Luận Án Tiến Sĩ: Phát Triển Thuật Toán Tiến Hóa Giải Quyết Bài Toán Tối Ưu Trong Mạng Không Dây

• Tác giả: Nguyễn Gia Như
• Người hướng dẫn: TS. Lê Trọng Vĩnh
• Trường học: Trường Đại học Khoa Học Tự Nhiên
• Chuyên ngành: Cơ sở toán học cho Tin học
• Đề tài: Phát triển thuật toán tiến hóa giải một số bài toán tối ưu trong mạng không dây
• Loại tài liệu: Luận án tiến sỹ
• Năm xuất bản: 2015
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• LỜI CAM ĐOAN
• LỜI CẢM ƠN
• DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT
• DANH MỤC BẢNG
• DANH MỤC HÌNH VẼ
• MỞ ĐẦU
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ TỐI ƯU MẠNG
• 1.1. Mạng không dây
• 1.1.1. Mạng cá nhân không dây
• 1.1.2. Mạng cục bộ không dây
• 1.1.3. Mạng Ad-hoc
• 1.1.4. Mạng đô thị không dây
• 1.1.5. Mạng lưới không dây
• 1.2. Sự phát triển của mạng thông tin di động
• 1.3. Các vấn đề của tối ưu mạng
• 1.3.1. Các vấn đề mở đối với mạng không dây
• 1.3.2. Bài toán tối ưu
• 1.3.3. Các thuật toán tiến hóa
• 1.3.3.1. Thuật toán di truyền
• 1.3.3.2. Thuật toán tối ưu hóa đàn kiến
• 1.3.3.3. Thuật toán tối ưu hóa nhóm bầy
• 1.3.3.3.1. Giới thiệu chung
• 1.3.3.3.2. Các thành phần cơ bản của thuật toán
• 1.3.3.3.3. Thuật toán PSO dạng Constriction
• 1.3.3.3.4. Thuật toán PSO–TVIW và PSO–RANDIW
• 1.3.3.3.5. Thuật toán PSO-TVAC
• 1.3.3.3.6. Thuật toán MPSO–TVAC
• 1.3.3.3.7. Thuật toán SOHPSO–TVAC
• 1.3.3.3.8. Sự kết hợp giữa phương pháp PSO và các phương pháp khác
• 1.3.3.3.9. Thuật toán SWT-PSO
• 1.3.3.3.10. Thuật toán PSO tổng quát
• 1.4. Kết chương
• 2. CHƯƠNG 2: TỐI ƯU THÔNG LƯỢNG TRONG MẠNG
• 2.1. Tối ưu thông lượng trong mạng lưới không dây
• 2.1.1. Mô hình hóa và phát biểu bài toán
• 2.1.1.1. Kiến trúc hệ thống
• 2.1.1.2. Mô hình truyền thông
• 2.1.1.4. Trọng số MTW
• 2.1.1.5. Chia sẻ hiệu suất sử dụng các Gateway
• 2.1.1.6. Lập trình tính toán thông lượng
• 2.1.1.7. Phân tích, đánh giá các phương pháp
• 2.1.2. Đặt gateway hiệu quả sử dụng thuật toán PSO
• 2.1.2.1. Biểu diễn của một phần tử
• 2.1.2.2. Khởi tạo quần thể ban đầu
• 2.1.2.3. Hàm đo độ thích nghi
• 2.1.2.4. Quá trình tiến hóa
• 2.1.2.5. Quá trình dừng
• 2.1.2.6. Mô tả thuật toán
• 2.1.3. Kết quả mô phỏng và đánh giá
• 2.1.3.1. Tham số mô phỏng
• 2.1.3.2. Kết quả mô phỏng
• 2.2. Truyền thông Broadcast và cây truyền thông tối ưu
• 2.2.1. Bài toán cây khung truyền thông tối ưu
• 2.2.2. Các nghiên cứu liên quan
• 2.2.3. Mã hóa liên kết cạnh và nút (LNB)
• 2.2.4. Tối ưu cây khung truyền thông sử dụng thuật toán PSO
• 2.2.4.1. Mô tả thuật toán
• 2.2.5. Kết quả mô phỏng và đánh giá
• 2.2.5.1. Tham số thực nghiệm
• 2.2.5.2. Kết quả mô phỏng
• 2.3. Kết chương
• 3. CHƯƠNG 3: TỐI ƯU TRUY CẬP MẠNG
• 3.1. Đặt trạm cơ sở trong mạng thông tin di động
• 3.1.1. Mô hình hóa và phát biểu bài toán
• 3.1.2. Các nghiên cứu liên quan
• 3.1.3. Tối ưu đặt trạm điều khiển sử dụng thuật toán PSO
• 3.1.3.1. Mô tả thuật toán
• 3.1.3.2. Kết quả mô phỏng và đánh giá
• 3.1.3.2.1. Mô hình thực nghiệm và thiết lập tham số cho các thuật toán
• 3.1.3.2.2. Phân tích, đánh giá các thuật toán
• 3.1.3.2.3. Áp dụng thử nghiệm tại thành phố Đà Nẵng
• 3.2. Tối ưu truy cập tập trung trong mạng không dây
• 3.2.1. Mô hình hóa và phát biểu bài toán
• 3.2.2. Các nghiên cứu liên quan
• 3.2.3. Tối ưu truy cập tập trung sử dụng thuật toán PSO
• 3.2.3.1. Mô tả thuật toán
• 3.2.3.2. Kết quả mô phỏng và đánh giá
• 3.2.3.2.1. Mô hình thực nghiệm và thiết lập tham số cho các thuật toán
• 3.2.3.2.2. Phân tích, đánh giá các thuật toán
• 3.3. Kết chương
• KẾT LUẬN
• DANH MỤC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC CỦA TÁC GIẢ LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN ÁN
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng Quan Về Phát Triển Thuật Toán Tiến Hóa Trong Tối Ưu Hóa Mạng Không Dây

Trong bối cảnh mạng không dây ngày càng phát triển, việc tối ưu hóa hiệu suất mạng trở thành một thách thức lớn. Thuật toán tiến hóa đã được áp dụng để giải quyết các bài toán tối ưu trong mạng không dây, giúp cải thiện hiệu suất và giảm thiểu chi phí. Nghiên cứu này sẽ trình bày tổng quan về các phương pháp tối ưu hóa hiện có và vai trò của thuật toán tiến hóa trong việc giải quyết các vấn đề phức tạp trong mạng không dây.

1.1. Khái Niệm Về Mạng Không Dây

Mạng không dây là một hệ thống mạng cho phép kết nối các thiết bị mà không cần sử dụng dây cáp. Các loại mạng không dây phổ biến bao gồm mạng cá nhân không dây, mạng cục bộ không dây và mạng đô thị không dây. Mỗi loại mạng có những đặc điểm và ứng dụng riêng, từ việc kết nối các thiết bị cá nhân đến việc cung cấp dịch vụ internet cho toàn bộ khu vực.

1.2. Tầm Quan Trọng Của Tối Ưu Hóa Mạng Không Dây

Tối ưu hóa mạng không dây không chỉ giúp cải thiện hiệu suất mà còn giảm thiểu chi phí vận hành. Việc áp dụng các thuật toán tiến hóa như PSO và ACO giúp giải quyết các bài toán tối ưu phức tạp, từ việc định vị trạm cơ sở đến tối ưu hóa thông lượng mạng. Điều này đặc biệt quan trọng trong bối cảnh nhu cầu sử dụng dịch vụ mạng ngày càng tăng cao.

II. Các Vấn Đề Chính Trong Tối Ưu Hóa Mạng Không Dây

Mạng không dây đối mặt với nhiều thách thức trong việc tối ưu hóa hiệu suất. Các vấn đề này bao gồm quản lý tài nguyên, độ phổ thông minh và an ninh mạng. Việc hiểu rõ các vấn đề này là cần thiết để phát triển các giải pháp tối ưu hiệu quả.

2.1. Quản Lý Tài Nguyên Trong Mạng Không Dây

Quản lý tài nguyên là một trong những thách thức lớn nhất trong mạng không dây. Việc phân bổ băng thông và định tuyến tín hiệu hiệu quả là rất quan trọng để tránh tắc nghẽn và đảm bảo chất lượng dịch vụ. Các thuật toán như PSO có thể giúp tối ưu hóa việc phân bổ tài nguyên này.

2.2. Độ Phổ Thông Minh Và Băng Thông Trong Mạng

Độ phổ thông minh trong mạng không dây liên quan đến khả năng tự động điều chỉnh băng thông để đáp ứng nhu cầu sử dụng. Việc phát triển các thuật toán tối ưu hóa băng thông động là cần thiết để hỗ trợ các dịch vụ đa phương tiện và đảm bảo chất lượng dịch vụ.

III. Phương Pháp Tối Ưu Hóa Hiệu Suất Mạng Không Dây

Để tối ưu hóa hiệu suất mạng không dây, nhiều phương pháp đã được phát triển. Các thuật toán tiến hóa như thuật toán di truyền và tối ưu hóa bầy đàn đã chứng minh được hiệu quả trong việc giải quyết các bài toán tối ưu phức tạp.

3.1. Thuật Toán Di Truyền Trong Tối Ưu Hóa

Thuật toán di truyền (GA) là một trong những phương pháp phổ biến trong tối ưu hóa. Nó mô phỏng quá trình tiến hóa tự nhiên để tìm kiếm giải pháp tối ưu cho các bài toán phức tạp trong mạng không dây.

3.2. Tối Ưu Hóa Bầy Đàn PSO Trong Mạng Không Dây

Tối ưu hóa bầy đàn (PSO) là một kỹ thuật mạnh mẽ, mô phỏng hành vi của các bầy chim trong việc tìm kiếm thức ăn. PSO đã được áp dụng thành công trong việc tối ưu hóa vị trí trạm cơ sở và cải thiện thông lượng mạng.

IV. Ứng Dụng Thực Tiễn Của Thuật Toán Tiến Hóa Trong Mạng Không Dây

Các thuật toán tiến hóa đã được áp dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực của mạng không dây. Từ việc tối ưu hóa thông lượng đến định vị trạm cơ sở, các ứng dụng này đã mang lại nhiều lợi ích cho người dùng và nhà cung cấp dịch vụ.

4.1. Tối Ưu Hóa Thông Lượng Trong Mạng Lõi

Tối ưu hóa thông lượng trong mạng lõi là rất quan trọng để đảm bảo khả năng phục vụ và nâng cấp mạng. Việc áp dụng PSO giúp cải thiện hiệu suất và giảm thiểu chi phí cho các nhà cung cấp dịch vụ.

4.2. Định Vị Trạm Cơ Sở Trong Mạng Di Động

Định vị trạm cơ sở là một trong những khâu quan trọng trong thiết kế mạng di động. Việc tối ưu hóa vị trí các trạm cơ sở giúp cải thiện chất lượng dịch vụ và giảm thiểu chi phí đầu tư.

V. Kết Luận Về Phát Triển Thuật Toán Tiến Hóa Trong Mạng Không Dây

Phát triển thuật toán tiến hóa cho tối ưu hóa mạng không dây là một lĩnh vực nghiên cứu đầy tiềm năng. Các giải pháp tối ưu hóa không chỉ giúp cải thiện hiệu suất mà còn giảm thiểu chi phí cho các nhà cung cấp dịch vụ. Tương lai của nghiên cứu này hứa hẹn sẽ mang lại nhiều đột phá trong công nghệ mạng không dây.

5.1. Tương Lai Của Nghiên Cứu Về Mạng Không Dây

Nghiên cứu về mạng không dây sẽ tiếp tục phát triển với sự xuất hiện của các công nghệ mới. Việc áp dụng các thuật toán tiến hóa sẽ giúp giải quyết các vấn đề phức tạp và nâng cao hiệu suất mạng.

5.2. Đề Xuất Hướng Nghiên Cứu Mới

Các hướng nghiên cứu mới có thể bao gồm việc phát triển các thuật toán tối ưu hóa mới, cải thiện khả năng bảo mật và quản lý tài nguyên trong mạng không dây. Điều này sẽ giúp đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của người dùng.