Đang tải... (xem toàn văn)
Tiết Kiệm Năng Lượng Tiêu Thụ Trong Mạng Cảm Biến Không Dây Sử Dụng Phân Cụm Dựa Trên Logic Mờ (LV thạc sĩ)Tiết Kiệm Năng Lượng Tiêu Thụ Trong Mạng Cảm Biến Không Dây Sử Dụng Phân Cụm Dựa Trên Logic Mờ (LV thạc sĩ)Tiết Kiệm Năng Lượng Tiêu Thụ Trong Mạng Cảm Biến Không Dây Sử Dụng Phân Cụm Dựa Trên Logic Mờ (LV thạc sĩ)Tiết Kiệm Năng Lượng Tiêu Thụ Trong Mạng Cảm Biến Không Dây Sử Dụng Phân Cụm Dựa Trên Logic Mờ (LV thạc sĩ)Tiết Kiệm Năng Lượng Tiêu Thụ Trong Mạng Cảm Biến Không Dây Sử Dụng Phân Cụm Dựa Trên Logic Mờ (LV thạc sĩ)Tiết Kiệm Năng Lượng Tiêu Thụ Trong Mạng Cảm Biến Không Dây Sử Dụng Phân Cụm Dựa Trên Logic Mờ (LV thạc sĩ)Tiết Kiệm Năng Lượng Tiêu Thụ Trong Mạng Cảm Biến Không Dây Sử Dụng Phân Cụm Dựa Trên Logic Mờ (LV thạc sĩ)Tiết Kiệm Năng Lượng Tiêu Thụ Trong Mạng Cảm Biến Không Dây Sử Dụng Phân Cụm Dựa Trên Logic Mờ (LV thạc sĩ)Tiết Kiệm Năng Lượng Tiêu Thụ Trong Mạng Cảm Biến Không Dây Sử Dụng Phân Cụm Dựa Trên Logic Mờ (LV thạc sĩ)Tiết Kiệm Năng Lượng Tiêu Thụ Trong Mạng Cảm Biến Không Dây Sử Dụng Phân Cụm Dựa Trên Logic Mờ (LV thạc sĩ)Tiết Kiệm Năng Lượng Tiêu Thụ Trong Mạng Cảm Biến Không Dây Sử Dụng Phân Cụm Dựa Trên Logic Mờ (LV thạc sĩ)Tiết Kiệm Năng Lượng Tiêu Thụ Trong Mạng Cảm Biến Không Dây Sử Dụng Phân Cụm Dựa Trên Logic Mờ (LV thạc sĩ)
i LỜI CAM ĐOAN Tôi cam đoan công trình nghiên cứu riêng tơi Các số liệu, kết nêu luận văn trung thực chưa cơng bố cơng trình khác Tp.HCM, ngày 30 tháng năm 2017 Học viên thực luận văn Lê Chiến Thắng ii LỜI CÁM ƠN Trong trình thực đề tài, với tư cách giáo viên hướng dẫn, PGS TS Trần Cơng Hùng tận tình hướng dẫn có nhiều ý kiến đóng góp để đề tài hồn thiện Qua xin trân trọng gửi lời cám ơn đến PGS TS Trần Cơng Hùng, người tận tình hướng dẫn tơi hồn thành luận văn cao học Tơi xin gửi lời cảm ơn chân thành đến tất thầy cô giáo Học viện Công nghệ Bưu Viễn thơng giảng dạy suốt q trình học tập trường Bên cạnh đó, tơi nhận nhiều hỗ trợ tận tình từ NCS Phan Thị Thể đồng nghiệp Đài truyền hình TP.HCM Xin gửi lời tri ân đến tất anh chị Xin trân trọng cảm ơn! Tp.HCM, ngày 30 tháng 05 năm 2017 Học viên thực luận văn Lê Chiến Thắng iii MỤC LỤC Lời cam đoan i Mục lục ii Danh mục ký hiệu, chữ viết tắt v Danh mục bảng vii Danh mục hình viii MỞ ĐẦU CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ MẠNG CẢM BIẾN KHÔNG DÂY 1.1 Giới thiệu 1.2 Cấu trúc mạng cảm biến không dây 1.2.1 Cấu trúc nút WSN 1.2.2 Cấu trúc mạng cảm biến không dây (WSN) 1.3 Kiến trúc giao thức mạng cảm biến không dây 1.4 Các yếu tố ảnh hưởng đến mạng cảm biến không dây 10 1.4.1 Thời gian sống bên 11 1.4.2 Sự đáp ứng 11 1.4.3 Hiệu suất khả tự cấu hình 11 1.4.4 Khả mở rộng tự thích nghi 12 1.5 Ứng dụng mạng cảm biến không dây 12 1.6 Kết luận chương 18 CHƯƠNG CÁC GIAO THỨC PHÂN CỤM VÀ ỨNG DỤNG LOGIC MỜ 19 2.1 Giao thức Leach [7] 19 2.2 Logic mờ [8] 23 2.2.1 Bộ Crisp Fuzzy 24 2.2.2 Các tính chất tập mờ 25 2.2.3 Hoạt động tập mờ 26 2.2.4 Biến ngôn ngữ giá trị ngôn ngữ 26 2.2.5 Luật mờ IF-THEN 27 2.2.6 Hệ thống suy luận mờ 27 2.3 Kỹ thuật phân nhóm 29 2.4 Phân Cụm Multi-Objective 30 iv 2.5 Cơng trình liên quan 31 2.5.1 Giao thức Gupta Fuzzy 31 2.5.2 Giao thức CHEF Fuzzy 32 2.5.3 Giao thức Leach-FL 33 2.6 Kết luận chương 33 CHƯƠNG CẢI TIẾN THUẬT TỐN PHÂN CỤM, MƠ PHỎNG VÀ ĐÁNH GIÁ 35 3.1 Cải tiến thuật toán phân cụm Leach cải tiến dựa logic mờ sở kép 35 3.1.1 Giới thiệu phương pháp đề xuất 36 3.3.2 Phương pháp đề xuất 39 3.1.2 Quy tắc logic mờ cho Clustering 42 3.2 Thuật toán 48 3.3 Kết phân tích thực 51 3.4 Kết luận chương 56 KẾT LUẬN 58 Tài liệu tham khảo 59 v DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT TỪ VIẾT TẮT ADC BS CDMA CSMA CSMA/CD DCHS DSP DS-SS E-LEACH GPS HEED IC IEEE ISM LEACH LEACH-C TIẾNG ANH Analog-To-Digital Converter Base Station Code Division Multiple Access Carrier Sense Multiple Access Carrier Sense Multiple Access With Collision Detection Deterministic ClusterHead Selection Digital Signal Processing Direct Sequence - Spread Spectrum Energy-Low Energy Adaptive Clustering Hierarchy Global Positioning System Hybrid Energy Efficient Distributed Protocol Inter-Integrated Circuit Institute of Electrical and Electronic Engineers Industrial, Scientific And Medical Low-Energy Adaptive Clustering Hierarchy Low-Energy Adaptive Clustering HierarchyCentralized LEACH-F Low-Energy Adaptive Clustering HierarchyFixed MAC Media Access Control MANET M-LEACH Mobile Ad-hoc Network Mutil-Hop Low Energy TIẾNG VIỆT Bộ chuyển đổi tương tự sang số Trạm Đa truy nhập phân chia theo mã Đa truy nhập cảm nhận sóng mang Đa truy cập cảm biến sóng mang với phát đụng độ Giao thức xác định lựa chọn cụm chủ Xử lý tín hiệu số Trải phổ chuỗi trực tiếp Kết cụm phân cấp thích nghi lượng thấp Hệ thống định vị tồn cầu Giao thức lai phân bố hiệu lượng Mạch liên tích hợp Viện kỹ thuật điện điện tử Dãi tần số công nghiệp Khoa học y tế Phân nhóm tương thích lượng thấp Phân cấp nhóm tương thích lượng thấp - tập trung Phân nhóm phân bậc tương thích lượng thấp - Cố định Điều khiển truy nhập môi trường Mạng ad-hoc di động Giao thức kết cụm thích vi Adaptive Clustering Hierarchy OFDM PAN PEACH PECRP QoS SAR SMP SPIN SPIN-BC SPIN-EC SPIN-PP SPIN-RL Orthogonal FrequencyDivision Multiplexing Personal Area Network Power-Efficient And Adaptive Clustering Hierarchy Power-Efficient Clustering Routing Protocol Quality of Service Sensor Aggregates Routing Sensor Management Protocol Sensor Protocols for Information via Negotiation Sensor Protocols for Information via Negotiation - Broadcast media SPIN-PP with a low energy threshold Sensor Protocols for Information via Negotiation – Point to Point SPIN-BC for lossy networks UWB WPAN Ultra-Wideband Wireless Personal Area Network WSN Wireless Sensor Network nghi phân cấp lượng thấp sử dụng truyền đa chặng Phương pháp đa truy cập phân chia theo tần số trực Mạng vùng cá nhân Giao thức kết cụm thích nghi phân cấp hiệu nguồn Giao thức định tuyến kết cụmhiệu nguồn Chất lượng dịch vụ Giao thức cảm biến kết hợp Giao thức quản lý cảm biến Giao thức thông tin cảm biến thông qua đàm phán Giao thức thông tin cảm biến thông qua đàm phán – môi trường quảng bá Giao thức thông tin cảm biến thông qua đàm phán – điểm điểm với mức ngưỡng lượng thấp Giao thức thông tin cảm biến thông qua đàm phán – điểm điểm Giao thức thông tin cảm biến thông qua đàm phán – môi trường quảng bá cho mạng suy hao Băng siêu rộng Mạng vô tuyến cá nhân Mạng cảm biến không dây vii DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 3.1 Chức thành viên sử dụng mức độ 45 Bảng 3.2: Chức thành viên sử dụng mức phổ quát 47 Bảng 3.3 Thông số mô 52 viii DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 1.1: Cấu trúc mạng cảm biến khơng dây Hình 1.2: Cấu trúc nút WSN Hình 1.3: Cấu trúc mạng cảm biến không dây Hình 1.4: Kiến trúc giao thức mạng cảm biến Hình 1.5: Mạng WSN cảnh báo cháy rừng 13 Hình 1.6: Cảnh báo đo thông số động đất 13 Hình 1.7: Ứng dụng y tế 14 Hình 1.8: Ứng dụng nhà thơng minh 15 Hình 1.9: Ứng dụng quản lý hàng hóa 15 Hình 1.10: Ứng dụng cảng 16 Hình 1.11: Ứng dụng trồng trọt 16 Hình 1.12: Ứng dụng chăn nuôi 17 Hình 1.13: Ứng dụng giao thông 17 Hình 2.1: Mơ hình mạng LEACH 20 Hình 2.2: Quá trình hình thành cụm chủ LEACH 21 Hình 2.3: Quá trình pha ổn định LEACH 22 Hình 2.4: Một tập mờ 25 Hình 2.5: Hoạt động tập mờ 26 Hình 2.6: Cấu trúc FIS 27 Hình 2.7: Đề xuất phân loại Schemes Clustering 30 Hình 3.1: Cách tiếp cận phân cụm giao thức lớp chéo 35 Hình 3.2: Nguyên tắc hoạt động giao thức LEACH 37 Hình 3.3: Truyền đa chặng mạng cảm biến không dây 37 Hình 3.4: Phương pháp tối ưu giảm tải lượng cho cụm chủ gần BS 38 Hình 3.5: Quá trình giai đoạn định 44 Hình 3.6: Giai đoạn chung việc định 45 Hình 3.7: Tổng số nút cảm biến hoạt động so với số vòng 53 Hình 3.8: Năng lượng bật thuật toán đề xuất LEACH 54 ix Hình 3.9: Hiệu cấp độ hợp lệ với số khác nút lân cận 55 Hình 3.10: Đánh giá lượng cho nút láng giềng 56 MỞ ĐẦU Ngày với phát triển mạnh mẽ khoa học kỹ thuật nói chung cơng nghệ thơng tin nói riêng Mạng cảm biến không dây Wireless Sensor Network – WSN [1] đời thành tựu to lớn khoa học WSN kết hợp cảm biến, tính tốn truyền thơng vào thiết bị nhỏ gọn nhằm đáp ứng nhu cầu ngày cao người, giúp cho người không nhiều sức lực, nhân công, nâng cao hiệu công việc Sức mạnh WSN khả triển khai số lượng lớn thiết bị nhỏ gọn, có khả tự thiết lập cấu hình hệ thống Sử dụng thiết bị để theo dõi thời gian thực, giám sát điều kiện tự nhiên, theo dõi tình trạng thiết bị WSN ứng dụng lĩnh vực khác như: an ninh, quốc phòng, dân sự, y tế, giao thơng, mơi trường, nơng nghiệp … Trong có số ứng dụng cụ thể như: cảnh báo xâm nhập, giám sát chu trình sản phẩm sản xuất cơng nghiệp; theo dõi di chuyển động vật hoang dã; cảnh báo cháy nổ, nhà thông minh; kiểm tra giám sát sức khỏe; kiểm sốt lưu lượng giao thơng; giám sát mức độ ô nhiễm môi trường, dự báo thời tiết, khí hậu; đo nhiệt độ, độ ẩm, điều khiển tưới tiêu tự động theo độ ẩm khơng khí Mạng cảm biến khơng dây có đặc điểm lượng bị giới hạn, thời gian cung cấp lượng nguồn (thường pin) cho cảm biến ngắn, chu kỳ nhiệm vụ cảm biến giới hạn, số lượng nút cảm biến nhiều thay đổi liên tục (khi hết lượng nút cảm biến bị loại bỏ khỏi mạng, có vật cản xuất môi trường truyền dẫn đến gián đoạn kênh vô tuyến) làm cho cấu trúc mạng thay đổi Nguyên nhân giới hạn lượng mạng cảm biến lượng sẵn có cảm biến thường nhỏ, thêm cảm biến khó nạp bổ sung lượng (các cảm biến phân tán rộng nên khó thu hồi lại, số mạng cảm biến nằm môi trường nguy hiểm độc hại), thân phải sử dụng lượng để thu thập tin tức từ môi trường xung quanh cảm biến cần có lượng để xử lý, tổng hợp chuyển thông tin liên tục nút trung tâm mạng, đặc biệt có biến động mơi trường xung quanh 47 Bảng 3.2: Chức thành viên sử dụng mức phổ quát Mật độ nút gần sink Ít Ít Ít Trung bình Trung bình Trung bình Nhiều Nhiều Nhiều Ít Ít Ít Trung bình Trung bình Trung bình Nhiều Nhiều Nhiều Ít Ít Ít Trung bình Trung bình Trung bình Nhiều Nhiều Nhiều Tính trung tâm Ít Ít Ít Ít Ít Ít Ít Ít Ít Trung bình Trung bình Trung bình Trung bình Trung bình Trung bình Trung bình Trung bình Trung bình Nhiều Nhiều Nhiều Nhiều Nhiều Nhiều Nhiều Nhiều Nhiều Khoảng cách CH Ít Trung bình Nhiều Ít Trung bình Nhiều Ít Trung bình Nhiều Ít Trung bình Nhiều Ít Trung bình Nhiều Ít Trung bình Nhiều Ít Trung bình Nhiều Ít Trung bình Nhiều Ít Trung bình Nhiều Điều kiện đủ Tốt Rất tốt Rất tốt Tương đối tốt Tốt Tốt Trên trung bình Tương đối tốt Tương đối tốt Trung bình Trên trung bình Trên trung bình Dưới trung bình Trung bình Trung bình Hơi thấp Dưới trung bình Dưới trung bình Thấp Hơi thấp Hơi thấp Rất thấp Thấp Thấp Rất thấp Rất thấp Thấp Kỹ thuật đề xuất triển khai Mamdani hệ thống suy luận Fuzzy giải mờ tiêu chí trung tâm Phạm vi cao chức thành viên đánh giá điểm số cao đầu vào yếu tố hệ thống đề xuất Nếu n số nút cảm biến có khu vực mơ phỏng, (xBS yBS) tọa độ data sink, (xm.ym ) tổng thể kích thước mạng cảm biến Số nút lân cận cao tìm thấy (n-1) (n-1) trung tâm tối đa ước tính 48 Khoảng cách tối đa data sink hệ thống đề xuất ước tính (0.06xn) Khoảng cách tối đa cụm chủ đánh giá (0.06xn-1) Trong hệ thống đề xuất này, tác giả áp dụng hệ thống suy luận mờ để bảo vệ tuổi thọ pin, hiệu truyền lượng giám sát kiện Chúng ta thấy Fuzzy Logic giúp cho việc định trạng thái ON / OFF cách hiệu chế độ thức / ngủ phận xử lý truyền thông tin nút cảm biến 3.2 Thuật toán Hệ thống đề xuất với lõi kép xử lý 1.80 GHz hệ điều hành Windows 32 bit Nền tảng lựa chọn Matlab Mơ hình mạng cảm biến khơng dây đề xuất xem xét nút cảm biến tĩnh tham gia vào trình bầu cử cụm Các kỹ thuật đề xuất chọn nút cảm biến tĩnh theo mẫu lập biểu mạng phân phối Điều kiểm tra xem nút cảm biến khơng dây trở thành chủ cụm trình bầu cử Hệ thống đề xuất cấu hình nút cảm biến dựa thời gian phối hợp mà nút cảm biến thành viên có lượt, sau có hệ thống khẳng định để trở thành cụm chủ, trở thành nút bình thường Biến nhận dạng nút cảm biến sử dụng tiến hành định chủ cụm Khi mà xác định cảm biến tương đương với giá trị biến số khác hệ thống xác định lượt nút cụm chủ Nếu không, nút cảm biến nhận diện thành viên nhóm Thuật tốn để chọn cụm chủ sau: A Sơ đồ bầu chọn Thuật toán 1: lựa chọn cụm chủ Dữ liệu đầu vào: tham số nút cảm biến độc lập Kết quả: tìm cụm chủ Các bước sau: Khởi tạo số lượng cụm chủ Khởi tạo tổng số nút cảm biến Xác định k giá trị biến ID nút cảm biến Xác định ID nút cảm biến 49 Nếu (id = k) sau Nid chủ cụm Phát thông điệp tới tất nút lân cận Chờ nhận thông điệp trả lời Thực việc hình thành cụm 10 Else 11 Chờ đợi để nhận thông điệp từ chủ cụm 12 if (RecMessage = = 1) then 13 Chọn cụm chủ 14 Else If (RecMessage> = 2) then 15 Ước tính khoảng cách ngắn nhất, chọn nút khoảng cách ngắn cụm chủ 16 Else 17 Nid chủ cụm 18 End If 19 End If 20 k = k + 1; // sau khoảng thời gian vòng hồn thành 21 If (k = N_C + 1) then 22 k = 23 Chuyển sang bước 24 End If 25 End B Tạo Mạng Thuật toán 2: tạo mạng cách sử dụng hệ thống suy luận mờ Đầu vào: Các thông số mạng Đầu ra: Tạo mạng Các bước: Tạo hệ thống suy luận mờ Đọc hệ thống FIS (hạn chế, phổ quát) Khởi tạo tham số mạng Khởi tạo khoảng cách nút Sink liệu Xác định phạm vi nút lân cận 50 Khởi tạo tỷ lệ chọn chủ cụm Ước tính tổng số cụm chủ TCHs = (nút Nnode * Perc / 100); Đánh dấu cụm Các tham số ban đầu 10 Năng lượng số 0,1 giai đoạn ban đầu 11 Tính thơng số nội 12 Số lượng nút lân cận 13 Khởi tạo biến để lưu trữ số lượng nút lân cận 14 Tính khoảng cách nút tới nút 15 Làm bật cụm 16 Tìm nút nằm dải 17 Loại bỏ id nút gốc 18 Lưu số lượng giá trị nút 19 Làm bật nút lân cận 20 Tính tốn thơng số mức phổ qt 21 Khởi tạo vector để lưu giá trị trung tâm 22 Tính trung tâm 23 Lưu vector 24 Tính khoảng cách đến liệu sink 25 Khởi tạo vector để lưu trữ khoảng cách 26 Bắt đầu mô 27 Khởi tạo vector xác nhận đủ điều kiện 28 Tính mức độ đủ điều kiện hạn chế 29 Hủy bỏ việc hội đủ điều kiện hạn chế nút chết 30 Quyết định ngưỡng Th = tối đa (điều kiện hạn chế) * 0.95; // 95% giá trị tối đa 31 Tìm id cho nút đủ điều kiện 32 Lấy 10 lựa chọn cụm theo thứ tự tăng dần 33 So sánh với mức độ đủ tiêu chuẩn 34 Chọn cụm chủ với giá trị giới hạn cao 35 Kết thúc 51 3.3 Kết phân tích thực Trong phần này, tác giả phân tích hiệu suất thuật tốn với kết mơ thực cách thực hệ thống đề xuất Matlab Mơ hình đề xuất so sánh với thuật tốn LEACH Mạng cảm biến mục tiêu chính, bảo tồn lượng, hoạt động đo tuổi thọ mạng, lượng tiêu hao độ chênh lệch điện Tác giả thực mô số lượng thời gian sống nút lượng lượng tiêu hao thể hình sau 3.8 Trong mơ hình này, hoạt động mạng tiến hành theo vòng tròn Ở đây, tác giả xem xét vấn đề hình thành cụm nhằm giảm thiểu tổng thể tiêu thụ lượng truyền thông WSN Mạng ngẫu nhiên triển khai nút kích thước phân bố Họ tổ chức thành cụm địa phương với nút hoạt động cụm chủ Sử dụng mơ hình thời gian sống mạng đo nút khơng lượng hoạt động Trong đề tài này, tác giả phân tích thuật tốn cách thay đổi kiến trúc cụm để tránh lãng phí lượng Một số cấu hình thiết lập biện pháp như: Thơng suốt : tác giả xác định số lượng gói liệu tới sink giai đoạn truyền qua số cụm chủ hoạt động gateway Số lượng gói tin giao đến sink vòng số chủ cụm nhân với thời gian truyền liệu suốt khoảng thời gian Nút sống: nút sống mang theo đủ lượng cho số vòng giao tiếp với sink Nút sống có lượng lớn ngưỡng Ethresholdmin Tổng lượng tiêu thụ: tính cách tổng hợp lượng tiêu thụ tất nút giai đoạn Năng lượng tiêu thụ nút xảy trình truyền, tiếp nhận trạng thái chờ Độ trễ: định nghĩa khoảng thời gian sau thời gian gói liệu truyền tới sink Ba kịch khác xem xét để phân tích đề xuất Hầu hết thí nghiệm tất kịch thông số chung sử dụng mô tả sau: mạng lưới nút cảm biến N với lượng ban đầu 0.5J triển 52 khai diện tích mét vng Tác giả mơ thuật toán cho mười lượt với số vòng Hệ thống đề xuất ban đầu thử nghiệm với 60 nút cảm biến Vì vậy, mơ cho vòng, nút cụm truyền gói đến CH nó hết lượng CH mang thông điệp tổng hợp đến BS, nằm bên ngồi WSN đơn bị mét Các thơng số cấu hình chung hiển thị Bảng 3.3 Bảng 3.3 Thơng số mơ Thơng số Giá trị Kích thước mạng 100 x 100 m2 Số lượng nút 200 Vị trí nút BS 90 Năng lượng cài đặt 3,5 Joule Kích thước gói liệu 4000 bit Dữ liệu điều khiển 32 bit Vùng phủ nút 15m – 25m Hình 3.7 cho biết tổng số nút cảm biến hoạt động so với số vòng, đề xuất giao thức so sánh với giao thức LEACH bình thường 53 Hình 3.7: Tổng số nút cảm biến hoạt động so với số vòng Theo quan sát thấy sau 710 vòng, nút giao thức đề xuất chết LEACH bình thường nút bị lượng sau 490 vòng Điều thể cải thiện 69% Tuy nhiên, nút trường hợp LEACH chết sau 1250 vòng so sánh với mơ hình đề xuất mà giữ lại 2700 vòng Lý so sánh với đề xuất , LEACH tiêu hao lượng nhanh từ nút nằm xa sink Do nút từ xa khơng có hành vi hai giao thức Các nút mà khơng thể tìm thấy cụm chủ, chọn cụm chủ tương tự gần giao thức LEACH Nút nằm xa BS chết sớm tiêu thụ điện cao Việc so sánh hai giao thức cho thấy nút có lượng chết nhanh trường hợp giao thức LEACH so với đề xuất Dựa bảng 3.8 cài đặt cấu hình thơng số, mạng cải tiến tham số, thuật toán sử dụng MATLAB để thực kiểm tra Hệ thống đề xuất so với thuật toán LEACH thể hình 3.10 54 Hình 3.8: Năng lượng bật thuật toán đề xuất LEACH Kiểm tra tương tự thực với mạng khác có số lượng nút Và tìm thấy kết tương tự Kết cho thấy cải thiện giao thức LEACH LEACH trì lượng cho nút cố định tối đa 300 vòng phương pháp đề xuất trì lên đến 650 vòng Điều cho thấy giao thức đề xuất cải thiện 46% so với giao thức LEACH Việc so sánh thực cách xem xét lượng lại vòng Để đánh giá tính hiệu thuật toán đề xuất, nút gần với trạm sở tiêu thụ nhiều lượng so với nút xa Điều dẫn đến tối đa hóa lượng giao thức đề xuất cụm để có số vòng lớn giữ nút sống Hình 3.9 cho thấy tác động nút lân cận để đánh giá hiệu thuật toán Đánh giá lượng đa dạng xem xét hạn chế mức độ hội đủ điều kiện với số lượng ngày tăng kết thực nghiệm nút cho thấy hiệu mức độ hội đủ điều kiện liên quan đến lượng nút lân cận 55 Hình 3.9: Hiệu cấp độ hợp lệ với số khác nút lân cận Hình 3.9 cho thấy kết mơ với 15, 30 45 lân cận đánh giá hạn chế cấp độ quyền lựa chọn Nó cho thấy số nút hàng xóm nhiều có tính khả thi cho nút cảm biến tham gia tiến trình bầu cử cụm khả thích hợp tốt Tác động việc đánh giá mức lượng liên quan đến số nút hàng xóm yếu tố để đánh giá hiệu thuật tốn trình bày hình 3.10 56 Hình 3.10: Đánh giá lượng cho nút láng giềng Hình 3.10 cho thấy kết mô xem xét giá trị lượng 0,03, 0,05 0,07, nơi nhìn thấy với gia tăng số lượng nút cảm biến hàng xóm, tính hợp lệ mức giới hạn tăng với sức mạnh đa dạng nút cảm biến 3.4 Kết luận chương Hệ thống đề xuất nhấn mạnh cách tiếp cận định tuyến hiệu sử dụng logic mờ mà dựa Clustering nhằm nâng cao tuổi thọ toàn mạng cảm biến Khả mở rộng chiến lược thực đánh giá chuyên sâu cách xem xét môi trường khác Các chủ cụm chọn sử dụng hệ thống suy luận mờ kép Các nút cảm biến đủ điều kiện lựa chọn tùy thuộc vào mức cơng suất gắn với tổng số nút khu vực truyền dẫn Đề xuất thuật toán so sánh với Leach thường xuyên sử dụng thuật toán tài liệu Hiệu mơ hình đề xuất thử nghiệm đánh giá Matlab kết 57 thực cho thấy kỹ thuật này, nút cảm biến sử dụng lượng giữ mạng thời gian lớn Chương trình bày việc thực DFLMLE ảnh hưởng đến bảo toàn lượng tuổi thọ mạng thí nghiệm mơ tiến hành sử dụng ba kịch quan sát khác cho thấy tất thí nghiệm DFLMLE cải thiện đời sống mạng khoảng từ 18% đến 24% so với giao thức Leach Tác giả quan sát thấy DFLMLE tối ưu hóa lượng tiêu thụ nút cảm biến mà tỷ lệ tản cân tất nút mạng Tóm lại, tác giả chứng minh DFLMLE đạt tiết kiệm lượng đáng kể tăng cường tuổi thọ mạng so với giao thức Leach Đối với công việc tương lai, mơ hình lượng hiệu khơng đồng làm tăng thời gian tuổi thọ cảm biến mạng lưới khảo sát 58 KẾT LUẬN Mạng cảm biến khơng dây có đặc điểm lượng bị giới hạn, thời gian cung cấp lượng nguồn (thường pin) cho cảm biến ngắn, chu kỳ nhiệm vụ cảm biến giới hạn, số lượng nút cảm biến nhiều thay đổi liên tục làm cho cấu trúc mạng thay đổi Có nhiều thuật tốn nghiên cứu nhằm tăng thời gian sống mạng WSN Đặc biệt kết hợp với Fuzzy Logic chúng tỏ đạt hiệu nhiều mặt tiết kiệm lượng mạng Có nhiều nghiên cứu ứng dụng Fuzzy Logic để cải tiến thuật tốn phân cụm, có thuật tốn F_Leach cơng bố vào năm 2010 Trong q trình nghiên cứu thuật tốn Leach cải tiến kỹ thuật sử dụng Fuzzy Logic phân cụm mạng WSN, tác giả đề xuất thuật toán kết hợp Leach cải tiến sử dụng chế độ Fuzzy kép gọi DFLMLE phân tích thành phần gồm: mức độ trung tâm, lượng lại nút, khoảng cách BS nút, khoảng cách CL BS Qua kết mô theo đề xuất tác giả có kết tốt so với giao thức Leach lên đến 24% cho thấy có nhiều tham số mạng WSN để ứng dụng Fuzzy Logic để cải thiện đời sống mạng Trong giới hạn thời gian việc nghiên cứu đề tài, tác giả chưa mở rộng thử nghiệm điều kiện khác mạng WSN có số nút lớn điều kiện diện tích thiết kế phức tạp để tìm mẫu số chung dạng mạng WSN, tác giả cố gắng thực tiếp nghiên cứu sau 59 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Ian F Akyildiz, Mehmet Can Vuran, (2010) Wireless Sensor Networks, A John Wiley and Sons, Ltd, Publication [2] K Sohraby, and D Minoli and T Znati (2007), "Wireless Sensor Network Technology, Protocol and Application" (John Wiley & Sons Ltd, 2007) [3] Anna Hác (2003), "Wireless Sensor Network Designs" (John Wiley & Sons Ltd, 2003) [4] V Mhatre, and C Rosenberg (2004) Design guidelines for wireless sensor networks: communication, clustering and aggregation, Ad Hoc Networks, vol [5] HolgerKarl, and AndreasWillig (2005), "Protocols and Architectures for wireless Sensor Networks" (John Wiley & Sons, 2005) [6] Callaway, and Edgar H (2004), "Wireless Sensor Networks— Architectures and Protocols" (CRC Press Company, 2004) [7] Geetam Singh Tomar, Tripti Sharma, Brijesh Kumar (2015) Fuzzy Based Ant Colony Optimization Approach for Wireless Sensor Network-Springer Science + Business Media New York [8] Rouzbeh Behrouz (2012), Ryerson University, Increasing Network Lifetime In Cluster Based Wireless Sensor Networks Via Fuzzy Logic [9] S Ramanathan and M Steenstrup.(1996) A survey of routing techniques for mobile communications networks, Mobile Networks and Applications, vol 1, issue 2, pp 89–104 [10] O Younis, M Krunz, and S Ramasubramanian.(2006) Node Clustering in Wireless Sensor Networks: Recent Developments and Deployment Challenges IEEE Network, vol 20, issue 3, pp.20– 25 [11] J.Y Yu, and P.H.J Chong.(2005) A survey of clustering schemes for mobile ad hoc networks, IEEE Communications Surveys & Tutorials, vol 7, issue 1, pp 32-48, [12] L.A Zadeh (1965), “Fuzzy Sets”, Information and Control, vol 8, issue 3, pp.338-353, 60 [13] L.A Zadeh (1968), “Fuzzy Algorithms”, Information and Control, vol 12, issue 2, pp 94-102 [14] L.A Zadeh, (1973) Outline of a New Approach to the Analysis of Complex systems and Decision Processes, IEEE Transaction on Systems, Man, and Cybernetics, vol 3, issue [15] I Gupta (2005), Cluster-Head Election Using Fuzzy Logic for Wireless Sensor Networks, Master Thesis, Department of Computer Science, Dalhousie University of Halifax, [16] Matlab fuzzy logic toolbox [17] T Mitsuishi, N Endou, and Y Shidama (2001) The concept of fuzzy set and membership function and basic properties of fuzzy set operation, Formalized Mathematics, vol 9, issue 2, pp 351-356 [18] E.H Mamdani, and S Assilian (1975) An experiment in linguistic synthesis with a fuzzy logic 98 controller, International Journal of Man-Machine Studies, vol 7, issue 1, pp 1-13 [19] L.A Zadeh (1975), The Concept of a Linguistic variable and its application to approximate reasoning-I, Information Sciences, vol 8, issue 3, pp.199-249 [20] M Sugeno (1985) Industrial Application of Fuzzy Control Elseiver Science Publication Co Amsterdam, [21] M Negnevitsky (2001), Artificial Intelligence: A Guide to Intelligent Systems, Addison Wesly, Reading, MA [22] Fung, Glenn.( 2001) "A Comprehensive Overview of Basic Clustering Algorithms," [23] D J Dechene, A El Jardali, M Luccini, and A Sauer (2007), "A Survey of Clustering Algorithms for Wireless Sensor Networks," London, Ontario, Canada [24] Ameer Ahmed Abbasi, Mohamed F Younis.(2007), "A survey on clustering algorithms for wireless sensor networks.," Computer Communications, Vols 30(14-15):, pp 2826-2841 [25] Kim, Wooyoung,( 2009) "Survey topic: Parallel Clustering Algorithms Detailed Annotated Bibliography and Classification of the Results," 61 [26] Nauman Aslam, W Robertson, W Phillips and S Sivakumar (2011), "A Multi-Criterion Optimization Technique for Energy Efficient Cluster Formation in Wireless Sensor Networks," Information Fusion - Elsevier Publication on MultiSensor Multi-Source Information Fusion [27] I Gupta (2005), "” Cluster head election using fuzzy logic for wireless sensor networks"," Halifax,Nova Scotia, March [28] J Kim, S Park, Y Han and T Chung (2008), "“CHEF: Cluster Head Election mechanism using Fuzzy logic in Wireless Sensor Networks”,," in proceeding of the ICACT [29] Ran, H Z (2010)., "Improving on LEACH Protocol of Wireless Sensor Networks Using Fuzzy Logic," Journal of Information & Computational Science, ... cảm biến khơng dây bao gồm số lượng lớn nút cảm biến không dây nằm khu vực địa lý Các "nút cảm biến không dây" thiết bị sử dụng điện thấp trang bị với nhiều cảm biến Các nút cảm biến có cảm biến. .. quan mạng cảm biến không dây Chương 2: Các giao thức phân cụm ứng dụng logic mờ Chương 3: Cải tiến thuật tốn phân cụm, mơ đánh giá 3 CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ MẠNG CẢM BIẾN KHƠNG DÂY 1.1 Giới thiệu Mạng. .. trúc mạng thay đổi Nguyên nhân giới hạn lượng mạng cảm biến lượng sẵn có cảm biến thường nhỏ, thêm cảm biến khó nạp bổ sung lượng (các cảm biến phân tán rộng nên khó thu hồi lại, số mạng cảm biến