Một nghiên cứu về chất lượng liên kết của cặp node chuyển động ngẫu nhiên trong mạng cảm biến không dây

Bài viết này đề xuất một mô hình giải tích để tính toán chất lượng liên kết không dây của một cặp node chuyển động Brown và kiểm chứng bởi mô phỏng số. Hơn nữa, mối quan hệ của thông lượng liên kết trong đặc trưng chuyển động và kích thước gói tin tối ưu sẽ được chỉ ra cùng với sự đối sánh với các mô hình khác.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Một nghiên cứu về chất lượng liên kết của cặp node chuyển động ngẫu nhiên trong mạng cảm biến không dâyKỹ thuật điều khiển & Điện tử MỘT NGHIÊN CỨU VỀ CHẤT LƯỢNG LIÊN KẾT CỦA CẶP NODE CHUYỂN ĐỘNG NGẪU NHIÊN TRONG MẠNG CẢM BIẾN KHÔNG DÂY Nguyễn Thi1, Hoàng Trọng Minh2*, Nguyễn Thanh Trà2 Tóm tắt: Mạng cảm biến không dây (Wireless Senssor Network: WSN) đóng vai trò quan trọng trong thời đại Internet vạn vật khi cung cấp hàng loạt ứng dụng hữu ích trong các môi trường mạng khác nhau. Trong các môi trường có độ động cao như chất lỏng hoặc mạng cảm biến phân tử, đặc trưng di động của node mạng là một trong yếu tố ảnh hưởng trực tiếp tới chất lượng liên kết hay hiệu năng mạng. Trong các nghiên cứu trước, một số phương pháp xấp xỉ chuyển động đã được đề xuất nhằm đánh giá sự ảnh hưởng chuyển động node đối với hiệu năng mạng cảm biến không dây. Tuy nhiên, các phương pháp xấp xỉ thường bị trả giá bởi các sai số và một tiếp cận tính toán đầy đủ về ảnh hưởng của chuyển động hoàn toàn ngẫu nhiên chưa được đề cập một cách đúng mức. Vì vậy, bài báo này đề xuất một mô hình giải tích để tính toán chất lượng liên kết không dây của một cặp node chuyển động Brown và kiểm chứng bởi mô phỏng số. Hơn nữa, mối quan hệ của thông lượng liên kết trong đặc trưng chuyển động và kích thước gói tin tối ưu sẽ được chỉ ra cùng với sự đối sánh với các mô hình khác.Từ khóa: Mạng cảm biến không dây WSN; Mô hình chuyển động; Chuyển động Brown; Chất lượng liên kết;Tối ưu hóa. 1. ĐẶT VẤN ĐỀ Trong những năm gần đây, mạng cảm biến không dây WSN (Wireless SensorNetwork) đã được sử dụng rộng rãi như một hạ tầng then chốt của Internet vạn vật. Mạngcảm biến không dây sử dụng đa dạng trong nhiều lĩnh vực để giám sát, điều khiển hoặc thuthập thông tin môi trường cả vi mô và vĩ mô. Trong đó, một loạt các ứng dụng mạng cảmbiến trong môi trường chất lỏng, người dùng đám đông hay cảm biến phân tử cho thấy cácnode cảm biến có chuyển động hoàn toàn ngẫu nhiên [1] [2] [3] [4]. Hành vi chuyển độngcủa node là một yếu tố cơ bản ảnh hưởng trực tiếp tới chất lượng liên kết và xa hơn là hiệunăng mạng. Để phân tích hiệu năng và hoạt động của mạng cảm biến không dây, một số mô hìnhdi động như bước ngẫu nhiên, điểm ngẫu nhiên hoặc mô hình di chuyển hướng ngẫu nhiênthường được sử dụng để mô tả hành vi chuyển động nút [5]. Trong đó, mô hình bước ngẫunhiên được coi là gần đúng nhất với hành vi của nút chuyển động tự nhiên khi phản ánhđặc trưng bởi các biến rời rạc. Khi biểu diễn toán học, mô hình bước ngẫu nhiên có thểđược coi là phiên bản rời rạc của một chuyển động Brown, xác định các biến ngẫu nhiênliên tục và theo một bước ngẫu nhiên với các gia số được phân bổ và độc lập. Tuy nhiên,việc sử dụng phương pháp xấp xỉ có thể làm giảm thiểu tính phức tạp trong tính toánnhưng tăng độ sai lệch của các thông số được đánh giá khi tham số động đóng vai trò chủđạo trong truyền thông. Vì vậy, hướng nghiên cứu chuyển động Brown đã và đang thu hútnhiều nhà nghiên cứu theo nhiều mục tiêu khác nhau. Nhằm tính toán sự cân bằng giữa tham số trễ và dung lượng khả dụng của mạng tùybiến không dây, các tác giả trong [6] đã đề xuất mô hình tính toán và biểu diễn mối quanhệ trong môi trường mạng có các node chuyển động ngẫu nhiên. Sử dụng mô hình chuyểnđộng Brown thời gian rời rạc, các tác giả trong [7] đã đề xuất tính toán độ trễ của quá trìnhphân phối thông tin trong mạng tùy biến không dây. Mô hình chuyển động Brown mộtchiều được các tác giả trong [8] sử dụng để tính toán thời gian dự kiến chuyển tiếp bản tinvà hàm mật độ xác suất của các vị trí chuyển tiếp cho các node mạng tùy biến di động.70 N. Thi, H. T. Minh, N. T. Trà, “Một nghiên cứu về chất lượng … cảm biến không dây.”Nghiên cứu khoa học công nghệTốc độ đường lên trung bình và tỷ lệ lỗi bit của truyền thông mạng phân tử [3] được tínhtoán lý thuyết dựa trên tốc độ khuếch tán của các node mạng chuyển động ngẫu nhiên.Trong [4], các tác giả sử dụng mô hình Brown để xây dựng một khung làm việc cho phépphát hiện các sự kiện dị thường trong mạng truyền thông phân tử. Chất lượng liên kết được biểu diễn thông qua tham số thời gian sống của liên kết đượcnghiên cứu trong [9], một ma trận xác suất chuyển tiếp được xây dựng nhằm mô hình hóakhoảng cách giữa cặp node chuyển động Brown. Đề xuất này cho phép ước lượng thờigian sống của liên kết theo tốc độ trung bình của chuyển động liên tục trơn. Trong [10],các tác giả dựa vào thời gian sống của liên kết giữa hai node chuyển động Brown để xácđịnh thông lượng tối đa của liên kết không dây. Tuy nhiên, đề xuất này được xây dựng trênmô hình chuyển động hướng ngẫu nhiên nên chưa thực sự phản ánh đúng điều kiện độngcủa môi trường thực. Qua các khảo sát trên đây, một phân tích chi tiết về chất lượng liên kết của một cặpnode ch ...