Đang tải... (xem toàn văn)
Đề tài nghiên cứu quản lý năng lượng của mạng cảm nhận không dây.
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC DÂN LẬP HẢI PHỊNG KHOA CƠNG NGHỆ THƠNG TIN ====== ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Đề tài: Nghiên cứu quản lý lượng mạng cảm nhận không dây Giáo viên hướng dẫn: Th.s Hòa Quang Dự Sinh viên thực hiện: Hà Minh Phương Lớp:CT701 Mã SV: 10295 NỘI DUNG BÁO CÁO I II III IV V VI MỤC ĐÍCH ĐỀ TÀI MẠNG CẢM NHẬN KHÔNG DÂY VẤN ĐỀ NĂNG LƯỢNG QUẢN LÝ NĂNG LƯỢNG THỰC NGHIỆM TỔNG KẾT I MỤC ĐÍCH ĐỀ TÀI Tìm hiểu nghiên cứu tổng quan mạng WSN Nghiên cứu vấn đề lượng WSN, phương pháp thuật toán để trì thời gian sống nút mạng dài Xây dựng chương trình mơ việc quản lý lượng WSN II MẠNG CẢM NHẬN KHÔNG DÂY 1.Khái niệm: Mạng cảm nhận không dây mạng sử dụng phương thức truyền nhận sóng Radio mà nút mạng tích hợp vi điều khiển cảm biến 2.Cảm biến: Các cảm biến thiết bị cảm nhận đáp ứng với tín hiệu hay kích thích Bộ cảm biến thực chức thu thập thông tin, đo đạc, theo dõi thay đổi biến trạng thái nhiệt độ, độ ẩm, tốc độ, áp suất, momen III.VẤN ĐỀ NĂNG LƯỢNG A.Vấn đề quản lý lượng Nguyên nhân quản lý lượng Hao phí lượng Phân bố lượng B.Các nguồn lượng Pin Nguồn lượng khác A Vấn đề quản lý lượng Nguyên nhân quản lý lượng — — Nút mạng hoạt động nhờ lượng Nút mạng đặt ngồi mơi trường, can thiệp người quản trị Nguyên nhân hao phí lượng — — — — Hao phí điện q trình xung đột Phí tổn điều khiển gói tin Nghe lỏm truyền thông không cần thiết Thời gian nghỉ kéo dài Tiêu thụ lượng nút cảm biến phụ thuộc chế độ hoạt động: Trong WINS, Tx: Rx : Sleep = 1080mW : 750mW : 64mW Trong Mica Mote, Tx: Rx : Sleep = 25mW : 22mW : 0.02mW Đánh giá : Chế độ ngủ tiêu thụ lượng nhất, Tx tiêu thụ nhiều lượng Radio cần tắt để giữ lượng giống hạn chế thời gian nghỉ mạng cảm biến A Vấn đề quản lý lượng Phân bố lượng Bộ xử lý Radio Sensors ADC B.Các nguồn lượng • Nguồn lượng mặt trời Nguồn lượng rung động học Nguồn lượng từ pin… Chọn nguồn năng: • • — — — — Thời gian sản xuất Khả thay Giá ban đầu giá phát sinh Thời gian hoạt động, điện trở trong, giá trị điện áp, kích thước, ảnh hưởng sinh học B.Các nguồn lượng Pin — — Thời gian sống Quá trình phát pin yếu Cảnh báo “pin yếu” Hấp thụ lượng — — Pin quang điện — Rung động học — Nguồn hấp thụ lượng khác Giao thức điều đình Nút mạng tiêu thụ điện trung bình theo thời gian P= α P0 + (1- α) Ps P = lượng tiêu thụ trung bình theo thời gian (đơn vị W) α = Chu trình tác vụ P0 = Năng lượng tiêu thụ hoạt động tích cực (Đơn vị W) Ps = Năng lượng tiêu thụ chế độ chờ standby (Đơn vị W) Giảm P giảm P0 Ps Phương thức hạn chế chu trình làm việc nút mạng (Sleep- Listen) Lược đồ Lựa chọn trì lịch trình — Tự đưa lịch trình Theo lịch trình nút lân cận Nhận lịch trình nút khác có lịch trình Duy trì đồng hóa — — Phương thức hạn chế chu trình làm việc nút mạng (Sleep- Listen) Cơ chế tránh xung đột nghe lỏm Cơ chế tránh xung đột Cơ chế tránh nghe lỏm Nút phải ngủ A truyền thông với B ? Giải thuật LEACH Kiến trúc mạng liên kết bó: Nút đầu bó tiêu thụ điện lớn nút bó Quay vịng đầu bó Thao tác LEACH chia làm nhiều vịng vịng có giai đoạn: 1.Giai đoạn thông báo (Advertisement Phase) 2.Giai đoạn thiết lập Cluster (Cluster Set-up Phase ) Tạo bảng lịch trình (Schedule Creation) Truyền liệu (Data Transmission) Cấu hình lượng tối thiểu (MPC-Minimum Power Configuration) Mạng WSN cần phải giảm lượng tiêu thụ trạng thái lượng radio (trạng thái truyền, nhận, nghỉ) MPC giảm đến mức tối thiểu lượng tiêu thụ tất trạng thái lượng Ví dụ minh họa truyền thơng từ a tới c: a → c a → b → c -Trường hợp 1: a truyền trực tiếp tới c sử dụng dãy truyền |ac| b ngủ -Trường hợp 2: a truyền tới b sử dụng dãy truyền |ab| b chuyển tiếp liệu từ a tới c Định nghĩa toán Pmintx ≤ Ptx(u,v) ≤ Pmaxtx G(V,E) mạng không dây V tập nút E định nghĩa E = {(u,v)|(u,v є V ^(Ptx (u,v)≤ Pmaxtx )} Prx tiêu thụ lượng nút chế độ thu Pid tiêu thụ lượng nút chế độ nghỉ S= {si } T = {tj } nút nguồn nút đích tương ứng I = {(si, tj,ri,j)|si є S, tj є T } yêu cầu lộ trình nơi nguồn si gửi liệu tới đích tj tốc độ ri,j Cu,v = Ptx(u,v) + Prx – 2Pid z = Pid Bài toán MPC: Đưa mạng G(V,E) u cầu truyền thơng I, tìm đồ thị G’(V’,E’), lộ trình f(si,tj) bên G’ cho yêu cầu truyền thông (si,tj,ri,j) є I cho tổng giá trị lượng P(G’) nhỏ Thuật toán MBA Input:G(V,E),bộ W = S U {t} yêu cầu truyền thông I Output: G’(V’,E’) Tạo đồ thị đầy đủ M bao gồm tất nút W Mỗi cạnh nút M đường ngắn nút G theo giá trị cạnh D Cho nguồn si sj, Du,v =z + (2rirj/(ri+rj))Cu,v, (u,v) є E Cho nguồn si đích t, Du,v = z + riCu,v ,(u,v) єE Tìm đồ thị phù hợp với đồ thị M mà có nửa giá trị đồ thị đầy đủ tối thiểu tương ứng, có nửa tổng số nút Các nút cạnh G tương ứng với cạnh M thêm vào G’ Cho đỉnh tương ứng (si, sj) M, chọn si làm tâm với xác suất ri/(ri+rj), ngược lại chọn sj tâm Thay đổi tốc độ liệu tâm ri + rj Mỗi nút tâm đỉnh tương ứng M đưa tới W.Dừng lại S chứa đích, không chuyển bước Sự phức tạp O(k2(m + nlgn)) (với k, m, n tương ứng số lượng nguồn, tổng số cạnh nút G) Bài toán kết thúc sau O(lg k) lần lặp Giá trị cạnh Cây tìm đường ngắn (Shortestpath Tree Heuristic -STH) Ý tưởng: cân theo giá trị liên quan (ri,j Cu,v) giá trị nút cố định (z) đồ thị Input: G(V,E),bộ nguồn S, yêu cầu truyền thông I Output: G’(V’,E’) 1.Ban đầu G’(V’,E’) rỗng 2.Với nút nguồn si a)Đặt trọng số cạnh G(V,E) theo gi b)Tìm đường ngắn nối si với t c)Thêm đường ngắn tìm thấy tới G’ 3.Kết thúc ... VI MỤC ĐÍCH ĐỀ TÀI MẠNG CẢM NHẬN KHƠNG DÂY VẤN ĐỀ NĂNG LƯỢNG QUẢN LÝ NĂNG LƯỢNG THỰC NGHIỆM TỔNG KẾT I MỤC ĐÍCH ĐỀ TÀI Tìm hiểu nghiên cứu tổng quan mạng WSN Nghiên cứu vấn đề lượng WSN, phương... III.VẤN ĐỀ NĂNG LƯỢNG A.Vấn đề quản lý lượng Nguyên nhân quản lý lượng Hao phí lượng Phân bố lượng B.Các nguồn lượng Pin Nguồn lượng khác A Vấn đề quản lý lượng Nguyên nhân quản lý lượng. .. sống nút mạng dài Xây dựng chương trình mơ việc quản lý lượng WSN II MẠNG CẢM NHẬN KHƠNG DÂY 1.Khái niệm: Mạng cảm nhận khơng dây mạng sử dụng phương thức truyền nhận sóng Radio mà nút mạng tích