Luận văn thạc sĩ VNU UET nghiên cứu, đánh giá hiệu năng của giao thức định tuyến cho mạng cảm biến không dây với hỗ trợ 6LoWPAN luận văn ths công nghệ thông tin 60 48 15

1 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TỐNG ĐỨC THUẬN NGHIÊN CỨU, ĐÁNH GIÁ HIỆU NĂNG CỦA GIAO THỨC ĐỊNH TUYẾN CHO MẠNG CẢM BIẾN KHÔNG DÂY VỚI HỖ TRỢ 6LOWPAN LUẬN VĂN THẠC SĨ CÔNG NGHỆ THÔNG TIN Hà Nội - 2013 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TỐNG ĐỨC THUẬN NGHIÊN CỨU, ĐÁNH GIÁ HIỆU NĂNG CỦA GIAO THỨC ĐỊNH TUYẾN CHO MẠNG CẢM BIẾN KHÔNG DÂY VỚI HỖ TRỢ 6LOWPAN NGÀNH: CÔNG NGHỆ THÔNG TIN CHUYÊN NGÀNH: TRUYỀN DỮ LIỆU VÀ MẠNG MÁY TÍNH MÃ SỐ: 60 48 15 LUẬN VĂN THẠC SĨ CÔNG NGHỆ THÔNG TIN NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS TS NGUYỄN VĂN TAM Hà Nội - 2013 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN MỤC LỤC DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH VÀ BẢNG BIỂU MỞ ĐẦU CHƢƠNG TỔNG QUAN WSN VÀ ỨNG DỤNG 10 1.1 Khái niệm chung mạng cảm biến không dây 10 1.2 Cấu trúc mạng cảm biến 11 1.2.1 Cấu trúc tồn mạng cảm biến khơng dây 11 1.2.2 Cấu trúc node cảm biến 14 1.2.4 Hai cấu trúc đặc trƣng mạng cảm biến 16 1.3 Ứng dụng mạng cảm biến không dây 18 1.4 Hệ điều hành Contiki 19 1.4.1 Cơ chế điều khiển kiện Contiki 19 1.4.2 Kiến trúc giao thức mạng Contiki 21 1.4.2.1 uIP STACK 22 1.4.2.2 RIME STACK 24 1.4.3 Công cụ mô Contiki 26 1.5 Kết luận 27 CHƢƠNG GIAO THỨC ĐỊNH TUYẾN RPL VÀ IPV6 28 2.1 Tổng quan giao thức định tuyến RPL 29 2.1.1 Khái niệm, thuật ngữ sử dụng RPL 29 2.1.2 RPL – ICMP 32 2.1.3 Quá trình khởi tạo mạng 41 2.1.4 Quá trình định tuyến upward 42 2.1.5 Truyền gói 44 2.2 Tổng quan IPv6 45 2.2.1 Đặc điểm 45 2.2.2 Phân loại địa IPv6 47 2.2.3 Chuẩn IEEE 802.15.4 49 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 2.2.4 Giao thức 6LoWPAN 50 2.3 Kết luận 54 CHƢƠNG MƠ PHỎNG VÀ PHÂN TÍCH SỐ LIỆU 55 3.1 Phƣơng pháp đánh giá 55 3.1.1 Mơ hình đánh giá 55 3.1.2 Kết phân tích 55 3.1.3 Phƣơng pháp đánh giá 56 3.2 Cài đặt mạng 57 3.3 Thống kê số liệu 58 3.4 Q trình thực mơ 59 3.5 Phân tích số liệu 61 3.5.1 So sánh hàm mục tiêu 61 3.5.2 Đánh giá hiệu giao thức RPL 63 3.5.2.1 Ảnh hưởng tham số DIO Interval Minimum 63 3.5.2.2 Ảnh hưởng tham số DIO Interval Doubling 65 3.5.2.3 Ảnh hưởng tham số Duty-Cycling Interval 68 3.5.2.4 Ảnh hưởng tần suất thông điệp ứng dụng 70 3.6 Đánh giá khuyến nghị 73 3.6.1 Đánh giá 73 3.6.2 Khuyến nghị 74 KẾT LUẬN VÀ HƢỚNG PHÁT TRIỂN 79 TÀI LIỆU THAM KHẢO 80 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT RPL IPv6 Routing Protocol For Low Power And Lossy Network DAG Directed Acyclic Graph WSN Wireless Sensor Network ID Identifycation DIS DAG Information Solicitation DIO DAG Information Object DAO Destination Advertisment Object ICMP Internet Control Message Protocol PDR Packet Delivery Ratio PDC Packet Delivery Cost RFC Request For Comments UDP User Datagram Protocol LLN Lower Power and Lossy Network OF Objective Functions ETX Expected Transmission Count LBR LLN Border Router UDGM Unit Disk Graph Model RDC Radio Duty Cycling ROLL Routing Over Low Power and Lossy Network LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH VÀ BẢNG BIỂU Hình 1.1: Cấu trúc mạng cảm biến[1] 12 Hình 1.2: Cấu tạo node cảm biến 14 Hình 1.3: Kiến trúc giao thức mạng cảm biến 15 Hình 1.4: Cấu trúc phẳng mạng cảm biến [2] 16 Hình 1.5: Cấu trúc tầng mạng cảm biến [2] 17 Hình 1.6: Cấu trúc mạng phân cấp chức theo lớp [2] 17 Hình 1.7: Phƣơng thức sử dụng nhớ Multithreads Events [10] 20 Hình 1.8: Các luồng điều khiển Threads events [10] 20 Hình 1.9: Ví dụ Protothreads [10] 21 Hình 1.10: Kiến trúc giao thức mạng Contiki 22 Hình 1.11: Sơ đồ hoạt động ứng dụng Contiki 22 Hình 1.12: uIP STACK 23 Hình 1.13: RIME STACK 24 Hình 1.14: Sơ đồ module RIME 25 Hình 1.15: Bộ đệm Thao tác gói RIME 25 Hình 1.16: Màn hình mơ Cooja 26 Hình 2.1: Mơ hình RPL DAG 29 Hình 2.2: RPL INSTANCE DAG sequence number 31 Hình 2.3: Cấu trúc tin điều khiển RPL 32 Hình 2.4 : cấu trúc tin DIS 33 Hình 2.5: Cấu trúc tin DIO 34 Hình 2.6: Cấu trúc Sub – option 35 Hình 2.7: Cấu trúc DIO – Pad [7] 35 Hình 2.8: Cấu trúc DIO – Pad N [7] 36 Hình 2.9: Cấu trúc DIO – metric container [7] 36 Hình 2.10: Cấu trúc DIO – Destination Prefix [7] 36 Hình 2.11: Cấu trúc DAG Configuration 37 Hình 2.12: Cấu trúc tin DAO 39 Hình 2.13: Không gian địa IPv6 45 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Hình 2.14: Phân cấp địa IPv6 [9] 45 Hình 2.15: Cấu trúc header IPv6 [9] 46 Hình 2.16: Địa Interface IPv6 [9] 47 Hình 2.17: Địa global unicast [9] 47 Hình 2.18: Địa link – local [9] 48 Hình 2.19: Cấu trúc site - local addresses [9] 48 Hình 2.20: Cấu trúc Unique Local Address [9] 49 Hình 2.21: Cấu trúc địa multicast [9] 49 Bảng 2.1: Băng tần tốc độ liệu IEEE 802.15.4 [3] 50 Bảng 2.2: Kênh truyền tần số IEEE 802.15.4 [3] 50 Hình 2.22: Kiến trúc mạng 6LoWPAN 51 Hình 2.23: Ví dụ đánh địa 6LoWPAN 52 Hình 2.24: Cấu trúc header chế UDP/IPv6 64bit 53 Hình 2.25: Cấu trúc header chế UDP/6LoWPAN 53 Hình 2.26: Sự khác cấu trúc tin UDP/IPv6 UDP/6LoWPAN 54 Bảng 3.1: Các tham số mô 58 Hình 3.1: Tiến trình thực mơ 60 Hình 3.2: So sánh độ trễ mạng 61 Hình 3.3: So sánh mức tiêu thụ lƣợng 62 Hình 3.4: Só sánh tỷ lệ truyển gói tin 62 Hình 3.5: Thời gian thiết lập mạng với tham số DIO Interval 63 Hình 3.6: Quản lý lƣu lƣợng với tham số DIO Interval 63 Hình 3.7: Mức độ tiêu thụ lƣợng với tham số DIO Interval 64 Hình 3.8: Độ trễ mạng với tham số DIO Interval Minimum 64 Hình 3.9: Tỷ lệ truyền gói tin với tham số DIO Interval 65 Hình 3.10: Thời gian thiết lập mạng với tham số DIO Doubling 66 Hình 3.11: Lƣu lƣợng mạng với tham số DIO Doubling 66 Hình 3.12: Mức độ tiêu thụ lƣợng với tham số DIO Doubling 66 Hình 3.13: Đỗ trễ mạng với tham số DIO Doubling 67 Hình 3.14: Tỷ lệ truyền gói tin với tham số DIO Doubling 67 Hình 3.15: Thời gian thiết lập mạng với tham số Duty Cycling Interval 68 Hình 3.16: Lƣu lƣợng mạng với tham số Duty Cycling Interval 68 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Hình 3.17: Mức độ tiêu thụ lƣợng với tham số Duty Cycling Interval 69 Hình 3.18: Độ trễ mạng với tham số Duty Cycling Interval 69 Hình 3.19: Tỷ lệ truyền gói tin với tham số Duty Cycling Interval 70 Hình 3.20: Thời gian thiết lập mạng với tần suất gửi thơng điệp 71 Hình 3.21: Quản lý lƣu lƣợng với tần suất gửi thông điệp 71 Hình 3.22: Mức độ tiêu thụ lƣợng với tần suất gửi thông điệp 72 Hình 3.23: Độ trễ mạng với tần suất gửi thông điệp 72 Hình 3.24: Tỷ lệ truyền gói tin với tần suất gửi thông điệp 73 Bảng 3.2: So sánh hàm mục tiêu OF0 ETX 73 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com MỞ ĐẦU Ngày nay, với phát triển không ngừng khoa học kỹ thuật, công nghệ lĩnh vực mạng cảm biến không ngừng phát triển ngày đòi hỏi yêu cầu cao hơn, nhằm phục vụ mục đích nghiên cứu khoa học, y tế, giáo dục, quân sự, dân sự, Trong sống đại, ứng dụng sử dụng mạng cảm biến không dây ngày trở nên gần gũi có ý nghĩa sống Trong mạng cảm biến không dây, định tuyến yếu tố quan trọng ảnh hƣởng đến kết nối thực trao đổi thông tin Hiệu hoạt động chung mạng cảm biến không dây phụ thuộc vào lựa chọn giao thức định tuyến chất lƣợng thực Mạng tổn hao lƣợng thấp bị hạn chế tài nguyên kiểm soát đƣờng truyền, thời gian, tiêu thụ lƣợng, độ trễ tỷ lệ phân phối gói tin (PDR) đóng vai trị quan trọng hoạt động giao thức định tuyến Giao thức định tuyến RPL cần phải đƣợc tối ƣu hóa cho ứng dụng sensornet khác để đạt đƣợc hiệu suất tối ƣu sử dụng nguồn lực hiệu Nghiên cứu, đánh giá hiệu giao thức định tuyến RPL – Routing Protocol for Low power and Lossy Network – giao thức định tuyến trình nghiên cứu cần thiết Do đó, tơi chọn đề tài “Nghiên cứu, đánh giá hiệu giao thức định tuyến cho mạng cảm biến không dây với hỗ trợ 6LoWPAN” Trong khuôn khổ luận văn này, tập trung nghiên cứu, tìm hiểu mở rộng mạng cảm biến khơng dây sử dụng IPv6, đánh giá hiệu giao thức định tuyến RPL Luận văn đƣợc trình bày chƣơng nhƣ sau: Chƣơng 1: Trình bày tổng quan mạng cảm biến không dây, ứng dụng mạng cảm biến không dây; Giới thiệu hệ điều hành Contiki cơng cụ mơ Cooja Chƣơng 2: Trình bày giao thức định tuyến RPL IPv6 Cấu trúc tin DIO, DAO, DIS Quá trình khởi tạo mạng định tuyến giao thức RPL Chƣơng Xây dựng mơ hình mơ cơng cụ Cooja Thống kê phân tích số liệu, đƣa nhƣng đánh giá khuyến nghị LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 10 CHƢƠNG TỔNG QUAN WSN VÀ ỨNG DỤNG 1.1 Khái niệm chung mạng cảm biến không dây Mạng cảm biến không dây (wireless sensor network - WSN) mạng bao gồm số lƣợng lớn node cảm biến có kích thƣớc nhỏ gọn, giá thành thấp, có sẵn nguồn lƣợng, có khả tính tốn trao đổi với thiết bị khác nhằm mục đích thu thập thơng tin tồn mạng để đƣa thông số môi trƣờng, tƣợng vật mà mạng quan sát Các node cảm biến sensor có kích thƣớc nhỏ, thực việc thu phát liệu giao tiếp với chủ yếu qua kêch vô tuyến Các thành phần node cảm biến bao gồm: vi xử lý nhỏ, nhớ giới hạn, phận cảm biến, phận thu phát khơng dây, nguồn ni Kích thƣớc cảm biến thay đổi tùy thuộc vào ứng dụng Mạng cảm biến không dây đời đáp ứng nhu cầu thu thập thông tin mơi trƣờng, khí hậu, phát thám việc cơng hạt nhân, sinh học hóa học, chuẩn đốn hỏng hóc máy móc, thiết bị, …để từ phân tích, xử lý đƣa phƣơng án phù hợp cảnh báo hay đơn lƣu trữ số liệu Với phát triển công nghệ chế tạo linh kiện điện tử, công nghệ nano, giao tiếp không dây, công nghệ mạch tích hợp, vi mạch phần cảm biến… tạo cảm biến có kích thƣớc nhỏ gọn, đa chức năng, giá thành thấp, tiêu thụ lƣợng ít, làm tăng khả ứng dụng rộng rãi mạng cảm biến khơng dây Mạng cảm biến khơng dây có số đặc điểm sau:  Phát thông tin quảng bá phạm vi hẹp định tuyến multihop  Đƣợc triển khai với mật độ sensor lớn  Cấu hình mạng thƣờng xuyên thay đổi phụ thuộc vào fadinh hƣ hỏng node  Các node mạng cảm biến bị hạn chế công suất, khả xử lý dung lƣợng nhớ  Mạng cảm biến thƣờng phụ thuộc vào ứng dụng  Vị trí node mạng cảm biến không cần thiết phải thiết kế xác định trƣớc Do phân bố ngẫu nhiên địa hình phức tạp LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 64 Lƣu lƣợng mạng cao với tham số DIO Interval nhỏ c) Mức độ tiêu thụ lƣợng Hình 3.7: Mức độ tiêu thụ lƣợng với tham số DIO Interval Hình 3.7 cho thấy mức độ tiêu thụ lƣợng 7% DIO Interval Min nhỏ Mức độ tiêu thụ lƣợng giảm rõ rệt DIO Interval Min=4 d) Độ trễ mạng Hình 3.8: Độ trễ mạng với tham số DIO Interval Minimum Độ trễ mạng giảm từ 3.5 1.7 DIO Interval Minimum tăng từ đến Khi tham DIO Interval Mimimum nhỏ làm cho lƣu lƣợng mạng tăng, nguyên nhân gây độ trễ cao LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 65 e) Tỷ lệ truyền gói tin Hình 3.9: Tỷ lệ truyền gói tin với tham số DIO Interval Hình 3.9 cho thấy tỷ lệ truyền gói tin dƣới 85% tham số DIO Interval Minimum có giá trị từ đến Do lƣu lƣợng mạng cao có tắc nghẽn mạng nên tỷ lệ truyền gói tin thấp Tỷ lệ truyền gói tin tăng 96% DIO Interval Minimum từ đến 14 Khi DIO Interval Minimum có giá trị lớn 15, tỷ lệ truyền gói tin giảm thời gian thiết lập mạng chậm 3.5.2.2 Ảnh hưởng tham số DIO Interval Doubling a) Thời gian thiết lập mạng LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 66 Hình 3.10: Thời gian thiết lập mạng với tham số DIO Doubling Hình cho thấy tham số DIO Doubling thay đổi từ đến 16, thời gian thiết lập mạng không bị ảnh hƣởng 19s b) Quản lý lƣu lƣợng Hình 3.11: Lƣu lƣợng mạng với tham số DIO Doubling Lƣu lƣợng mạng giảm tăng giá trị tham số DIO Doubling tƣơng đối ổn định DIO Doubling >8 c) Mức độ tiêu thụ lƣợng Hình 3.12: Mức độ tiêu thụ lƣợng với tham số DIO Doubling LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 67 Mức độ tiêu thụ sử dụng lƣợng mạng giảm tham số DIO Doubling giảm Khi DIO Doubling lớn 10 mức độ tiêu thụ lƣợng tƣơng đối giống d) Độ trễ mạng Hình 3.13: Đỗ trễ mạng với tham số DIO Doubling Tham số DIO Doubling có ảnh hƣởng đến số gói tin điều khiển đƣợc truyền Độ trễ mạng cao DIO Doubling =3, giảm nhanh DIO Doubling =4 e) Tỷ lệ truyền gói tin Hình 3.14: Tỷ lệ truyền gói tin với tham số DIO Doubling LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 68 3.5.2.3 Ảnh hưởng tham số Duty-Cycling Interval a) Thời gian thiết lập mạng Hình 3.15: Thời gian thiết lập mạng với tham số Duty Cycling Interval Thời gian thiết lập mạng giảm tăng giá trị tham số Duty Cycling Interval Khi Duty Cycling Interval lớn 8, thời gian thiết lập mạng tƣơng đối giống b) Quản lý lƣu lƣợng Hình 3.16: Lƣu lƣợng mạng với tham số Duty Cycling Interval LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 69 Lƣu lƣợng mạng ổn định, tuyến tính tham số Duty Cycling Interval có giá trị 2, 4, 8, 16, 32, 64, nhƣng có giá trị 128 lƣu lƣợng mạng tăng đột biến điều làm tổn hao lƣợng nhanh chóng c) Mức độ tiêu thụ lƣợng Hình 3.17: Mức độ tiêu thụ lƣợng với tham số Duty Cycling Interval Mức độ tiêu thụ lƣợng tỷ lệ thuận với Duty Cycling Interval Mức độ tiêu thụ lƣợng dƣới 5% Duty Cycling Interval từ đến 16 d) Độ trễ mạng Hình 3.18: Độ trễ mạng với tham số Duty Cycling Interval LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 70 Độ trễ mạng giảm tham số Duty Cycling Interval tăng Độ trễ mạng giảm từ 9s xuống 4s tham số có giá trị Độ trễ mạng tiếp tục giảm tham số tăng giá trị, nhƣng giá trị 128 độ trễ mạng tăng đột biến, lên tới 17s e) Tỷ lệ truyền gói tin Hình 3.19: Tỷ lệ truyền gói tin với tham số Duty Cycling Interval Tỷ lệ truyền gói tin dƣới 50% tham số Duty Cycling Interval nhỏ Sau tỷ lệ truyền tăng tham số tăng, đạt tỷ lệ cao với Duty Cycling Interval từ 16 đến 64 Khi giá trị tham số lớn 64, mạng RPL cung cấp nhớ đệm nhỏ nên gói tin bị drop, gây tắc nghẽn mạng tỷ lệ truyền gói tin giảm 3.5.2.4 Ảnh hưởng tần suất thông điệp ứng dụng Tần suất thông điệp ứng dụng mức độ thƣờng xuyên ứng dụng gửi thông điệp đến sink Nếu tần suất thƣơng xun node có khả tiêu thụ lƣợng cách nhanh chóng Do có tầm quan trọng xây dựng ứng dụng mạng cảm biến lƣợng thấp, gửi thông điệp ứng dụng cần thiết Tùy ứng dụng mà tần suất gửi thông điệp đƣợc điều chỉnh cho phù hợp LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 71 a) Thời gian thiết lập mạng Hình 3.20: Thời gian thiết lập mạng với tần suất gửi thông điệp Thời gian thiết lập mạng giảm tần suất gửi thông điệp tăng b) Quản lý lƣu lƣợng Hình 3.21: Quản lý lƣu lƣợng với tần suất gửi thơng điệp Hình 3.21 cho thấy lƣu lƣợng mạng giảm tần suất gửi thơng điệp tăng có nhiều gói tin bị xung đột kênh truyền LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 72 c) Mức độ tiêu thụ lƣợng Hình 3.22: Mức độ tiêu thụ lƣợng với tần suất gửi thông điệp Mức độ tiêu thụ lƣợng mạng tỷ lệ nghịch với tần suất gửi thông điệp phụ thuộc vào loại ứng dụng sử dụng mạng lƣợng thấp d) Độ trễ mạng Hình 3.23: Độ trễ mạng với tần suất gửi thông điệp LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 73 e) Tỷ lệ truyền gói tin Hình 3.24: Tỷ lệ truyền gói tin với tần suất gửi thơng điệp Tỷ lệ truyền gói tin tăng tần suất gửi thông điệp tăng, nhiều ứng dụng cung cấp nhớ đệm chứa gói tin cao 3.6 Đánh giá khuyến nghị 3.6.1 Đánh giá Đại lƣợng\Tham số OF0 ETX Mức độ tiêu thụ lƣợng(%) 4.7 3.7 Độ trễ mạng (s) 1.0 0.8 Tỷ lệ truyền gói tin (%) 88 92 Bảng 3.2: So sánh hàm mục tiêu OF0 ETX Bảng thống kê đại lƣợng sử dụng hàm mục tiêu OF0 ETX Hàm mục tiêu ETX có độ trễ mạng, mức tiêu thụ lƣợng tỷ lệ truyền gói tin tốt hàm OF0 Do hàm mục tiêu ETX thích hợp cho giao thức định tuyến mạng cảm biến lƣợng thấp LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 74 Tham số DIO Interval Minimum ảnh hƣởng đến tất đại lƣợng hiệu suất hàm mục tiêu giao thức định tuyến Giá trị tham số thay đổi làm thay đổi: Thời gian thiết lập mạng từ 155 giây cịn 19 giây (Hình 3.5); Lƣu lƣợng mạng từ 145000 gói tin cịn 1900 gói tin (Hình 3.6); Mức tiêu thụ lƣợng từ 6,5 xuống cịn 2,5% (Hình 3.7); Độ trễ trung bình mạng từ 3,5 xuống cịn 1,7 giây (Hình 3.8); Tỷ lệ truyền gói tin tăng từ 48% lên 77% Giá trị phù hợp tham số DIO Interval Minimum 12 Mặc dù tham số DIO Doubling Interval không ảnh hƣởng đến thời gian thiết lập mạng, độ trễ tỷ lệ truyền gói tin nhƣng có ảnh hƣởng lớn đến lƣu lƣợng mức độ tiêu thụ lƣợng mạng cảm biến Cần lựa chọn DIO Doubling phù hợp để lƣu lƣợng mạng ổn định, từ đến 16 Khi lƣu lƣợng mạng giảm từ 10000 xuống cịn 1700 gói tin (Hình 3.11); mức tiêu thụ lƣợng từ 3,2 xuống 2,5% (Hình 3.7) Giá trị phù hợp tham số DIO Doubling Interval 16 Tham số Duty Cycling Interval quan trọng đại lƣợng hiệu suất, đặc biệt mức tiêu thụ lƣợng Cùng thời điểm có nhiều node truyền liệu làm tăng lƣu lƣợng mạng tỷ lệ truyền gói tin giảm Nếu tần suất ứng dụng gửi thông điệp cao làm tăng mức tiêu thụ lƣợng, tăng tỷ lệ gói tin, tăng thời gian thiết lập mạng Giá trị thích hợp tần suất ứng dụng gửi thông điệp 16 3.6.2 Khuyến nghị Qua mơ hình mơ phân tích đánh giá số liệu, hiệu giao thức định tuyến RPL ảnh hƣởng môi trƣờng bên tham số bên Mảng cảm biến lƣợng thấp dễ bị tổn hao, suy giảm nhiều nguyên nhân khác nhau, cần quản lý nguyên nhân gây nhiễu đồng thời sử dụng lƣợng tối ƣu Hàm mục tiêu ETX đảm bảo giao thức định tuyến tối ƣu nâng cao hiệu đại lƣợng: độ trễ, mức tiêu thụ lƣơng, tỷ lệ truyền gói tin Khi giao thức định tuyến sử dụng ETX độ trễ mạng 0,8 giây, tỷ lệ truyền gói tin 92%, mức tiêu thụ lƣợng 3,7% Giao thức định tuyến mạng cảm biến không dây lƣợng thấp với hàm mục tiêu ETX quản lý yếu tố suy giảm linh hoạt Định tuyến vấn đề quan trọng mạng cảm biến khơng dây, thực định tuyến, chuyển tiếp gói tin định đến việc sử dụng nguồn lƣợng LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 75 thấp Trong giao thức định tuyến cần tránh việc truyền lại sử dụng lãng phí lƣợng Hiệu giao thức định tuyến mạng cảm biến không dây ảnh hƣởng tham số DIO Interval, tần suất thông điệp ứng dụng, tỷ lệ kiểm tra kênh RDC Các tham số kết hợp với giúp cho thời gian thiết lập mạng cảm biến nhanh hơn, thích hợp sử dụng cho mạng khơng có độ trễ Do việc lựa chọn giá trị phù hợp tham số nâng cao hiệu giao thức định tuyến mạng cảm biến không dây Giao thức định tuyến RPL mạng cảm biến không dây lƣợng thấp với hỗ trợ IPv6 giao thức định tuyến , hỗ trợ định tuyến lên (upward) định tuyến xuống (downward) Nhiệm vụ giao thức RPL cung cấp đƣờng tốt sử dụng nguồn tài nguyên mức thấp mạng cảm biến cách hiệu Hàm mục tiêu OF0 sử dụng bƣớc nhảy việc định tuyến ETX dựa vào trạng thái liên kết để định tuyến chọn đƣờng tốt Việc cấu hình tham số giúp nâng cao hiệu giao thức RPL Do mạng cảm biến không dây sử dụng giao thức định tuyến RPL với hàm mục tiêu ETX đƣợc ứng dụng thích hợp cho lĩnh vực: tự động hóa gia đình, tự động hóa cơng nghiệp, mạng cảm biến lƣợng thấp Tuy nhiên, vấn đề định tuyến mạng cảm biến khơng dây cịn cần giải nhiều vấn đề nhƣ node di động, đánh giá hiệu giao thức định tuyến RPL với hệ thống mạng có số node dày đặc LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 76 KẾT LUẬN VÀ HƢỚNG PHÁT TRIỂN Kết luận Trong luận văn, tơi trình bày kiến thức sở mạng cảm biến khơng dây ; trình bày khái niệm tổng quan giao thức định tuyến trình nghiên cứu, phát triển: RPL – Routing Protocol for Low Power and Lossy Network, tìm hiểu hàm mục tiêu OF0 ETX, từ tiến hành mô RPL hệ điều hành Contiki công cụ Cooja, đánh giá hiệu giao thức định tuyến RPL sử dụng hai hàm mục tiêu thông qua việc thay đổi tham số DIO Interval Minimum, DIO Interval Doubling, Duty Cycling Interval Frequency of Application Message Luận văn đƣa mơ hình mô với số lƣợng node vừa đủ đạt đƣợc số kết đánh giá dựa đại lƣợng : thời gian thiết lập mạng, mức độ tiêu thụ lƣợng, độ trễ, tỷ lệ truyền gói tin Qua mơ hình mơ phân tích đánh giá số liệu, giao thức định tuyến RPL sử dụng hàm mục tiêu ETX tối ƣu hơn, nâng cao hiệu mạng cảm biến không dây Hƣớng phát triển luận văn Trong q trình mơ đánh giá luận văn phát sinh số lỗi mô với số nút lớn hơn, lỗi tràn đệm, nên mô với số nút lớn thời gian mơ thực không đủ để đánh giá kết Số liệu thống kê dựa mơ hình mơ nên chƣa kiểm sốt đƣợc yếu tố tác động bên ngồi ảnh hƣởng đến hiệu mạng cảm biến không dây nhƣ mơi trƣờng, mức độ nhiễu, suy giảm tín hiệu Luận văn phát triển theo hƣớng đánh giá hiệu giao thức định truyến RPL cho mạng cảm biến không dây với hỗ trợ 6LoPAN mô hình thực tế Đồng thời nghiên cứu giải pháp tiết kiệm lƣợng vấn đề an ninh cho mạng cảm biến không dây LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 77 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt [1] http://www.tapchibcvt.gov.vn/News/PrintView.aspx?ID=17374, truy nhập lần cuối ngày 4/6/2010 [2] Đỗ Thị Tuyết, Nghiên cứu mô giao thức định tuyến Pegasis mạng cảm biến không dây, 5/2008 [3] Ngô Quang Anh, nghiên cứu chuẩn kết nối không dây ZIGBEE/IEEE 802.15.4, 2005 Tiếng Anh [4] http://tools.ietf.org/html/draft-ietf-roll-home-routing-reqs-11, truy nhập lần cuối ngày 4/6/2010 [5] http://tools.ietf.org/html/rfc5673, truy nhập lần cuối ngày 4/6/2010 [6] http://tools.ietf.org/html/rfc5548, truy nhập lần cuối ngày 4/6/2010 [7] Cisco Systems, ROLL Design Team, IETF ROLL WG, draft-ietf-roll-rpl-07, March 8, 2010 [8] T Narten, IBM, E Nordmark, Sun Microsystems, W Simpson, Daydreamer, H Soliman, RFC 4861 neighbor discovery for IP version (IPv6), September, 2007 [9] http://www.newstar.vn/forum/showthread.php?t=973, truy nhập lần cuối ngày 4/6/2010 [10] SICS, Contiki handon, 2009 [11] http://www.sics.se/~adam/uip/uip-1.0-refman/, truy nhập cuối ngày 3/6/2010 [12] Cisco Systems, ROLL Design Team, IETF ROLL WG, draft-ietf-roll-rpl00, August 3, 2009 [13] Zach Shelby, Carsten Bormann, 6LoWPAN: The Wireless Embedded Internet, John Wiley & Sons, 2009 [14] Adam Dunkels, NiclasFinne, JoakimEriksson, ZhitaoHe, IP-based Sensor Networking with Contiki [15] Nicolas Tsiftes, Joakim Eriksson, and Adam Dunkels, Poster Abstract: Low-Power Wireless IPv6 Routing with ContikiRPL In Proceedings of ACM/IEEE IPSN'10 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 78 [16] J Tripathi, J C de Oliveira, and J P Vasseur, “A performance evaluation study of RPL: Routing Protocol for Low power and Lossy Networks” in Information Sciences and Systems (CISS), 2010 44th Annual Conference on, 2010 [17] F Osterlind, A Dunkels, J Eriksson, N Finne, and T Voigt, “Cross-Level Sensor Network Simulation with COOJA” 2006 [18 Waltenegus Dargie and Christian Poellabauer, “Fundamentals of Wireless Sensor Networks Theory and Practice”– 2011 [19 Kazem Sohraby – Daniel Minoli – Taieb Znati “Wireless Sensor Network Technology, Protocols and Appliactions” – 2007 [20] Anuj Sehgal, Jürgen Schönwälder, 6lowpan with uIPv6 in Contiki, 2011 [21] Anuj Sehgal, Programming IPv6 Wireless Sensor Networks with Contiki, 2010 [22] J Hui, Compression Format for IPv6 Datagrams in 6LoWPAN Networks (draft-ietf-6lowpan-hc-06), October 5, 2009 [23] Jonathan Hui - RPL Author Team, RPL: IPv6 Routing Protocol for Low Power and Lossy Networks (draft-ietf-roll-rpl-04, 10/2009 [24] T Winter, P Thubert, A Brandt,…, RPL: IPv6 Routing Protocol for Low power and Lossy Networks (draft-ietf-roll-rpl-19), September 14, 2011 [25] Thiemo Voigt, Fredrik Osterlind, Adam Dunkels, Contiki COOJA Handson Crash Course: Session Notes, July 2009 [26] Ana de Pablo Escola “Development of a wireless sensor network with 6LoWPAN support” July 10th 2009 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com ... HỌC CÔNG NGHỆ TỐNG ĐỨC THUẬN NGHIÊN CỨU, ĐÁNH GIÁ HIỆU NĂNG CỦA GIAO THỨC ĐỊNH TUYẾN CHO MẠNG CẢM BIẾN KHÔNG DÂY VỚI HỖ TRỢ 6LOWPAN NGÀNH: CÔNG NGHỆ THÔNG TIN CHUYÊN NGÀNH: TRUYỀN DỮ LIỆU VÀ MẠNG... hiệu giao thức định tuyến cho mạng cảm biến không dây với hỗ trợ 6LoWPAN? ?? Trong khuôn khổ luận văn này, tơi tập trung nghiên cứu, tìm hiểu mở rộng mạng cảm biến không dây sử dụng IPv6, đánh giá. .. hiệu Nghiên cứu, đánh giá hiệu giao thức định tuyến RPL – Routing Protocol for Low power and Lossy Network – giao thức định tuyến trình nghiên cứu cần thiết Do đó, chọn đề tài ? ?Nghiên cứu, đánh giá