ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ
DƯ NG VI T HUY
TỔNG HỢP DỮ LIỆU
NHẰM TI T KIỆM NĂNG LƯỢNG
TRONG MẠNG CẢM BI N KHÔNG DÂY
LUẬN ÁN TI N S CÔNG NGHỆ THÔNG TIN
HÀ NỘI – 2019
ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ
DƯ NG VI T HUY
TỔNG HỢP DỮ LIỆU NHẰM TI T KIỆM NĂNG LƯỢNG
TRONG MẠNG CẢM BI N KHÔNG DÂY
Chuyên ngành: MẠNG MÁY T NH VÀ TRUYỀN THÔNG DỮ LIỆU
Mã số: 9480102.01
LUẬN ÁN TI N S CÔNG NGHỆ THÔNG TIN
NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
PGS. TS. N u Đ V t
HÀ NỘI – 2019
LỜI CAM ĐOAN
Luận án tiến sỹ của tôi với tên đề tài “Tổng hợp dữ liệu nhằm tiết
kiệm năng lượng trong mạng cảm biến không dây” (tiếng Anh: Data
fusion for energy efficiency in wireless sensor networks) là kết quả nghiên
cứu của cá nhân tôi cùng với sự hƣớng dẫn tận tình của ngƣời hƣớng dẫn
khoa học PGS.TS. Nguyễn Đình Việt. Nội dung luận án không sao chép từ
các luận án cũng nhƣ công trình nghiên cứu khoa học khác. Các nội dung
trích dẫn đƣợc tôi chỉ rõ nguồn tài liệu tham khảo ở trong luận án.
Tôi cam đoan những điều trên là đúng sự thật, nếu có gì sai, tôi xin
hoàn toàn chịu trách nhiệm.
Hà nội, ngày tháng 4 năm 2019
Nghiên cứu sinh
Dương Viết Huy
-1-
MỤC LỤC
MỤC LỤC ............................................................................................................................1
ANH MỤC C C THU T NG ....................................................................................4
ANH S CH ẢNG .........................................................................................................5
ANH S CH H NH V ....................................................................................................6
M ĐẦU ..............................................................................................................................8
CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU ............................................. 14
1.1. MẠNG CẢM I N KH NG DÂY ........................................................................... 14
1.1.1. Lịch s phát triển......................................................................................... 14
1.1.2. Kiến trúc mạng cảm biến và một số cách ph n loại................................. 17
1.1.2.1. Kiến trúc ................................................................................................ 17
1.1.2.2. Các thành phần chính của WSNs ....................................................... 17
1.1.2.3. Một số cách phân loại mạng................................................................ 18
1.2. CÁC VẤN ĐỀ CẦN GIẢI QUY T............................................................................. 20
1.2.1. Vấn đề tiêu thụ năng lƣợng ......................................................................... 20
1.2.2. Thiết ế no mạng cảm iến ..................................................................... 22
1.2.3. Tổ chức mạng và định tuyến ....................................................................... 22
1.2.4. Truyền và x l ữ liệu................................................................................ 22
1.2.5. Tổng hợp dữ liệu .......................................................................................... 23
1.2.6. X lý vấn đề ữ liệu ƣ thừa....................................................................... 24
1.3. CÔNG CỤ MÔ PHỎNG MẠNG CẢM BI N ............................................................... 25
1.3.1. Bộ mô phỏng NS-2...................................................................................... 25
1.3.2. NS-2 và phần mở rộng mô phỏng WSNs của MIT................................. 26
1.4. MÔ HÌNH TỔNG HỢP D LIỆU VÀ BÀI TOÁN THÀNH PHẦN ................................ 26
1.4.1. Mô hình tổng hợp dữ liệu ............................................................................ 27
1.4.2. Theo dõi mục tiêu và lựa chọn dữ liệu ...................................................... 28
1.4.2.1. Theo dõi mục tiêu dựa vào vị trí của nút ........................................... 29
1.4.2.2. Theo dõi mục tiêu dựa vào thời gian ................................................. 30
1.4.2.3. Lựa chọn dữ liệu và truyền đến CH ................................................... 33
1.4.3. Tổng hợp dữ liệu tại CH .............................................................................. 34
1.4.3.1. Định tuyến phân cụm thích ứng với năng lƣợng thấp ..................... 34
1.4.3.2. Tổng hợp dữ liệu tại nút cụm trƣởng ................................................. 36
1.5. LÝ THUY T T P THÔ ............................................................................................. 38
1.5.1. Các khái niệm về lý thuyết tập thô đƣợc s dụng .................................... 39
1.5.1.1. Hệ thống thông tin ................................................................................ 39
-2-
1.5.1.2. Hệ quyết định ........................................................................................ 39
1.5.1.3. Lớp con tƣơng đƣơng........................................................................... 39
1.5.1.4. Quan hệ không thể phân biệt đƣợc ..................................................... 40
1.5.1.5. Thuộc tính lõi, tập thuộc tính rút gọn................................................. 40
1.5.1.6. Sự phụ thuộc của thuộc tính ................................................................ 41
1.5.1.7. Độ quan trọng của thuộc tính .............................................................. 41
1.5.1.8. Luật quyết định, độ chắc chắn của luật quyết định .......................... 42
1.5.2. Ứng dụng lý thuyết tập thô trong tổng hợp dữ liệu .................................. 42
1.5.3. Ứng dụng để tiền x lý dữ liệu ................................................................... 43
CHƢƠNG 2. THEO ÕI MỤC TIÊU TI T KIỆM NĂNG LƢỢNG ..................... 45
2.1. THEO ÕI MỤC TI U A VÀO KHOẢNG C CH ................................................ 46
2.1.1. Giới thiệu bài toán ........................................................................................ 46
2.1.2. Giải pháp ETR-DF ....................................................................................... 46
2.1.2.1. Khoảng cách .......................................................................................... 46
2.1.2.2. Sai số ...................................................................................................... 48
2.1.2.3. Vùng ƣu tiên.......................................................................................... 48
2.1.3. Thuật toán ...................................................................................................... 51
2.1.4. Mô phỏng và phân tích kết quả................................................................... 52
2.1.5. Kết luận về giải pháp ETR-DF ................................................................... 57
2.2. THEO ÕI MỤC TI U TH CH NGHI THEO TH I GIAN.......................................... 58
2.2.1. Giới thiệu bài toán ........................................................................................ 58
2.2.2. Giải pháp ATTS-DF..................................................................................... 59
2.2.2.1. Điểm đo iến động ............................................................................... 59
2.2.2.2. Thời gian đo th ch ứng ......................................................................... 59
2.2.2.3. Ngƣỡng đo ............................................................................................. 60
2.2.2.4. Tr ạng thái ổn định đo lƣờng ................................................................ 61
2.2.2.5. ự đoán.................................................................................................. 61
2.2.3. Thuật toán ...................................................................................................... 63
2.2.4. Mô phỏng và phân tích kết quả................................................................... 65
2.2.5. Kết luận về giải pháp ATTS-DF................................................................. 69
CHƢƠNG 3. TI T KIỆM NĂNG LƢỢNG CỤM NÚT CẢM BI N BẰNG
ỨNG DỤNG LÝ THUY T T P THÔ ......................................................................... 70
3.1. ỨNG DỤNG LÝ THUY T T P THÔ TẠI CH ĐỂ TỔNG HỢP D LIỆU .................... 71
3.1.1. Mô tả bài toán DF nhiều nút cảm biến....................................................... 72
3.1.2. Quy trình ứng dụng RST để tổng hợp dữ liệu .......................................... 73
3.1.3. Ứng dụng Lý thuyết tập thô để quyết định tổng hợp dữ liệu .................. 76
