Vấn đề năng lượng của mạng cảm biến là một trong những vấn đề ảnh hưởng lớn đến sự phát triển và tiềm năng ứng dụng của nó. Các giải pháp năng lượng nội tại cho nút cảm biến như các giải pháp phần cứng và phần mềm nhằm hạn chế năng lượng tiêu hao trong quá trình làm việc của nút hoặc thu năng lượng từ môi trường cho nút chỉ mang tính tiết kiệm năng lượng hoặc bổ sung năng lượng cho các nút cảm biến góp phần giải quyết được vấn đề năng lượng cho mạng cảm biến ở mức nhất định. Hơn nữa, việc thu năng lượng phụ thuộc không gian, thời gian và nhiều yếu tố khách quan tác động như thời tiết, môi trường, … Các giải pháp ở cấp độ mạng như phát triển cấu trúc mạng kết hợp các thuật toán giao thức định tuyến, tối ưu nhằm giảm mức năng lượng tiêu thụ của các nút cảm biến và nâng cao tuổi thọ mạng cũng đã có những thành tựu đáng kể trong các bài toán đơn lẻ. Tuy nhiên, mạng cảm biến không đồng nhất về nhiều khía cạnh, trong đó nhu cầu về năng lượng của mạng cảm biến lớn, mức tiêu thụ năng lượng của nút cảm biến đa dạng, phong phú và phức tạp. Vì vậy, vấn đề này vẫn rất cần được nghiên cứu và phát triển thêm các giải pháp năng lượng cho mạng cảm biến.
Luận án đề xuất và phát triển phương pháp tối ưu hóa mạng cảm biến đặc biệt quan tâm đến năng lượng kết hợp giữa mô phỏng để tính toán về năng lượng của các nút và thực hiện thuật toán tìm kết quả tối ưu mục tiêu và đảm bảo các ràng buộc của bài toán. Việc phát triển phương pháp tối ưu hóa mạng cảm biến quan tâm sử dụng năng lượng cho mạng rất cần sự hỗ trợ của phần mềm mô phỏng mạng cảm biến tính đến yếu tố năng lượng, đặc biệt là các quá trình và mức tiêu thụ năng lượng của nút cảm biến. Vấn đề này chưa được quan tâm thích đáng từ các phần mềm mô phỏng mạng cảm biến sẵn có. Do đó, luận án đề xuất phát triển và xây dựng nền tảng mô phỏng mạng cảm biến chú trọng đến các yếu tố năng lượng với khả năng tính toán, giám sát quá trình năng lượng, trạng thái năng lượng và các mức tiêu thụ năng lượng ở từng chế độ hoạt động của từng nút cảm biến trong mạng. Việc thực hiện nền tảng mô phỏng này cần thiết các mô hình về năng lượng của nút và mạng như các mô hình của nguồn cung cấp năng lượng từ pin hoặc từ nguồn thu thập trong môi trường, các mô hình tiêu thụ năng lượng của nút trong các hoạt động đo lường, truyền thông, các mô hình về năng lượng trong các giao thức định tuyến, … Các kết quả của các nghiên cứu trên về năng lượng của mạng cảm biến sẽ hỗ trợ và được sử dụng trong việc xây dựng nền tảng mô phỏng tính đến yếu tố năng lượng và được trình bày ở chương 3.
Chương 3. Thiết kế và triển khai nền tảng mô phỏng mạng cảm biến không dây có tính đến yếu tố năng lượng
Trong nghiên cứu, phát triển và ứng dụng mạng cảm biến, việc mô phỏng mạng cảm biến thực sự quan trọng và rất cần thiết. Mô phỏng trong giai đoạn thiết kế cho phép dự đoán hiệu năng mạng, cho phép so sánh được các hệ thống và cấu hình khác nhau của mạng khi các yếu tố trong mạng thay đổi như môi trường cài đặt hệ thống cảm biến hay giao thức định tuyến để qua đó có thể đưa ra các lựa chọn phù hợp với mục đích, ứng dụng thực tế của mạng cảm biến. Để thiết lập một mạng cảm biến cho một ứng dụng, cần tính toán tối ưu hóa mục tiêu và chạy thử để có bộ thông số, tham số tối ưu. Đây là quá trình phức tạp và rất khó khăn thậm chí không thể thực hiện được nếu không có sự trợ giúp của công cụ mô phỏng mạng. Hơn nữa, mô phỏng giúp tiết kiệm được nhiều thời gian và chi phí khi chạy thử hệ thống trong quá trình giải bài toán tối ưu hóa cho ứng dụng. Tối ưu hóa mạng cảm biến là một vấn đề quan trọng trong phát triển và triển khai mạng với các lớp bài toán tổ hợp đa mục tiêu và có nhiều ràng buộc phức tạp cần được giải quyết cho các ứng dụng thực tế. Trong đó, lớp bài toán tối ưu hóa năng lượng cho mạng cảm biến nhận được sự quan tâm lớn, bởi nếu muốn phát triển nghiên cứu và ứng dụng mạng cảm biến thì việc tiết kiệm năng lượng, nâng cao tuổi thọ và hiệu năng mạng phải được đặt lên hàng đầu.
Nghiên cứu và phát triển bài toán tối ưu hóa năng lượng cho mạng cảm biến cần thiết có một nền tảng mô phỏng không chỉ hỗ trợ các vấn đề liên quan đến cấu trúc mạng, truyền thông hay giao thức định tuyến mà còn phải hỗ trợ người dùng trong việc tính toán, mô phỏng về quá trình năng lượng, trạng thái năng lượng, vấn đề thu thập năng lượng từ môi trường cũng như quản lí và điều phối sử dụng năng lượng ở từng chế độ hoạt động của từng nút và toàn mạng.
Hiện nay, việc mô phỏng về năng lượng trong mạng cảm biến chưa được quan tâm thích đáng trong các phần mềm mô phỏng sẵn có. Các phần mềm này chủ yếu quan tâm đến mô phỏng hoạt động truyền thông cũng như các giao thức định tuyến cho mạng cảm biến [120][121]. Luận án đề xuất và phát triển một nền tảng mô phỏng mạng cảm biến chú trọng đến năng lượng nhằm hỗ trợ trong nghiên cứu phát triển các vấn đề liên quan đến năng lượng của mạng cảm biến đồng thời hỗ trợ giải quyết bài toán tối ưu hóa năng lượng cho mạng cảm biến.