BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG…………… LUẬN VĂN Định vị mạng cảm nhận không dây sử dụng chiến lược tiến hóa LỜI CẢM ƠN Để hồn thành đồ án tốt nghiệp này, em học hỏi kiến thức quí báu từ thầy, giáo Trường Đại Học Dân Lập Hải Phịng suốt bốn năm đại học Em vô biết ơn dạy dỗ, bảo tận tình thầy, cô thời gian học tập Em xin bày tỏ lòng biết ơn tới thầy Nguyễn Trọng Thể - Khoa công nghệ thông tin – Trường Đại Học Dân Lập Hải Phịng tận tình bảo định hướng cho em nghiên cứu đề tài Thầy cho em lời khuyên quan trọng suốt q trình hồn thành đồ án Cuối cùng, em xin cảm ơn gia đình bạn bè ln tạo điều kiện thuận lợi, động viên giúp đỡ em suốt thời gian học tập, trình nghiên cứu, hoàn thành đồ án Do hạn chế thời gian thực tập, tài liệu trình độ thân, đồ án em tránh khỏi thiếu sót, mong thầy góp ý sửa chữa để đồ án tốt nghiệp em hoàn thiện Em xin chân thành cảm ơn! MỞ ĐẦU CHƢƠNG I: MẠNG CẢM NHẬN KHÔNG DÂY 1.1 Tổng quan mạng cảm nhận không dây 1.1.1 Khái niệm .3 1.1.3 Đặc điểm cấu trúc mạng cảm biến 1.1.4 Ưu điểm 1.1.7 Sự khác WSN mạng truyền thống 12 1.2 Định tuyến cho mạng cảm nhận không dây 13 13 1.2.2 Thách thức vấn đề định tuyến 13 1.2.3 14 15 16 CHƢƠNG II: ĐỊNH VỊ TRONG MẠNG CẢM NHẬN KHÔNG DÂY 17 2.1 Pha Phân khoảng 18 2.2 Pha định vị .18 2.2.1 Phép đo ba cạnh tam giác: 18 2.2.2 Vùng giao 19 2.2.3 Phép đo đạc tam giác 20 2.2.4.Khả tối đa 20 2.3 Một số hệ thống định vị 21 2.3.1 GPS 22 2.3.2 Active Badge 22 2.3.3 Active Bat 22 2.3.4 Cricket 23 2.3.5 Radar 23 2.4 Một số hệ thống định vị đƣợc sử dụng mạng cảm ứng 24 2.4.1 Hệ thống định vị Beacon-based 24 2.4.2 SpotON 25 2.4.3 Calamari 25 2.5 Xác định vị trí nút mạng 26 2.6 Kết luận 27 CHƢƠNG III: ĐỊNH VỊ NÚT MẠNG TRONG WSN 28 3.1 Tìm kiếm đối tƣợng đơn .28 3.1.1 Kỹ thuật điện kế 29 3.1.2 Kỹ thuật RSSI 30 3.1.3 Kết đạt 31 3.2 Định vị toàn mạng 33 3.3 Thuật toán xác định vị trí 34 3.4 Kết luận 36 CHƢƠNG IV: SỬ DỤNG CHIẾN LƢỢC TIẾN HÓA ĐỊNH VỊ TRONG MẠNG CẢM NHẬN 37 4.1 Định nghĩa chiến lƣợc tiến hóa 37 37 .38 39 4.2.3 Thực nghiệm 41 43 4.3.1 Mô tả hệ thống 43 4.3.2 Nhận xét 44 45 47 KẾT LUẬN 48 TÀI LIỆU THAM KHẢO 49 BẢNG LIỆT KÊ CÁC TỪ VIẾT TẮT Từ viết tắt Từ tiếng anh WSN Wireless Sensor Network TDOA Time difference of arrival AOA Angle of arrival TOA Time of arrival ES Evolution Strategies RSSI Received Signal Strength Indicator TOF Time of flight AHLoS Ad-Hoc Localization System RF Radio frequency MAC Media Access Control LESS Localization Using Evolution Strategies in Sensornets ADC Analog to Digital Converter ID Identification GPS Global Positioning System Định vị mạng cảm nhận không dây sử dụng chiến lược tiến hóa MỞ ĐẦU Ngày với phát triển nhanh chóng khoa học cơng nghệ việc nghiên cứu mạng cho giá thành rẻ tiêu thụ lượng ít, đa chức mở rộng hoạt động cách dễ dàng tập trung nghiên cứu Trong việc nghiên cứu mạng cảm biến phát triển mạnh mẽ đặc biệt hệ thống mạng cảm biến không dây (wireless sensor network) Ngày có nhiều ứng dụng mạng cảm biến triển khai Đó ứng dụng theo dõi, tự động hóa, y tế, quân đội an ninh,… Trong tương lai không xa, ứng dụng mạng cảm biến trở thành phần thiếu sống người phát huy hết điểm mạnh mà mạng có mạng cảm biến Tuy nhiên mạng cảm nhận đối mặt với nhiều thách thức vấn đề lượng bị hạn chế Để trì tuổi thọ cho mạng có nhiều cách khác vấn đề định vị trí xác nút mạng Nó giúp giảm cách đáng kể lương cho việc tìm đường định tuyến làm tăng khẳ sống mạng Vì mà đồ án tốt nghiệp “ Định vị mạng cảm nhận không dây sử dụng chiến lược tiến hóa ” nghiên cứu tổng quan mạng WSN, tìm hiểu cách định vị mạng cảm nhận, đặc biệt phương pháp định vị sử dụng chiến lược tiến hóa Đồ án gồm có chương, lời cảm ơn, mở đầu, kết luận tài liệu tham khảo Nội dung chương tóm tắt sau: Chương 1: Mạng cảm nhận không dây, chương giới thiệu tổng quan mạng cảm nhận không dây, ứng dụng,ưu điểm thách thức đặt với mạng WSN Giới thiệu sơ qua kĩ thuật định tuyến cho mạng cảm nhận - - Định vị mạng cảm nhận khơng dây sử dụng chiến lược tiến hóa Chương : Định vị mạng cảm nhận không dây, chương nghiên cứu sở lý thuyết việc định vi Tìm hiểu số hệ thống định vị sử dụng hệ thống định vị sử dụng mạng WSN Chương : Định vị nút mạng WSN, chương tìm hiểu kỹ thuật định vị thuật toán để xác định vị trí Chương : Sử dụng chiến lược tiến hóa định vị mạng cảm nhận, chương ta tìm hiểu chiến lược tiến hóa gì, sử dụng mạng cảm nhận thơng qua tìm hiểu hệ thống định vị Ferret LESS - - Định vị mạng cảm nhận khơng dây sử dụng chiến lược tiến hóa CHƢƠNG I: MẠNG CẢM NHẬN KHÔNG DÂY 1.1 Tổng quan mạng cảm nhận không dây 1.1.1 Khái niệm Mạng cảm nhận khơng dây (WSN) hiểu đơn giản mạng liên kết node với kết nối sóng vơ tuyến (RF connection) node mạng thường thiết bị đơn giản , nhỏ gọn, giá thành thấp có số lượng lớn, phân bố cách khơng có hệ thống (non-topology) diện tích rộng (phạm vi hoạt động rộng), sử dụng nguồn lượng hạn chế (pin), có thời gian hoạt động lâu dài (vài tháng đến vài năm) hoạt động mơi trường khắc nghiệt (chất độc, ô nhiễm, nhiệt độ ) 1.1.2 Một node cảm biến cấu tạo thành phần sau: vi điều khiển, sensor, phát radio Ngoài ra, cịn có cổng kết nối với máy tính Vi điều khiển Bao gồm: CPU, nhớ ROM, RAM, phận chuyển đổi tín hiệu tương tự thành tín hiệu số ngược lại Sensor Chức năng: cảm nhận giới bên ngồi, sau chuyển liệu qua phận chuyển đổi để xử lý Bộ phát radio Bởi node cảm biến thành phần quan trọng WSN, việc thiết kế node cảm biến cho tiết kiệm tối đa nguồn lượng vấn đề quan trọng hàng đầu - - Định vị mạng cảm nhận khơng dây sử dụng chiến lược tiến hóa 1.1.3 Đặc điểm cấu trúc mạng cảm biến Đặc điểm mạng cảm biến bao gồm số lượng lớn nút cảm biến, nút cảm biến có giới hạn ràng buộc tài nguyên đặc biệt lượng khắt khe Do đó, cấu trúc mạng có đặc điểm khác với mạng truyền thống Sau ta phân tích số đặc điểm bật mạng cảm biến sau: Khả chịu lỗi (fault tolerance): Một số nút cảm biến khơng hoạt động thiếu lượng, hư hỏng vật lý ảnh hưởng môi trường Khả chịu lỗi thể việc mạng hoạt động bình thường, trì chức số nút mạng không hoạt động Khả mở rộng: Khi nghiên cứu tượng, số lượng nút cảm biến triển khai đến hàng trăm nghìn nút, phụ thuộc vào ứng dụng số vượt hàng triệu Do cấu trúc mạng phải có khả mở rộng để làm việc với số lượng lớn nút Giá thành sản xuất : Vì mạng cảm biến bao gồm số lượng lớn nút cảm biến phí nút quan trọng việc điều chỉnh chi phí tồn mạng Nếu chi phí tồn mạng đắt việc triển khai sensor theo kiểu truyền thống, mạng khơng có giá thành hợp lý Do vậy, chi phí nút cảm biến phải giữ mức thấp Ràng buộc phần cứng : Ví số lượng nút mạng nhiều nên nút cảm biến cần phải có ràng buộc phần cứng sau: Kích thước phải nhỏ, tiêu thụ lượng thấp, có khả nằng hoạt động nơi có mật độ cao, chi phí sản xuất thấp, có khả tự trị hoạt động khơng cần có người kiểm sốt, thích nghi với môi trường Môi trường hoạt động: Các nút cảm biến thiết lập dày đặc, gần trực tiếp bên tượng để quan sát Vì thế, chúng thường làm việc mà không cần giám sát vùng xa xơi Chúng làm việc bên máy móc lớn, đáy biển, vùng nhiễm hóa học sinh học, gia đình tịa nhà lớn - - Định vị mạng cảm nhận không dây sử dụng chiến lược tiến hóa Phương tiện truyền dẫn: Ở mạng cảm biến multihop, nút kết nối phương tiện không dây Các đường kết nối tạo nên sóng vơ tuyến, hồng ngoại phương tiện quang học Để thiết lập hoạt động thống mạng này, phương tiện truyền dẫn phải chọn phải phù hợp toàn giới Hiện nhiều phần cứng nút cảm biến dựa vào thiết kế mạch RF Những thiết bị cảm biến lượng thấp dùng thu phát vô tuyến kênh RF hoạt động tần số 916MHz Một cách khác mà nút mạng giao tiếp với hồng ngoại Thiết kế máy thu phát vô tuyến dùng hồng ngoại giá thành rẻ dễ dàng Cả hai loại hồng ngoại quang yêu cầu phát thu nằm phạm vi nhìn thấy, tức truyền ánh sáng cho Cấu hình mạng cảm biến (network topology): Trong mạng cảm biến, hàng trăm đến hàng nghìn nút triển khai trường cảm biến Chúng triển khai vòng hàng chục feet nút Mật độ nút lên tới 20 nút/m3 Do số lượng nút cảm biến lớn nên cần phải thiết lâp cấu hình ổn định Chúng ta kiểm tra vấn đề liên quan đến việc trì thay đổi cấu hình pha sau: - Pha tiền triển khai triển khai: nút cảm biến đặt lộn xộn xếp theo trật tự trường cảm biến Chúng triển khai cách thả từ máy bay xuống, tên lửa, người robot đặt - Pha hậu triển khai: sau triển khai, thay đổi cấu hình phụ thuộc vào việc thay đổi vị trí nút cảm biến, khả đạt trạng thái không kết nối (phụ thuộc vào nhiễu, việc di chuyển vật cản…), lượng thích hợp, cố, nhiệm vụ cụ thể - Pha triển khai lại: Sau triển khai cấu hình, ta thêm vào nút cảm biến khác để thay nút gặp cố tùy thuộc vào thay đổi chức - - Định vị mạng cảm nhận không dây sử dụng chiến lược tiến hóa bình trọng số cân Các giá trị lỗi có trạng thái khoảng cách trung gian vị trí xác P vị trí tính tốn Sự khác biệt khoảng cách khơng gian vị trí thực vị trí tính tốn Bất giá trị vị trí phản ánh vector khoảng cách P vector vị trí giả định Phương pháp đề xuất vị trí tính tốn gắn với vị trí thực P so với đề án trọng số Hình 3.8 cho thấy biểu đồ cải thiện vị trí trả qua hàm chức năng: FLOAT improvement(position P, nodes[k] N) // calculate distances to all spanning nodes FOR EACH of the k nodes N[i] spanning the patch BEGIN dist_PN[i] = distance(P,N[i]) // and disturb by certain error dist_PN[i] += error(dist_PN[i]) END // each triple (i,i+1,i+2) of nodes // creates a position estimate FOR EACH of the k nodes N[i] spanning the patch position_suggestion[i] = triangulate(dist_PN[i],dist_PN[(i+1) MOD k],dist_PN[(i+2) MOD k] // the final position is a weighted sum // of the position estimates estimation_weighted = estimation_trivial = FOR EACH of the k nodes N[i] spanning the patch BEGIN estimation_weighted += position_suggestion[i]*weight[i] estimation_trivial += position_suggestion[i]/k - - 35 Định vị mạng cảm nhận không dây sử dụng chiến lược tiến hóa END improvement = ABS(P-estimation_trivial) - ABS(P-estimation_weighted) return improvement Nếu khoảng cách distP,N xác xác vị trí P trở lên hồn hảo Tuy nhiên thực tế khoảng cách dự đốn Trong hình 3.8 việc đạt độ xác trung bình đề án trọng số không cân cho topo hiển thị bởi nút Những điểm tối màu điểm mà độ xác cải tiến Những cải tiến thực cạnh đỉnh vùng Sự cải thiện hướng trung tâm trọng lực Vì trọng số ngày trở lên cân việc hội tụ chống lại trọng số 3.4 Kết luận Trong mạng WSN việc xác định vị trí nút mạng cần thiết Trong chương tìm hiểu số kỹ thuật định vị điện kế kĩ thuật RSSI - - 36 Định vị mạng cảm nhận không dây sử dụng chiến lược tiến hóa CHƢƠNG IV: SỬ DỤNG CHIẾN LƢỢC TIẾN HĨA ĐỊNH VỊ TRONG MẠNG CẢM NHẬN 4.1 Định nghĩa chiến lƣợc tiến hóa Chiến lược tiến hóa dựa nguyên tắc lựa chọn hiệu chỉnh thời gian tự nhiên Mỗi hệ (sự lặp lại thuật toán) phải tiềm phát tán thực biến đổi di truyền để biến đổi vật liệu di truyền (các tham số di truyền) để tạo hệ mới, cha ước tính cá thể có phù hợp tồn phát triển Cho (µ + ) (µ, ) phiên chiến lược tiến hóa µ cha tạo ra, Sử dụng chế kết hợp and/or Mặc dù (µ, ) phiên tốt phiên µ Đó khác biệt phương pháp lựa chọn Sự khác phương pháp lựa chọn (µ + ) phiên bản, µ cá nhân tạo từ cha mẹ mồ côi tạo thành cộng đồng hệ Mặt khác phiên (µ, ) µ cá thể tốt lựa chọn ( > µ) hệ Chương sâu vào tìm hiểu kĩ thuật định vị mạng cảm nhận khơng dây sử dụng chiến lược tiến hóa thơng qua tìm hiểu hai hệ thống Ferret hệ thống LESS 4.2 Vì tốn xác định vị tri tốn khó Kỹ thuật heuricstic phải sử dụng để giải toán thời gian đa thức Đó thách thức cần phải giải thực tế khoảng cách khơng xác cặp nút Thay vào việc ước tính ta sử dụng xấp xỉ để tính khoảng cách Chiến lược tiến hóa kỹ thuật sử dụng thành cơng số tốn khó phương pháp sử dụng hệ thống LESS (Localization Using Evolution Strategies in Sensornets), việc ươc lượng vị trí - - 37 Định vị mạng cảm nhận không dây sử dụng chiến lược tiến hóa mạng có biết trước số nút Những đặc tính tương tự đề xuất hệ LESS so sánh bao gồm: Chỉ cần nút láng giềng cho nút mạng cảm ứng thay ba nút láng giềng kỹ thuật khác Tiêu thụ lượng Kỹ thuật tối ưu hóa lượng dựa vào chiến lược tiến hóa Các nút sở tham gia vào việc tính tốn 4.2.1 Hệ thống LESS phát triển dựa chiến lược tiến hóa Dựa vào kết thực định phát triển hệ thống LESS dựa vào sử dụng (µ + ) chiến lược tiến hóa LESS ước lượng tất nút mạng cho vị trí nhóm nhỏ nút Nó ước lượng việc sử dụng vị trí số nút biết Mặc dù kỹ thuật phân khoảng tạo số lỗi định vị nhỏ LESS không phát triển kỹ thuật phân khoảng Hệ thống giả định tập nút neo biết trước vị trí chúng Nút neo đặt vào vị trí biết trang bị GPS Đơn giản hệ thống giả định tín hiệu thẳng hướng từ hệ thống Tất nút có phạm vi truyền Mỗi nút có láng giềng Một số kỹ thuật định vị trước nút phải có ba láng giềng trở lên định vị Từng cá thể hệ chiến lược tiến hóa giải tính phù hợp cá thể Các cá thể phù hợp trình bày lại việc gắn định vị cặp đặt mà khoảng cách đặt gần với phương pháp ước tính khoanh vùng chúng Các cá thể phù hợp tính tốn việc tìm khác cặp vị trí, nút ước lượng vùng Sau tính tổng bình phương khác biệt này(Hình 4.1 cơng thức 1) - - 38 Định vị mạng cảm nhận không dây sử dụng chiến lược tiến hóa Đặc biệt với giải thuật tiến hóa kết thúc khi: Các hệ cố định Mức cá thể phù hợp Chiến lược tiến hóa khơng có cải thiện 4.2.2 LESS thực sau: Mỗi nút sử dụng kỹ thuật phân khoảng (ranging) để ước lượng khoảng cách nút tới láng giềng Các cặp khoảng cách láng giềng chuyển tiếp đến nút sở Giả sử nút có sở nút cảm nhận mà thiết bị có lực tính tốn mạnh ví dụ máy tính Thiết bị khác nút cảm nhận Khởi tạo quần thể gồm µ cá thể việc lựa chọn cho N nút mạng lựa chon Các nút neo đặt vị trí xác Các nút láng giềng nút neo đặt kế bên Các nút khác láng giềng nút neo đặt ngẫu nhiên Mỗi cá thể, hệ áp dụng thuật tốn trộn (đột biến) Việc lượng hóa tất cá thể tính lượng phù hợp chúng Hàm phù hợp giả sử hình vng vị trí nút ước lượng khoảng( công thức 1) Chọn cá thể phù hợp sống sót cá thể cịn lại loại bỏ Lặp lại bước ba điều kiện khơng phù hợp(ba điều kiện khơng thỏa mãn dừng) Phép đột biến thực ứng dụng ngẫu nhiên với bốn toán tử sau a Chọn ngẫu nhiên nút mà nút neo di chuyển chúng theo hướng trục X khoảng Δx b Chọn ngẫu nhiên nút mà nút neo di chuyển chúng theo hướng trục Y khoảng Δy - - 39 Định vị mạng cảm nhận khơng dây sử dụng chiến lược tiến hóa c Chọn ngẫu nhiên hai nút nút neo trao đổi tọa độ x d Chọn ngẫu nhiên hai nút nút neo trao đổi tọa độ y Hình 4.1: Lỗi định vị phép đột biến Hình 4.1 minh họa hoạt động đột biến cải thiện tính phù hợp để cải thiện hệ thống LESS Hình 4.1a, Xa vị trí xác nút láng giềng N1, N2, N3 với khoảng cách xác X láng giềng liệt kê a1, a2, a3 Hình 4.1a, Xe vị trí ước lượng cá thể giải thuật cá thể giải thuật tiến hóa Ước lượng dẫn tới khoảng cách láng giềng d1, d2, d3 Vì biết khoảng cách tới nút láng giềng lỗi liên quan đến nút láng giềng tính theo cơng thức: - - 40 Định vị mạng cảm nhận không dây sử dụng chiến lược tiến hóa Error = ) (d i (1) i Có thể tính tốn việc tính tổng n nút mạng cảm nhận bốn toán tử giao hợp nêu Giả sử thứ lựa chọn điều di chuyển đến vị trí ước lượng Δx theo trục x (hinh 4.1b) Toán tử đột biến di chuyển vị trí ước tính Xe gần vị trí xác việc thay tọa độ x chúng với khoảng cách ước lượng gần khoảng cách xác lỗi theo cơng thức nhỏ Điều làm tăng khả phù hợp tiềm phép giải mã cải thiện hội sống sót hệ 4.2.3 Thực nghiệm Lỗi định vị Trong diện tích 30m2 , tổng số node cảm biến dao động từ 40 đến 200 node Lỗi phân khoảng theo phân bố Gaussin dựa khoảng cách thực, tỷ lệ lỗi từ đến 20% Lỗi định vị trung bình so sánh LESS phương pháp lặp mô tả hình 4.2 Iter RE=0% Iter RE=10% Iter RE=20% LESS RE=0% LESS RE=10% LESS RE=20% Mean error (ft) 20 15 10 40 80 120 160 Netw ork size (sensors) 200 4.2 Kết so sánh lỗi định vị LESS phương pháp lặp - - 41 Định vị mạng cảm nhận không dây sử dụng chiến lược tiến hóa Mật độ nút neo Các nút neo đặt theo chiến lược tiến hóa góc phân bố Trong khu vực 30m2, số lượng nút neo biến đổi 5,7,9,11,13 tính xác hệ thống LESS kiểm tra Mean Error (ft) 15.0 RE=0% 12.0 RE=10% 9.0 RE=20% 6.0 3.0 0.0 11 Num ber of Anchor Nodes 13 4.3 Mật độ nút neo tác động LESS Tiêu thụ lƣợng Chúng ta xem xét việc tiêu thụ lượng theo nghĩa tính tốn truyền thơng Giả định tỷ lệ 1000:1 tin nhắn dược truyền phát sóng cảm biến tính tốn đơn giản Mặc dù việc tiêu thụ lượng quan trọng nút cảm nhận Nút sở nút trạm xem xét phân tích Dưới đồ thị so sánh LESS phương pháp lặp Iter Total Iter Computation 1.0 Normalized 0.8 LESS Total LESS Computation 0.6 0.4 0.2 0.0 40 80 120 160 200 Netw ork size (sensors) 4.4 So sánh điện tiêu thụ - - 42 Định vị mạng cảm nhận không dây sử dụng chiến lược tiến hóa 4.3.1 Mơ tả hệ thống Thực tế có chương trình liên quan làm việc hệ thống, Sau là tóm tắt mơ tả từ chương trình vai trị hệ thống theo dõi giải thích 1.Các nút định tuyến cố định: Việc định tuyến lắng nghe thơng điệp gửi đến chúng thực hai tác vụ phụ thuộc vào gói tín hiệu thơng điệp a Nếu thơng điệp phép kiểm tra điện kế nút gửi nút di động thực kiểm tra b Tất trường hợp khác đơn giản phát quảng bá thông điệp để quảng bá đến nút khác Tuy nhiên trước phát quang bá xem nhớ cache xem có chắn chưa gửi chưa Trạm sở: Trạm sở đợi thông điệp gửi từ người dùng nút định tuyến Chương trình thực nhiệm vụ từ thông điệp gửi đến a Nếu thơng điệp cổng nối tiếp ứng dụng cố gắng tìm vị trí nút Khi trạm sở gửi tín hiệu quảng bá để nêu yêu cầu tìm ID nút mà gửi từ ứng dụng b Nếu thông điệp gửi đến radio thị đáp ứng từ mạng mà yêu cầu Thơng điệp chứa thơng tin vị trí nút động Thông điệp chuyển đến người dùng thông qua cổng nối tiếp để xử lý hiển thị Nút di động: Nút di động nút mà tìm hệ thống Chương trình lắng nghe thơng điệp gửi đến Khi thơng điệp vị trí đến với ID đích với địa chúng bắt đầu kiểm thử điện kế Nó gửi thơng điệp quảng bá với giá trị cao điện kế Đợi giây đáp ứng từ nút định tuyến Bất nhận nút định tuyến Bất nhận - - 43 Định vị mạng cảm nhận khơng dây sử dụng chiến lược tiến hóa nút định tuyến lưu ID nút định tuyến khoảng cách vào bảng Tiếp tục kiểm tra chừng gặp điều kiện sau a Nút di động nhận đáp ứng từ nút định tuyến láng giềng b Nút di động hồn thành kiểm thử điện kế mà khơng cần nghe từ nút Trường hợp thứ hai nút di động khoảng nút di động đặt gói tin gửi trở lại nút sở thơng qua nút định tuyến Bộ chuyển tiếp nối tiếp: Ứng dụng cơng cụ Java đính kèm hệ điều hành TinyOS Nhiệm vụ cung cấp đường liên kết vị trí nút với cổng nối tiếp máy tính Cơng việc kèm với việc sử dụng soket TCP/IP với cổng 9000 Bất chương trình muốn giao tiếp với mote đơn giản đọc viết thông điệp lên soket Yêu cầu quảng bá: chương trình liên kết người dùng với chương trình chuyển tiếp serial forwarder Chương trình hiển thị đồ nút định tuyến Giao điểm cho phép người dùng nhập ID nút tìm kiếm Chương trình lấy giá trị lắp ráp thành thông điệp chuyển tiếp lại trạm sở thông qua trình serial forwarder Khi mạng sensor tìm nút di động trạm sở qua thông tin vị trí trở lại thơng tin quảng bá chương trình yêu cầu Chương trình hiển thị đồ thị nút đáp ứng tới nút di động khoảng cách nút di động với ba láng giềng gần 4.3.2 Nhận xét Hệ thống Ferret hệ thống định vi mạng không dây với chi phí thấp Hệ thống cho kết xác phạm vi 0.6 – 0.9m mà cần nhiều cải tiến để định vị xa Thứ cảm biến Mica có chất lượng cao so với radio Thứ hai việc hiệu chuẩn hệ thống quan trọng Trong môi trường dầy đặc việc kiểm sốt mơi trường, hiệu chuẩn cách tự động Một chiến lược hiệu chuẩn mà sử dụng thực tế sử dụng nút biết đến Khi hiệu chuẩn cần thiết, các nút láng giềng trao đổi thông điệp kiểm tra giá trị RSSI Giá trị cho thấy mức độ ổn định môi trường - - 44 Định vị mạng cảm nhận khơng dây sử dụng chiến lược tiến hóa Bảng cho kết so sánh Ferret với số hệ thống định vị Hệ thống Nơi phát triển Beacon-based UCLA &USC Cơng nghệ Giải thích trạm radio Chính xác vịng vùng 10*10m2 SpotOn Thẻ RSSI Đại học 1.83m vịng 41.9s Độ xác phụ thuộc Washington vào cluster & Intel Calamari Đại học Berkeley RSSI TOF Kỹ thuật làm giải sai sót California Đại học Western Kỹ thuật điện kế Michigan Ferret Định vị vòng 1m RSSI Bảng 2: So sánh Ferret với số hệ thống định vị mạng cảm nhận 4.3 Một số khía cạnh phần mềm hệ thống Ferret gồm: Hệ thống điện kế Hệ thống cảm nhận cường độ tín hiệu nhận RSSI Hiệu chỉnh mơi trường Hình 4.5 minh họa giao diện người dùng hệ thống Các đầu vào sử dụng ID nút ( số hiệu điện kế cường độ tín hiệu nhận ) Trong biểu đồ nút ID nút hạ tầng nút hiểu rõ ID hiểu vị trí chúng Tọa độ nút cần tìm đưa vào lỗi định vị xảy q trình tính tốn kiểm thử - - 45 Định vị mạng cảm nhận không dây sử dụng chiến lược tiến hóa Hình 4.5: Giao diện hệ thống Ferret Hệ thống phải thiết lập quan hệ nút khoảng cách nút tín hiệu mà nhận Mối quan hệ khác mơi trường khác Ví dụ nhà máy hay trời Khi hệ thống Ferret di chuyển từ môi trường sang môi trường khác cơng cụ hỗ trợ mơi trường thiết lập mối quan hệ khoảng cách cho môi trường cụ thể Đối với hệ đo điện kế công cụ môi trường đáp ứng khoảng giao tiếp mức công suất truyền cho trước đầu từ môi trường Bảng 3: Mối quan hệ khoảng cách lượng - - 46 Định vị mạng cảm nhận khơng dây sử dụng chiến lược tiến hóa Bảng tao cách linh động nhờ chạy công cụ môi trường môi trương khác Thuật toán sử dụng hệ hiệu chỉnh hình 4.6 Hình 4.6: Thuật tốn cơng cụ hiệu chỉnh 4.4 Chương sâu vào tìm hiểu kĩ thuật định vị mạng cảm nhận không dây sử dụng chiến lược tiến hóa thơng qua tìm hiểu hai hệ thống Ferret hệ thống LESS Qua hiểu sâu thêm chiến lược tiến hóa cách thức giải toán định vị chiến lược tiến hóa - - 47 Định vị mạng cảm nhận khơng dây sử dụng chiến lược tiến hóa KẾT LUẬN Các khái niệm vấn đền liên quan đến mạng cảm nhận vấn vấn đề mẻ với nhiều người Trong đồ án em trình bày tổng quan mạng cảm nhận Với tính ưu việt với ứng dụng đa dạng làm việc điều kiện khắc nhiệt mà mạng có Vì mà tương lai khơng xa mạng cảm nhận phát triển nhanh chóng Em hy vọng đồ án đóng góp phần nhỏ vào việc nghiên cứu lĩnh vục tương đối mẻ Việt Nam Trong phạm vi đồ án em nghiên cứu khái quát mạng cảm nhận, tìm hiểu nguyên lý định vị, phương pháp định vị chiến lược tiến hóa sử dụng định vị mạng cảm nhận Do vấn đề mẻ với kiến thức hạn chế thời gian nghiên cứu ngắn lên đồ án em không tránh khỏi thiếu sót, em mong nhận phê bình, thầy cô để đồ án em hoàn thiện Một lần em xin cám ơn thầy giáo Ths Nguyễn Trọng Thể, Khoa Công Nghệ Thông Tin ĐHDL Hải Phịng nhiệt tình giúp đỡ em hồn thành đồ án Hải Phịng, Tháng 10 năm 2010 Sinh viên thực hiên Đồng Minh Tuấn - - 48 Định vị mạng cảm nhận không dây sử dụng chiến lược tiến hóa TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Mark Terwilliger, Ajay Gupta, Vijay Bhuse, Zille Huma Kamal, and Mohammad Ali Salahuddin, "A Localization System using Wireless Network Sensors: A Comparison of Two Techniques", The Proceedings of the First Workshop on Positioning, Navigation and Communication, Hannover, Germany, March 2004 [2] J Hill, R.Szewczyk, A.Woo, S Hollar, D Culler, and K Pister, “System Architecture Directions for Networked Sensors,” Proceedings of the 9th International Conference on Architectural Support for rogramming Languages and Operating Systems, November 2000 [3] Mark Terwilliger, Ph.D Western Michigan University, 2006 [4] D Fogel, Evolution Computation, IEEE Press, 1995 [5] Sensor Networks Thomas Haenselmann September 29, 2008 [6] Networking Wireless Sensor, Bhaskar Krishnamachari, Cambridge University Press 2005 [7] Jeffrey Hightower, Gaetano Borriello, Location Systems for Ubiquitous omputing, IEEE Computer, August 2001 - - 49 ... mạng cảm nhận, chương ta tìm hiểu chiến lược tiến hóa gì, sử dụng mạng cảm nhận thơng qua tìm hiểu hệ thống định vị Ferret LESS - - Định vị mạng cảm nhận không dây sử dụng chiến lược tiến hóa. .. thống định vị sử dụng hệ thống định vị sử dụng mạng WSN Chương : Định vị nút mạng WSN, chương tìm hiểu kỹ thuật định vị thuật tốn để xác định vị trí Chương : Sử dụng chiến lược tiến hóa định vị mạng. .. qua kĩ thuật định tuyến cho mạng cảm nhận - - Định vị mạng cảm nhận không dây sử dụng chiến lược tiến hóa Chương : Định vị mạng cảm nhận không dây, chương nghiên cứu sở lý thuyết việc định vi Tìm