Điều khiển tối ưu cấu hình trong mạng vô
tuyến AD HOC – SENSOR
Vũ Anh Hải
Trường Đại học Công nghệ
Luận văn ThS. ngành: Kỹ thuật điện tử; Mã số: 60 52 70
Người hướng dẫn: PGS.TS. Trần Hồng Quân
Năm bảo vệ: 2008
Abstract. Giới thiệu khái quát về mạng vô tuyến ad hoc sensor, mô tả một số ứng
dụng khả thi của công nghệ này cũng như thách thức về mặt công nghệ cần được
giải quyết trước khi loại mạng này được triển khai trên diện rộng. Nghiên cứu một
số mô hình cơ bản sử dụng để xây dựng và giải quyết các bài toán điều khiển cấu
hình, tối ưu năng lượng mạng ad hoc - sensor như mô hình kênh vô tuyến đơn, mô
hình tiêu thụ năng lượng, các mô hình di động. Trình bày việc sử dụng các kỹ thuật
điều khiển cấu hình trong mạng ad hoc and sensor. Nghiên cứu nguyên tắc phân loại
các phương pháp tiếp cận bài toán điều khiển cấu hình, thảo luận về cách thức tích
hợp cơ chế điều khiển cấu hình vào protocol stack. Trình bày bài toán đầu tiên trong
vấn đề tối ưu cấu hình mạng(CHM) ad hoc and sensor, gọi là bài toán ấn định
khoảng RA. Các nút mạng có thể chọn các khoảng phát khác nhau, mục đích là chọn
ra được những khoảng sao cho mạng kết nối được với chi phí năng lượng tối thiểu.
Bài toán trước hết sẽ được giải trong mạng một chiều rồi đến mạng hai chiều và ba
chiều. Nghiên cứu về hiệu quả năng lượng của CHM tối ưu đối với các phiên bản
khác nhau của bài toán RA. Giải quyết vấn đề thiết kế CHM tối ưu về mặt năng
lượng đối với một số kiểu truyền thống như: điểm - điểm (unicast), một – nhiều
(broadcast).
Keywords. Kỹ thuật điện tử; Mạng vô tuyến; Viễn thông; Điều khiển tối ưu
Content
Mạng vô tuyến ad hoc – sensor là mô ̣t cách tổ chức ma ̣ng mới, đang đươ ̣c các nhà nghiên
cứu trong và ngoài nước chú ý trong những năm gầ n đây . Do đă ̣c thù , mạng đòi hỏi phải có
tính linh hoạt và hiệu quả sử dụng năng lượng củ a ma ̣ng cao. Chính vì lí do đó, bản luận văn
này tập trung vào nghiên cứu một số vấ n đề về tố i ưu cấ u hiǹ h ma ̣ng , nhấ t là tố i ưu hiê ̣u quả
năng lươ ̣ng – luôn là chủ đề đươ ̣c nhiề u người quan tâm đố i với ma ̣ng ad hoc – sensor.
Bản luận văn được chia thành 4 chương.
Error! Reference source not found. – Error! Reference source not found.: Giới thiê ̣u
khái quát về mạng ad hoc sensor , đưa ra những tiề m năng của ma ̣ng ad hoc sensor cũng như
những thách thức sẽ gă ̣p phải .
Error! Reference source not found. – Error! Reference source not found.: Giới thiê ̣u
các mô hình cơ bản sẽ sử dụng để xây dựng và giải quyết các bài toán điều khiển cấu hình , tố i
ưu năng lươ ̣ng ma ̣ng ad hoc –sensor. Gồ m các mô hiǹ h: Các mô hình kênh vô tuyến, các mô
hình tiêu thụ năng lượng, các mô hình di động.
Error! Reference source not found. – Error! Reference source not found.: Giới thiê ̣u
mô ̣t vấ n đề liên quan đế n điề u khiể n cấ u hình ma ̣ng ad hoc – sensor như biế n đổ i năng lươ ̣ng,
dung lươ ̣ng ma ̣ng, …
Error! Reference source not found. – Error! Reference source not found.: Xây dựng
và giải quyết một số bài toán điều khiển tối ưu cấu hình , như tố i ưu ấ n đinh
̣ khoảng , tố i ưu
tính đối xứng của mạng và tố i ưu hiê ̣u quả năng lươ ̣ng.
References
[1] Althaus E, Calinescu G, Mandoiu I, Prasad S, Tchervenski N, Zelikovsky A, 2003
Power efficient range assignment in ad hoc wireless networks. Proc. IEEE WCNC 03,
New Orleans, LA, pp. 1889–1894.
[2] Bai F, Sadagopan N, Helmy A 2003 Important: a framework to systematically analyze
the impact of mobility on performance of routing protocols for ad hoc networks. Proc.
IEEE Infocom, San Francisco, CA, pp. 825–835.
[3] Bettstetter C 2001a Mobility modeling in wireless networks: categorization, smooth
movement, and border effects. ACM Mobile Computing and Communications
Review 5(3), 55–67.
[4] Bettstetter C 2001b Smooth is better than sharp: a random mobility model for
simulation of wireless networks. Proc. ACM Workshop on Modeling, Analysis and
Simulation of Wireless and Mobile Systems (MSWiM), Rome, pp. 19–27
[5] Bettstetter C and Krause O 2001 On border effects in modeling and simulation of
wireless ad hoc networks. Proc. IEEE International Conference on Mobile and
Wireless Communication Network (MWCN), Recife.
[6] Bettstetter C, Resta G and Santi P 2003 The node distribution of the random waypoint
mobility model for wireless ad hoc networks. IEEE Transactions on Mobile
Computing 2(3), 257–269.
[7] Blough D, Leoncini M, Resta G and Santi P 2002 On the symmetric range assignment
problem in wireless ad hoc networks. Proc. IFIP Conference on Theoretical Computer
Science, Montreal, pp. 71–82.
[8] Blough D, Resta G and Santi P 2004 A statistical analysis of the long-run node spatial
distribution in mobile ad hoc networks. Wireless Networks 10, 43–554
[9] Bluetooth 1999 Bluetooth specifications available at http://www.bluetooth.org.
[10] Bose P, Morin P, Stojmenovic I and Urrutia J 2001 Routing with guaranteed delivery
in ad hoc wireless networks. Wireless Networks 7(6), 609–616.
[11] Camp T, Boleng J and Davies V 2002 Mobility models for ad hoc network
simulations. Wiley Wireless Communication & Mobile Computing (WCMC) 2(5),
483–502.
[12] Clementi A, Penna P and Silvestri R 1999 Hardness results for the power range
assignment problem in packet radio networks. Proc. 2nd International Workshop on
Approximation
Algorithms
for
Combinatorial
Optimization
Problems
(RANDOM/APPROX’99), Berkeley, CA, pp. 197–208.
[13] Gao J, Guibas L, Hershberger J, Zhang L and Zhu A 2001 Geometric spanners for
routing in mobile networks. Proc. ACM MobiHoc 01, Long Beach, CA, pp. 45–55.
[14] Garey M and Johnson D 1977 The rectilinear steiner tree problem is np-complete.
SIAM Journal of Applied Mathematics 32, 826–834.
[15] Goodman J and O’Rourke J 1997 Handbook of Discrete and Computational
Geometry. CRC Press, New York.
[16] Gupta P and Kumar P 2000 The capacity of wireless networks. IEEE Transactions
Information Theory 46(2), 388–404.
[17] Haas Z and Pearlman M 1998 The performance of query control schemes for the zone
routing protocol. Proc. ACM Sigcomm, Vancouver, pp. 167–177.
[18] Hong X, Gerla M, Pei G and Chiang C 1999 A group mobility model for ad hoc
wireless networks. Proc. ACM MSWiM, Seattle, WA, pp. 53–60.
[19] IEEE 1999 Ansi/IEEE Standard 802.11: Medium Access Control and Physical
Specifications. Sect. 15.
[20] Jardosh A, Belding-Royer E, Almeroth K and Suri S 2003 Towards realistic mobility
models for mobile ad hoc networks. Proc. ACM Mobicom, pp. 217–229
[21] Johnson D and Maltz D 1996 Dynamic source routing in ad hoc wireless networks.
Mobile Computing. Kluwer Academic Publishers, pp. 153–181
[22] Jung A and Vaidya N 2002 A power control mac protocol for ad hoc networks. Proc.
ACM Mobicom, Atlanta, GA, pp. 36–47
[23] Karp B and Kung H 2000 Gpsr: greedy perimeter stateless routing for wireless
networks. Proc. ACM Mobicom, Boston, MA, pp. 243–254
[24] Khun F, Wattenhofer R and Zollinger A 2003 Worst-case optimal and average-case
efficient geometric ad hoc routing. Proc. ACM MobiHoc, Annapolis, MD, pp. 267–
278
[25] Kirousis L, Kranakis E, Krizanc D and Pelc A 2000 Power consumption in packet
radio networks. Theoretical Computer Science 243, 289–305.
[26] Li X, Wan P, Wang Y and Frieder O 2002 Sparse power efficient topology for
wireless networks. Proc. IEEE Hawaii International Conference on System Sciences
(HICSS), Big Island, HI.
[27] Li X, Wang Y and Song W 2004 Applications of k-local mst for topology control and
broadcasting in wireless ad hoc networks. IEEE Transactions on Parallel and
Distributed Systems 15(12), 1057–1069
[28] Ns2 2002 The network simulator - ns-2 http://www.isi.edu/nsnam/ns/.
[29] Pearlman M, Haas Z, Sholander P and Tabrizi S 2000b On the impact of alternate
path routing for load balancing in mobile ad hoc networks. Proc. ACM MobiHoc,
Boston, MA, pp. 3–10.
[30] Pister
K
2001
The
smart
dust
project
http://robotics.eecs.berkeley.edu/∼pister/SmartDust/.
[31] Polastre J, Szewczyk R, Sharp C and Culler D 2004 The mote revolution: low power
wireless sensor network devices. Proc. Hot Chips 16: A Symposium on High
Performance Chips, Stanford, CA.
[32] Raghunathan V, Schurgers C, Park S and Srivastava M 2002 Energy-aware wireless
microsensor networks. IEEE Signal Processing Magazine 19(2), 40–50.
[33] Rappaport T 2002 Wireless Communications: Principles and Practice, Second
Edition. Prentice Hall, Upper Saddle River, NJ
[34] RockwellScienceCenter
2004
The
wins
project
available
at
http://wins.rsc.rockwell.com.
[35] Royer E, Melliar-Smith P and Moser L 2001 An analysis of the optimum node density
for ad hoc mobile networks. Proc. IEEE International Conference on
Communications, Helsinki, pp. 857–861.
[36] Santi P and Blough D 2003 The critical transmitting range for connectivity in sparse
wireless ad hoc networks. IEEE Transactions on Mobile Computing 2(1), 25–39.
[37] Song W, Wang Y, Li X and Frieder O 2004 Localized algorithms for energy efficient
topology in wireless ad hoc networks. Proc. ACM MobiHoc, Tokyo, pp. 98–108.
[38] Wan P, Calinescu G, Li X and Frieder O 2002 Minimum energy broadcasting in static
ad hoc wireless networks. ACM/Kluwer Wireless Networks 8(6), 607–617.
[39] Wang K and Li B 2002 Group mobility and partition prediction in wireless ad hoc
networks. Proc. IEEE International Conference on Communications, New York, pp.
1017–1021.
[40] Wang Y, Li X and Frieder O 2002 Distributed spanners with bounded degree for
wireless ad hoc networks. International Journal of Foundations of Computer Science,
14(2), pp. 183–200.
[41] Yoon J, Liu M and Noble B 2003 Random waypoint considered harmful. Proc. IEEE
Infocom, San Francisco, CA, pp. 1312–1321.
[42] Zeng X, Bagrodia R and Gerla M 1998 Glomosim: a library for parallel simulation of
large-scale wireless networks. Workshop on Parallel and Distributed Simulations
(PADS), Banff, Alberta.