Chương này đã trình bày một số khái niệm về bài toán tối ưu, cách phân loại bài toán tối ưu dựa vào số lượng mục tiêu, bài toán tối ưu thời gian sống của mạng cảm biến không dây. Một số thuật toán tiến hóa để giải quyết bài toán tối ưu đơn mục tiêu và bài toán tối ưu đa mục tiêu cũng được trình bày.
Chương 2
TỐI ƯU HÓA THỜI GIAN SỐNG CỦA MẠNG CẢM BIẾN KHÔNG DÂY DỰA TRÊN MÔ
HÌNH TỔN THẤT TRUYỀN THÔNG
2.1 Đặt vấn đề
Mạng cảm biến không dây ngầm là mạng bao gồm các nút cảm biến được triển khai dưới lòng đất. Các nút này thu thập dữ liệu từ môi trường sau đó chuyển tiếp dữ liệu đến các nút ở phía trên (các nút ở trên có thể là nút cảm biến, nút chuyển tiếp hoặc trạm cơ sở). Ngày nay, mạng cảm biến không dây ngầm có nhiều ứng dụng trong thực tế. Một trong những ứng dụng nổi bật của mạng cảm biến không dây ngầm (WUSNs) là nông nghiệp chính xác. Nông nghiệp chính xác có thể được hiểu là việc thu thập dữ liệu thời gian thực về thời tiết, chất lượng không khí, đất, theo dõi sự trưởng thành của cây trồng,... sau đó phân tích các dữ liệu này để đưa ra được quyết định chính xác. Theo đó, mạng cảm biến bao gồm các nút cảm biến ở dưới mặt đất có thể được triển khai tại các cánh đồng để đo nhiệt độ, độ ẩm của đất và không khí xung quanh [66, 67]. Các cảm biến này thu thập và gửi dữ liệu đến trung tâm kiểm soát thu thập và xử lý dữ liệu ở phía trên mặt đất thông qua các kết nối không dây để xử lý các dữ liệu trong thời gian thực. Nhờ các dữ liệu này, người nông dân có thể đưa ra quyết định tốt nhất liên quan đến việc trồng, bón phân và thu hoạch cây trồng. Việc ứng dụng mạng cảm biến không dây để quản lý hoạt động trong nông nghiệp làm giảm đáng kể lượng phân bón, nước, thuốc trừ sâu,... được sử dụng khi chăm sóc cây trồng. Ngoài ra, mạng cảm biến không dây ngầm còn được sử dụng trong hệ thống tưới tiêu cho cây trồng [68, 69]. Mạng cảm biến không dây ngầm cũng có thể được triển khai ở trong đường ống dẫn khí, trong các đường hầm,... để thực hiện các nhiệm vụ như phát hiện kẻ xâm nhập, phát hiện việc dò rỉ khí, giám sát chất lượng không khí trong đường hầm [67].
Bài toán tối ưu thời gian sống của mạng cảm biến không dây ngầm được các nhà nghiên cứu trong thời gian gần đây do các nút cảm biến được triển khai ở
cách tiếp cận để kéo dài thời gian sống của mạng cảm biến không dây ngầm là sử dụng các nút chuyển tiếp ở phía trên mặt đất để chuyển tiếp dữ liệu cho các nút cảm biến. Tuy nhiên, việc truyền tín hiệu trong hai môi trường (đất - không khí) sẽ dẫn đến việc tín hiệu bị suy giảm do sự hấp thụ của các thành phần trong đất và sự phản xạ, khúc xạ ở bề mặt. Chương này đi sâu vào giải quyết bài toán triển khai các nút chuyển tiếp trong mạng cảm biến không dây ngầm để kéo dài thời gian sống của mạng. Thời gian sống được đánh giá dựa trên mô hình tổn thất truyền thông (được trình bày trong phần 1.4.2.1).
Những đóng góp chính của chương này như sau:
Mô hình hóa bài toán về mô hình quy hoạch nguyên để tìm được cận của lời giải.
Đề xuất thuật toán dựa trên tìm kiếm chùm tia với hàm phân phối Genitor (BGS) để giải bài toán. Nội dung của đóng góp này được công bố trong công trình 1.
Đề xuất thuật toán di truyền với khởi tạo phân cụm để cải thiện kết quả của thuật toán BGS. Nội dung của đóng góp này được công bố trong công trình 2.
Đề xuất phương pháp dựa trên sự kết hợp của tìm kiếm chùm tia và lựa chọn dựa trên phân phối Boltzmann để tạo ra các phương án khả thi cho bài toán tối ưu hóa thời gian sống của mạng. Các cặp kết nối giữa các nút cảm biến và các nút chuyển tiếp sẽ được tìm chính xác bằng cách đưa về bài toán tìm cặp ghép trên đồ thị. Nội dung của đóng góp này được công bố trong công trình 4.