I. Hệ thống thông tin và mạng cảm biến không dây
Hệ thống thông tin và mạng cảm biến không dây (WSN) là hai khái niệm trọng tâm trong nghiên cứu này. WSN bao gồm các cảm biến nhỏ gọn, tiêu thụ ít năng lượng, được triển khai để thu thập và truyền dữ liệu. Các ứng dụng của WSN rất đa dạng, từ giám sát môi trường đến y tế và nông nghiệp. Tuy nhiên, hạn chế lớn nhất của WSN là nguồn năng lượng hạn chế, đòi hỏi các giải pháp tiết kiệm năng lượng để kéo dài tuổi thọ mạng. Định tuyến là một trong những kỹ thuật quan trọng để tối ưu hóa năng lượng trong WSN.
1.1. Cấu trúc và hoạt động của WSN
WSN bao gồm các nút cảm biến được phân bố ngẫu nhiên hoặc theo vị trí xác định. Các nút này thu thập dữ liệu và truyền đến trạm gốc (sink) thông qua phương pháp truyền trực tiếp hoặc đa chặng. Truyền đa chặng giúp giảm tiêu thụ năng lượng nhưng cũng dẫn đến sự mất cân bằng năng lượng giữa các nút gần và xa sink. Điều này làm giảm tuổi thọ của mạng, đặc biệt là các nút gần sink.
1.2. Thách thức trong WSN
Một trong những thách thức lớn nhất trong WSN là quản lý năng lượng. Các nút cảm biến thường có pin nhỏ và khó thay thế. Việc tiêu thụ năng lượng không đồng đều giữa các nút dẫn đến sự cạn kiệt nhanh chóng của các nút gần sink. Điều này làm giảm hiệu quả của mạng và gây ra tắc nghẽn dữ liệu. Các giải pháp tối ưu hóa năng lượng và định tuyến hiệu quả là cần thiết để giải quyết vấn đề này.
II. Định tuyến tiết kiệm năng lượng trong WSN
Định tuyến tiết kiệm năng lượng là một trong những phương pháp chính để kéo dài tuổi thọ của WSN. Các thuật toán định tuyến như LEACH, SEP và các biến thể của chúng được sử dụng để phân cụm và lựa chọn cụm chủ (Cluster Head - CH) một cách hiệu quả. Tối ưu hóa năng lượng được thực hiện thông qua việc cân bằng tải giữa các nút và giảm khoảng cách truyền dẫn.
2.1. Kỹ thuật phân cụm
Kỹ thuật phân cụm là một phương pháp hiệu quả để giảm tiêu thụ năng lượng trong WSN. Các nút được chia thành các cụm, mỗi cụm có một cụm chủ chịu trách nhiệm thu thập và truyền dữ liệu đến sink. Các thuật toán như LEACH sử dụng logic mờ để lựa chọn cụm chủ dựa trên năng lượng còn lại và khoảng cách đến sink. Điều này giúp cân bằng tải và kéo dài tuổi thọ mạng.
2.2. Sử dụng sink di động
Việc sử dụng sink di động là một giải pháp hiệu quả để giảm tiêu thụ năng lượng trong WSN. Sink di động di chuyển đến các vị trí gần các nút cảm biến, giảm khoảng cách truyền dẫn và tiêu thụ năng lượng. Các thuật toán như MECA và MSA được đề xuất để tối ưu hóa đường đi của sink, đảm bảo thu thập dữ liệu kịp thời và giảm thiểu năng lượng tiêu thụ.
III. Ứng dụng và đóng góp của luận án
Luận án đã đề xuất các thuật toán định tuyến tiết kiệm năng lượng và tối ưu hóa năng lượng trong WSN. Các giải pháp này không chỉ kéo dài tuổi thọ mạng mà còn cải thiện hiệu suất và độ tin cậy của hệ thống. Công nghệ thông tin và quản lý năng lượng là hai lĩnh vực được ứng dụng rộng rãi trong nghiên cứu này.
3.1. Đóng góp chính của luận án
Luận án đã đề xuất các thuật toán mới như MECA và MSA, kết hợp sink di động và phân cụm mờ để tối ưu hóa năng lượng. Các thuật toán này đã được đánh giá thông qua mô phỏng, cho thấy hiệu quả trong việc kéo dài tuổi thọ mạng và giảm tiêu thụ năng lượng. Đây là đóng góp quan trọng cho lĩnh vực hệ thống thông tin và mạng cảm biến không dây.
3.2. Ứng dụng thực tế
Các giải pháp được đề xuất trong luận án có thể ứng dụng trong nhiều lĩnh vực như giám sát môi trường, y tế và nông nghiệp. Việc tiết kiệm năng lượng và tối ưu hóa năng lượng giúp tăng hiệu quả kinh tế và giảm chi phí vận hành. Điều này đặc biệt quan trọng trong bối cảnh Việt Nam, nơi mà nông nghiệp và giám sát môi trường đang được chú trọng.
