Tổng quan luận án

Mạng cảm biến không dây (WSN) định hướng sự kiện được triển khai rộng rãi trong nhiều hệ thống quan trắc và giám sát tự động như cảnh báo cháy rừng, an toàn hầm mỏ, nông nghiệp chính xác, nhà trẻ thông minh và theo dõi y tế. Trong các hệ thống này, các nút cảm biến có nhiệm vụ thu thập, xử lý và truyền tải thông tin về các sự kiện môi trường về trạm gốc (sink). Khi có nhiều sự kiện phát sinh đồng thời với các yêu cầu chất lượng dịch vụ (QoS) đa dạng về độ trễ, độ tin cậy và thông lượng, mạng WSN phải đối mặt với thách thức lớn do các nút mạng bị giới hạn nghiêm ngặt về dung lượng nguồn năng lượng, năng lực xử lý, bộ nhớ và băng thông truyền dẫn không dây. Khoảng trống nghiên cứu được tác giả xác định là các giải pháp trước đây phần lớn chỉ giải quyết đơn lẻ một hoặc hai chỉ tiêu chất lượng riêng biệt (như giảm trễ, tăng độ tin cậy hoặc tiết kiệm năng lượng), hiếm khi đáp ứng đồng thời và linh hoạt nhiều yêu cầu QoS khác nhau khi các sự kiện xuất hiện ngẫu nhiên cùng lúc trong mạng.

Mục tiêu nghiên cứu của luận án là tìm kiếm và xây dựng các giải pháp cải thiện hiệu năng mạng cảm biến không dây đa sự kiện, tập trung vào việc giảm thời gian trễ truyền gói, nâng cao độ tin cậy và tối ưu hóa hiệu quả tiêu thụ năng lượng nhằm kéo dài thời gian sống của mạng. Để đạt được mục tiêu này, luận án triển khai nghiên cứu theo hai hướng tiếp cận chính:

  1. Đề xuất giải thuật định tuyến và cơ chế lựa chọn ưu tiên phù hợp với các yêu cầu ứng dụng đa sự kiện.
  2. Đề xuất giao thức điều khiển truy nhập môi trường (MAC) có xét đến mức độ ưu tiên của dữ liệu.

Đối tượng nghiên cứu của luận án bao gồm:

  • Kỹ thuật định tuyến đa đường linh hoạt theo sự kiện và có nhận thức năng lượng trong mạng cảm biến không dây.
  • Giao thức MAC ưu tiên trong mạng cảm biến không dây.

Phạm vi nghiên cứu được xác định trong văn bản luận án:

  1. Mạng cảm biến gồm số lượng nút hữu hạn có vị trí cố định, phân bố ngẫu nhiên trong trường cảm biến có phạm vi không gian giới hạn $L \times L$ ($m^2$).
  2. Các nút cảm biến là đồng nhất về cấu trúc, năng lượng ban đầu và bán kính truyền dẫn vô tuyến ($d_{max}$) tại thời điểm bắt đầu hoạt động. Năng lượng tiêu hao phụ thuộc vào hoạt động thu, phát ngẫu nhiên. Nút sink đặt cố định, biết vị trí của toàn bộ nút và không bị giới hạn năng lượng.
  3. Các sự kiện xuất hiện trong mạng là ngẫu nhiên theo thời gian, có thể xảy ra đồng thời nhiều sự kiện.
  4. Các sự kiện có các yêu cầu chất lượng khác nhau và đã được phân loại trước khi truyền đi.

Tổng quan tài liệu và vị trí của luận án

Luận án tổng hợp các hướng nghiên cứu trong nước và quốc tế liên quan đến cải thiện hiệu năng mạng cảm biến không dây, tập trung vào tầng mạng (định tuyến) và tầng liên kết dữ liệu (MAC):

Hướng nghiên cứu Công trình tiêu biểu Đặc điểm và phương thức hoạt động
Định tuyến đơn đường & vị trí GPSR (Karp & Kung, 2000) [73] Chuyển tiếp gói tin theo giải thuật tham lam (Greedy) dựa trên vị trí địa lý của nút lân cận gần sink nhất.
Định tuyến đa đường Ganesan et al. [34], De et al. [33], Dulman et al. [47], Gavalas et al. [52], Huang et al. [57], He et al. [66], Tarique et al. [109], Radi et al. [108] Thiết lập nhiều tuyến đường song song hoặc thay thế; phân loại thành đường không giao nhau, đường không giao chặng và đường có giao chặng; phân bố lưu lượng theo cơ chế sao chép gói để tăng độ tin cậy hoặc chia tải để giảm nghẽn.
Định tuyến nhận thức năng lượng & QoS LIEMRO [95], MPMPS [94], ReInForM [47], LEDMPR [119] Lựa chọn tuyến truyền dựa trên mức năng lượng còn lại của nút trung gian và tham số QoS yêu cầu.
Giao thức MAC không xung đột & đồng bộ SMAC [144], TMAC [32], DSMAC [88], PQMAC [77] Phân chia khe thời gian hoặc chia sẻ lịch trình thức/ngủ chung theo cụm ảo, có xét hoặc không xét độ ưu tiên gói tin.
Giao thức MAC dị bộ bên gửi khởi hoạt B-MAC [106], X-MAC [29], CR-MAC [78], DeepSleep-MAC [87] Nút gửi phát chuỗi tín hiệu tiền trạm (preamble) kéo dài để đánh thức nút nhận.
Giao thức MAC dị bộ do Sink khởi hoạt PP-MAC [44], MTTP-MAC [50], RF-AASP [104] Sink phát bản tin quảng bá để điều phối nút gửi truyền dữ liệu, hỗ trợ QoS tập trung.
Giao thức MAC dị bộ bên nhận khởi hoạt RI-MAC [129], RICER [86], A-MAC [40], ERI-MAC [103], QAEE [76], MPQ [114] Bên nhận chủ động phát tín hiệu báo hiệu (Beacon) khi sẵn sàng nhận dữ liệu; các giao thức như QAEE và MPQ phân biệt từ 2 đến 4 mức ưu tiên tĩnh.

Vị trí nghiên cứu của luận án: Qua phân tích các công trình trên, tác giả chỉ ra các hạn chế còn tồn tại:

  1. Các giao thức định tuyến hiện có chưa kết hợp linh hoạt giữa cơ chế phân tải (để giảm trễ) và cơ chế sao chép đa đường (để tăng độ tin cậy) tương ứng với từng loại sự kiện cụ thể trong cùng một mạng.
  2. Các giải thuật định tuyến năng lượng tối thiểu thông thường dễ dẫn đến hiện tượng các nút trên tuyến tối ưu bị cạn kiệt năng lượng sớm, tạo ra các "nút nghẽn cổ chai" làm giảm thời gian sống của toàn mạng.
  3. Các giao thức MAC dị bộ có hỗ trợ QoS như QAEE và MPQ áp dụng mức ưu tiên còn cứng nhắc, gán số mức ưu tiên cố định, chưa thích ứng tối ưu với môi trường đa sự kiện phát sinh ngẫu nhiên. Luận án lựa chọn giải quyết khoảng trống này bằng cách đề xuất giải thuật định tuyến linh hoạt kết hợp nhận thức năng lượng và giao thức MAC dị bộ bên nhận khởi hoạt có xác suất truy nhập kênh biến đổi động theo mức ưu tiên dữ liệu.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Luận án sử dụng các cơ sở lý thuyết, mô hình toán học và khái niệm kỹ thuật sau:

  • Mô hình mạng: Mạng WSN được biểu diễn dưới dạng đồ thị vô hướng $G = (V, E)$, trong đó $V$ là tập hợp các nút cảm biến và nút sink, $E$ là tập các cạnh liên kết. Liên kết $E(i, j)$ tồn tại khi khoảng cách Euclidean giữa nút $i$ và nút $j$ thỏa mãn $d(i, j) \le d_{max}$.
  • Mô hình năng lượng vô tuyến bậc nhất (First-Order Radio Model): Năng lượng tiêu thụ $E_{hop}(S, d)$ để truyền và nhận một bản tin có kích thước $S$ (bit) qua khoảng cách $d$ được tính theo công thức: $$E_{hop}(S, d) = 2 \cdot \epsilon_{elec} \cdot S + \epsilon_{amp} \cdot S \cdot d^2$$ Trong đó: $\epsilon_{elec}$ là năng lượng tiêu hao trên mạch thu/phát cho một bit dữ liệu; $\epsilon_{amp}$ là hệ số năng lượng của bộ khuếch đại phát sóng; $d$ là khoảng cách truyền giữa hai nút. Nút cảm biến được mô hình hóa qua 4 trạng thái hoạt động vô tuyến $k$ (phát, thu, nghe, ngủ) với công suất tiêu thụ tương ứng $P_k$ trong khoảng thời gian $t_k$.
  • Cơ chế đa truy nhập cảm nhận sóng mang CSMA $p$-persistent: Khi cảm nhận kênh truyền rỗi, nút truyền khung với xác suất $p$; nếu không truyền (xác suất $1-p$), nút chờ thêm một khe thời gian rồi cảm nhận lại. Xác suất $p$ được luận án xây dựng lại theo hàm tuyến tính ($p_{i,n}$) hoặc phi tuyến ($p_{i,a,n}$) tương ứng với mức ưu tiên $i$ trong tổng số $n$ mức ưu tiên.
  • Phương pháp nghiên cứu thực tế:
    1. Phương pháp phân tích lý thuyết và giải tích toán học: Thiết lập công thức toán học tính toán xác suất truyền thành công của gói tin ($PSR$), tỷ lệ lỗi gói ($PER$) qua đường truyền đơn chặng và đa chặng ($PSR_{1,h}$, $PER_{1,h}$), mô hình hóa xác suất nhận ít nhất một bản sao gói tin qua $M$ đường đa chặng ($PSR_{M,h_M}$, $PER_{M,h_M}$), phân tích trễ hàng đợi ($d_{que}$), trễ truy nhập môi trường ($d_{MAC}$), trễ dịch vụ ($d_{service}$) và trễ truyền dẫn ($d_{trans}$).
    2. Phương pháp mô phỏng số rời rạc: Sử dụng phần mềm mô phỏng mạng OMNeT++ để kiểm chứng các giải thuật định tuyến DRPDS và EARPM trong điều kiện mạng WSN đa sự kiện so với giao thức GPSR; sử dụng công cụ mô phỏng Castalia để đo đạc và đánh giá hiệu năng giao thức MAC ưu tiên PMME so sánh với QAEE và MPQ.
    3. Nguồn dữ liệu: Dữ liệu đầu vào xây dựng từ các kịch bản mô phỏng chuẩn hóa dựa trên các tham số vật lý của phần cứng nút cảm biến và các thông số thực tế từ ứng dụng cảnh báo cháy rừng, giám sát hầm mỏ, nông nghiệp và y tế.

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1: Tổng quan về vấn đề nghiên cứu

Chương này phân tích cấu trúc phần cứng của một nút cảm biến chuẩn gồm 4 khối cơ bản: khối cảm biến, khối xử lý, khối truyền thông (thu phát vô tuyến) và khối nguồn; cùng các khối chức năng mở rộng như bộ định vị, bộ phát điện và bộ quản lý di động. Luận án phân loại chi tiết các giao thức định tuyến và giao thức MAC trong WSN theo các tiêu chí kiến trúc, cách thức thiết lập đường truyền và cơ chế giải quyết xung đột.

Tác giả khảo sát các yêu cầu chất lượng dịch vụ đặc thù của mạng cảm biến không dây trong các ứng dụng thực tế:

Ứng dụng Loại sự kiện quan sát Yêu cầu ứng dụng Tham số hiệu năng ưu tiên
Cảnh báo cháy rừng 5 cấp độ cảnh báo theo nguy cơ cháy và tốc độ lan truyền Ưu tiên cấp độ cháy cao, truyền cảnh báo nhanh Trễ thấp, độ tin cậy cao, tiết kiệm năng lượng
Công nghiệp hầm mỏ Hỏa hoạn, rò rỉ khí độc ($CO, CH_4, H_2S$), sập hầm Giám sát đồng thời, báo cáo đa tốc độ Độ tin cậy cao, trễ thấp cho sự kiện khẩn cấp
Nông nghiệp chính xác Khô hạn, ngập lụt, xâm nhập mặn, thay đổi nhiệt độ, độ pH Phân biệt sự kiện cấp bách và dữ liệu định kỳ Độ tin cậy, trễ phân lớp
Nhà trẻ thông minh Đột nhập, hỏa hoạn, video streaming Lưu lượng dữ liệu lớn, truyền tức thời khi khẩn cấp Băng thông rộng, trễ thấp, độ tin cậy
Theo dõi sức khỏe y tế Đột quỵ, rối loạn nhịp tim, sốt cao Cảnh báo tức thời, luồng dữ liệu liên tục Trễ thấp nhất, độ tin cậy tối đa

Chương 1 làm rõ các chỉ tiêu đánh giá hiệu năng mạng gồm: thời gian sống (phân định giữa giai đoạn mạng ổn định và giai đoạn bất ổn định), hiệu quả tiêu thụ năng lượng trung bình ($E_{avg}$), tổng thời gian trễ truyền gói ($D_{avr}$, $d_{total}$), và độ tin cậy truyền tin ($R = N_r / N_s$).

Chương 2: Cải thiện hiệu năng mạng cảm biến không dây đa sự kiện sử dụng giao thức định tuyến linh hoạt

Chương 2 trình bày hai đề xuất về giải thuật định tuyến nhằm giải quyết sự xung đột giữa trễ truyền dẫn, độ tin cậy và mức tiêu hao năng lượng:

  1. Giao thức định tuyến DRPDS (Dynamic Routing Protocol and Delivering Scheme):

    • Phân loại gói tin thành 3 nhóm sự kiện: Loại A (ưu tiên cao, yêu cầu độ tin cậy cao và trễ thấp), Loại B (yêu cầu độ tin cậy trung bình), Loại C (dữ liệu định kỳ, lưu lượng lớn).
    • Cơ chế truyền gói linh hoạt: DRPDS sử dụng cơ chế sao chép gói tin trên nhiều đường phân kỳ không giao nhau đối với gói loại A nhằm tối đa hóa tỷ lệ nhận gói thành công ($p_L$); đối với gói loại C, giao thức sử dụng cơ chế phân tải (load balancing) chia nhỏ dòng dữ liệu sang các tuyến đường song song để tránh tắc nghẽn hàng đợi tại các nút trung gian, qua đó giảm thời gian trễ đầu cuối.
    • Kết quả giải tích và mô phỏng trên OMNeT++ chỉ ra: Khi tỷ lệ lỗi kênh đơn chặng $e = 1%$ và $2%$, việc truyền sao chép qua đa đường làm giảm tỷ lệ lỗi gói tổng thể ($PER_{M,h_M}$) đáng kể so với truyền đơn đường ($PER_{1,h}$); cơ chế phân tải giúp giảm độ trễ gói loại C rõ rệt khi độ dài hàng đợi tại các nút tăng cao.

  2. Giải thuật định tuyến nhận thức năng lượng EARPM (Energy Aware Routing Protocol for Multievent WSN):

    • EARPM là phiên bản nâng cấp từ DRPDS, bổ sung tiêu chí nhận thức năng lượng vào hàm lựa chọn nút chuyển tiếp tiếp theo (next-hop).
    • Giải thuật tính toán trọng số kết hợp giữa khoảng cách Euclidean tiến về nút sink và mức năng lượng dư thừa của các nút lân cận. Cơ chế này ngăn chặn việc tập trung lưu lượng qua các nút có mức năng lượng thấp, phân phối đều tải truyền dẫn trên toàn mạng.
    • Kết quả đánh giá mô phỏng: EARPM kéo dài thời gian sống của mạng, duy trì giai đoạn mạng ổn định dài hơn so với DRPDS và GPSR, đồng thời giảm thiểu số lượng nút chết theo thời gian hoạt động mà vẫn đảm bảo ngưỡng trễ và tỷ lệ lỗi gói cho các sự kiện ưu tiên cao.

Chương 3: Cải thiện hiệu năng mạng cảm biến không dây đa sự kiện sử dụng giao thức MAC ưu tiên

Chương 3 tập trung tối ưu hóa tầng MAC dị bộ bên nhận khởi hoạt thông qua đề xuất giao thức PMME (Priority MAC protocol for MultiEvent WSN):

  1. Phân tích hạn chế của QAEE và MPQ: Giao thức QAEE và MPQ tuy đã hỗ trợ phân cấp ưu tiên (2 đến 4 mức) nhưng sử dụng khe thời gian và thông số cố định, dẫn đến hiện tượng suy giảm hiệu năng khi số lượng sự kiện đột biến hoặc khi tỷ lệ các gói tin khẩn cấp tăng cao.
  2. Cơ chế hoạt động của giao thức PMME:
    • Cơ chế CSMA $p$-persistent thích ứng: Thay đổi tham số xác suất truyền $p$ trực tiếp theo mức độ ưu tiên của gói tin đang chờ truyền trong hàng đợi. Khung dữ liệu có mức ưu tiên $i$ cao hơn sẽ nhận giá trị xác suất $p_i$ lớn hơn (tính theo công thức tuyến tính $p_{i,n}$ hoặc phi tuyến $p_{i,a,n}$ với cơ số phân biệt $a$), giúp gói ưu tiên cao giành quyền truy nhập kênh truyền nhanh hơn.
    • Cơ chế chấp nhận Tx-Beacon sớm nhất: Cho phép nút gửi đang giữ gói ưu tiên cao phản hồi ngay tín hiệu Beacon từ nút nhận trong khoảng thời gian cạnh tranh $T_w$, giảm thời gian trễ do chờ đợi chu kỳ thức ngủ tiếp theo.
  3. Kết quả mô phỏng trên nền tảng Castalia:
    • Trễ gói trung bình ($D_{avr}$) của PMME thấp hơn so với QAEE và MPQ, đặc biệt trễ của các gói tin thuộc mức ưu tiên cao nhất được giảm thiểu rõ rệt.
    • Tỷ lệ truyền gói thành công ($PSR$) của PMME duy trì ở mức cao khi số lần thử phát lại tối đa $maxTxRetries = 10$.
    • Năng lượng tiêu thụ trung bình trên mỗi bit dữ liệu nhận thành công ($mJ/bit$) giảm nhờ hạn chế xung đột kênh truyền và giảm thời gian lắng nghe rỗi của các nút.

Kết quả và những đóng góp mới

Luận án trình bày các kết quả và đóng góp mới về mặt khoa học và kỹ thuật:

  • Về mặt lý luận và học thuật:
    1. Xây dựng mô hình phân tích giải tích định tuyến đa đường kết hợp cơ chế sao chép gói tin (tăng độ tin cậy) và phân tải luồng dữ liệu (giảm trễ hàng đợi) thích ứng theo đặc tính của từng loại sự kiện trong mạng WSN đa sự kiện.
    2. Phát triển giải thuật định tuyến nhận thức năng lượng EARPM dựa trên hàm mục tiêu kết hợp giữa khoảng cách địa lý và năng lượng còn lại của nút cảm biến, cung cấp cơ sở lý thuyết để cân bằng tiêu hao năng lượng trong mạng không đồng nhất về tải.
    3. Xây dựng cơ chế điều khiển truy nhập môi trường dị bộ bên nhận khởi hoạt PMME với xác suất truy nhập kênh $p$-persistent biến đổi linh hoạt theo mức ưu tiên dữ liệu, kết hợp với cơ chế phản hồi Tx-Beacon sớm.
  • Về mặt thực tiễn và ứng dụng:
    1. Cung cấp bộ giải pháp định tuyến (DRPDS, EARPM) và giao thức MAC (PMME) hoàn chỉnh, được kiểm chứng qua mô phỏng trên OMNeT++ và Castalia, chứng minh khả năng giảm trễ cho các sự kiện khẩn cấp, duy trì tỷ lệ truyền gói thành công cao và kéo dài thời gian sống của mạng.
    2. Đề xuất các giải pháp kỹ thuật có khả năng tích hợp vào các hệ thống quan trắc chuyên dụng như mạng cảnh báo cháy rừng đa cấp độ, hệ thống giám sát an toàn mỏ hầm lò và nông nghiệp chính xác.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Hạn chế của đề tài dựa trên phạm vi nghiên cứu được công bố trong văn bản:

  • Mô hình nghiên cứu và các kịch bản đánh giá mới thực hiện trên mạng cảm biến có cấu trúc nút cố định (nút tĩnh), phân bố đồng nhất ban đầu trong phạm vi trường cảm biến giới hạn.
  • Nghiên cứu chưa mở rộng đánh giá đối với các kịch bản mạng cảm biến có nút di động hoặc môi trường truyền sóng có vật cản phức tạp.
  • Các kết quả đánh giá hiệu năng dừng lại ở phân tích giải tích toán học và mô phỏng số rời rạc trên phần mềm (OMNeT++, Castalia), chưa triển khai thử nghiệm trên hệ thống phần cứng thực tế (testbed).

Hướng nghiên cứu tiếp theo:

  • Mở rộng giải thuật định tuyến và giao thức MAC cho mạng cảm biến không dây có hỗ trợ các nút cảm biến di động (Mobile WSN).
  • Nghiên cứu cơ chế định tuyến và MAC thích ứng trong các mạng cảm biến có tích hợp công nghệ thu thập/tái tạo năng lượng từ môi trường (Energy Harvesting WSN).
  • Xây dựng mô hình thử nghiệm trên thiết bị phần cứng thực tế để kiểm chứng và hoàn thiện các tham số giao thức.

Giá trị tham khảo

Nội dung luận án mang lại giá trị tham khảo cho các đối tượng:

  • Nghiên cứu sinh và học viên cao học chuyên ngành Kỹ thuật Viễn thông, Mạng máy tính: Tham khảo phương pháp mô hình hóa toán học về trễ và độ tin cậy trong định tuyến đa đường (Chương 2); cách thức cải tiến giao thức CSMA $p$-persistent trong các hệ thống MAC dị bộ (Chương 3).
  • Giảng viên và nhà nghiên cứu: Sử dụng các kịch bản, tham số và phương pháp thiết lập mô phỏng mạng trên phần mềm OMNeT++ và framework Castalia để phục vụ giảng dạy và nghiên cứu về mạng WSN/IoT.
  • Kỹ sư và cán bộ kỹ thuật phát triển hệ thống IoT/WSN: Tham khảo cấu trúc thuật toán DRPDS, EARPM và PMME để áp dụng vào việc thiết kế phần mềm nhúng, tối ưu hóa giao thức truyền thông cho các mạng cảm biến chuyên dụng phục vụ cảnh báo thiên tai, giám sát công nghiệp và y tế.

Câu hỏi thường gặp

  1. Giao thức định tuyến DRPDS phân loại và xử lý các loại gói tin sự kiện như thế nào?
    DRPDS phân chia dữ liệu thành 3 loại gói sự kiện: Gói loại A (mức ưu tiên cao nhất, yêu cầu khẩn cấp) được truyền theo cơ chế sao chép trên nhiều đường phân kỳ không giao nhau để đạt độ tin cậy tối đa; gói loại B được truyền theo tuyến tối ưu thông thường; gói loại C (dữ liệu định kỳ, dung lượng lớn) được phân tải đều trên các đường song song để giảm áp lực hàng đợi và giảm trễ do nghẽn mạng.

  2. Giải thuật định tuyến EARPM có điểm gì cải tiến so với DRPDS?
    EARPM kế thừa cơ chế định tuyến linh hoạt của DRPDS nhưng bổ sung giải thuật nhận thức năng lượng. Khi chọn nút chuyển tiếp tiếp theo, EARPM tính toán đồng thời khoảng cách Euclidean tới sink và mức năng lượng còn lại của nút lân cận, giúp tránh chuyển tiếp qua các nút sắp hết pin, từ đó phân bố đều năng lượng tiêu thụ và kéo dài thời gian sống của mạng.

  3. Cơ chế xác suất trong giao thức MAC PMME hoạt động ra sao để ưu tiên dữ liệu?
    Giao thức PMME cải tiến cơ chế CSMA $p$-persistent bằng cách gán xác suất truyền $p_i$ thay đổi theo mức ưu tiên $i$ của gói tin (theo hàm tuyến tính $p_{i,n}$ hoặc phi tuyến $p_{i,a,n}$). Gói tin có mức ưu tiên cao hơn sẽ có xác suất $p_i$ lớn hơn để truyền ngay khi kênh rỗi, kết hợp với cơ chế chấp nhận Tx-Beacon sớm nhất để giảm thiểu trễ truy nhập môi trường.

  4. Mô hình tiêu hao năng lượng nào được sử dụng để tính toán năng lượng truyền thông trong luận án?
    Luận án sử dụng mô hình vô tuyến bậc nhất (first-order radio model). Năng lượng tiêu thụ cho một chặng truyền bản tin kích thước $S$ bit qua khoảng cách $d$ được xác định bởi $E_{hop}(S, d) = 2 \cdot \epsilon_{elec} \cdot S + \epsilon_{amp} \cdot S \cdot d^2$, kết hợp với việc mô hình hóa công suất tiêu thụ tại 4 trạng thái vô tuyến của nút (phát, thu, nghe, ngủ).

  5. Các công cụ phần mềm nào được tác giả sử dụng để mô phỏng và đối sánh hiệu năng?
    Tác giả sử dụng công cụ mô phỏng OMNeT++ để đánh giá hiệu năng của các giải pháp định tuyến DRPDS và EARPM so với giao thức GPSR; và sử dụng nền tảng mô phỏng Castalia để kiểm chứng hiệu năng của giao thức MAC PMME so với hai giao thức QAEE và MPQ.

Kết luận

Luận án của nghiên cứu sinh Nguyễn Thị Thu Hằng đã giải quyết bài toán cải thiện hiệu năng cho mạng cảm biến không dây đa sự kiện bằng các đóng góp ở tầng định tuyến và tầng MAC. Các giải pháp đề xuất gồm giao thức định tuyến linh hoạt DRPDS, giải thuật định tuyến nhận thức năng lượng EARPM và giao thức MAC ưu tiên PMME đã được chứng minh tính hiệu quả thông qua mô hình toán học giải tích và mô phỏng số trên OMNeT++ và Castalia. Kết quả nghiên cứu đáp ứng đồng thời các yêu cầu khắt khe về giảm độ trễ, nâng cao độ tin cậy truyền gói cho các sự kiện khẩn cấp và tối ưu hóa năng lượng tiêu thụ để kéo dài thời gian sống của toàn mạng. Công trình cung cấp tài liệu tham khảo có giá trị học thuật và kỹ thuật cho việc phát triển các hệ thống mạng cảm biến và IoT chuyên dụng.