Lập lịch cho truyền thông trong mạng WSN

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG…………… LUẬN VĂN Lập lịch cho truyền thông mạng WSN LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Đồ án tốt nghiệp nghành CNTT ĐHDLHP PHỤ LỤC LỜI CẢM ƠN LỜI MỞ ĐẦU CHƢƠNG I TỔNG QUAN VỀ MẠNG CẢM BIẾN KHÔNG DÂY WSN 1.1 Giới thiệu mạng WSN: 1.2 Các thiết bị WSN: 1.2.1 Bộ xử lý nhúng lượng thấp: 1.2.2 Bộ nhớ / Lưu trữ: 1.2.3 Bộ thu phát vô tuyến: 1.2.4 Các sensor (Cảm biến): 1.2.5 Hệ thống định vị địa lý GPS (Geo Positioning System): 1.2.6 Nguồn lượng: 1.3 Đặc trưng cấu hình mạng cảm biến: 1.4 Ứng dụng mạng cảm biến: 11 1.5 Môt số chuẩn mạng cảm biến : 12 CHƢƠNG II CHỨC NĂNG LỚP LIÊN KẾT DỮ LIỆU TRONG MẠNG WSN CÁC GIAO THỨC VÀ THỦ TỤC TRUY NHẬP MÔI TRƢỜNG 13 2.1 Chức lớp liên kết liệu: 13 2.2 Đặc điểm thủ tục MAC: 15 2.3 Các thủ tục MAC truyền thống: 19 2.3.1 ALOHA CSMA: 19 2.3.2 Node ẩn node hiện: 23 2.3.3 MACA (MACA hay CSMA/CA): 24 2.3.4 IEEE 802.11 MAC : 25 2.3.5 Kĩ thuật thăm dò: 27 SV:Trần Thị Tính_CT901 Trang LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Đồ án tốt nghiệp nghành CNTT ĐHDLHP CHƢƠNG III 30 HIỆU QUẢ NĂNG LƢỢNG TRONG CÁC GIAO THỨC MAC VÀ LẬP LỊCH NGỦ KHÔNG ĐỒNG BỘ CHO MẠNG CẢM NHẬN KHÔNG DÂY WSN VÀ PHẦN THỬ NGHIỆM 30 3.1 Vấn đề tiết kiệm lượng cho mạng cảm nhận không dây: 30 3.2 Nguyên nhân việc lãng phí lượng: 30 3.3 Các yếu tố tác động làm giảm thiểu tiêu thụ lượng 31 3.4 Truy nhập môi trường quan tâm đến lượng với việc báohiệu (Power aware medium-access with signalling - PAMAS): 33 3.5 Lập lịch ngủ: 34 3.6 Các kĩ thuật lập lịch ngủ không đồng bộ: 36 3.6.1 Vô tuyến đánh thức thứ cấp(Secondary wake-up radio) 36 3.6.2 Kĩ thuật lắng nghe với lượng thấp việc kiểm tra tín hiệu dẫn đầu “preamble” (Low-power listening/preamble sampling): 36 3.6.3 WiseMAC: 37 3.6.4 Nơi truyền/nơi nhận – bắt đầu chu kỳ tiếp nhận (Transmitter / receiver – initiated cycle receptions _TICER / RICER): 39 3.7 Phần mềm nhúng: 41 3.8 Phần thực nghiệm: 42 3.8.1 Các thư viện chương trình: 42 3.8.2 Các thiết bị sử dụng : 44 3.8.3 Tìm hiểu phần mềm tempbroadcast 46 3.8.4 Tiến hành thực nghiệm: 47 3.9 KẾT QUẢ 51 KẾT LUẬN 52 TÀI LIỆU THAM KHẢO 53 SV:Trần Thị Tính_CT901 Trang LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Đồ án tốt nghiệp nghành CNTT ĐHDLHP LỜI CẢM ƠN Lời cho phép em gửi lời cảm ơn sâu sắc tới tồn thể thầy giáo khoa Công Nghệ Thông Tin - Đại học Dân Lập Hải Phịng, người truyền đạt cho chúng em kiến thức quý báu bổ ích suốt năm học vừa qua Em xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành tới thầy PGS.TS Vương Đạo Vy - trường Đại học Công Nghệ, Đại học Quốc Gia – Hà nội, người ln tận tình hướng dẫn, trực tiếp truyền thụ cho em kiến thức, ý tưởng khoa học mẻ kinh nghiệm quý báu suốt trình làm đồ án Em xin cảm ơn đến người thân toàn thể bạn bè giúp đỡ, đóng góp ý kiến động viên em suốt trình làm đồ án Hải Phòng, tháng 07 năm 2009 Sinh viên: Trần Thị Tính SV:Trần Thị Tính_CT901 Trang LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Đồ án tốt nghiệp nghành CNTT ĐHDLHP LỜI MỞ ĐẦU Trong thời đại khoa học công nghệ bùng nổ theo ngày, nhu cầu sử dụng hệ thống viễn thơng ngày cao Vì vậy, đòi hỏi kĩ thuật thu thập, xử lý truyền liệu phải xác nhanh chóng Để đáp ứng nhu cầu cần phải phát triển hệ thống truyền thông không dây kết hợp với đa dạng hố loại hình dịch vụ Và nghĩ đến mạng khơng dây người ta nghĩ đến thiết bị di động, PDA, hay laptop,… Các thiết bị có giá thành cao, theo mục đích cho trước dựa sở hạ tầng có sẵn Bên cạnh đó, nhu cầu lĩnh vực như: quân (kích hoạt thiết bị, điều khiển tự động thiết bị robot,…),y tế (định vị, theo dõi tình trạng sức khoẻ bệnh nhân, báo động khẩn cấp cách tự động,…), môi trường (giám sát lũ lụt, thiên tai,…) số lĩnh vực khác đời sống (nhà thông minh, điều khiển tự động tránh ùn tắc giao thông,…) cần sử dụng hệ thống viễn thông Để giải nhu cầu đó, người ta phát triển hệ thống mạng cảm biến không dây (Wireless Sensor Network _ WSN) Mạng WSN tạo môi trường giao tiếp thiết bị thông minh hay thiết bị thông minh với người hệ thống viễn thông khác Một lĩnh vực bật mạng cảm nhận không dây (WSN)là kết hợp việc cảm nhận,tinh tốn truyền thơng vào thiết bị nhỏ.Thơng qua mạng lưới(mesh networking protocols),những thiết bị tạo kết nối rộng lớn giới vật lý Mạng WSN tạo môi trường giao tiếp thiết bị thông minh hay thiết bị thông minh với người hệ thống viễn thông khác Trong khả thiết bịlà nhỏ,sự kết hợp hàng trăm thiết bị u cầu phải có cơng nghệ Sức mạnh WSN nằm chỗ khả triển khai số lượng lớn thiết bị nhỏ tự thiết lập cấu hình hệ thống.Sử dụng thiết bị để theo dõi thời gian thực,để giám sát điểu kiện mơi trường,để theo dõi cấu trúc tình trạng thiết bị SV:Trần Thị Tính_CT901 Trang LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Đồ án tốt nghiệp nghành CNTT ĐHDLHP Ngoài ưu điểm mà WSN mang lại cịn có khuyết điểm khả hoạt động mạng Có thể hiểu đơn giản mạng WSN mạng liên kết node sóng vơ tuyến, node mạng thường thiết bị đơn giản, gọn nhẹ, rẻ tiền, có số lượng lớn phân bố rộng Lưu lượng liệu lưu thông WSN thấp không liên tục, thông thường thời gian node mạng trạng thái nghỉ lớn trạng thái hoạt động nhiều, cần có giải pháp tiết kiệm lượng tối đa Hơn nữa, node mạng cịn phải hoạt động mơi trường khắc nghiệt, bố trí ngẫu nhiên nên di chuyển làm thay đổi cấu hình mạng, địi hỏi node mạng phải có khả tự động cấu hình thích nghi Khó khăn cuối vấn đề bảo mật an ninh khả hoạt động tự động node mạng Luận văn gồm :Phần Mở đầu,3 chương nội dung,phần kết luận,tài liệu tham khảo Đồ án tập trung vào thủ tục điều khiển thâm nhập môi trường mạng WSN chia làm chương nội dung: Chương 1: Tổng quan mạng cảm biến không dây WSN, ứng dụng đời sống số chuẩn mạng cảm nhận không dây WSN Chương 2: Giới thiệu chức lớp liên kết liệu mạng cảm biến không dây số thủ tục điều khiển truy nhập môi trường Chương 3:Vấn đề tiếc kiệm lượng mạng cảm nhận không dây WSN.Lập lịch ngủ không đồng cho truyền thơng mạng WSN.Sau tìm hiểu thử nghiệm phần mềm Tempbroadcast.Từ đưa sơ đồ giải thuật thực nghiệm kĩ thuật thăm dò số thủ tục truy nhập môi trường Với kiến thức hạn hẹp, thời gian nghiên cứu khơng dài, tài liệu tham khảo có chưa nhiều, đồ án khơng tránh khỏi sai sót Mong q thầy bạn chia sẻ, góp ý để đồ án hồn thiện SV:Trần Thị Tính_CT901 Trang LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Đồ án tốt nghiệp nghành CNTT ĐHDLHP CHƢƠNG I TỔNG QUAN VỀ MẠNG CẢM BIẾN KHÔNG DÂY WSN (Wireless Sensor Network) 1.1 Giới thiệu mạng WSN: WSN (Wireless Sensor Network), tiếng Việt gọi mạng cảm biến không dây Mạng cảm biến không dây công nghệ thông tin phát triển nhanh chóng nhất, với nhiều ứng dụng nhiều lĩnh vực: điều khiển q trình cơng nghiệp, bảo mật giám sát, cảm biến môi trường, kiểm tra sức khỏe… Hình 1.1: Biểu tượng mạng WSN Mạng cảm biến không dây WSN mạng liên kết node với nhờ sóng vơ tuyến Trong đó, node mạng bao gồm đầy đủ chức để cảm nhận, thu thập, xử lý truyền liệu Các node mạng thường thiết bị đơn giản, nhỏ gọn, giá thành thấp có số lượng lớn phân bố cách khơng có hệ thống phạm vi rộng, sử dụng nguồn lượng (pin) hạn chế, thời gian hoạt động lâu dài Các mạng vô tuyến khác bao gồm mạng tế bào (cellular), mạng WLAN_ Wireless Local Area Network (802.11 a b), mạng phạm vi nhà (Bluetooth) Các gói chuyển từ mạng qua mạng khác để hỗ trợ internet khơng dây, tiếng nói ứng dụng ưu mạng tế bào Mạng tế bào với đích đến SV:Trần Thị Tính_CT901 Trang LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Đồ án tốt nghiệp nghành CNTT ĐHDLHP người sử dụng có tính di động cao Tốc độ liệu cho tính di động mức bị giới hạn dịch tần Doppler Mặt khác, WLAN có tốc độ liệu cao Bluetooth có đích đến nhà Tốc độ liệu mong muốn có dải vơ tuyến (radio) thấp ngắn nhiều, tính di động thấp WSN khác với mạng Nó có số lượng lớn node Khoảng cách node lân cận ngắn so với mạng Do WSN hồn tồn node, chi phí cho node Mức tiêu thụ lượng thấp nhiều việc thay pin node chí tháng lần vất vả Tốc độ liệu tính di động WSN thấp Hơn nữa, liệu sensor vốn dư thừa Các nhà nghiên cứu Berkeley phát triển thiết bị mạng cảm biến không dây, gọi hạt bụi “motes”, sử dụng cơng khai, sẵn sàng để thương mại hóa, với TinyOS hệ điều hành kết nối nhúng để dễ dàng sử dụng thiết bị Hình minh họa thiết bị “mote”của Berkeley Sự tiện ích thiết bị là: chúng chương trình dễ sử dụng, hoạt động đầy đủ, với giá tương đối rẻ, cho thí nghiệm triển khai thực tế mang lại vai trò đầy đủ cách mạng vàng mạng cảm biến khơng dây Hình 1.2: thiết bị “mote” Berkeley SV:Trần Thị Tính_CT901 Trang LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Đồ án tốt nghiệp nghành CNTT 1.2 ĐHDLHP Các thiết bị WSN: Các thiết bị tạo mạng cảm biến khơng dây: Hình 1.3: Sơ đồ mạng cảm biến không dây 1.2.1 Bộ xử lý nhúng lƣợng thấp: Các nhiệm vụ máy tính thiết bị WSN bao gồm: q trình xử lý thông tin cảm biến cục thông tin truyền cảm biến khác.Hiện chủ yếu kìm hãm kinh tế, xử lý gắn vào thiết bị thường bị hạn chế phạm vi lượng Yêu cầu xử lý giá thành rẻ,tích hợp đựoc dễ dàng với cảm biến,tiêu thụ điện thấp….Bộ vi xử lý có chức thu thập thơng tin, xử lý liệu truyền nhận nút mạng 1.2.2 Bộ nhớ / Lƣu trữ: Lưu trữ dạng RAM (Random Access Memory) ROM (Read-only memory) nhớ chương trình (các lệnh thực xử lý) nhớ liệu (lưu kết đo chưa qua xử lý xử lý sensor; thông tin cục khác).Chất lượng nhớ lưu trữ board thiết bị WSN thường bị giới hạn đáng kể lý kinh tế dĩ nhiên vấn đề cải tiến theo thời gian 1.2.3 Bộ thu phát vô tuyến: Thiết bị WSN: tốc độ thấp, vô tuyến không dây dải ngắn (10100kbps,