Tóm tắt Luận án Tiến sĩ Kỹ thuật điều khiển và tự động hóa: Nghiên cứu giải pháp tối ưu hóa hiệu quả sử dụng năng lượng trong mạng cảm biến

Luận án đưa ra phương pháp giải bài toán tối ưu hóa lịch trình mạng với sự kết hợp giữa nền tảng mô phỏng và thuật toán di truyền nhằm tối ưu hóa mạng cảm biến cho lớp bài toán ứng dụng. Nghiên cứu sẽ chỉ ra rằng mạng cảm biến có thể hoạt động ổn định lâu dài nhờ giải pháp tối ưu hóa sử dụng năng lượng đồng thời hỗ trợ các giải pháp năng lượng sẵn có hiệu quả.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Tóm tắt Luận án Tiến sĩ Kỹ thuật điều khiển và tự động hóa: Nghiên cứu giải pháp tối ưu hóa hiệu quả sử dụng năng lượng trong mạng cảm biến BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI HÀ VĂN PHƢƠNGNGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP TỐI ƢU HÓA HIỆU QUẢSỬ DỤNG NĂNG LƢỢNG TRONG MẠNG CẢM BIẾN Ngành: Kỹ thuật điều khiển và tự động hóa Mã số: 9520216 TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA Hà Nội - 2022 Công trình được hoàn thành tại: Trường Đại học Bách khoa Hà Nội Người hướng dẫn khoa học: 1. PGS.TS. Lê Minh Hoàng 2. PGS. TS. Đào Trung Kiên Phản biện 1: Phản biện 2:Luận án được bảo vệ trước Hội đồng đánh giá luận án tiến sĩ cấp Trường họp tại Trường Đại học Bách khoa Hà Nội Vào hồi giờ, ngày tháng năm Có thể tìm hiểu luận án tại thư viện: 1. Thư viện Tạ Quang Bửu - Trường ĐHBK Hà Nội 2. Thư viện Quốc gia Việt Nam MỞ ĐẦUĐộng lực nghiên cứu Mạng cảm biến là một tập hợp phân tán các nút nhỏ có khả nănghoạt động độc lập, ít cần sự tham gia của người dùng. Do có nhiềuđặc điểm, tính năng vượt trội cùng sự phát triển của công nghệ khôngdây nên mạng cảm biến không dây gần đây đã được áp dụng rộng rãitrong nhiều lĩnh vực. Tự động hóa tòa nhà là một ứng dụng điển hìnhbao gồm nhiều hệ thống với môi trường khá phức tạp thể hiện đượccác ưu điểm của mạng cảm biến không dây. Tuy nhiên, một vấn đềlớn của mạng cảm biến không dây là nguồn năng lượng rất hạn chế.Các giải pháp về năng lượng cho mạng cảm biến không dây đã gópphần trong việc tiết kiệm, thu thập bổ sung năng lượng và cải thiệntuổi thọ mạng cảm biến, nhưng thường giải quyết với các bài toánđơn lẻ và chưa xem xét đến quá trình năng lượng trong từng chế độhoạt động của nút mạng. Như vậy, điều đó là chưa đủ cho mục tiêuhoạt động mạng trong dài hạn. Trong khi đó, tối ưu hóa sử dụngnăng lượng cho mạng cảm biến là bài toán phổ biến, tổ hợp đa mụctiêu, nhiều ràng buộc phức tạp đan xen nhau và luôn liên quan trựctiếp đến năng lượng. Vì vậy vấn đề năng lượng của mạng cảm biếnkhông dây vẫn rất cần được nghiên cứu và phát triển.Phạm vi nghiên cứu Trước vấn đề thực trạng, luận án đưa ra đề xuất “Nghiên cứu giảipháp tối ưu hóa hiệu quả sử dụng năng lượng trong mạng cảm biến”.Luận án đưa ra phương pháp giải bài toán tối ưu hóa lịch trình mạngvới sự kết hợp giữa nền tảng mô phỏng và thuật toán di truyền nhằmtối ưu hóa mạng cảm biến cho lớp bài toán ứng dụng. Nghiên cứu sẽchỉ ra rằng mạng cảm biến có thể hoạt động ổn định lâu dài nhờ giảipháp tối ưu hóa sử dụng năng lượng đồng thời hỗ trợ các giải phápnăng lượng sẵn có hiệu quả.Đóng góp chính của luận ánLuận án có hai đóng góp chính trong việc đưa ra giải pháp tối ưu hóasử dụng năng lượng và nâng cao tuổi thọ mạng cảm biến không dây: (1) Trước hết, luận án nghiên cứu, đề xuất phát triển nền tảng môphỏng mạng cảm biến tính đến yếu tố năng lượng. Nền tảng đượcphát triển có khả năng mô phỏng mạng và quá trình năng lượng,trạng thái và mức tiêu thụ năng lượng ở từng chế độ hoạt động củatừng nút. Việc này giúp mô phỏng giám sát và hỗ trợ điều phối nănglượng cho mạng. (2) Tiếp theo, luận án đề xuất phát triển biến thểmới thuật toán di truyền (VLC-GA) nhằm giải bài toán tối ưu hóa sửdụng năng lượng cho mạng đồng thời tối ưu hóa mục tiêu mạng vớicác ràng buộc. Bài toán tối ưu hóa được giải quyết thông qua tối ưuhóa lịch trình mạng bằng giải thuật di truyền biến thể với sự hỗ trợcủa nền tảng mô phỏng tính đến yếu tố năng lượng. Sau đó, kết quảlịch trình tối ưu sẽ được cài đặt cho mạng thực hoạt động.Cấu trúc của luận ánPhần “Mở đầu” trình bày mục tiêu, giới hạn của luận án và lý do lựachọn đề tài. Chương 1 đặt vấn đề, phân tích về nhu cầu năng lượngcủa mạng cảm biến và thách thức. Đưa ra hướng tiếp cận và đề xuấtnghiên cứu. Chương 2 giới thiệu, phân tích một số nghiên cứu liênquan đến vấn đề năng lượng cho mạng cảm biến. Chương 3 đề xuấtphát triển nền tảng mô phỏng mạng cảm biến tính đến yếu tố nănglượng. Chương 4 đề xuất phát triển biến thể mới giải thuật di truyềncho bài toán tối ưu hóa lịch trình mạng. Chương kết luận trình bàytóm tắt các đóng góp của luận án và hướng phát triển tiếp theo. Chương 1. Giới thiệu1.1. Đặt vấn đềCảm biến có vai trò rất lớn trong các lĩnh vực khoa học, công nghiệpvà đời sống; rất đa dạng và phong phú về chủng loại. Mạng cảm biếnkhông dây được sử dụng ngày càng nhiều trong các ứng dụng thựctiễn với nhiều đặc điểm và tính năng vượt trội. Tuy nhiên, sự hạn chếvề nguồn năng lượng hoạt động là vấn đề lớn của mạng cảm biếnkhông dây. Nhiều nghiên cứu đưa ra giải pháp nhằm nâng cao tuổithọ của từng nút cảm biến và toàn mạng như các giải pháp nỗ lựctrong phát triển phần mềm và phần cứng nhằm giảm năng lượng tiêuhao, giải pháp thu năng lượng từ môi trư ...