Việc tiêu thụ năng lượng nút được chia thành chủ yếu bốn phần: truyền dữ liệu, nhận dữ liệu, hợp nhất dữ liệu và giao tiếp nội cụm. Khi việc tiêu thụ năng lượng đồng đều hơn, các nút sống lâu hơn. Kết luận được rút ra là mức tiêu thụ năng lượng của giao thức LEACH-VA đồng đều hơn các giao thức LEACH, LEACH-C và SEP (Hình 3.8). Sự thay đổi của giá trị hàm ngưỡng sẽ gây ra sự thay đổi số lượng đầu cụm. Một số lượng lớn các đầu cụm được tạo ra trong quá trình lọc là nguyên nhân chính gây ra tiêu thụ năng lượng lọc. Các giao thức LEACH-C và SEP không xem xét mức tiêu thụ năng lượng của truyền thông nội cụm. Nhiều năng lượng hơn được sử dụng trong giao thức LEACH-VA để truyền dữ liệu để tăng hiệu quả sử dụng năng lượng.
Phương pháp được đề xuất giúp giảm mức tiêu thụ năng lượng giữa các cụm và giảm mức tiêu thụ năng lượng của giao tiếp nội cụm. Nó cũng tối ưu hóa việc truyền dữ liệu của các đường dẫn đa bước. Năng lượng còn lại đã được cải thiện cả trong giai đoạn thiết lập và giai đoạn ổn định (Hình 3.8), giúp tiết kiệm năng lượng và tuổi thọ mạng được tăng lên.
Từ các thử nhiệm trên, ta thấy phương pháp đề xuất có thể kiểm soát số lượng đầu cụm dao động trong phạm vi 3 ≤ k ≤10. So với các giao thức còn lại, giao thức LEACH-VA tăng hiệu quả FND lên 1300 vòng, tuổi thọ mạng tăng 127% và các gói dữ liệu nhận được của BS tăng 71,4% trong khi mức tiêu thụ năng lượng của nút chỉ là 2,0084 × 10-4 J. Kết quả mô phỏng cho thấy giao thức LEACH-VA có hiệu quả về năng lượng vượt trội so với LEACH truyền thống, LEACH-C hay SEP.
3.4. Kết luận chương
Để phân tích một hướng cải thiện hiệu quả năng lượng trong giao thức LEACH, nội dung Chương 3 đã đề cập đến các hướng cải thiện giao thức LEACH, đồng thời tổng quát hóa hai giao thức LEACH-C và SEP. Qua các số liệu ta thấy: (i) số lượng đầu cụm tối ưu được tính cho mức tiêu thụ năng lượng chung trên mỗi vòng, (ii) sơ đồ Voronoi được thành lập, (iii) thuật toán đàn kiến được thêm vào giao thức để tối ưu hóa giao thức định tuyến đa bước.. Kết quả mô phỏng đã chỉ rõ rằng giao thức LEACH-VA tối ưu hơn so với LEACH-C và SEP. Mô hình được đề xuất cho lại kết quả chính xác và nhanh chóng hơn.
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
Mạng cảm biến không dây và các giải pháp kéo dài thời gian sống của mạng trong những năm gần trở lại đây đang trở thành tiêu điểm của các nghiên cứu trong cùng sự phát triển lớn mạnh của các giải pháp Internet vạn vật. Qua nhiều nghiên cứu ta thấy: các giải pháp cân bằng năng lượng phụ thuộc vào nhiều kiểu cấu hình và ứng dụng mạng. Tiếp cận định tuyến hiệu quả năng lượng trong mạng phẳng và phân cụm là khác nhau và đặc tính quan trọng nhất là giao thức định tuyến phải tối thiểu hóa được năng lượng tiêu thụ từ đó mới kéo dài được thời gian sống của mạng. Tiếp cận trong luận văn tốt nghiệp của em là cải thiện giao thức định tuyến LEACH để sử dụng năng lượng hiệu quả. Trong Luận văn của mình em đã hoàn thành mục tiêu nghiên cứu bao gồm những nội dung sau:
Chương 1: Trình bày về kiến trúc và ứng dụng của mạng cảm biến không dây từ khía cạnh sơ đồ khối, mô hình kết nối, ứng dụng và các vấn đề liên quan tới hiệu quả năng lượng
Chương 2: Tóm tắt vấn đề định tuyến trong mạng WSN và đi sâu nghiên cứu giao thức LEACH về các khía cạnh cơ chế hoạt động, đặc trưng và ứng dụng của nó.
Chương 3: Chương này tóm tắt các giải pháp cải thiện của LEACH, tìm kiếm và giải quyết vấn đề cải thiện giao thức LEACH sao cho sử dụng năng lượng hiệu quả, kéo dài thời gian sống của mạng.
Mạng cảm biến không dây ngày càng được dùng trong nhiều lĩnh vực như môi trường, sức khỏe, quân đội, sinh học hay các ứng dụng thương mại… với các yêu cầu chất lượng dịch vụ khác nhau. Vì vậy vấn đề định tuyến trong WSN là một thách thức bởi giao thức định tuyến buộc phải đảm bảo đc sự cân bằng của các yêu cầu về năng lượng cũng như chất lượng dịch vụ.
Thêm nữa các kỹ thuật định tuyến đề cập trong luận văn cũng như giao thức LEACH đều giả định rằng các nút cảm biến và BS không chuyển động. Tuy nhiên,
có rất nhiều các ứng dụng như thu thập dữ liệu môi trường nơi mà các BS và những nút cảm biến cần phải di động. Vì vậy, chúng ta cần phải nghiên cứu thuật toán định tuyến mới có thể xử lý Topology thay đổi trong ngưỡng năng lượng cho phép.
Em xin chân thành cảm ơn các Thầy Cô giáo của Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông, các Thầy Cô Khoa Sau đại học, Khoa Viễn thông 1 và đặc biệt là thầy giáo TS.Nguyễn Chiến Trinh đã nhiệt tình hướng dẫn, chỉ bảo và định hướng cho em thực hiện luận văn thành công.
DANH MỤC CÁC TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] M.S. Elgamel, A. Dandoush, A modified Manhattan distance with application for localization algorithms in ad-hoc WSNs. AD HOC Networks 33, 168–189 (2015)
[2] M. Erazo-Rodas, M. Sandoval-Moreno, et al., Multiparametric monitoring in equatorial tomato greenhouses (III): environmental measurement dynamics. Sensors 18(8) (2018)
[3] M. Bsoul, A. Al-Khasawneh, A. E. Abdallah, E. E. Abdallah, and I. Obeidat, “An energy-efficient threshold-based clustering protocol for wireless sensor networks,” Wireless Personal Communications, vol. 70, no. 1, pp. 99–112, 2013
[4] I. F. Akyildiz, W. Su, Y. Sankarasubramaniam, and E. Cayirci, “Wireless sensor networks: A survey,” Computer Network, vol. 38, no. 4, pp. 393–422, Mar. 2002.
[5] S. Soro, W.B. Heinzelman, Prolonging the lifetime of wireless sensor networks via unequal clustering. IEEE International Parallel & Distributed Processing Symposium 365 (2005)
[6] X. Fu, G. Fortino, P. Pace, G. Aloi, W. Li, Environment-fusion multipath routing protocol for wireless sensor networks. Information Fusion (2019).
[7] N. A. Pantazis, S. A. Nikolidakis, and D. D. Vergados, “Energyefficient routing protocols in wireless sensor networks: A survey,” IEEE Communications Surveys Tutorials, vol. 15, no. 2, pp. 551–591, Second 2013.
[8] A. Pau, C. Juan, et al., Performance evaluation of video streaming over ad hoc networks using flat and hierarchical routing protocols. Mobile Networks and Applications 13(3-4), 324–336 (2008)
[9] Haibo Liang, Shuo Yang, Li Li & Jianchong Gao “Research on routing optimization of WSNs based on improved LEACH protocol”, EURASIP Journal on
Wireless Communications and Networking volume 2019, Article number: 194 (2019)
[10] G. S. Arumugam and T. Ponnuchamy, “Ee-leach: development of energy-efficient leach protocol for data gathering in wsn,” EURASIP Journal on Wireless Communications and Networking, vol. 2015, no. 1, pp. 1–9, 2015
[11] Sunil Kumar Singh; Prabhat Kumar; Jyoti Prakash Singh “A Survey on Successors of LEACH Protocol”, IEEE Access, vol. 5, pp. 4298-4328, 2017, doi: 10.1109.2
[12] J. Y. Lee, K. D. Jung, S. J. Moon, and H. Jeong, “Improvement on leach protocol of a wide-area wireless sensor network,” Multimedia Tools and Applications, pp. 1–18, 2016.
[13] J. Kulik, W. Heinzelman, H. Balakrishnan, Negotiation-based protocols for disseminating information in wireless sensor networks. Wireless Networks 8, 169–185 (2002)
[14] S. Han, Z. Gong, W. Meng, et al., Automatic precision control positioning for wireless sensor network. IEEE Sensors Journal 16(7), 2140–2150 (2016)