3); end end end %===============End: Routing process=============== %===============Reduce Energy=============== for i=1:1:n if isequal(S(i).type,'W') && S(i).RE > CH = S(i).CH; distoCH = norm([S(i).xd-S(CH).xd S(i).yd-S(CH).yd]); if distoCH < d0 S(i).RE = S(i).RE - bit * (ETX + Efs * (distoCH^2)); else S(i).RE = S(i).RE - bit * (ETX + Emp * (distoCH^4)); end ETX; elseif isequal(S(i).type,'CH') && S(i).RE > S(i).RE = S(i).RE - (S(i).number_worker + 1) * bit * parent = S(i).PN; if ~isempty(parent) distance = norm([S(i).xd-S(parent).xd S(parent).yd]); if distance < d0 S(i).yd- Đồ Án Tốt Nghiệp Đại Học Phụ Lục S(i).RE = S(i).RE - (S(i).number_worker + 1) * bit *(ETX + Efs * (distance^2)); else S(i).RE = S(i).RE - (S(i).number_worker + 1) * bit * (ETX + Emp * (distance^4)); end else if S(i).distoBS < d0 S(i).RE = S(i).RE - (S(i).number_worker + 1) * bit * (ETX + Efs * (S(i).distoBS^2)); else S(i).RE = S(i).RE - (S(i).number_worker + 1) * bit * (ETX + Emp * (S(i).distoBS^4)); end end end end [S.RE] end ... trực tiếp 2.4 Giao thức định tuyến dựa phân cấp 2.4.1 Giao thức phân cụm thích ứng lượng thấp LEACH giao thức MAC dựa đa truy nhập phân chai theo thời gian TDMA sử dụng phân cụm Đây giao thức tiếng... Station – BS) Giao thức LEACH chia làm hai giai đoạn: Giai đoạn thiết lập (Setup Phase) giai đoạn trạng thái ổn định (Steady-state Phase) Hình 3.4: Phân chia cụm giao thưucs LEACH Trong giai đoạn... CÁC GIAO THỨC ĐỊNH TUYẾN TRONG MẠNG CẢM BIẾN KHÔNG DÂY 20 2.1 Thách thức định tuyến mạng cảm biến không dây 20 2.2 Phân loại giao thức định tuyến mạng cảm biến 22 2.3 Giao