Tối ưu năng lượng cho mạng cảm biến không dây

Một mạng cảm biến không dây WSN (Wireless Sensor Network) bao gồm một tập các cảm biến được triển khai trong một khu vực mục tiêu nhằm mục đích thu thập các thông tin từ môi trường. Các thông tin này được chuyển đến nút trung tâm gọi là BS (Base Station) bằng sóng vô tuyến. Từ đó dữ liệu được phân tích, xử lý bởi người sử dụng để đưa ra các quyết định cho hệ thống (Akbarzadeh, Gagné, Parizeau, Argany, &Mostafavi, 2013).
Mạng cảm biến không dây được ứng dụng nhiều trong thực tế như giám sát môi trường, phát hiện xâm nhập, cảnh báo cháy rừng, thảm họa môi trường, giao thông, theo dõi sức khỏe con người (Huang & Tseng, 2005). Một vấn đề quan trọng của mạng cảm biến là cần phải xây dựng cấu trúc liên kết các cảm biến nhằm tối ưu hóa năng lượng tiêu thụ của các cảm biến, kéo dài tuổi thọ của mạng. Các cảm biến trong mạng thường được liên kết thành một trong các cấu trúc liên kết như: Cấu trúc hình sao; Cấu trúc phân cấp; và Cấu trúc tập trung (Yick, Mukherjee, & Ghosal, 2008).

 Cấu trúc hình sao:

Trong cấu trúc hình sao thì mỗi cảm biến được kết nối trực tiếp đến BS. Tất cả cảm biến trong mạng đều có vai trò và chức năng như nhau. Các cảm biến cộng tác với nhau để thực hiện nhiệm vụ thu thập thông tin từ môi trường và chuyển đến. Tuy nhiên, với cấu trúc này, các cảm biến cộng tác thu thập thông tin dư thừa từ môi trường và tiêu thụ năng lượng nhiều hơn do khoảng cách trực tiếp đến BS xa.

 Cấu trúc phân cấp:

Trong cấu trúc phân cấp, mỗi nút cảm biến kết nối trực tiếp đến một nút ở cấp cao hơn trong cây và sau đó đến BS, dữ liệu được định tuyến từ nút thấp nhất trong mạng đến BS. Ý tưởng của phương pháp này khá đơn giản, vì phạm vi sóng vô tuyến của các nút cảm biến bị giới hạn, do đó cách tốt nhất là nó truyền dữ liệu đến nút lân cận với nó trong

cây và sau đó đến BS. Trong cấu trúc này, các nút cảm biến ở cấp cao tiêu thụ nhiều năng lượng hơn các nút cảm biến ở cấp dưới do đó các nút cảm biến ở cấp cao càng gần với BS sẽ nhanh chóng cạn kiệt năng lượng làm giảm hiệu suất của mạng.

 Cấu trúc tập trung:

Trong cấu trúc này các cảm biến được tổ chức thành từng nhóm, trong đó một nút được chọn làm nút chủ (Cluster Head – CH) các nút còn lại là non-CH. Các non-CH có nhiệm vụ thu thập các thông tin từ môi trường và chỉ chuyển thông tin đến CH khi cần thiết. Trong khi đó các CH có nhiệm vụ thu thập, phân tích loại bỏ thông tin dư thừa từ cácnon-CH và chuyển đến BS 

Như vậy, việc xây dựng cấu trúc liên kết mạng cảm biến theo kiểu tập trung hay phân cụm cảm biến sẽ tiết kiệm năng lượng tiêu thụ cho toàn mạng. Tuy nhiên, để các cụm cảm biến tiêu tốn năng lượng ít nhất hay kéo dài tuổi thọ của mạng, thì các nút cảm biến trong cụm phải được tối ưu năng lượng tiêu thụ cho việc cảm nhận thông tin, truyền dữ liệu đến nút CH. Trong bài báo này, chúng tôi áp dụng thuật toán phân cụm mờ kết hợp lập lịch hoạt động của các cảm biến gần nhau trong cụm để tối ưu năng lượng tiêu thụ và giảm thông tin dư thừa.Đọc thêm phần tài liệu.
TOI_UU_HOA_NANG_LUONG_TIEU_THU_MANG_CAM_BIEN_KHONG

XÂY DỰNG CẢM BIẾN KHÔNG DÂY TRONG NÔNG NGHIỆP.