Cải tiến giao thức định tuyến LEACH nhằm nâng cao tuổi thọ cho mạng cảm biến không dây

Bài viết trình bày việc đề xuất cải tiến giao thức LEACH bằng cách kết hợp sử dụng thuật toán K-means để phân cụm và lựa chọn các nút làm CH sao cho tổng khoảng cách các nút trong cụm đến CH và từ CH đến trạm gốc (Base Station – BS) là nhỏ nhất, dẫn đến việc tiêu thụ năng lượng trung bình trong mạng giảm và kéo dài tuổi thọ của mạng.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Cải tiến giao thức định tuyến LEACH nhằm nâng cao tuổi thọ cho mạng cảm biến không dây Hội nghị Quốc gia lần thứ 24 về Điện tử, Truyền thông và Công nghệ Thông tin (REV-ECIT2021) CẢI TIẾN GIAO THỨC ĐỊNH TUYẾN LEACH NHẰM NÂNG CAO TUỔI THỌ CHO MẠNG CẢM BIẾN KHÔNG DÂY Dương Thị Hằng và Phạm Thị Quỳnh Trang Khoa Điện tử, Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội Email: hangdt@haui.edu.vn pham.trang@haui.edu.vn Abstract— Giao thức định tuyến phân cụm thích ứng TEEN (Threshold-sensitive Energy Efficient sensor năng lượng thấp, LEACH (Low-Energy Adaptive Network - TEEN) [5]... LEACH là giao thức tiếp cận Clustering Hierarchy – LEACH) đã được đề xuất dành định tuyến phân cấp đầu tiên và được dùng phổ biến riêng cho mạng cảm biến không dây (Wireless Sensor nhất [6]. Trong giao thức LEACH, các nút cảm biến Network – WSN) trong bài toán tăng tuổi thọ của hệ được tập hợp thành từng cụm, các cụm thực hiện chức thống. Tuy nhiên, LEACH chưa xem xét đầy đủ tiêu chí năng thu thập và truyền dữ liệu tới trạm gốc (BS) thông phân cụm và chọn các nút chủ cụm (Cluster Head – CH). qua nút chủ cụm (CH). Với nguyên lý này, LEACH có Trong bài báo này, chúng tôi đề xuất cải tiến giao thức thể kéo dài tuổi thọ của mạng, giảm năng lượng tiêu LEACH bằng cách kết hợp sử dụng thuật toán K-means thụ của mỗi nút, tập trung dữ liệu để giảm bản tin để phân cụm và lựa chọn các nút làm CH sao cho tổng truyền trong mạng. khoảng cách các nút trong cụm đến CH và từ CH đến trạm gốc (Base Station – BS) là nhỏ nhất, dẫn đến việc Ý tưởng của LEACH là động lực cho rất nhiều giao tiêu thụ năng lượng trung bình trong mạng giảm và kéo thức định tuyến phân cấp khác phát triển. Tác giả [7] dài tuổi thọ của mạng. Các kết quả mô phỏng chứng tỏ đề xuất giao thức I-LEACH (Improved LEACH) thông rằng, so với một số giao thức định tuyến hiện có, giao thức đề xuất làm tăng đáng kể tuổi thọ của WSN. Đặc qua việc chọn các nút cảm biến có năng lượng dư cao biệt khi đánh giá về mức tiêu thụ năng lượng của New - hơn làm CH, [8] sử dụng thuật toán K-means để xác LEACH với thuật toán LEACH và I-LEACH, tỉ lệ chết định CH, [9] đề xuất LEACH-C (LEACH-Centralized) các nút cảm biến (SN – Sensor Node) của thuật toán đề thực hiện tập trung dữ liệu về thông tin của toàn bộ nút xuất giảm xuống một cách rõ rệt và tuổi thọ mạng tăng cảm biến về trạm gốc rồi tiến hành chọn CH và hình vượt trội trong khoảng 43% và 27% so với LEACH và I- thành cụm…Trong bài báo này, nhóm tác giả đề xuất LEACH. giao thức New-LEACH nhằm cải tiến giao thức LEACH bằng việc sử dụng thuật toán K-means để Keywords- Mạng cảm biến không dây, giao thức định phân cụm căn cứ theo mật độ SN với số lượng cụm tuyến, tuổi thọ của mạng. như giao thức LEACH kết hợp với việc chọn CH là nút có tổng khoảng cách các nút trong cụm đến CH và từ I. GIỚI THIỆU CH đến BS là nhỏ nhất. Việc chọn CH theo cách này sẽ Mạng cảm biến không dây (WSN) bao gồm các nút đảm bảo năng lượng tiêu thụ của CH là tối ưu [6], kéo cảm biến (Sensor Node - SN) với năng lượng hạn chế, dài tuổi thọ của mạng. Hiệu quả của đề xuất sẽ được các SN thu thập các tham số môi trường và truyền mô phỏng và so sánh với giao thức LEACH và I- thông tin đến trạm gốc (BS) nhằm theo dõi và phát hiện LEACH. các thông số tùy theo ứng dụng khác nhau [1]. Do WSN thường được triển khai trong phạm vi lớn và môi II. CƠ SỞ LÝ THUYẾT trường khắc nghiệt, việc sạc hoặc thay pin của SN rất khó khăn nên vấn đề sử dụng hiệu quả năng lượng pin A. Giao thức định tuyến LEACH của SN được coi là mục tiêu chính khi nghiên cứu thiết kế các giao thức truyền dẫn và kiến trúc phần cứng [2]. LEACH là giao thức phân cấp được đề xuất bởi Heinzelman và các cộng sự trong công trình [3], dựa Với đặc điểm của mạng cảm biến không dây, việc tăng tuổi thọ của mạng nói chung và tăng tuổi thọ của trên việc tự phân cụm với các SN phân bố ngẫu nhiên. từng nút mạng nói riêng luôn là một vấn đề được quan CH có chức năng điều khiển các nút trong cụm gửi dữ tâm của các nhà nghiên cứu và chế tạo. Các loại giao liệu đến nó theo một chu kỳ nhất định. Tại CH, dữ liệu thức định tuyến được chia thành ba loại: giao thức định sẽ được thu thập và xử lý tùy thuộc vào từng ứng dụng tuyến dựa trên phân cấp, giao thức định tuyến trung trước khi gửi tới BS. Hình 1 mô tả giao thức định tuyến tâm dữ liệu và giao thức định tuyến dựa trên vị trí. Với giao thức định tuyến dựa trên phân cấp, nhiều giao thức LEACH. đã được đề xuất, như giao thức LEACH [3], HEED (Hybrid Energy-Efficient Distributed – HEED) [4], ISBN 978-604-80-5958-3 432 Hội nghị Quốc gia lần thứ 24 về Điện tử, Truyền thông và Công ...