Nghiên cứu và mô phỏng các giao thức định tuyến trong mạng cảm biến không dây

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI Style Definition: TOC 1: Space Before: pt, After: pt, Line spacing: 1.5 lines Style Definition: TOC 2: Indent: Left: 0.17", Line spacing: 1.5 lines Style Definition: TOC 3: Indent: Left: 0.33", Line spacing: 1.5 lines Formatted: Font: Not Bold Formatted: Left, Line spacing: single, Border: Box: (Single solid line, Auto, 0.5 pt Line width) PHẠM VĂN KIỆN Formatted: Font: 14 pt NGHIÊN CỨU VÀ MÔ PHỎNG CÁC GIAO THỨC ĐỊNH TUYẾN TRONG MẠNG CẢM BIẾN KHƠNG DÂY Chun ngành : Kỹ thuật Truyền thơng LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT Kỹ thuật Truyền thông NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS TRẦN QUANG VINH Formatted: Font: 14 pt Hà Nội – Năm 2012 Formatted: Font: 14 pt, Not Bold Formatted: Tab stops: 3.52", Left + Not at 3" + 6" MỤC LỤC Trang DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Formatted: Font: Bold DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU Formatted: Left DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT Lời nói đầu …………………………………………………………………………4 Chương Giới thiệu mạng cảm biến không dây…………………………… 1.1 Giới thiệu……………………………………………………………………….6 1.2 Cấu trúc mạng cảm biến không dây…………………………………………….6 1.2.1 Cấu tạo nút cảm biến…………………………… ………………… 1.2.2 Cấu trúc mạng…………………………………………………… …… 1.2.2.1 Cấu trúc phẳng……….…………………………………………… 1.2.2.2 Cấu trúc phân cấp………………….……………………………… 1.2.3 Kiến trúc giao thức mạng………………………… …………… …… 11 1.3 Các đặc trưng mạng cảm biến không dây…………………………………13 1.4 Những khó khăn việc triển khai mạng cảm biến không dây…… …….15 Chương Định tuyến mạng cảm biến không dây………………….……17 2.1 Tổng quan định tuyến mạng cảm biến không dây……………… …17 2.2 Các thước đo giải thuật định tuyến………………………… ……………… 20 2.2.1 Các thước đo thường sử dụng………………………… ………….21 2.2.1.1 Số chặng tối thiểu………………………………………… ………21 2.2.1.2 Năng lượng……………………………………………………… 22 2.2.1.3 Chất lượng dịch vụ (QoS)………………………………………….24 2.2.1.4 Sự bền vững……………………………………………………… 25 2.3 Giao thức định tuyến Flooding Gossiping…………………………………26 2.4 Các giao thức cảm biến cho thông tin dựa đàm phán (SPIN)………….…28 2.5 Định tuyến chủ động (Proactive Routing)…………………………………….29 2.6 Định tuyến dựa nhu cầu (On-Demand Routing)………………………….31 2.6.1 Vectơ khoảng cách dựa nhu cầu tuỳ ý (AODV)……………………32 Formatted: Tab stops: 3.52", Left + Not at 3" + 6" 2.6.2 Định tuyến nguồn động………………………………………………….34 2.7 Định tuyến phân cấp (Hierarchical Routing)………………………….………35 2.7.1 Landmark…………………………………………… ………….………36 2.7.2 LEACH………………………………………………………………… 37 2.7.3 PEGASIS……………………………………………………… ………39 2.8 Định tuyến dựa vị trí………………………………………….………… 40 2.8.1 Định tuyến dựa vị trí unicast………………… ……… ………… 41 2.8.1.1 Greedy Perimeter Stateless Routing (GPSR)………………………42 2.8.1.2 Các chiến lược chuyển tiếp………………………………… ……44 Chương Các giao thức định tuyến mạng cảm biến không dây phạm vi rộng……………… ……………….46 3.1 Khái quát mạng cảm biến không dây phạm vi rộng……………………… 46 3.2 Các giải thuật giảm tiêu đề điều khiển……………………….……………… 48 3.2.1 DECROP…………………………………………………………….… 48 3.2.2 ONCP……………………………………………………………… ….50 3.2.3 2L-OFFIS…………………………………………………… …………52 3.3 Các giải thuật giảm tiêu thụ lượng………………………………………54 3.3.1 ARPEES………………………………………………………… …… 54 3.3.2 DGMA…………………………………………………………….…… 57 3.3.3 DMSTRP…………………………………………………………….… 58 3.3.4 JCOCR……………………………………………………………… ….60 3.3.5 HGMR…………………………………………………………….…… 62 3.4 Các giải thuật cân lượng……………………………… ………….64 3.4.1 GESC…………………………………………………………………….64 3.4.2 DCSSC………………………………………………………………… 66 3.4.3 MELEACH-L………………………………………………… ……….68 3.4.4 ASN…………………………………………………………………… 70 3.4.5 MuMHR……………………………………………………………… 72 Chương Giao thức đề xuất RLO kết mô phỏng………… 74 Formatted: Tab stops: 3.52", Left + Not at 3" + 6" 4.1 Giới thiệu giao thức RLO………………………………………………… 74 4.2 Các đặc điểm giao thức RLO…………………………………………… 75 4.2.1 Khởi tạo mạng………………………………………………………… 75 4.2.2 Quá trình thu thập, tập hợp chuyển tiếp liệu tới BS……… …… 76 4.2.2.1 Thu thập tập hợp liệu……………………………….……….76 4.2.2.2 Quá trình chuyển tiếp liệu đến BS………………………….… 76 4.2.3 Phương pháp lựa chọn CH theo giao thức RLO…………… …….78 4.3 Mô đánh giá kết quả……………………………………… ………82 4.3.1 Mơ hình mạng cảm biến…………………………………………… … 83 4.3.1.1 Mơ hình mạng……………………………………………… …….83 4.3.1.2 Mơ hình lượng truyền thông………………………… …….84 4.3.2 Phương pháp mô thước đo……………………………… 85 4.3.3 Phân tích kết quả…………………………………………………………88 Kết luận………………………………………………………………… ……… 91 LỜI NÓI ĐẦU CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU VỀ MẠNG CẢM BIẾN KHÔNG DÂY 1.1 Giới thiệu Formatted: Font: Bold, Not Italic 1.2 Cấu trúc mạng cảm biến không dây .3 Formatted: Font: Bold, Not Italic 1.2.1 Cấu tạo nút cảm biến 1.2.2 Cấu trúc mạng .4 1.2.2.1 Cấu trúc phẳng Formatted: Font: Bold 1.2.2.2 Cấu trúc phân cấp Formatted: Font: Bold 1.2.3 Kiến trúc giao thức mạng Formatted: Font: Bold 1.3 Các đặc trưng mạng cảm biến không dây 10 Formatted: Font: Bold, Not Italic 1.4 Những khó khăn việc phát triển mạng không dây .12 Formatted: Font: Bold, Not Italic CHƯƠNG 2: ĐỊNH TUYẾN TRONG MẠNG CẢM BIẾN KHÔNG DÂY 14 2.1 Tổng quan định tuyến mạng cảm biến không dây 14 Formatted: Font: Bold, Not Italic 2.2 Các thước đo giải thuật định tuyến 17 2.2.1 Các thước đo thường sử dụng .18 Formatted: Tab stops: 3.52", Left + Not at 3" + 6" 2.2.1.1 Số chặng tối thiểu (Minimum Hop) 18 2.2.1.2 Năng lượng 19 2.2.1.3 Chất lượng dịch vụ (QoS) 21 2.2.1.4 Sự bền vững 22 2.3 Giao thức định tuyến Flooding Gossiping 23 2.4 Các giao thức cảm biến cho thông tin dựa đàm phán (SPIN) .25 2.5 Định tuyến chủ động (Proactive Routing) .26 2.6 Định tuyến dựa nhu cầu (On-Demand Routing) 28 2.6.1 Vectơ khoảng cách dựa nhu cầu tuỳ ý (AODV) .29 2.6.2 Định tuyến nguồn động .31 2.7 Định tuyến phân cấp (Hierarchical Routing) 32 2.7.1 Landmark 33 2.7.2 LEACH .34 2.7.3 PEGASIS 36 Formatted: Font: Bold 2.8 Định tuyến dựa vị trí 37 2.8.1 Định tuyến dựa vị trí unicast 38 2.8.1.1 Greedy Perimeter Stateless Routing (GPSR) 39 2.8.1.2 Các chiến lược chuyển tiếp 41 CHƯƠNG 3: CÁC GIAO THỨC ĐỊNH TUYẾN .43 3.1 Khái quát mạng cảm biến không dây phạm vi rộng 43 3.2 Các giải thuật giảm tiêu đề điều khiển 46 3.2.1 DECROP 46 3.2.2 ONCP 48 3.2.3 2L-OFFIS 50 3.3 Các giải thuật giảm tiêu thụ lượng 52 3.3.1 ARPEES .52 3.3.2 DGMA 55 3.3.3 DMSTRP 57 3.3.4 JCOCR .59 Formatted: Tab stops: 3.52", Left + Not at 3" + 6" 3.3.5 HGMR 61 3.4 Các giải thuật cân lượng .63 3.4.1 GESC 63 3.4.2 DCSSC 65 3.4.3 MELACH-L .67 3.4.4 ASN .69 3.4.5 MuMHR .71 CHƯƠNG 4: GIAO THỨC ĐƯỢC ĐỀ XUẤT RLO 73 4.1 Giới thiệu giao thức RLO 73 4.2 Các đặc điểm giao thức RLO 74 4.2.1 Khởi tạo mạng 74 4.2.2 Quá trình thu thập, tập hợp chuyển tiếp liệu tới BS 75 4.2.2.1 Thu thập tập hợp liệu 75 4.2.2.2 Quá trình chuyển tiếp giữ liệu tới BS 75 4.2.3 Phương pháp chọn CH theo giao thức RLO 78 4.3 Mô đánh giá kết 81 4.3.1 Mơ hình mạng cảm biến 82 4.3.1.1 Mơ hình mạng 83 4.3.1.2 Mơ hình lượng truyền thơng .83 4.3.2 Phương pháp mô thước đo 84 4.3.3 Phân tích kết .88 KẾT LUẬN 91 Formatted: Tab stops: 3.52", Left + Not at 3" + 6" DANH SÁCH HÌNH VẼ Hình 1.1 Sơ đồ khối cấu tạo nút cảm biến Formatted: Tab stops: 5.91", Centered,Leader: … Hình 1.2 Cấu trúc mạng cảm biến không dây Hình 1.3 Cấu trúc phẳng Hình 1.4 Cấu trúc phân cấp Hình 1.5 Cấu trúc mạng phân cấp chức theo lớp Hình 1.6 Kiến trúc giao thức mạng cảm biến Hình 2.1 Mơ hình đơn chặng (trái) mơ hình đa chặng (phải) 15 Hình 2.2 Nhóm giao thức định tuyến 17 Hình 2.3 So sánh lựa chọn sử dụng thước đo lượng khác 20 Hình 2.4 Vấn đề gói tin kép (trái) trùng lặp thơng tin (phải) 24 Hình 2.5 Giao thức SPIN-PP: (a) quảng cáo, (b) yêu cầu, (c) truyền liệu 26 Hình 2.6 So sánh (a) giao thức flooding (b) MPR-based OLSR 28 Hình 2.7 Quá trình dị tìm tuyến AODV 30 Hình 2.8 Phân cấp kết nối đơn chặng tới sink (trái) đa chặng tới sink (phải) 33 Hình 2.9 Khái niệm mốc (trái) định tuyến sử dụng mốc phân cấp (phải) 34 Hình 2.10 Chuỗi PEGASIS 37 Hình 2.11 Định tuyến dựa vị trí unicast 39 Hình 2.12 GPRS: (a) vùng trống node x (b) quy tắc bàn tay phải 40 Hình 2.13 Các chiến lược chuyển tiếp định tuyến dựa vị trí 42 Hình 3.1 Các giao thức định tuyến mạng WSNs phạm vi rộng 44 Hình 3.2 Quá trình hình thành nhóm phân phối DECROP 46 Formatted: Tab stops: 3.52", Left + Not at 3" + 6" Hình 3.3 Mơ hình mạng ứng dụng ONCP 48 Hình 3.4 Bầu nút chuyển tiếp OFFIS 50 Hình 3.5 Cấu trúc club theo LEACH BCDCP (b) MST DMSTRP 56 Hình 3.6 Đồ hình định tuyến kết hợp 4-nút JCOCR 58 Hình 3.7 Đường thời gian giao thức MELEACH-L 66 Hình 4.1 Ví dụ q trình lựa chọn nút chuyển tiếp 75 Hình 4.2 Ví dụ phương pháp lựa chọn CH theo giao thức RLO 76 Hình 4.3 Sơ đồ khối chương trình mơ giao thức RLO 84 Hình 4.4 Tổng quan định tuyến chương trình mơ RLO 85 Hình 4.5 Năng lượng trung bình cịn lại qua vòng 86 Hình 4.6 Số lượng nút sống mạng sau vòng 87 Formatted: Tab stops: 3.52", Left + Not at 3" + 6" DANH SÁCH BẢNG BIỂU Bảng Các tham số sử dụng mô phỏng………………………… ………83 Formatted: Left, Space Before: pt, After: pt, Line spacing: single Formatted: Left, Space Before: pt, After: pt, Line spacing: single Formatted: Left, Tab stops: 2.55", Left Formatted: Tab stops: 3.52", Left + Not at 3" + 6" DANH SÁCH CÁC TỪ VIẾT TẮT ID Identification ADC Analog to Digital Converter MAC Media Access Control GPS Global Positioning System RSSI Receiver Signal Strength Indicator TDMA Time Division Multiple Access CDMA Code Division Multiple Access BS BaseStation WSN Wireless Sensor Network LEACH Low Energy Adaptive Clustering Hierarchy SPIN Sensor Protocols for Information via Negotiation PAGASIS Power efficient gathering in sensor information systems QoS Quality of Service OLSR Optimized Link State Routing MPRs Multipoint Relays AODV Ad Hoc On-Demand Distance Vector DSR Dynamic Source Routing GPSR Greedy Perimeter Stateless Routing DECROP Distributed and Effective Cluster Routing Protocol ONCP Off-Network Control Processing 2L-OFFIS two-layer Optimized Forwarding by Fuzzy Inference System Formatted: Tab stops: 3.52", Left + Not at 3" + 6" 10 4.3.1.1 Mơ hình mạng Formatted: Level Mạng cảm biến khảo sát luận văn mơ sau:  Các nút cảm biến gần cố định Giả thiết phù hợp cho hầu hết Formatted: Bullets and Numbering ứng dụng mạng cảm biến BS cố định đặt xa nút cảm biến  Các nút cảm biến đồng với chức thực giống (xử lý/truyền thông) ràng buộc lượng lượng lại ngẫu nhiên sau chúng triển khai Do đó, nạp lại lượng cho nút khơng khả thi  Mỗi nút có số lượng cố định mức lượng truyền thông quản lý mức lượng cịn lại  Hầu hết nút cảm biến giao tiếp trực tiếp đến BS Để đạt khoảng cách từ nút tới BS, giả thiết sau triển khai nút, tin beacon từ BS với lượng coi không bị hạn chế hay ràng buộc có vị trí xác định, phát rộngquảng bá toàn mạng tới tất nút cảm biến Mỗi nút cảm biến nhận tín hiệu beacon từ BS ước lượng khoảng cách tới BS nhờ phép đo RSSI đề cập [18] Trong giao thức RLO, nút cảm biến biết thơng tin địa lý nút khác cần nhờ việc trao đổi tin khởi tạo mạng, định CH REQ_RELAY mô tả mục 4.2 4.3.1.2 Mơ hình lượng truyền thơng Formatted: Level Để phân tích q trình truyền thơng, điều kiện sử dụng giống giao thức ARPEES sau đây:  k số bit gói tin;  E Tx-elec = Formatted: Bullets and Numbering E Rx-elec = kE elec lượng yêu cầu thiết bị điện tử để truyền nhận liệu; Formatted: Tab stops: 3.52", Left + Not at 3" + 6" 83  E amp lượng khuếch đại truyền dẫn;  Chi phí để truyền tin có kích thước k-bit hai nút có khoảng cách d tính theo cơng thức: ETx (k , d ) = ETx −elec (k ) + Eamp (k , d ) ETx (k , d ) = ETx −elec (k ) + Eamp (k , d ) (4.6) Trong đó, E amp thay đổi phụ thuộc vào khoảng cách d nút gửi nút nhận E amp = E mp mơ hình đa chặng d ≥ d d số phụ thuộc vào mơi trường Do đó, cơng thức nêu biến đổi sau: kEelec + kE fs d , d < d ETx (k , d ) =  kEelec + kE fs d , d ≥ d kEelec + kE fs d , d < d ETx (k , d ) =  kEelec + kE fs d , d ≥ d (4.7) Năng lượng tiêu thụ để nút nhận tin k-bit xác định: E Rx (k ) = E Rx−elec (k ) = kEelec E Rx (k ) = E Rx−elec (k ) = kEelec (4.8) Năng lượng cịn lại nút sau truyền thơng gói tin tính: ERe s = E Initial − ( E Tx + E Rx ) ERe s = E Initial − ( E Tx + E Rx ) (4.9) Do đó, q trình hoạt động mạng, nút cảm biến tiêu thụ lượng đáng kể thực q trình truyền thơng Trong giao thức RLO, mục tiêu giảm tin điều khiển, giảm độ dài tin khoảng cách truyền biểu thị hàm tính tốn đưa trên, nhờ giảm tiêu thụ lượng kéo dài thời gian sống mạng 4.3.2 Phương pháp mô thước đo Formatted: Level Formatted: Tab stops: 3.52", Left + Not at 3" + 6" 84 Giao thức RLO quan tâm vào khía cạnh có tính định hiệu lượng Các kết đánh giá thước đo khác lượng trung bình cịn lại, số lượng nút sống, thời gian sống mạng dựa nhận biết lượng Thêm vào đó, RLO hướng tới việc mở rộng mạng Trong mơ phỏng, mơ hình mạng cảm biến đề cập mục 4.3.1 sử dụng Giả thiết nút cảm biến thiết đặtcó ban đầu có lượng J tiêu tán lượng đồng khu vực cài đặtđược triển khai cách ngẫu nhiên, đồng khu vực cần quan sát Kích thước gói tin gán giá trị cố định 500 bytes, kích thước gói tin điều khiển nhóm 25 bytes Các kiện khơng xảy tồn mạng, chương trình mơ có khoảng 80% nhóm có xảy kiện, thu thập gửi thông tin đến BS Một điều kiện dừng mơ sau có 2/3 số nút bị chết Để so sánh với giao thức hoạt động theo vịng, mơ giao thức RLO đưa khái niệm vịng “ảo” có điều kiện kết thúc vòng giống với điều kiện giao thức hoạt động theo vịng khác, ví dụ ARPEES, số khung liệu truyền vòng đặt giá trị cố định, 30 Bảng biểu thị chi tiết tham số sử dụng mô Formatted: Tab stops: 3.52", Left + Not at 3" + 6" 85 Bảng Các tham số sử dụng mơ Sự hoạt động vịng ảo khác với hoạt động vịng bình thường bắt đầu vịng bình thường, bước khởi tạo mạng lại lặp lại nhóm khởi tạo toàn mạng từ khâu bầu CH khâu gửi biểu đồ TDMA, hoạt động vịng ảo thực mơ giao thức RLO, bắt đầu vịng mới, nhóm hoạt động bình thường khơng có thay đổi gì, khơng bầu CH mới,… Chỉ CH nhận biết mức lượng cịn lại thấp giá trị xác định trước, chủ động thực việc định CH thay nó, q trình xảy phạm vi nhóm khơng làm ảnh hưởng tới hoạt động nhóm khác hoạt động theo thủ tục trình bày mục 4.2.3 Hình 4.3 sau thể sơ đồ khối chương trình mô giao thức RLO điểm khác biệt thể sơ đồ này, kết thúc vòng ảo, vòng lặp quay lại sau bước gửi biểu đồ TDMA thay quay lại bước khởi tạo giao thức hoạt động theo vịng thơng thường Formatted: Tab stops: 3.52", Left + Not at 3" + 6" 86 BEGIN Initialization Use LEACH approach - CHs store cluster’s members - CHs broadcast TDMA Y Reinitialize all nodes Sensen data and wait for time slot i to transmit data to CH N Cluster head? N Time slot i? N Y Y Send data to CH Energy of CH is below a threshold? Designate new CH Y N Loop for finding next relay node CH receives and aggregates data - Broadcast REQ_ROUTE - Wait to receive all ACK_ROUTE(j) Set as Relay Node Y BS ? {Y} N Max FRN(j) Y N - Send route reply packet (RREP) to CH - Constructs data path Back to sleep/listen mode CH transmit data to BS End virtual round? N Loop for transmiting data to base station via selected path Y Hình 4.3 Sơ đồ khối chương trình mơ giao thức RLO Formatted: Tab stops: 3.52", Left + Not at 3" + 6" 87 Hình 4.4 thể hình ảnh tổng quan phương pháp định tuyến chương trình mơ RLO Các nút có hình dạng lập phương CH, mũi tên mảnh gói liệu gửi từ nút thành viên tới CH Mũi tên đậm tuyến lựa chọn giao thức RLO để chuyển tiếp liệu tập hợp CH tới BS Hình 4.4 Hình ảnh tổng quan định tuyến chương trình mơ RLO 4.3.3 Phân tích kết Formatted: Level Để tính tốn so sánh lượng cịn lại trung bình số lượng nút sống, chương trình mô RLO thực cho 210 nút cảm biến đồng tiêu thụ lượng khu vực có diện tích 800 x 800 m2 BS đặt vị trí có toạ độ (400, 840) Kết đánh giá với bước khởi tạo lại mạng theo giao thức 88 Formatted: Tab stops: 3.52", Left + Not at 3" + 6" LEACH thực sau số vịng hoạt động, mơ 70 vòng (RLO-70) 20 vòng (RLO-20) Sự biến thiên lượng trung bình cịn lại qua vịng thể Hình 4.5 Các kết mơ thời gian sống mạng tính đến số lượng nút mạng chết đạt 2/3 là: 432, 314, 279 tương ứng với RLO-20, RLO-70, ARPEES Từ kết này, thấy RLO tiêu thụ lượng nhờ kéo dài thời gian sống mạng đáng kể so với ARPEES Hình 4.5 Năng lượng trung bình cịn lại qua vịng Hình 4.6 thể số lượng nút sống mạng qua vòng Nút chết xuất mạng ARPEES, RLO-20, RLO-70 vòng: 240, 367, 195 Dễ thấy RLO-20 kéo dài thời gian sống mạng đáng kể so với RLO-70, đồng thời nút chết mạng xảy sớm đáng kể RLO-70, điều có nghĩa việc khởi tạo lại mạng theo giao Formatted: Tab stops: 3.52", Left + Not at 3" + 6" 89 thức LEACH RLO đóng vai trị quan trọng Điều giải thích RLO-70, mạng hoạt động ổn định thời gian tương đối dài, vậy, lượng tiêu thụ tập trung vào CH làm cho chúng trở lên nhanh chết hơn, ảnh hưởng đến lựa chọn chuyển tiếp liệu (nhất cần chọn nút gần BS làm nút chuyển tiếp liệu tới BS) Khi lựa chọn bị hạn chế, nghĩa tuyến chuyển tiếp liệu khơng tối ưu làm tăng tiêu thụ lượng cho việc chuyển tiếp liệu làm cho thời gian sống mạng bị giảm xuống Hình 4.6 Số lượng nút sống mạng sau vòng Các kết mơ phân tích cho thấy RLO đạt cân tiêu thụ lượng mạng kế thừa chiến lược định tuyến chuyển tiếp liệu đa chặng tối ưu ARPEES, đồng thời giảm tiêu thụ lượng kéo dài thời gian sống mạng việc giảm bớt khối lượng lớn tin điều khiển mạng RLO làm cải thiện tính ứng dụng mạng khía cạnh khác tăng độ ổn định hoạt động mạng giảm trễ khởi tạo lại toàn mạng thời điểm bắt đầu vòng 90 Formatted: Tab stops: 3.52", Left + Not at 3" + 6" KẾT LUẬN Formatted: Level Mạng cảm biến không dây nghiên cứu thu hút nhiều quan tâm tính ưu việt khả ứng dụng đa dạng mà mạng có Hiện nay, xu hướng mở rộng mạng cảm biến không dây thành mạng phạm vi rộng quan tâm nhanh chóng trở thành chủ đề nóng Trong luận văn này, trình bày cách tổng quan mạng cảm biến không dây, nghiên cứu giao thức định tuyến mạng khảo sát giao thức có thiết kế đặc biệt cho mạng cảm biến không dây phạm vi rộng Dựa nghiên cứu khảo sát kỹ thuật định tuyến này, đề xuất giao thức định tuyến RLO (Roundless Operation) sử dụng cho mạng cảm biến không dây phạm vi rộng dựa khởi tạo mạng giao thức LEACH kế thừa chiến lược chuyển tiếp liệu hiệu với tuyến chuyển tiếp liệu tối ưu giao thức ARPEES Kết mô OMNET++ chứng minh giao thức RLO kéo dài thời gian sống mạng.Mạng cảm biến không dây nghiên cứu thu hút nhiều quan tâm tính ưu việt khả ứng dụng đa dạng mà mạng có Hiện nay, xu hướng mở rộng mạng cảm biến không dây thành mạng phạm vi rộng quan tâm nhanh chóng trở thành chủ đề nóng Trong Lluận văn này, em trình bày cách tổng quan mạng cảm biến không dây, nghiên cứu giao thức định tuyến mạng khảo sát giao thức có thiết kế đặc biệt cho mạng cảm biến không dây phạm vi rộng Dựa nghiên cứu khảo sát kỹ thuật định tuyến này, em đưa đề xuất giao thức định tuyến có tên RLO (Roundless Operation) sử dụng cho mạng cảm biến không dây phạm vi rộng dựa khởi tạo mạng giao thức LEACH kế thừa chiến lược chuyển tiếp liệu hiệu với tuyến chuyển tiếp liệu tối ưu từ CH tới BS giao thức ARPEES Các kết mô OMNET++ chứng Formatted: Tab stops: 3.52", Left + Not at 3" + 6" 91 minh giao thức RLO kéo dài thời gian sống mạng giao thức ARPEES đáp ứng yêu cầu mở rộng mạng Do kiến thức hạn chế, luận văn chắn không tránh khỏi thiếu sót Do vậy, em mong nhận phê bình, đóng góp thầy cơ, bạn bè, đồng nghiệp người nghiên cứu lĩnh vực WSNs để vấn đề nghiên cứu đưa luân văn hoàn thiện Một lần nữa, em xin chân thành cảm ơn TS Trần Quang Vinh - Bộ môn Kỹ thuật Thông tin, Viện Điện tử Viễn thông, trường đại học Bách Khoa Hà Nội nhiệt tình hướng dẫn em thực đề tài Hà Nội ngày 15/09/2012 Học viên cao học Phạm Văn Kiện Formatted: Tab stops: 3.52", Left + Not at 3" + 6" 92 Formatted TÀI LIỆU THAM KHẢO Quang, V.; Miyoshi, T Adaptive routing protocol with energy efficiency and event clustering for wireless sensor network IEICE Trans Commun 2008, E91-B, 2795-2805 Quang, V.; Miyoshi, T Energy balance on adaptive routing protocol considering the sensing coverage problem for wireless sensor networks In Proceedings of 2nd International Conference on Communications and Electronics, Hoi an, Vietnam, June 2008; pp 86-91 Heinzelman,W.B., Chandrakasan, A.P., and Balakrishnan, H (2002) An application specific protocol architecture for wireless microsensor networks IEEE Transactions on Wireless Communications Al-Karaki, J.N., and Kamal, A.E (2004) Routing techniques in wireless sensor networks: A survey IEEE Wireless Communications 11 (6), 6–28 Singh, S., and Raghavendra, C (1998) PAMAS: Power aware multi-access protocol with signaling for ad hoc networks SIGCOMM Computer Communications Review 28 (3), 5–26 Draves, R., Padhye, J., and Zill, B (2004) Routing in multi-radio, multi-hop wireless mesh networks Proc of the 10th Annual International Conference on Mobile Computing and Networking (MobiCom) Couto, D.D., Aguayo, D., Bicket, J., and Morris, R (2003) High throughput path metric for multi-hop wireless routing Proc of the 9th Annual International Conference on Mobile Computing and Networking (MobiCom) Heinzelman, W., Kulik, J., and Balakrishnan, H (1999) Adaptive protocols for information dissemination in wireless sensor networks Proc of the 5th Formatted: Tab stops: 3.52", Left + Not at 3" + 6" ACM/IEEE International Conference on Mobile Computing and Networking (MobiCom) Hedetniemi, S.H., Hedetniemi, S.T., and Liestman, A.L (1988) A survey of gossiping and broadcasting in communication networks Networks 18 (4), 319–349 10 Kulik, J., Heinzelman,W., and Balakrishnan, H (2002) Negotiation-based protocols for disseminating information in wireless sensor networks Wireless Networks (2/3), 169–185 11 Clausen, T., Hansen, G., Christensen, L., and Behrmann, G (2001) The optimized link state routing protocol, evaluation through experiments and simulation Proc of the IEEE Symposium on Wireless Personal Mobile Communications 12 Perkins, C.E., and Royer, E.M (1999) Ad hoc on-demand distance vector routing Proc of the 2nd IEEEWorkshop on Mobile Computing Systems and Applications 13 Johnson, D.B (1994) Routing in ad hoc networks of mobile hosts Proc of the IEEE Workshop on Mobile Computing Systems and Applications 14 Tsuchiya, P.F (1988) The landmark hierarchy: A new hierarchy for routing in very large networks Proc of the ACM Symposium on Communications Architectures and Protocols 15 Lindsey, S., and Raghavendra, C.S (2002) PEGASIS: Power-efficient gathering in sensor information systems Proc of the IEEE Aerospace Conference 16 Karp, B., and Kung, H.T (2000) GPSR: Greedy perimeter stateless routing for wireless networks Proc of the 6th Annual International Conference on Mobile Computing and Networking (MobiCom) Formatted: Tab stops: 3.52", Left + Not at 3" + 6" 17 Hou, T., and Li, V (1986) Transmission range control in multi-hop packet radio networks IEEE Transactions on Communications 34 (1), 38–44 18 Takagi, H., and Kleinrock, L (1984) Optimal transmission ranges for randomly distributed packet radio terminals IEEE Transactions on Communications 32 (3), 246–257 19 Kranakis, E., Singh, H., and Urrutia, J (1999) Compass routing on geometric networks Proc of the 11th Canadian Conference on Computational Geometry 20 Chen, J.; Yin, Z.; Li, D.; Sun, T A distributed and effective cluster routing protocol of sensor networks In Proceedings of 1st International Conference on Intelligent Networks and Intelligent Systems, Wuhan, China, November 2008; pp 271-275 21 Wu, T.; Biswas, S Off-network control for scalable routing in very large sensor networks In Proceedings of 2007 IEEE International Conference on Communications, Glasgow, UK, June 2007; pp 3357-3363 22 Wu, T.; Yu, F.; Biswas, S Scalable hybrid routing in very large sensor networks In Proceedings of 8th International Conference on Mobile Data Management, Mannheim, Germany, May 2007; pp 366-370 23 Aslam, J.; Li, Q.; Rus, D Three power-aware routing algorithms for sensor networks Wirel Comm Mob Comput 2003, 3, 187-208 24 Jamalipour, A.; Azim, M.A Two-layer optimized forwarding for clusterbased sensor networks In Proceedings of 2006 IEEE 17th International Symposium on Personal, Indoor and Mobile Radio Communications, Helsinki, Finland, September 2006; pp 1-6 25 Azim, M.A.; Jamalipour, A Optimized forwarding for wireless sensor networks by fuzzy inference system In Proceedings of the IEEE International Conference on Wireless Broadband and Ultra Wideband Communications, Sydney, Australia, March 2006; pp 13-16 Formatted: Tab stops: 3.52", Left + Not at 3" + 6" 26 Yuan, L.; Wang, X.; Gan, J.; Zhao, Y A data gathering algorithm based on mobile agent and emergent event-driven in cluster-based WSN Networks 2010, 5, 1160-1168 27 Yuan, L.; Wang, X.; Zhao, Y.; Gan, J Emergent event monitoring based on event-driven and minimum delay aggregation path in wireless sensor network Chin J Sens Actuat 2009, 22, 1312-1317 28 Huang, G.; Li, X.; He, J Dynamic minimal spanning tree routing protocol for large wireless sensor networks In Proceedings of 2006 1st IEEE Conference on Industrial Electronics and Applications, Singapore, May 2006; pp 1531-1535 29 Muruganathan, S.D.; Ma, D.C.F.; Bhasin, R.I.; Fapojuwo, A.O A centralized energy-efficient routing protocol for wireless sensor networks IEEE Commun Mag 2005, 43, 8-13 30 Ge, W.; Zhang, J.; Xue, G Joint clustering and optimal cooperative routing in wireless sensor networks In Proceedings of 2008 International Conference on Communication, Beijing, China, May 2008; pp 2216-2220 31 Koutsonikola, D.; Das, S.; Charlie, H.Y.; Stojmenovic, I Hierarchical geographic multicast routing for wireless sensor networks Wirel Netw 2010, 16, 449-466 32 Sanchez, J.A.; Ruiz, P.M.; Stojmenovic, I GMR: Geographic multicast routing for wireless sensor networks In Proceedings of 2006 3rd Annual IEEE Communication Society Conference on Sensor and Ad Hoc Communications and Networks, Reston, VA, USA, September 2006; pp 20-29 33 Das, S.M.; Pucha, H.; Hu, Y.C Distributed hashing for scalable multicast in wireless ad hoc networks IEEE Trans Parall Distrib Sys 2008, 19, 347362 Formatted: Tab stops: 3.52", Left + Not at 3" + 6" 34 Dimokas, N.; Katsaros, D.; Manolopoulos, Y Energy-efficient distributed clustering in wireless sensor networks J Parall Distrib Comput 2010, 70, 371-383 35 Le, T.D.; Pham, N.D.; Choo, H Towards a distributed clustering scheme based on spatial correlation in WSNs In Proceedings of 2008 International Wireless Communications and Mobile Computing Conference, Crete Island, Greece, August 2008; pp 529-534 36 Chen, J.; Shen, H MELEACH an energy-efficient routing protocol for WSNs Chin J Sens Actuat 2007, 20, 2089-2094 37 Chen, J.; Shen, H MELEACH-L: More energy-efficient LEACH for large-scale WSNs In Proceedings of 2008 4th International Conference on Wireless Communications on Networking and Mobile Computing, Dalian, China, October 2008; pp 1-4 38 Lu, H.; Li, J.; Wang, G A novel energy efficient routing algorithm for hierarchically clustered wireless sensor networks In Proceedings of 2009 4th International Conference on Frontier of Computer Science and Technology, Shanghai, China, December 2009; pp 565-570 39 Hammoudeh, M.; Kurz, A.; Gaura, E MuMHR: Multi-path, multi-hop hierarchical routing In Proceedings of 2007 International Conference on Sensor Technologies and Applications, Valencia, Spain, October 2007; pp 140-145 Formatted: Left Formatted: Tab stops: 3.52", Left + Not at 3" + 6" ... 6" 13 CHƯƠNG 2: ĐỊNH TUYẾN TRONG MẠNG CẢM BIẾN KHÔNG DÂY 2.1 Tổng quan định tuyến mạng cảm biến không dây Formatted: Heading Giao thức định tuyến giao thức cho phép nút mạng giao tiếp, trao đổi... vi và/ hoặc mật độ nút mạng tăng lên Vì trình tìm hiểu nghiên cứu mạng cảm biến không dây, luận văn tập trung nghiên cứu, phân tích số giao thức định tuyến WSNs nay, đề xuất giao thức định tuyến. .. ĐỊNH TUYẾN TRONG MẠNG CẢM BIẾN KHÔNG DÂY 14 2.1 Tổng quan định tuyến mạng cảm biến không dây 14 Formatted: Font: Bold, Not Italic 2.2 Các thước đo giải thuật định tuyến 17 2.2.1 Các