Xác định các node ranh giới và lỗ hổng phủ sóng trong mạng cảm biến không dây

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
KHOA CÔNG NGHỆ THÔNG TIN

HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG

XÁC ĐỊNH CÁC NODE RANH GIỚI VÀ LỖ PHỦ
SÓNG TRONG MẠNG CẢM BIẾN KHÔNG DÂY

Giảng viên: TS. Nguyễn Trần Minh Thư

Học viên: 1512010 – Phạm Văn Tú


NỘI DUNG
Giới thiệu
Mục tiêu
Các định nghĩa
Thuật toán DSCS
Thuật toán DW
Thực nghiệm và đánh giá
Kết luận
1512010 - Paper # 09

2


1.
Giới thiệu
Mạng cảm biến không dây

1512010 - Paper # 09

3


1. Giới thiệu
Mạng cảm biến không dây (Wireless Sensor Network)
Gồm tập hợp các thiết bị cảm
biến sử dụng các liên kết
không dây (vô tuyến, hồng
ngoại hoặc quang học) để
phối hợp thực hiện nhiệm vụ
thu thập thông tin dữ liệu
phân tán với quy mô lớn
trong bất kỳ điều kiện và ở
bất kỳ vùng địa lý nào.
1512010 - Paper # 09

4


1. Giới thiệu
Mạng cảm biến không dây (Wireless Sensor Network)
- Giám sát và điều khiển công nghiệp
- Tự động hoá gia đình và điện dân dụng
- Triển vọng của mạng cảm biến không dây trong quân sự
- Hỗ trợ trong y tế và giám sát sức khoẻ
- Bảo vệ môi trường và phát triển ngành nông nghiệp
-…
1512010 - Paper # 09

5


2. Mục tiêu bài báo

1512010 - Paper # 09

6


2. Mục tiêu
• Các ứng dụng hiện có đều:
- Đòi hỏi vùng cảm biến phải phủ hết vùng cần xác định hay giám
sát.
- Phải xác định chính xác vị trí cần giám sát.
• Thực tế: Gặp trở ngại về vấn đề lỗ phủ sóng.
• Lỗ phủ sóng làm giảm hiệu suất của mạng cảm biến không dây
như làm giảm kết nối, mất cân bằng tải và làm cho việc chuyển tiếp
dữ liệu giữa các node ranh giới gặp khó khăn.
• Sự trở ngại về mặt địa hình đang làm cho các lỗ hổng phủ sóng
ngày càng gia tăng về số lượng và kích thước.
1512010 - Paper # 09

7


2. Mục tiêu

Làm sao để xác định được
các lỗ phủ sóng đó?

1512010 - Paper # 09

8


2. Mục tiêu

Xác định các node nằm trên
đường biên của lỗ phủ sóng.

1512010 - Paper # 09

9


3. Các định nghĩa

1512010 - Paper # 09

10


3. Các định nghĩa
• Xét một mạng cảm biến không
dây có 𝑛 node cảm biến đồng
nhất v𝑛 (𝑛 = 1,..., 𝑛) được triển
khai một cách ngẫu nhiên
trong vùng giám sát A.
• WSN được mô phỏng như một

đồ thị liên 𝑛 = (𝑛, 𝑛), với 𝑛 là
tập các node trong WSN và 𝑛
là tập các cạnh (liên kết truyền
thông) giữa các cặp node.
1512010 - Paper # 09

11


3. Các định nghĩa
Định nghĩa 1: Tập node hàng xóm (neighbor set)
Xét tập Nk(vi) là tập các node là hàng xóm k bước nhảy của node vi.
Node vu được gọi là node hàng xóm k bước nhảy của node vi nếu
vuNk(vi).
Nk(vi) =
• 
(2)

(1)

là tập lấy hợp của các node hàng xóm ở 1 bước nhảy và 2 bước nhảy
của node vi.
Kí hiệu |N1,2(vi)| là số node của tập N1,2(vi).
là khoảng cách Euclidean giữa node vi và vu.
1512010 - Paper # 09

12


3. Các định nghĩa

Nk(vi) =
 

k=1
 

k=2
 

1512010 - Paper # 09

13


3. Các định nghĩa
Định nghĩa 2: Vùng cảm biến
(sensing area)
Vùng cảm biến của node vi kí hiệu là
S(vi) được xác định theo công thức:
• 
(3)
S(vi) là một vùng tròn với Rs là bán
kính, vi là tâm.
Vị trí của vi được đặt làm gốc hệ tọa
độ Descartes
1512010 - Paper # 09

14

3. Các định nghĩa

Định nghĩa 2: Vùng cảm biến
(sensing area)
Vùng cảm biến của node vi được
• 
bao bởi đường nét đứt.
Đường nét đứt là ranh giới vùng
cảm biến giữa các node, kí hiệu .

1512010 - Paper # 09

15


3. Các định nghĩa
Định nghĩa 3: Góc tuyệt đối (absolute angle)
Góc tuyệt đối của vm là góc tạo bởi giữa tia vix và tia vivm.
• 
Kí hiệu:
hoặc với k là vị trí của node vm trong N1,2(vi).

1512010 - Paper # 09

16


1512010 - Paper # 09

17

3. Các định nghĩa

Định nghĩa 4: Góc tâm (central angle)
Là góc tạo bởi giữa tia vivm và tia vivn
•   hiệu:
Kí
.

1512010 - Paper # 09

18


3. Các định nghĩa
Định nghĩa 5: Khu vực cảm biến (sensing sector)
𝑛(v𝑛) có thể được chia thành 𝑛 (𝑛 = 1, . . . , |𝑛1,2(v𝑛)|) khu vực của
𝑛1,2(v𝑛).
Khu
•   vực cảm biến thứ k được kí hiệu là .
Nếu góc tâm tương ứng với là thì có thể được kí hiệu là .

1512010 - Paper # 09

19


1512010 - Paper # 09

20


3. Các định nghĩa

Định nghĩa 6: (phạm vi giao tiếp)
Phạm vi giao tiếp của nút v𝑛 là phần
vòng tròn bao bọc bởi vòng dấu chấm.
Với v𝑛 là tâm và 𝑛𝑛 là bán kính.

1512010 - Paper # 09

21


3. Các định nghĩa

• Định nghĩa 7: (nút điều tra (ItN)).
ItN là node đã thu thập các thông tin node hàng xóm và đã sẵn sàng
để thực hiện các thuật toán phát hiện node ranh giới.

1512010 - Paper # 09

22


3. Các định nghĩa

Định nghĩa 8: (nút ranh giới (BN))
Một nút được gọi là một BN nếu nó nằm trên ranh giới của lỗ hoặc

ranh giới ngoài của WSNs.
Một tập hợp các nút ranh giới được ký hiệu là BNs.
Nếu một nút không phải là một BN, gọi là một Non-BN;
Tập hợp các nút không nằm trên ranh giới được ký hiệu là Non-BNs.

1512010 - Paper # 09

23


1512010 - Paper # 09

24


3. Các định nghĩa

Định nghĩa 9: (lỗ phủ sóng)
Một lỗ phủ sóng là một khu vực mà
không được bao phủ bởi các khu vực
cảm biến của bất kỳ nút nào khác
trong A.

1512010 - Paper # 09

25