Tên luận án:
NGHIÊN CỨU MỘT SỐ KỸ THUẬT TỐI ƯU HIỆU NĂNG HỆ THỐNG DUY TRÌ KẾT NỐI TRONG THẢM HỌA
Ngành:
Khoa Học Máy Tính
Tóm tắt nội dung tài liệu:
Luận án này tập trung vào việc phát triển và phân tích một mô hình mạng vô tuyến nhận thức sử dụng đa truy cập không trực giao (CR-NOMA) với nhiều thiết bị bay không người lái (UAV) đóng vai trò chuyển tiếp, nhằm duy trì kết nối liên lạc trong các tình huống thảm họa. Mô hình hệ thống xem xét đầy đủ các yếu tố như liên kết truyền dẫn trong môi trường fading Nakagami-m, điều kiện đường truyền tầm nhìn thẳng (LoS) và không tầm nhìn thẳng (NLoS), cùng với các nút chính, nút thứ cấp và UAV chuyển tiếp.
Dựa trên mô hình này, các biểu thức toán học đánh giá hiệu năng hệ thống như xác suất ngừng hoạt động (Outage Probability – OP), thông lượng (System Throughput) và xác suất rò rỉ thông tin (Secrecy Outage Probability – SOP) đã được thiết lập và phân tích. Để tối ưu hóa hiệu năng, luận án đã áp dụng ba thuật toán tiến hóa phổ biến là thuật toán di truyền liên tục (CGA), thuật toán tối ưu hóa bầy đàn (PSO) và chiến lược thích nghi ma trận hiệp phương sai (CMA-ES). Đồng thời, một thuật toán lai CGA-PSO cũng được đề xuất để giải quyết bài toán tối ưu hóa đa mục tiêu phi tuyến.
Kết quả mô phỏng cho thấy phương pháp lai đề xuất đạt hiệu suất vượt trội so với các thuật toán đơn lẻ, với thông lượng cực đại đạt 9.295 bps/Hz, giảm xác suất rò rỉ thông tin đáng kể và thể hiện khả năng hội tụ nhanh, ổn định hơn. Những phát hiện này khẳng định vai trò quan trọng của các giải thuật tiến hóa trong việc tối ưu hóa hiệu năng của hệ thống truyền dẫn khẩn cấp. Hướng phát triển trong tương lai bao gồm tích hợp các yếu tố động học của UAV, ứng dụng học sâu hoặc học tăng cường để điều phối UAV theo thời gian thực và đánh giá khả năng triển khai thuật toán trên thiết bị biên.
Mục lục chi tiết:
-
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VÀ CƠ SỞ KHOA HỌC
- 1.1. ĐẶT VẤN ĐỀ VÀ BỐI CẢNH NGHIÊN CỨU
- 1.2. MỤC TIÊU VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU.
- 1.2.1. Mục tiêu nghiên cứu
- 1.2.2. Phạm vi nghiên cứu
- 1.3. NHỮNG THÁCH THỨC CHÍNH
- 1.4. CƠ SỞ KHOA HỌC VỀ HỆ THỐNG DUY TRÌ KẾT NỐI
- 1.4.1. Hệ thống trong tình huống thảm họa
- 1.4.2. Mạng CR sử dụng UAV
- 1.4.3. Kỹ thuật NOMA và tích hợp UAV trong hệ thống duy trì kết nối.
- 1.5. CƠ SỞ KHOA HỌC VỀ THUẬT TOÁN TIẾN HÓA
- 1.5.1. Tổng quan tối ưu hóa tiến hóa
- 1.5.2. Các thuật toán CGA, PSO và CMA-ES
- 1.6. CÁC TIÊU CHÍ ĐÁNH GIÁ HIỆU NĂNG HỆ THỐNG
- 1.6.1. Thông lượng hệ thống (System Throughput)
- 1.6.2. Xác suất ngừng hoạt động (Outage Probability – OP)
- 1.6.3. Xác suất rò rỉ thông tin (Secrecy Outage Probability – SOP)
- 1.6.4. Độ trễ (System Latency).
- 1.6.5. Tỷ lệ lỗi bit (Bit Error Rate – BER)
- 1.6.6. Mức tiêu thụ năng lượng (Energy Consumption).
- 1.6.7. Khả năng hội tụ và độ phức tạp tính toán của thuật toán
- 1.7. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
- 1.7.1. Nghiên cứu tài liệu
- 1.7.2. Xây dựng mô hình mô phỏng.
- 1.7.3. Phát triển thuật toán tối ưu
- 1.7.4. Thực hiện mô phỏng và kiểm tra..
- 1.7.5. Phân tích kết quả
- 1.7.6. Kết luận và đề xuất
- 1.8. ĐÓNG GÓP VÀ BỐ CỤC LUẬN ÁN
-
CHƯƠNG 2. MÔ HÌNH HỆ THỐNG VÀ PHÂN TÍCH HIỆU NĂNG CỦA MẠNG VÔ TUYẾN NHẬN THỨC NOMA VỚI CÁC CHUYỂN TIẾP UAV
- 2.1. MẠNG VÔ TUYẾN NHẬN THỨC NOMA VỚI CÁC CHUYỂN TIẾP UAV
- 2.2. MÔ HÌNH HỆ THỐNG VÀ GIAO THỨC TRUYỀN THÔNG.
- 2.2.1. Mô hình hệ thống và giả lập kênh truyền
- 2.2.2. Giao thức truyền thông
- 2.3. PHÂN TÍCH HIỆU NĂNG HỆ THỐNG
- 2.3.1. Xác suất ngừng hoạt động (OP)
- 2.3.2. Thông lượng mạng thứ cấp và xác xuất rò rỉ thông tin
- 2.4. PHÁT BIỂU BÀI TOÁN VÀ YÊU CẦU TỐI ƯU.
-
CHƯƠNG 3. NGHIÊN CỨU GIẢI THUẬT TIẾN HÓA ĐỂ TỐI ƯU HÓA HỆ THỐNG ĐỀ XUẤT
- 3.1 TỐI ƯU HÓA THÔNG LƯỢNG BẰNG CGA
- 3.1.1 Thuật toán
- 3.1.2 Kết quả tối ưu hóa.
- 3.2 TỐI ƯU HÓA THÔNG LƯỢNG BẰNG CMA-ES.
- 3.2.1 Thuật toán
- 3.2.2. Kết quả tối ưu hóa
- 3.3 SO SÁNH CMA-ES VÀ CGA
- 3.4 SO SÁNH PSO VÀ CGA
- 3.5 ĐỀ XUẤT PHƯƠNG PHÁP LAI TỐI ƯU HÓA THÔNG LƯỢNG THEO CÁC RÀNG BUỘC BẢO MẬT.
- 3.5.1 Thuật toán
- 3.5.2 Kết quả tối ưu hóa
- 3.6 ĐỘ PHỨC TẠP TÍNH TOÁN
-
KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN
-
CÁC CÔNG BỐ LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN ÁN
-
TÀI LIỆU THAM KHẢO