5 Kết luận
3.2Đường định tuyến bị kéo dài khi sử dụng vùng cấm có hình dạng cố định
hố và có các đỉnh nằm trên biên hố để làm vùng cấm. Các phương pháp này có thể đảm bảo được hệ số đường đi là hằng số ([57][56]) (nghĩa là giải quyết được vấn đề đường định tuyến kéo dài) nhưng không giải quyết được vấn đề hố mở rộng do vùng cấm là một đa giác tĩnh.
Trong phần này, chúng tôi đề xuất hai thuật toán định tuyến hướng tới giải quyết cả hai vấn đề nêu trên. Thuật toán thứ nhất là kết quả chúng tôi đã trình bày ở hội nghịSoict 2012
3.2 ELBAR: Giao thức định tuyến đảm bảo cân bằng tảivà tiết kiệm năng lượng dựa trên truyền tin theo xác và tiết kiệm năng lượng dựa trên truyền tin theo xác xuất
Trong chương này chúng tôi sẽ đề xuất một thuật toán định tuyến có thể giải quyết được vấn đề tắc nghẽn trên biên hố và giải quyết được một phần vấn đề đường định tuyến kéo dài. Đề xuất này của chúng tôi được xuất phát từ một số quan sát như sau:
• Hầu hết trong các thuật toán định tuyến tránh hố đã được đề xuất, vấn đề đường định tuyến kéo dài thường xảy ra với các nút ở gần vùng cấm. Hay nói cách khác, đối với các nút ở rất gần hố, việc đi vòng tránh qua các vùng cấm sẽ làm kéo dài đường định tuyến. Chúng tôi giải quyết vấn đề này bằng cách chỉ có những gói tin ở các vị trí vừa đủ xa hố thì mới được định tuyến theo phương pháp tránh hố.
• Các thuật toán sử dụng vùng cấm đã được đề xuất gặp phải vấn đề là: Tạo ra một vùng cấm và không cho gói tin đi vào vùng cấm đấy mà định tuyến gói tin di vòng quan biên của vùng cấm. Điều này, thứ nhất là bỏ phí sự có mặt của các nút mạng bên trong vùng cấm (các nút này rất ít được dùng tới), thứ hai là sẽ tạo nên một vùng chịu tải trọng lớn mởi ở quanh biên vùng cấm. Chúng tôi khắc phục điều này bằng cách sử dụng phương pháp định tuyến xác xuất. Tức là mỗi gói tin không phải luôn luôn được định tuyến theo định tuyến greedy + vành đai, cũng không phải luôn luôn được định tuyené theo định tuyến tránh hố mà nó sẽ được định tuyến theo một trong giải thuật định tuyến trên với một một hàm xác suất.
Thuật toán của chúng tôi gồm 2 pha: pha cài đặt ban đầu và pha định tuyến tránh hố. Pha cài đặt thông tin ban đầu bao gồm quá trình xác định biên hố, xác định vùng cấm bao quanh hố và phát tán thông tin vùng cấm. Pha cài đặt thông tin ban đầu chỉ được thực hiện một lần duy nhất (với giả thiết là tôpô của mạng không thay đổi). Pha định tuyến là quá trình các nút mạng định tuyến gói tin sử dụng thông tin của vùng cấm. Phần còn lại của chương này sẽ được trình bày như sau. Trong chương 3.2.1 chúng tôi sẽ trình bày chi tiết thuật toán. Phân tích lý thuyết về hiệu năng của thuật toán sẽ được trình bày trong chương 3.2.2. Cuối cùng, chương 3.2.3 sẽ trình bày đánh giá hiệu năng thuật toán thông qua mô phỏng.
3.2.1 Giao thức định tuyến ELBAR
Trong chương này chúng tôi sẽ mô tả chi tiết giao thức định tuyến ELBAR. Cũng như trong tất cả các nghiên cứu khác, chúng tô sử dụng các giả thiết sau. Chúng tôi giả sử rằng mỗi nút biết tọa độ của mình và tọa độ của các nút láng giềng (nút nằm trong bán kính phủ
sóng) bằng các phương pháp như GPS hoặc các dịch vụ định vị khác được nêu trong các nghiên cứu như [26, 45, 46, 54]); Nút nguồn biết tọa độ của nút đích. Chúng tôi cũng giả sử rằng tất cả các nút mạng có cùng bán kính phủ sóng.
3.2.1.1 Mô tả chung
Như đã mô tả trong chương trước, giao thức của chúng tôi gồm 2 phần: cài đặt ban đầu và thuật toán định tuyến. Chúng tôi chia phần đầu làm hai pha, pha đầu tiên có nhiệm vụ định vị hố và pha thứ hai có nhiệm vụ phát tán thông tin về hố cho các nút xung quanh hố (chú ý rằng thông tin này không phải là thông tin đầy đủ về hố mà chỉ là lượng thông tin nhỏ vừa đủ) Hai pha này chỉ thực hiện một lần duy nhất và sau khi hai pha này kết thúc thì các nút mạng sẽ dùng phần thứ hai của giao thức (thuật toán định tuyến) để tìm ra đường định tuyến tối ưu mỗi khi có gói tin cần truyền. Trước hết chúng tôi sẽ mô tả chung về các phần dưới đây:
• Xấp xỉ hố:Chúng tôi thấy rằng việc biết trước về sự tồn tại của hố và có trước thông tin về vị trí của hố sẽ giúp ích rất nhiều cho các nút mạng trong việc tìm ra đường định tuyến tối ưu cho gói tin. Tuy nhiên, bởi vì mạng WSN thường được triển khai với quy mô lớn với số lượng nút có khi lên đến hàng trăm, hàng nghìn nút, và vì thế kích thước của hố mạng cũng có thể rất lớn. Do đó, việc phát tán và lưu trữ thông tin đầy đủ của hố mạng là gần như không thể đối với các nút mạng. Vì vậy, bướcxấp xỉ hốnày là nhằm mục đích xấp xỉ biên hố và đưa ra mộthình ảnh lõivề hố.
• Phát tán thông tin biên hố xấp xỉ:Hình ảnh lõi về hố, hay còn gọi là đa giác xấp xỉ của hố, sẽ được phát tán cho các nút xung quanh hố. Phạm vi phát tán sẽ được điều khiển bởi hai tham số αmin và αmax). Sau pha này, mỗi nút mạng mà góc nhìnđối với đa giác xấp xỉ nằm trong khoảng(αmin, αmax)sẽ có thông tin về đa giác xấp xỉ và những nút cógóc nhìnnằm ngoài khoảng này sẽ không có thông tin về đa giác xấp xỉ.
• Định tuyến vượt hố:Một cách truyền thống, khi mà các nút hoàn toàn không biết gì về sự có mặt của hố thì gói tin sẽ được truyền đến nút đích theo phương thức tham ăn. Tuy nhiên, với việc có trước thông tin về đa giác xấp xỉ, các nút sẽ truyền gói tin
theophương thức xác suất trong đó nút có gói tin sẽ chọn một trong 2 mode truyền
tintham ănhoặcsử dụng thông tin hốbằng xác suất. Trong modesử dụng thông tin
hố, gói tin sẽ được truyền hướng tới mộtđiểm neo ảotrước khi được truyền tới đích thực tế.Điểm neo ảonày được xác định dựa vào thông tin của đa giác xấp xỉ.
3.2.1.2 Xấp xỉ hố
Như chúng tôi đã nói ở trên, việc biết trước thông tin về hố giúp ích rất nhiều cho các nút mạng trong việc tìm đường định tuyến tối ưu cho các gói tin. Tuy nhiên, do kích thước của hố có thể rất lớn và vì vậy việc phát tán và lưu trữ thông tin về hố sẽ tiêu tốn bộ nhớ, năng lượng của các nút mạng và không phù hợp với mạng WSN. Vì vậy, thông tin về biên hố cần phải được tinh giản trước khi phát tán hay nói cách khác hố cần phải được xấp xỉ thành một đa giác đơn giản hơn. Giao thức định tuyến ELBAR có thể sử dụng bất kỳ thuật toán xấp xỉ hố nào và thuật toán xấp xỉ hố được lựa chọn sẽ có ảnh hưởng đến hiệu năng của giao thức định tuyến. Trong các kết quả trình bày dưới đây chúng tôi lựa chọn thuật toán xấp xỉ đã đươc trình bày trong chương 2.2 để thực hiện việc xấp xỉ hố.
3.2.1.3 Phát tán thông tin biên hố
Nhiệm vụ của pha này là nhắm phát tán thông tin về đa giác xấp xỉ cho các nút ở vùng lân cận của hố. Sau khi pha trước đó (xấp xỉ hố) kết thúc, nút đầu tiên phát hiện ra hố sẽ có thông tin củaA-polygon, tức là tọa độ của các đỉnh củaA-polygon. Nút đầu tiên này sẽ tạo và phát tán gói tinhole core information (HCI)cho các nút láng giềng của nó. Khi một nút
P nhận được gói tinHCInó sẽ tính toángóc nhìn đối với hố(được định nghĩa trong định nghĩa 3.2.1 dưới đây) và tiến hành các công việc sau:
• Nếu giá trị của góc nhìn này lớn hơnαmax,P thìP sẽ chỉ truyền gói tinHCIcho các nút láng giềng của nó mà không lưu thông tin về đa giác xấp xỉ vào bộ nhớ
• Nếu giá trị của góc nhìn nằm trong khoảng[αmin,αmax]thìP sẽ xác địnhhình bình
hành bao hốtạiP (được định nghĩa trong định nghĩa 3.2.2 dưới đây) và lưu tọa độ
của các đỉnh của hình bình hành này vào bộ nhớ của nó. Sau đó,P sẽ truyền gói tin
HCIcho các nút láng giềng của nó.
• Trogn các trường hợp khác,P sẽ hủy gói tinHCIvà không làm gì cả.
Ở đây,αmin,αmaxlà các thông số quy định phạm vi phát tán thông tin của đa giác xấp xỉ và chúng tôi sẽ thảo luận về sự ảnh hưởng của các thông số này lên hiệu năng của thuật toán trong chương 3.2.1.5.
Để ý rằng giá trị góc nhìn đối với hố của một nútP có quan hệ mật thiết với khoảng cách từP đến hố.P càng gần hố thì góc nhìn càng lớn vàP càng xa hố thì góc nhìn càng nhỏ. Vì vậy, sau pha thứ hai, mạng sẽ được phân thành ba vùng như trong hình hình 3.3. Thông tin về đa giác xấp xỉ chỉ được phát tán trong vùng1và2và dừng lại ở ngoài 2 vùng này, và chỉ có các nút ở trong vùng2là lưu trữ các thông tin về đa giác xấp xỉ. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});