Giải pháp định tuyến thích nghi năng lượng trong mạng cảm biến không dây

Bài viết Giải pháp định tuyến thích nghi năng lượng trong mạng cảm biến không dây đưa ra một giải pháp định tuyến, tính đến đặc tính năng lượng nguồn cung cấp trong các nút mạng. Mời các bạn tham khảo bài viết để nắm bắt nội dung chi tiết.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Giải pháp định tuyến thích nghi năng lượng trong mạng cảm biến không dâyT¹p chÝ KHKT Má - §Þa chÊt, sè 53, 01/2015, tr.53-57CƠ - ĐIỆN MỎ (trang 53-57)GIẢI PHÁP ĐỊNH TUYẾN THÍCH NGHI NĂNG LƯỢNGTRONG MẠNG CẢM BIẾN KHÔNG DÂYĐỖ XUÂN THIỆU, Trường Đại học Giao thông Vận tải Hà NộiTóm tắt: Mạng cảm biến không dây có đặc thù là có thể gửi và nhận thông tin trong các điềukiện địa hình khác nhau. Nguồn cung cấp cho các nút cảm biến ở các điều kiện khác nhau, cóthể được thực hiện bằng các dạng nguồn khác nhau, như nguồn ắc quy, pin, pin mặt trời,nguồn chỉnh lưu dòng điện xoay chiều,…Vấn đề định tuyến trong mạng, kết nối thông tin giữacác nút và trung tâm trong các mạng như vậy cần phối hợp đồng bộ giữa các nguồn, đảm bảođộ tin cậy và kéo dài thời gian sống của mạng là rất cần thiết. Bài báo này đưa ra một giảipháp định tuyến, tính đến đặc tính năng lượng nguồn cung cấp trong các nút mạng. Bằngcách tính toán hàm giá phụ thuộc khoảng cách giữa các nút, độ dốc năng lượng và công suấtphát tại nút gốc, giao thức định tuyến sẽ lựa chọn được con đường tối ưu theo hàm giá thấpnhất để truyền dữ liệu. Kết hợp việc xác định năng lượng còn lại trên mỗi nút và hàm giá, giảipháp định tuyến này sẽ đảm bảo định tuyến tối ưu theo sự nhận thức về năng lượng, đồng thờithích hợp với mạng có các nút mạng được cấp với các loại nguồn khác nhau.năng mở rộng. Trong dạng này, các nút mạng1. Đặt vấn đềMạng cảm biến không dây được ứng dụng được sắp xếp vào các cụm (cluster), trong đó mộtrộng rãi trong nhiều lĩnh vực như: giám sát kết nút có năng lượng lớn nhất đóng vai trò nút chủcấu của công trình (cầu, tòa nhà...), theo dõi cuộc (cluster head). Nút chủ có trách nhiệm phối hợpsống của các loài thú hoang dã, theo dõi điều các hoạt động giữa các nút trong cụm và chuyểnkhiển môi trường chuồng trại; cảnh báo cháy thông tin giữa các cụm. Việc phân hoạch nàyrừng, phát hiện rò rỉ hóa chất trong các nhà máy, giảm được năng lượng tiêu thụ và kéo dài thờigiám sát các tòa nhà thông minh…Một nút cảm gian sống của mạng. Dạng thứ ba dùng phươngbiến thông thường bao gồm các thành phần sau: pháp hướng dữ liệu (data-centric) để phân bổ yêubộ vi xử lý nhỏ và sử dụng năng lượng ít (low cầu trong mạng. Phương pháp này dựa trên thuộcpower processor), bộ nhớ (Memory), Radio để tính, ở đó một nút nguồn truy vấn đến một thuộctruyền dữ liệu không dây, nguồn điện (power tính của hiện tượng nào đó hơn là một nút cảmsource) và các bộ cảm biến (sensors) [1].biến riêng biệt. Việc phân tán yêu cầu thực hiệnThiết kế các giao thức định tuyến của mạng bằng cách phân nhiệm vụ cho các nút cảm biếncảm biến không dây phải xem xét đến công suất và định rõ một thuộc tính riêng biệt cho các nút.và tài nguyên hạn chế của các nút mạng, đặc tính Dạng thứ tư dùng vị trí để chỉ ra một nút cảmthay đổi theo thời gian của kênh truyền vô tuyến biến. Định tuyến dựa trên vị trí rất hữu ích chovà khả năng trễ hay mất gói. Nhiều giao thức các ứng dụng mà vị trí của nút trong một vùngđịnh tuyến đã được đưa ra. Dạng thứ nhất là giao địa lý có thể được hỏi bởi nút nguồn. Yêu cầuthức dành cho kiến trúc mạng phẳng trong đó tất như thế có thể định rõ vùng nào đó mà các hiệncả các nút xem như cùng cấp. Kiến trúc phẳng có tượng quan tâm có thể xảy ra hay lân cận vớinhiều lợi ích như tối thiểu phần đầu khung điểm đặc biệt nào đó trong vùng hoạt động của(overhead) để xây dựng hạ tầng mạng và có khả mạng.năng tìm ra nhiều đường liên lạc giữa các nút vớiGiao thức cây thu thập dữ liệu CTPsai số cho phép. Dạng thứ hai dùng trong mạng (Collection Tree Protocol) được xây dựng dựacó cấu trúc tiết kiệm năng lượng, ổn định và khả trên phương pháp tiếp cận định tuyến phẳng, tự53tổ chức. Giao thức CTP cho phép truyền thônghiệu quả từ các nút mạng trong trường cảm biếnđến một trong các nút gốc [3].Giao thức CTP thực thi cơ chế thu thập dữliệu tin cậy từng bước nhảy [2]. Các nút tự tổchức thành một cấu trúc dạng cây và dữ liệu luônđược gửi về nút cha (parent) cho tới khi đến đượcđỉnh của cây (nút gốc). Nút gốc được gán là đỉnhcủa cây và tất cả các nút khác được khởi tạo làcác nút lá. Các nút sẽ cập nhật vị trí của nó trongcây và quá trình này được mở rộng dần ra vớiđiểm xuất phát ban đầu là từ nút gốc. Dữ liệuđược gửi qua một cấu trúc cây đến nút gốc.Trong giao thức CTP, thước đo định tuyến đượcsử dụng là số lần truyền kỳ vọng-ETX (ExpectedTransmission). Thước đo chất lượng liên kết củamột tuyến đường – rtmetric (route metric) đượcxác định bằng tổng ETX của tất cả các liên kếttrên toàn tuyến đường đó. Vị trí của các nút trongcây được xác định bởi thước đo tuyến đườngrtmetric. Nút gốc ở đỉnh cây có giá trị rtmetric =0. Các nút lá sẽ có giá trị rtmetric càng lớn khicàng xa nút gốc. Tuyến đường có giá trị rtmetriccàng lớn thì chất lượng các liên kết thuộc tuyếnđường càng thấp. Tuyến đường tốt nhất là tuyếnđường có rtmetric nhỏ nhất. Đây là tuyến đườngcó tổng số lần truyền kỳ vọng ETX đến nút gốclà nhỏ nhấ ...