DSpace at VNU: Đề xuất các thuật toán định tuyến đem lại hiệu quả năng lượng trong mạng cảm biến không dây

Đề xuất các thuật toán định tuyến đem lại hiệu
quả năng lượng trong mạng cảm biến không dây
Nguyễn Sỹ Minh
Trường Đại học Công nghệ
Luận văn Thạc sĩ ngành: Truyền dữ liệu và mạng máy tính; Mã số: 60 48 15
Người hướng dẫn: TS. Nguyễn Thanh Tùng
Năm bảo vệ: 2014
Keywords. Mạng cảm biến không dây; Truyền dữ liệu; Mạng máy tính; Thuật toán định
tuyến
Content
1. Nền tảng và mục đích
Tiến bộ mới trong công nghệ điện tử đã cho phép sản xuất các bộ cảm biến nhỏ và chi
phí thấp đồng thời kết hợp cảm biến, xử lý tín hiệu và khả năng thu phát không dây. Các thiết bị
này có thể được nối mạng với nhau để hình thành các mạng cảm biến không dây. Các mạng này
được triển khai trong nhiều ứng dụng quân sự và dân sự, chẳng hạn như phát hiện mục tiêu từ xa,
theo dõi thời tiết, dự báo thời tiết, thăm dò tài nguyên thiên nhiên và quản lý thiên tai. Mặc dù có
nhiều ứng dụng tiềm năng, các mạng cảm biến không dây vẫn còn phải đối mặt với một số thách
thức mà các mạng không dây khác, như các mạng di động không có. Thách thức khó khăn nhất
của các thiết kế của các mạng cảm biến không dây là năng lượng hạn chế của pin của các thiết bị
cảm biến. Điều này giới hạn thời gian hoạt động mà các mạng cảm biến không dây có thể hoạt
động trong các ứng dụng.
Đã có nhiều giao thức định tuyến tiết kiệm năng lượng đã được thiết kế cho các mạng
cảm biến không dây, trong đó năng lượng là một mối quan tâm cần thiết. Có rất nhiều khía cạnh
của một kiến trúc mạng có thể được thiết kế để có năng lượng hiệu quả, bao gồm cả việc thiết kế
các giao thức định tuyến. Giao thức định tuyến đóng một phần quan trọng trong hiệu quả năng
lượng của các mạng cảm biến không dây (WSNs), vì dữ liệu truyền thông chiếm phần lớn các
nguồn tài nguyên năng lượng của mạng .
Do đó, mục đích của luận văn này là tập trung vào phát triển các thuật toán định tuyến hỗ
trợ hiệu quả năng lượng. Các thuật toán này được thiết kế để thực hiện truyền thông dữ liệu trong
khi đảm bảo kéo dài thời gian hoạt động của WSNs.
2. Cấu trúc của luận văn

Ngoài phần mở đầu và kết luận, nội dung của luận văn được bố cục làm 4 chương cụ thể
như sau:
Chương 1. Tổng quan về mạng cảm biến không dây: Trình bày định nghĩa, cấu trúc
mạng WSNs, các yếu tố ảnh hưởng đến cấu trúc và các ứng dụng của WSNs.
Chương 2. Định tuyến trong mạng cảm biến không dây: Trình bày các vấn đề phải
đối mặt khi định tuyến đường đi trong WSNs và các giao thức định tuyến đang được dùng phổ


biến trong mạng cảm biến, cuối cùng là đánh giá ưu điểm, nhược điểm của các giao thức định
tuyến hiện tại.
Chương 3. Mô hình toán cho vấn đề định tuyến tối ưu trong mạng cảm biến không
dây và giải pháp: Xây dựng mô hình toán cho vấn đề định tuyến tối ưu trong mạng cảm biến
không dây như một bài toán tối ưu tuyến tính, từ đó có thể sử dụng phần mềm tuyến tính
thương mại để tìm nghiệm tối ưu. Tuy nhiên, mô hình này không thể sử dụng vào trong mạng
cảm biến, vì vậy tác giả đã đề xuất phương pháp Heuristic để giải quyết vấn đề và so sánh kết
quả Heuristic với kết quả từ mô hình toán.
Chương 4. Mô phỏng mạng cảm biến không dây với NS2 : Đề xuất phương pháp cải
tiến phương pháp EERS giúp cân bằng năng lượng tiêu thụ của các nút cảm biến để kéo dài
thời gian hoạt động của mạng cảm biến không dây và tăng cường khả năng kết nối. Cuối
chương, tác giả sử dụng công cụ NS2 để mô phỏng và đánh giá hiệu năng của phương pháp cải
tiến.
Cuối cùng là phần phụ lục và tài liệu tham khảo.

References
Tài liệu Tiếng Việt:
1. Nguyễn Đình Việt, Bài giảng đánh giá hiệu năng mạng máy tính, Trường Đại học Công
nghệ - Đại học quốc gia Hà Nội.
Tài liệu Tiếng Anh:
A. Manjeshwar and D. P. Agrawal, APTEEN: A Hybrid Protocol for Efficient
2.

Routing and Comprehensive Information Retrieval in Wireless Sensor Networks, in
the Proceedings of the 2nd International Workshop on Parallel and Distributed
Computing Issues in Wireless Networks and Mobile computing, Ft. Lauderdale,
FL, April 2002.
3.

4.
5.
6.
7.

8.
9.

10.

A. Manjeshwar and D. P. Agrawal, TEEN: A Protocol for Enhanced Efficiency
in Wireless Sensor Networks, in the Proceedings of the 1st International Workshop
on Parallel and Distributed Computing Issues in Wireless Networks and Mobile
Computing, San Francisco, CA, April 2001.
Akkaya, K, Younis, M; A Survey on Routing Protocols for Wireless Sensor
Networks. Ad Hoc Net. 2005, 3, 325–349.
Badrinath, Gupta; Maximum Lifetime Tree Construction for Wireless Sensor
Networks; LNCS, 2007, Volume 4882, 158-165
Bhaskar Krishnamachari, Networking Wireless Sensors, Cambridge University
Press, 2005.
C. Intanagonwiwat, R. Govindan and D. Estrin, Directed diffusion: A scalable
and robust communication paradigm for sensor networks, in the Proceedings of
the 6th Annual ACM/IEEE International Conference on Mobile Computing and
Networking (MobiCom'00), Boston, MA, August 2000.

C. Perkins, Ad Hoc Networks, Addison-Wesley, Reading, MA, 2000.
Chen.Y et al.: On selection of optimal transmission power for ad hoc
networks:36th Annual Hawaii International Conference on System Sciences
(HICSS'03) - Track 9,Washington, DC, USA (2003)
Dhawan, A, Vu, C.T; Maximum Lifetime of Sensor Networks with Adjustable
Sensing Range; Seventh ACIS International Conference on Software
Engineering,
Artificial Intelligence, Networking, and Parallel/Distributed


13.

Computing (SNPD’06)
Dijkstra algorithm, />Duy Ngoc Pham, Van Duc Nguyen, Van Tien Pham, Ngoc Tuan Nguyen,
Xuan Bac Do, Trung Dung Nguyen, Claus Kuperschmidt, Thomas Kaiser, An
Expending Ring Search AlgorithmFor Mobile Adhoc Networks, 2010 ATC
International Conference, pp. 39-44.
GNU Linear Programming Kit - Graph and Network Routines. 2010

14.

GNU Linear Programming Kit - Reference Manual. 2010

15.

Http://nsnam.isi.edu/nsnam/index.php/Main_Page

16.

Http://rp-www.cs.usyd.edu.au/~comp5416/Slides/Week%2010%20%20Wireless%20Sensor%20Network.pdf

I.F. Akyildiz, W. Su*, Y. Sankarasubramaniam, E. Cayirci; Wireless sensor
networks: a survey; School of Electrical and Computer Engineering, Georgia
Institute
J. Kulik, W. R. Heinzelman, and H. Balakrishnan, Negotiation-based protocols
for disseminating information in wireless sensor networks; Wireless Networks,
Volume: 8, pp. 169-185, 2002.
Kemal Akkaya, Mohamed Younis; A survey on routing protocols for wireless
sensor networks ; Department of Computer Science and Electrical Engineering,
University of Maryland, Baltimore County, Baltimore, MD 21250.
Linear Programming. 2007.
Liu, B.H et al; An energy efficient select optimal neighbor protocol for
wireless ad hoc Networks; Proceedings of the 29th Annual IEEE
International Conference on Local Computer Networks (LCN'04), Washington,
DC, USA, IEEE Computer Society (2004) pp. 626-633.
M. Aykut Yigitel, Ozlem Durmaz Incel, Cem Ersoy; QoS-aware MAC
protocols for wireless sensor networks: A survey. Computer Networks
Research Laboratory, Netlab, Department of Computer Engineering, Bogazici
University, Bebek, 34342 Istanbul, Turkey .
Modeling Language GNU MathProg - Language Reference. 2010

11.
12.

17.

18.

19.

20.

21.

22.

23.
24.

25.

26.

27.

28.

Nguyen Thanh Tung, Gregory K Egan, Bill Lloyd-Smith, Brett Pentland,
“Energy based routing techniques in Mobile Ad hoc and Sensor Networks”, 2005
13th IEEE International Conference on Communications, vol. 2.
Nguyen Thanh Tung, Nguyen Van Duc, Nguyen Hai Thanh, Phan Cong Vinh,
Nguyen Dai Tho; Power save protocol using chain based routing; International
Conference on Context-Aware Systems and Applications, November
2012,Vietnam; LNCS/LNICST 109, ISBN: 978-1-936968-65-7
Nguyen Thanh Tung, Nguyen Van Duc, Optimizing the Operating Time of
Wireless Sensor Network, EURASIP Journal on Wireless Communications and
Networking, January 2013, ISSN: 1687-1499, DOI: 10.1186/1687-1499-2012-348
(SCIE)
Nguyen Thanh Tung, Phan Cong Vinh; The Energy-Aware Operational Time of
Wireless Ad-hoc Sensor Networks; ACM/Springer Mobile Networks and
Applications (MONET) Journal, Volumn 17, August, 2012; DOI: 10.1007/s11036012-0403-1 (SCIE)
Nguyen Thanh Tung; Energy-Efficient Routing Algorithms in Wireless Sensor

Networks; PhD thesis, Monash University, Australia July (2009).


29.

30.

31.
32.

33.

34.
35.

36.

37.

38.

39.

40.

41.

42.

Nguyen Thanh Tung; Heuristic Energy-Efficient Routing Solutions to Extend the

Lifetime of Wireless Ad-Hoc Sensor Networks; The 4th Asian Conference on
Intelligent Information and Database Systems , LNCS 7197, p.487-492 March
2012, Taiwan
Nguyen Trung Dung, Nguyen Van Duc, Nguyen Thanh Tung, Pham Van
Tien, Pham Trong Hieu, Wakasugi Koichiro; An Energy-Efficient Ring Search
Routing Protocol Using Energy Parameters in Path Selection; International
Conference on Context-Aware Systems and Applications, November 2012,
Vietnam; LNCS/LNICST 109, ISBN: 978-1-936968-65-7
Qiangfeng Jiang, D. Manivannan; Routing Protocols for Sensor Networks,
Department of Computer Science University of Kentucky Lexington, KY 40506
Shrestha, N. and Mans, B.: Reception-Aware Power Control in Ad Hoc
Mobile Networks; The Third International Conference on Innovative Applications
of Information Technology for Developing World (Asian Applied Computing
Conference (AACC 2005)), Kathmandu, Nepal, 10-12 December 2005.
Stephanie Lindsey and Cauligi S. Raghavendra; PEGASIS: Power-Efficient
GAthering in Sensor Information Systems; Computer Systems Research
Department The Aerospace Corporation P. O. Box 92957 Los Angeles, CA 900092957.
Texas Instruments (2003), MSP430x1xx Family User's Guide, SLAU049B,
USA.
Trung Dung Nguyen, Van Duc Nguyen, Nguyen Thanh Tung, Trong Hieu
Pham, Ngoc Tuan Nguyen, Wakasugi Koichiro, Routing Dual Criterion
Protocol, in ICUIMC 2013: The 7th International Conference on Ubiquitous
Information Management and Communication.
W. Heinzelman, A. Chandrakasan, and H. Balakrishnan (2000), Energyefficient communication protocol for wireless microsensor networks, In Proc
33rd Hawaii Intl Conf on System Sciences, USA.
W. Heinzelman, J. Kulik, and H. Balakrishnan, Adaptive Protocols for
Information Dissemination in Wireless Sensor Networks, Proc. 5th ACM/IEEE
Mobicom Conference (MobiCom '99), Seattle, WA, August, 1999. pp. 174-85.
W.B. Heinzelman, A.P. Chandrakasan, and H. Balakrishnan, “EnergyEfficient Communication Protocol for Wireless Microsensor Networks,” 33rd
Hawaii International Conference Systems Sciences, Jan 2000.

W.R. Heinzelman, J. Kulik, H. Balakrishnan, Adaptive protocols for
information dissemination in wireless sensor networks, Proceedings of the ACM
MobiCom’99, Seattle, Washington, 1999, pp. 174–185.
Winnie Louis Lee, Amitava Datta, and Rachel Cardell-Oliver; Network
Management in Wireless Sensor; Networks School of Computer Science &
Software Engineering The University of Western Australia 35 Stirling Highway.
Y. Xu, J. Heidemann, and D. Estrin, Geography-informed energy conservation
for ad hoc routing," in the Proceedings of the 7th Annual ACM/IEEE International
Conference on Mobile Computing and Networking (MobiCom’01), Rome, Italy,
July 2001.
Y. Yu, D. Estrin, and R. Govindan, Geographical and Energy-Aware Routing: A
Recursive Data Dissemination Protocol for Wireless Sensor Networks, UCLA
Computer Science Department Technical Report, UCLA-CSD TR-01-0023, May
2001.