Nghiên cứu phát triển định tuyến tiết kiệm năng lượng cho mạng cảm biến không dây ( Luận án tiến sĩ)

146 36 0
  • Loading ...
1/146 trang
Tải xuống

Thông tin tài liệu

Ngày đăng: 10/07/2018, 15:41

Nghiên cứu phát triển định tuyến tiết kiệm năng lượng cho mạng cảm biến không dây ( Luận án tiến sĩ)Nghiên cứu phát triển định tuyến tiết kiệm năng lượng cho mạng cảm biến không dây ( Luận án tiến sĩ)Nghiên cứu phát triển định tuyến tiết kiệm năng lượng cho mạng cảm biến không dây ( Luận án tiến sĩ)Nghiên cứu phát triển định tuyến tiết kiệm năng lượng cho mạng cảm biến không dây ( Luận án tiến sĩ) BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI NGUYỄN TRUNG DŨNG NGHIÊN CỨU PHÁT TRIỂN ĐỊNH TUYẾN TIẾT KIỆM NĂNG LƢỢNG CHO MẠNG CẢM BIẾN KHÔNG DÂY LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT VIỄN THÔNG Hà Nội -2014 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI NGUYỄN TRUNG DŨNG NGHIÊN CỨU PHÁT TRIỂN ĐỊNH TUYẾN TIẾT KIỆM NĂNG LƢỢNG CHO MẠNG CẢM BIẾN KHÔNG DÂY LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT VIỄN THÔNG Ngƣời hƣớng dẫn khoa học: PGS.TS Nguyễn Văn Đức Hà Nội -2014 Lời cam đoan Tác giả xin cam đoan cơng trình nghiên cứu tác giả, không chép người Các số liệu kết nêu luận án hồn tồn trung thực chưa cơng bố Tác giả Nguyễn Trung Dũng Lời cảm ơn Tôi xin chân thành cảm ơn PGS.TS Nguyễn Văn Đức nhiệt tình hướng dẫn giúp đỡ tơi nhiều q trình nghiên cứu hồn thành Luận án Cũng xin chân thành cảm ơn Viện sau Đại học, Bộ môn Kỹ thuật thông tin - Viện Điện tử Viễn thông - Trường Đại học Bách khoa Hà Nội tạo điều kiện thuận lợi để tơi hồn thành nhiệm vụ nghiên cứu Tơi bày tỏ lòng biết ơn đến Gia đình tơi Bố mẹ, anh chị em bạn bè người ủng hộ động viên giúp đỡ thời gian làm Luận án Nguyễn Trung Dũng MỤCLỤC MỞ ĐẦU CHƢƠNG TỔNG QUAN VỀ MẠNG CẢM BIẾN KHƠNG DÂY 1.1 Cấu trúc mạng cảm biến khơng dây 1.1.1 Các yếu tố ảnh hưởng đến cấu trúc mạng cảm biến không dây 1.1.2 Đặc điểm cấu trúc mạng cảm biến 1.1.3 Kiến trúc giao thức mạng 1.1.4 Hai cấu trúc đặc trưng mạng cảm biến 1.1.4.1 Cấu trúc phẳng 1.1.4.2 Cấu trúc phân tầng 1.2 Ứng dụng mạng cảm biến không dây 1.2.1 Ứng dụng quân đội 1.2.2 Ứng dụng môi trường 1.2.3 Ứng dụng chăm sóc sức khỏe 1.2.4 Ứng dụng gia đình 1.3 Một số vấn đề thách thức kỹ thuật 1.3.1 Vấn đề lớp MAC 1.3.2 Vấn đề định tuyến 1.3.3 Vấn đề lượng CHƢƠNG 2.TỐI ƢU ĐỊNH TUYẾN ĐA CHẶNG TIẾT KIỆM NĂNG LƢỢNG 2.1 Các phương pháp định tuyến tiết kiệm lượng dựa kỹ thuật giảm thiểu gói tin dư thừa 2.1.1 Phương pháp định tuyến mở rộng vòng Expanding Ring Search – ERS 2.1.2 Đề xuất phương pháp định tuyến mở rộng vòng giảm thiểu số nút tham gia định tuyến – Efficient Expanding Ring Search (EERS) 2.1.2.1 Kỹ thuật xác định thông tin nút lân cận cách hai bước nhảy mạng 2.1.2.2 Làm tràn tin tìm đường hiệu 2.1.2.3 Tiết kiệm lượng tìm kiếm mở rộng vòng 2.1.2.4 Lưu đồ thuật tốn EERS 2.1.2.5 Mơ đánh giá 2.2 Các phương pháp định tuyến dựa vào lượng nút cảm biến nhằm nâng cao thời gian sống mạng 2.2.1 Đề xuất phương pháp định tuyến dựa vào mức lượng nút cảm biến để loại bỏ tuyến đường có lượng thấp 2.2.2 Đề xuất phương pháp định tuyến dựa vào hai điều kiện để chọn đường tốt - Routing Dual Criterion (RDC) 2.2.3 Mô kết 2.3 Phương pháp định tuyến tiết kiệm lượng dựa điều khiển công suất 2.3.1 Kỹ thuật điều khiển công suất 2.3.2 Đề xuất phương pháp định tuyến dựa điều khiển công suất 2.3.3 Mô đánh giá kết i Trang 10 10 10 13 14 16 16 17 19 20 21 22 22 22 22 23 23 25 25 26 30 30 32 35 38 38 43 43 49 51 56 56 57 58 2.4 Kết luận 65 CHƢƠNG 3.TIẾT KIỆM NĂNG LƢỢNG TRONG MẠNG CẢM BIẾN KHƠNG DÂY ĐA CHẶNG SỬ DỤNG PHƢƠNG PHÁP ƢỚC ĐỐN VỊ TRÍ CỦA ĐỐI TƢỢNG 3.1 Cơ sở lý thuyết toán học 3.1.1 Định lý xác suất Bayes 3.1.2 Hàm phân bố xác suất hàm mật độ xác suất biến ngẫu nhiên 3.1.2.1 Hàm phân bố xác suất (Probability Distribution Function) 3.1.2.2 Hàm mật độ xác suất (Probability Density Function) 3.1.3 Kỳ vọng phương sai biến ngẫu nhiên 3.1.3.1 Kỳ vọng biến ngẫu nhiên 3.1.3.2 Phương sai biến ngẫu nhiên 3.1.4 Hàm phân phối xác suất Gaussian – Hàm phân phối chuẩn 3.1.5 Tiến trình Markov 3.1.6 Mơ hình hóa hệ thống khơng gian trạng thái động 3.1.7 Tiếp cận Bayes 3.1.8 Một số thuật toán theo vết dựa tiếp cận Bayes 3.2 Sơ lược số thuật toán dự đoán vị trí 3.2.1 Bộ lọc Kalman 3.2.2 Bộ lọc Kalman mở rộng 3.2.2.1 Những giới hạn mơ hình tuyến tính 3.2.2.2 Khai triển chuỗi Taylor 3.2.3 Kết luận 3.3 Thuật toán lọc chất điểm (Particle Filter) 3.3.1 Các điều kiện buộc thuật toán lọc chất điểm 3.3.2 Hướng tiếp cận lọc thuật toán lọc chất điểm 3.3.3 Lấy mẫu quan trọng (Importance Sampling) 3.3.4 Lấy mẫu quan trọng (Sequential Importance Sampling – SIS) 3.3.5 Vấn đề lựa chọn hàm mật độ đề xuất 3.3.6 Vấn đề thối hóa mẫu giải pháp lấy mẫu lại (Resampling) 3.3.7 Thuật toán lọc chất điểm tổng quát (Generic Particle Filter – GPF) 3.3.8 Thuật toán lấy mẫu lại quan trọng (Sequential Importance Resampling – SIR) 3.3.9 Mơ thuật tốn SIR 3.4 Ứng dụng giám sát đối tượng mạng cảm biến không dây sử dụng lọc chất điểm PF 3.4.1 Mơ hình hóa tốn 3.4.2 Đề xuất phương pháp thực lọc chất điểm 3.4.2.1 Pha khởi tạo N chất điểm 3.4.2.2 Pha lan truyền chất điểm 3.4.2.3 Pha tính tốn trọng số 3.4.2.4 Kết mơ 3.5 Đề xuất mơ hình giám sát theo vùng ii 66 66 67 67 67 68 68 68 69 69 70 70 71 73 73 74 78 78 79 80 81 81 82 83 84 88 89 90 91 92 99 99 100 100 101 102 103 105 3.6 Mơ hình giám sát tồn mạng 3.7 Mơ đánh giá kết 3.8 Kết luận 108 110 116 KẾT LUẬN CHUNG 117 TÀI LIỆU THAM KHẢO 124 DANH MỤC CÁC CƠNG TRÌNH CƠNG BỐ 132 iii DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT ABR ADC AODV AOMDV BS CNI CSMA/CA DSR EERS EKF ERS GPF KF LEACH MAC NS2 PDR PF PRP RDC RF RMS ROF RREP RREQ SIR SIS TTL WSN Định tuyến loại bỏ tuyến đường xấu Bộ chuyển đổi tương tự số Định tuyến vector khoảng cách theo yêu cầu Adhoc On-demand Multipath Distance Định tuyến vector khoảng cách đa Vector đường theo yêu cầu Base Station Trạm gốc Collecting Neighbors’ Information Pha thu thập thông tin nút lân cận giao thức định tuyến EERS Carrier Sense Multiple Access/ Cảm biến sóng mang đa truy cập/ Collision Avoidance tránh xung đột Dynamic Source Routing Định tuyến theo nguồn Efficient Expanding Ring Search Định tuyến tìm kiếm mở rộng vòng tối ưu Extended Kalman Filter Bộ lọc Kalman mở rộng Expanding Ring Search Định tuyến tìm kiếm mở rộng vòng Generic Particle Filter Bộ lọc chất điểm tổng quát Kalman Filter Bộ lọc Kalman Low Energy Adaptive Clustering Định tuyến phân vùng tiết kiệm Hierarchy lượng Media Access Control Điều khiển truy nhập đường truyền Network Simulator Phần mềm mô mạng Packet Delivery Ratio Tỷ lệ truyền gói tin thành cơng Particle Filter Bộ lọc chất điểm Power Control Combined with Routing Định tuyến dựa điều khiển công Protocol suất Routing dual criterion Định tuyến hai điều kiện Radio Frequency Sóng vơ tuyến Root-Mean-Square Độ lệch phương trung bình Reducing the Overhead of Flooding Pha giảm thiểu tin dư thừa giao thức định tuyến EERS Route Reply Bản tin trả lời chứa thông tin tuyến đường định tuyến Route Request Bản tin tìm đường Sequential Importance Resampling Lây mẫu lại quan trọng Sequential Importance Sampling Lấy mẫu quan trọng Time to Live Thời gian sống Wireless Sensor Network Mạng cảm biến không dây Avoid Bad Route Analog-to-Digital Adhoc On-demand Distance Vector iv DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU δi ck xt yt gt ht wt vt ut xˆt Tham số hàm phân phối xác suất Gaussian – giá trị kỳ vọng biến ngẫu nhiên X Tham số hàm phân phối xác suất Gaussian – giá trị phương sai biến ngẫu nhiên X Hàm xung Delta Trạng thái hệ thống thời điểm k Trạng thái hệ thộng thời điểm t Tín hiệu đo đạc hệ thống thời điểm t Hàm chuyển thời điểm t Hàm quan sát thời điểm t Nhiễu xử lý thời điểm t Nhiễu quan sát thời điểm t Đầu vào hệ thống thời điểm t Ước lượng hậu nghiệm xt xˆt Ước lượng tiên nghiệm xt Pt  Hiệp phương sai lỗi ước lượng xˆt Hiệp phương sai lỗi ước lượng xˆt Ma trận hệ số khuếch đại Kalman Biến ngẫu nhiên hàm phân bố xác suất Hàm phân bố xác suất biến ngẫu nhiên X Hàm mật độ xác suất biến ngẫu nhiên X Xác suất tương ứng giá trị xi biến ngẫu nhiên X Kỳ vọng biến ngẫu nhiên X Phương sai biến ngẫu nhiên X Chi phí tuyến đường Công suất tiêu hao Công suất truyền lớn Công suât nhạy thu Công suất dự trữ Công suất truyền Năng lượng lại nút cảm biến thuật tốn PRP Ngưỡng lượng lạicủa nút cảm biến thuật toán PRP Thời gian đợi tin trả lời Số nút cảm biến mạng Độ tăng giá trị TTL hai lần tìm kiếm thuật tốn tìm đường mở rộng vòng Thời gian Mốc thời gian tương lai Số chất điểm Pt  Kt X F(X) f(x) pi E(X) V(X) M Ploss Ptx_max Psen Pmar Ptx LPsent LPthr Tc n K t T N v DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 2.1 Các thông số mô chung Bảng 2.2 Các thông số mơ AODV PRP Bảng 3.1 Ví dụ kết khai triển Taylor Bảng 3.2 Thông số mô ứng dụng giám sát theo vùng vi Trang 39 59 80 111 ... đường tiết kiệm lượng, cân lượng nút cảm biến Do luận án tập trung vào việc nghiên cứu phát triển giao thức định tuyến truyền đa chặng mạng cảm biến không dây nhằm đạt mục tiêu tiết kiệm lượng Tình... trúc ứng dụng mạng cảm biến 1.1 Cấu trúc mạng cảm biến không dây 1.1.1 Các yếu tố ảnh hƣởng đến cấu trúc mạng cảm biến không dây Các cấu trúc cho mạng Internet mạng không dây đặc biệt (adhoc) khơng... Tập trung nghiên cứu giao thức định tuyến đa chặng mạng cảm biến không dây - Tập trung nghiên cứu kỹ thuật điều khiển công suất mạng cảm biến không dây đa chặng - Tập trung nghiên cứu thuật tốn
- Xem thêm -

Xem thêm: Nghiên cứu phát triển định tuyến tiết kiệm năng lượng cho mạng cảm biến không dây ( Luận án tiến sĩ), Nghiên cứu phát triển định tuyến tiết kiệm năng lượng cho mạng cảm biến không dây ( Luận án tiến sĩ)

Gợi ý tài liệu liên quan cho bạn

Nhận lời giải ngay chưa đến 10 phút Đăng bài tập ngay