5 Kết luận
4.9Màn hình phân tích phân bố năng lượng toàn mạng
lượng tiêu thụ dưới dạng 3D với các trục xy là tọa độ của các nút và trục z là tổng năng lượng tiêu thụ, các điểm trên đồ thị này được biểu diễn bằng màu sắc. Nhìn vào đồ thị này người dùng có thể biết được phân bố năng lượng của các nút trong mạng (phân bố có đều hay không), vùng nào tiêu thụ nhiều năng lượng, vùng nào tiêu thụ ít năng lượng, . . . Ngoải ra, người dùng cũng có thể phân tích thời gian sống của mạng, là thời gian từ lúc bắt đầu cho đến lúc có một số nút chết.
Hình 4.9 biểu diễn màn hình của chức năng phân tích phân bố năng lượng của toàn mạng.
4.4 Tổng kết chương
Trong chương này, chúng tôi đã trình bày bộ công cụ hỗ trợ giao diện đồ họa cho quá trình tạo kịch bản và phân tích kết quả mô phỏng cho mạng cảm biến không dây. Chúng tôi cũng đã trình bày các nguyên lý thiết kế cũng như các kết quả đạt được. Giao diện đồ họa trong chức năng tạo kịch bản cho phép người dùng tạo lập kịch bản với hai chế độ: chế độ văn bản và chế độ đồ họa. Hai chế độ này giúp người dùng tạo kịch bản một cách linh hoạt, dễ dàng, trực quan, đặc biệt đối với các mạng mô phỏng có kích thước lớn. Giao diện đồ họa trong chức năng phân tích kết quả không chỉ giúp cho người dùng phân tích, trích xuất các kết quả mô phỏng một cách dễ dàng, linh hoạt mà còn cung cấp cho người dùng khả năng tái hiện lại toàn bộ quá trình mô phỏng một cách trực quan. Trong tương lai, chúng tôi sẽ phát triển một bộ công cụ hỗ trợ mô phỏng mạng cảm biến không dây đầy đủ, hoàn
thiện, không chỉ dừng lại ở việc hỗ trợ mô phỏng mà còn cung cấp đầy đủ thư viện các giao thức phổ biến trong mạng cảm biến không dây, tối ưu hóa hoạt động của các mođun để đẩy nhanh tốc độ mô phỏng.
Chương 5 Kết luận
5.1 Kết quả đạt được
Nghiên cứu về định tuyến là một bài toán kinh điển trong mạng truyền thông. Đối với mạng cảm biến không dây và đặc biệt là mạng cảm biến không dây trong địa hình xấu, bài toán định tuyến trở nên khó khăn do sự xuất hiện của các hố mạng. Tuy có nhiều thuật toán định tuyến tránh hố đã được đề xuất nhưng chưa có thuật toán nào giải quyết được triệt để hai vấn đề: hố mở rộng và đường định tuyến kéo dài. Trong luận án này, chúng tôi đã nghiên cứu tổng thể bài toán định tuyến tránh hố trong mạng cảm biến không dây trong địa hình xấu. Nghiên cứu của chúng tôi đã đạt được ba kết quả chính sau:
• Đề xuất ba thuật toán xấp xỉ hố mạng với những đặc trưng khác nhau.
• Đề xuất hai thuật toán định tuyến tránh hố hiệu quả. Trong đó thuật toán COLBAR đã giải quyết triệt để hai vấn đề của định tuyến tránh hố nêu ở trên
• Đề xuất giải pháp xây dựng bộ công cụ hỗ trợ trực quan hóa quá trình mô phỏng mạng cảm biến không dây
Trước hết, về kết quả thứ nhất, chúng tôi đã đề xuất thuật toán xấp xỉ hố dựa trên lưới ô vuông. Thuật toán này bao gồm hai thuật toán nhỏ theo phương thức online và offline. Thuật toán xấp xỉ theo lưới ô vuông này có ưu điểm là có thể miêu tả được tất cả vùng lồi và vùng lõm của hố. Ngoài ra, điều quan trọng là thuật toán này tính toán rất đơn giản, vì vậy nó hoàn toàn thích hợp với sự hạn chế về năng lượng và khả năng tính toán của mạng cảm biến không dây. Ngoải ra, chúng tôi cũng đã đề xuất một thuật toán xấp xỉ hố bằng đa giác lồi có các góc bằng nhau. Thuật toán này được thiết kế dựa trên những phân tích lý thuyết chặt chẽ về hệ số đường đi của đa giác xấp xỉ đối với hố. Kết quả chứng minh lý thuyết chỉ ra rằng đa giác xấp xỉ bởi thuật toán này đảm bảo hệ số đường đi hằng số cho các thuật toán định tuyến tránh hố. Thuật toán xấp xỉ cuối cùng mà chúng tôi đề xuất đó
là thuật toán xấp xỉ và phát tán biên hố động. Thuật toán này đề xuất một cách nhìn hoàn toàn mới về việc xấp xỉ biên hố, trong đó hình xấp xỉ thay vì là một hình cố định thì nó là một đa giác thay đổi tùy theo đối tượng sử dụng nó. Cụ thể hơn, nếu đối tượng sử dụng đa giác xấp xỉ ở xa hố thì nó sẽ được cung cấp một hình xấp xỉ thô ráp hơn, ngược lại nếu đối tượng ở gần hố thì sẽ được cung cấp một hình xấp xỉ chi tiết, sát với hố hơn. Thuật toán này không những đảm bảo hệ số đường đi hằng số của đa giác xấp xỉ mà còn giúp phần giảm chi phí cho việc xấp xỉ và phát tán biên hố.
Về kết quả thứ hai, chúng tôi đã đề xuất hai thuật toán định tuyến tránh hố. Cả hai thuật toán này đều bắt đầu bằng pha cài đặt, tức là xác định biên hố, xấp xỉ biên hố bằng một đa giác đơn giản hơn và phát tán thông tin biên hố cho các nút lân cận hố. Pha tiếp theo là pha định tuyến là quá trình các nút mạng sử dụng thông tin về đa giác xấp xỉ để định tuyến gói tin. Kết quả thực nghiệm bằng mô phỏng chỉ ra rằng, cả hai thuật toán chúng tôi đề xuất đều đảm bảo cân bằng tải tốt hơn hẳn các thuật toán khác. Ngoải ra, kết quả phân tích lý thuyết chứng minh rằng thuật toán thứ hai do chúng tôi đề xuất (COLBAR) đảm bảo hệ số đường đi Ơclit của tất cả các gói tin là không vượt quá hằng số cho trước.
Về kết quả cuối cùng, chúng tôi đã trình bày các nguyên lý thiết kế và kết quả đạt được trong việc xây dựng một giải pháp hỗ trợ trực quan hóa việc mô phỏng mạng cảm biến không dây. Bộ công cụ này có ý nghĩa rất lớn trong việc tiết kiệm thời gian và công sức của người dùng phần mềm mô phỏng NS2 để mô phỏng mạng cảm biến không dây. Bộ công cụ của chúng tôi công cụ một giao diện trực quan giúp người dùng dễ dàng tạo kịch bản trong mô phỏng cũng như tái hiện lại toàn bộ quá trình mô phỏng. Ngoài ra, bộ công cụ còn tích hợp sẵn các mô hình năng lượng chuẩn của mạng cảm biến không dây cũng như các phương thức phân tích kết quả mô phỏng theo các thông số phổ biến trong mạng cảm biến không dây như: độ trễ gói tin, tỉ lệ mất gói, độ dài đường đi trung bình, năng lượng tiêu hao, ...
5.2 Vấn đề tồn đọng và hướng phát triển
Nghiên cứu về định tuyến trong mạng cảm biến không dây là một vấn đề rộng lớn và vì vậy nó không thể được hoàn thành trong khuôn khổ một luận án. Nghiên cứu của chúng tôi mới chỉ xem xét trường hợp đơn giản nhất của mạng cảm biến không dây trong địa hình xấu, đó là mạng có duy nhất một hố và hố này không thay đổi. Bài toán mạng có nhiều hố hay hố động sẽ khó hơn rất nhiều và đòi hỏi tiếp tục nghiên cứu. Trong tương lai, chúng tôi dự định tiếp tục nghiên cứu các bài toán sau đây:
• Định tuyến trong trường hợp hố mạng thay đổi
Tài liệu tham khảo
[1] Alert users group. http://www.alertsystems.org.
[2] Alok Aggarwal, Jyun-Sheng Chang, and Chee-Keng Yap. Minimum area circum- scribing polygons. The Visual Computer, 1(2):112–117, 1985.
[3] Alok Aggarwal and James K. Park. Notes on searching in multidimensional mono- tone arrays (preliminary version). InFOCS, pages 497–512. IEEE Computer Society, 1988.
[4] Nadeem Ahmed, Salil S. Kanhere, and Sanjay Jha. The holes problem in wireless sensor networks: a survey. Mobile Computing and Communications Review, 9(2):4– 18, 2005.
[5] Kemal Akkaya and Mohamed F. Younis. A survey on routing protocols for wireless sensor networks. Ad Hoc Networks, 3(3):325–349, 2005.
[6] I. F. Akyildiz, W. Su, Y. Sankarasubramaniam, and E. Cayirci. Wireless sensor net- works: A survey. Comput. Netw., 38(4):393–422, mar 2002.
[7] I. F. Akyildiz, W. Su, Y. Sankarasubramaniam, and E. Cayirci. Wireless sensor net- works: a survey. Computer Networks, 38:393–422, 2002.
[8] Jamal N. Al-Karaki and Ghada A. Al-Mashaqbeh. Energy-centric routing in wireless sensor networks. Microprocessors and Microsystems, 31(4):252–262, 2007.
[9] Jamal N. Al-Karaki and Ahmed E. Kamal. Routing techniques in wireless sensor networks: a survey. IEEE Wireless Commun., 11(6):6–28, 2004.
[10] Norberto Barroca, Luis M. Borges, Fernando J. Velez, Filipe Monteiro, Marcin Gorski, and Joao Castro-Gomes. Wireless sensor networks for temperature and hu- midity monitoring within concrete structures. Construction and Building Materials, 40(0):1156 – 1166, 2013. Special Section on Recycling Wastes for Use as Construc- tion Materials.
[11] Binay K. Bhattacharya and Asish Mukhopadhyay. On the minimum perimeter trian- gle enclosing a convex polygon. Lecture Notes in Computer Science, pages 84–96. Springer, 2002.
[12] P. Bose, P. Morin, I. Stojmenovir, and J. Urrutia. Routing with guaranteed delivery in ad hoc wireless networks. In5th IEEE International Conference, pages 347–352, 2008. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
[13] James E. Boyce, David P. Dobkin, Robert L. (Scot) Drysdale III, and Leonidas J. Guibas. Finding extremal polygons. InSTOC, pages 282–289. ACM, 1982.
[14] Josh Broch, David A. Maltz, David B. Johnson, Yih chun Hu, and Jorjeta Jetcheva. A performance comparison of multi-hop wireless ad hoc network routing protocols. In
Mobile Computing and Networking, pages 85–97, 1998.
[15] M. Castillo-Effen, D.H. Quintela, R. Jordan, W. Westhoff, and W. Moreno. Wireless sensor networks for flash-flood alerting. In Proceedings of the Fifth IEEE Interna-
tional Caracas Conference on Devices, Circuits, and Systems, 2004.
[16] M. Choi and H. Choo. Bypassing Hole Scheme Using Observer Packets for Ge- ographic Routing in WSNs. In Proc. of Intl. Conf. on Information Networking,
ICOIN’11, pages 435–440, 2011.
[17] I. Dietrich and F. Dressler. On the lifetime of wireless sensor networks. TOSN, 5(1), 2009.
[18] Q. Fang, J. Gao, and L. J. Guibas. Locating and Bypassing Routing Holes in Sensor Networks. InProc. of INFOCOM’04, 2004.
[19] G. G. Finn. Routing and Addressing Problems in Large Metropolitan-Scale Internet- works. Technical Report ISI/RR-87-180, USC/ISI, 1987.
[20] Roland Flury and Roger Wattenhofer. Randomized 3d geographic routing. InINFO- COM, pages 834–842, 2008.
[21] F.Yu, S.Park, E.Lee, and S.H.Kim. Hole modeling and detour scheme for geographic routing in wireless sensor networks.Journal of communication and networks, 11:327– 336, 2009.
[22] Jie Gao, Leonidas J. Guibas, John Hershberger, Li Zhang 0001, and An Zhu. Geo- metric spanner for routing in mobile networks. InMobiHoc, pages 45–55, 2001.
[23] Tia Gao, Dan Greenspan, Matt Welsh, Radford R. Juang, and Alex Alm. Vital signs monitoring and patient tracking over a wireless network. In Proceedings of the 27th
IEEE EMBS Annual International Conference, 2005.
[24] Piyush Gupta and P. R. Kumar. The capacity of wireless networks.IEEE Transactions
on Information Theory, 46(2):388–404, 2000.
[25] H.Choo, M.Choi, M.Shon, and D.S.Kim. Efficient hole bypass routing scheme using observer packets for geographic routing in wireless sensor networks. ACM SIGAPP
Applied Computing Review, 11:7–16, 2009.
[26] J. Hightower and G. Borriello. Location Systems for Ubiquitous Computing. IEEE
Computer, 34(8):55–667, 2001.
[27] Liqun Hou and Neil W. Bergmann. Novel industrial wireless sensor networks for ma- chine condition monitoring and fault diagnosis. IEEE T. Instrumentation and Mea-
surement, 61(10):2787–2798, 2012.
[28] Ting-Chao Hou and Victor Li. Transmission Range Control in Multihop Packet Radio Networks.Communications, IEEE Transactions on [legacy, pre - 1988], 34(1):38–44, 1986.
[29] H.Takagi and L.Kleinrock. Optimal transmission ranges for randomly distributed packet radio terminals.IEEE Transactions on Communications, 3(32):246–257, 1984. [30] B. Karp and H. T. Kung. GPSR: Greedy Perimeter Stateless Routing for Wireless
Networks. InProc. of MOBICOM’00, pages 243–254, 2000.
[31] Y. Ko and N. H. Vaidya. Location-Aided Routing (LAR) in Mobile ad hoc Networks.
InProc. of MOBICOM’98, 1998.
[32] Fabian Kuhn, Roger Wattenhofer, Yan Zhang, and Aaron Zollinger. Geometric ad-hoc routing: of theory and practice. InPODC, pages 63–72, 2003.
[33] F. Kung et al. Geometric Ad-hoc Routing: Of Theory and Practice. InProc. of ACM PODC, 2003. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
[34] F. Kung, R. Wattenhofer, and A. Zollinger. Asymptotically Optimal Geometric Mo- bile Ad-hoc Routing. InDial-M, 2002.
[35] F. Kung, R. Wattenhofer, and A. Zollinger. Worst-Case Optimal and Average-Case Efficient Geometric Ad-hoc Routing. InProc. of ACM MobiHoc, 2003.
[36] Nguyen Phi Le, Nguyen Trung Hieu, and Nguyen Khanh Van. ELBAR: efficient load balanced routing scheme for wireless sensor networks with holes. InSymposium
on Information and Communication Technology 2012, SoICT 2012, pages 190–199,
2012.
[37] Nguyen Phi Le, Bui Tien Quan, Nguyen Trung Hieu, and Nguyen Khanh Van. Effi- cient approximation of routing holes in wireless sensor networks. InProceedings of
the 2011 Symposium on Information and Communication Technology, SoICT 2011,
pages 72–79, 2011.
[38] Nguyen Phi Le and Nguyen Khanh Van. On hole approximation algorithms in wire- less sensor networks (in review). Journal of Computer Science and Cybernetics. [39] Konrad Lorincz, David J. Malan, Thaddeus R. F. Fulford Jones, Alan Nawoj, Antony
Clavel, Victor Shnayder, Geoffrey Mainland, Matt Welsh, and Steve Moulton. Sen- sor networks for emergency response: Challenges and opportunities. IEEE Pervasive
Computing, 3(4):16–23, 2004.
[40] Joseph S. B. Mitchell and Valentin Polishchuk. Minimum-perimeter enclosures. Inf.
Process. Lett., 107(3-4):120–124, 2008.
[41] Pano. N.A.A De. Polygon approximation with optimized polygonal enclosures: appli- cations and algorithms. Communications, IET, 1987.
[42] Phi-Le Nguyen, Duc-Trong Nguyen, and Khanh-Van Nguyen. Load balanced routing with constant stretch for wireless sensor network with holes. InProceedings of 2014 IEEE Ninth International Conference on Intelligent Sensors, Sensor Networks and
Information Processing (ISSNIP), 2014.
[43] Phi-Le Nguyen and Khanh-Van Nguyen. Hole approximation-dissemination scheme for bounded-stretch routing in sensor networks. InProceedings of 2014 IEEE Inter-
national Conference on Distributed Computing in Sensor Systems (DCOSS), 2014.
[44] Nico Saputro, Kemal Akkaya, and Suleyman Uludag. A survey of routing protocols for smart grid communications. Computer Networks, 56(11):2742–2771, 2012. [45] A. Savvides, C. C. Han, and M. B. Strivastava. Dynamic Fine-grained Localization
in Ad-hoc Networks of Sensors. InProc. of MOBICOM’01, pages 166–179, 2001. [46] A. Savvides and M. B. Strivastava. Distributed Fine-grained Localization in Ad-hoc
[47] Victor Shnayder, Mark Hempstead, Bor rong Chen, Geoffrey Werner-Allen, and Matt Welsh. Simulating the power consumption of large-scale sensor network applications.
InSenSys, pages 188–200. ACM, 2004.
[48] Gyula Simon, Miklos Maroti, Akos Ledeczi, Gyorgy Balogh, Branislav Kusy, Andras Nadas, Gabor Pap, Janos Sallai, and Ken Frampton. Sensor network-based counter- sniper system. InSenSys, pages 1–12. ACM, 2004.
[49] Mani B. Srivastava, Richard R. Muntz, and Miodrag Potkonjak. Smart kindergarten: sensor-based wireless networks for smart developmental problem-solving enviro- ments. In MOBICOM 2001, Proceedings of the seventh annual international con-
ference on Mobile computing and networking, Rome, Italy, July 16-21, 2001., pages
132–138, 2001.
[50] S. Subramatian, S. Shakkottai, and P. Gupta. On Optimal Geographical Routing in Wireless Networks with Holes and Non-Uniform Traffic. In Proc. of IEEE INFO- COM, 2007.
[51] Y. Tian et al. Energy-Efficient Data Dissemination Protocol for Detouring Routing Holes in Wireless Sensor Networks. InProc. of IEEE Intl. Conf. on Communications,
ICC’08, pages 2322–2326, 2008.
[52] Goce Trajcevski, Fan Zhou, Roberto Tamassia, Besim Avci, Peter Scheuermann, and Ashfaq A. Khokhar. Bypassing holes in sensor networks: Load-balance vs. latency. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
InGLOBECOM, pages 1–5, 2011.
[53] Yue Wang, Jie Gao, and Joseph S. B. Mitchell. Boundary recognition in sensor net- works by topological methods. InMOBICOM, pages 122–133, 2006.
[54] A. Ward, A. Jones, and A. Hopper. A New Location Techniques for the Active office.
IEEE Personnel Communications, 4(5):42–47, 1997.
[55] Geoffrey Werner-Allen, Konrad Lorincz, Matt Welsh, Omar Marcillo, Jeff Johnson, Mario Ruiz, and Jonathan Lees. Deploying a wireless sensor network on an active volcano. IEEE Internet Computing, 10(2):18–25, 2006.
[56] Myounggyu Won, Wei Zhang 0041, and Radu Stoleru. Goal: A parsimonious geographic routing protocol for large scale sensor networks. Ad Hoc Networks, 11(1):453–472, 2013.
[57] Myounggyu Won, Radu Stoleru, and Haijie Wu. Geographic routing with constant stretch in large scale sensor networks with holes. In Proc. of WiMob, pages 80–88, 2011.
[58] Jennifer Yick, Biswanath Mukherjee, and Dipak Ghosal. Analysis of a prediction- based adaptive mobility tracking algorithm. InBROADNETS, pages 809–816. IEEE, 2005.
[59] F. Yu et al. Efficient Hole Detour Scheme for Geographic Routing in Wireless Sensor Networks. In Proc. of the 67th IEEE Vehicular Technology Conference, VTC’08, pages 153–157, 2008.
[60] Z. Zheng, K. W. Fan, P. Sinha, and Y. Wang. Distributed roadmap aided routing in sensor networks. In Proceeding of 5th IEEE International Conference on Mobile