Nghiên cứu phát triển mạng thử nghiệm cảm biến không dây wireless sensor networks hỗ trợ đánh giá kiểm định ứng dụng và giao thức wsns

ỦY BAN NHÂN DÂN THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH SỞ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ĐẠI HỌC QUÔC GIA HCM TRƯỜNG ĐẠI HỌC CNTT CHƯƠNG TRÌNH KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ CẤP THÀNH PHỐ BÁO CÁO TỔNG HỢP KẾT QUẢ NHIỆM VỤ NGHIÊN CỨU KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ (NGHIÊN CỨU PHÁT TRIỂN MẠNG THỬ NGHIỆM CẢM BIẾN KHÔNG DÂY (WIRELESS SENSOR NETWORKS) HỖ TRỢ ĐÁNH GIÁ KIỂM ĐỊNH ỨNG DỤNG VÀ GIAO THỨC WSNS) Cơ quan chủ trì nhiệm vụ: Trường Đại học CNTT – ĐHQG HCM Chủ nhiệm nhiệm vụ: PGS TS Lê Trung Quân Thành phố Hồ Chí Minh – 2019 ỦY BAN NHÂN DÂN THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH SỞ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ ĐẠI HỌC QUỐC GIA HCM TRƯỜNG ĐẠI HỌC CNTT CHƯƠNG TRÌNH KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ CẤP THÀNH PHỐ BÁO CÁO TỔNG HỢP KẾT QUẢ NHIỆM VỤ NGHIÊN CỨU KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ (NGHIÊN CỨU PHÁT TRIỂN MẠNG THỬ NGHIỆM CẢM BIẾN KHÔNG DÂY (WIRELESS SENSOR NETWORKS) HỖ TRỢ ĐÁNH GIÁ KIỂM ĐỊNH ỨNG DỤNG VÀ GIAO THỨC WSNS) (Đã chỉnh sửa theo kết luận Hội đồng nghiệm thu ngày ) Chủ nhiệm nhiệm vụ: (ký tên) PGS TS Lê Trung Quân Cơ quan chủ trì nhiệm vụ (ký tên đóng dấu) Thành phố Hồ Chí Minh- 2019 _ ĐẠI HỌC QUỐC GIA HCM TRƯỜNG ĐẠI HỌC CNTT CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự - Hạnh phúc ., ngày tháng năm 2019 BÁO CÁO THỐNG KÊ KẾT QUẢ THỰC HIỆN NHIỆM VỤ NGHIÊN CỨU KH&CN I THÔNG TIN CHUNG Tên nhiệm vụ: Nghiên cứu phát triển mạng thử nghiệm cảm biến không dây (Wireless Sensor Networks) hỗ trợ đánh giá kiểm định ứng dụng giao thức WSNs Thuộc: Chương trình: Cơng nghệ thơng tin Điện tử Viễn thông Lĩnh vực: Kỹ thuật Công nghệ Chủ nhiệm nhiệm vụ: Họ tên: Lê Trung Quân Ngày, tháng, năm sinh: 18/04/1975 Nam/Nữ: Nam Học hàm, học vị: PGS.TS Chức danh khoa học: PGS TS Chức vụ: Trường khoa, Khoa Mạng máy tính Truyền thơng – Trường Đại học CNTT – ĐHQG HCM Điện thoại: Tổ chức: Nhà riêng: Mobile: Fax: E-mail: quanlt@uit.edu.vn Tên tổ chức công tác: Trường Đại học CNTT – ĐHQG HCM Địa tổ chức: khu phố 6, phường Linh Trung, quận Thủ Đức, Tp.HCM Địa nhà riêng: 417/26/10 Quang Trung, phường 10, quận Gò Vấp, Tp.HCM Tổ chức chủ trì nhiệm vụ: Tên tổ chức chủ trì nhiệm vụ: Trường Đại học CNTT – ĐHQG HCM Điện thoại: Fax: E-mail: Website: http://www.uit.edu.vn Địa chỉ: khu phố 6, phường Linh Trung, quận Thủ Đức, Tp.HCM Họ tên thủ trưởng tổ chức: PGS TS Nguyễn Hoàng Tú Anh Số tài khoản: Kho bạc: Tên quan chủ quản đề tài: Đại học Quốc gia Hồ Chí Minh II TÌNH HÌNH THỰC HIỆN Thời gian thực nhiệm vụ: - Theo Hợp đồng ký kết: từ tháng 11/2017 đến tháng 10/2019 - Thực tế thực hiện: từ tháng 11/2017 đến tháng10/2019 - Được gia hạn (nếu có): - Lần từ tháng… năm… đến tháng… năm… - Lần … Kinh phí sử dụng kinh phí: a) Tổng số kinh phí thực hiện: 800tr.đ, đó: + Kính phí hỗ trợ từ ngân sách khoa học: 800tr.đ + Kinh phí từ nguồn khác: 0tr.đ b) Tình hình cấp sử dụng kinh phí từ nguồn ngân sách khoa học: Số TT Theo kế hoạch Thời gian Kinh phí (Tháng, năm) (Tr.đ) 11/2017 400 11/2018 320 11/2019 80 Thực tế đạt Thời gian Kinh phí (Tháng, năm) (Tr.đ) 11/2017 400 11/2018 320 11/2019 80 Ghi (Số đề nghị toán) 400 320 80 c) Kết sử dụng kinh phí theo khoản chi: Đối với đề tài: Đơn vị tính: Triệu đồng Số TT Nội dung khoản chi Trả công lao động (khoa học, phổ thông) Chi VPP, thông tin liên lạc, in ấn Chi cho hội đồng tự đánh giá kết thực Chi quản lý nhiệm vụ KHCN Chi khác Tổng cộng Theo kế hoạch Tổng NSKH 759,555 Thực tế đạt 759,555 Nguồn Tổng khác 759,555 759,555 Nguồn khác 10,345 10,455 10,345 10,345 6,1 6,1 6,1 6,1 24 24 24 24 0 800 800 0 NSKH 800 800 - Lý thay đổi (nếu có): Đối với dự án: Đơn vị tính: Triệu đồng Số TT Nội dung khoản chi Theo kế hoạch Tổng NSKH Nguồn khác Thực tế đạt Tổng NSKH Nguồn khác Thiết bị, máy móc mua Nhà xưởng xây dựng mới, cải tạo Kinh phí hỗ trợ cơng nghệ Chi phí lao động Ngun vật liệu, lượng Thuê thiết bị, nhà xưởng Khác Tổng cộng - Lý thay đổi (nếu có): Các văn hành q trình thực đề tài/dự án: (Liệt kê định, văn quan quản lý từ công đoạn xét duyệt, phê duyệt kinh phí, hợp đồng, điều chỉnh (thời gian, nội dung, kinh phí thực có); văn tổ chức chủ trì nhiệm vụ (đơn, kiến nghị điều chỉnh có) Số TT Số, thời gian ban hành văn 211/2017/HĐSKHCN, ngày 20/11/2017 1111/QĐ-SKHCN, ngày 17/11/2017 2338/GUQSKHCN, ngày 20/10/2017 185/QPTKHCNHCTH, ngày 10/10/2019 Tên văn Ghi Hợp đồng thực nhiệm vụ nghiên cứu khoa học công nghệ Quyết định việc phê duyệt nhiệm vụ KHCN Giáy ủy quyền Về việc đề nghị nộp hồ sơ nghiệm thu nhiệm vụ KHCN Tổ chức phối hợp thực nhiệm vụ: Số TT Tên tổ chức đăng ký theo Thuyết minh Tên tổ chức tham gia thực Nội dung tham gia chủ yếu Sản phẩm chủ yếu đạt Ghi chú* - Lý thay đổi (nếu có): Cá nhân tham gia thực nhiệm vụ: (Người tham gia thực đề tài thuộc tổ chức chủ trì quan phối hợp, không 10 người kể chủ nhiệm) Tên cá nhân đăng ký theo Thuyết minh Lê Trung Quân Tên cá nhân tham gia thực Lê Trung Quân Nguyễn Đình Khương Nguyễn Đình Khương Thành viên Nội dung 1,4,8 Nguyễn Hạo Nhiên Nguyễn Hạo Nhiên Thành viên Nội dung 1,4,10 Đặng Lê Bảo Chương Đặng Lê Bảo Chương Thành viên Nội dung 1,4 Lý Trọng Nhân Lý Trọng Nhân Thành viên Nội dung 3,4,6,9 Huỳnh Văn Đặng Huỳnh Văn Đặng Thành viên Nội dung 3,4,7,10 Trần Hồng Nghi Trần Hồng Nghi Thành viên Nội dung 3,7 Tô Nguyễn Nhật Quang Phạm Thế Sơn Võ Ngọc Tân Thành viên Nội dung 2,3,6,8,9 Số TT Nội dung tham gia Chủ nhiệm Nội dung 1→10 Sản phẩm chủ yếu đạt Báo cáo, ấn phẩm khoa học, giải pháp hữu ích, đào tạo theo thuyết minh Bao cáo, giải pháp, hệ thống Báo cáo, giải pháp, hệ thống Báo cáo, ấn phầm khoa học, giải pháp hữu ích, testbed Báo cáo, ấn phầm khoa học, giải pháp hữu ích, testbed Báo cáo, ấn phầm khoa học, giải pháp hữu ích, ứng dụng Báo cáo, giải pháp, hệ thống Báo cáo, giải pháp, hệ thống Ghi chú* Theo thuyết minh, hồ sơ toán Theo thuyết minh Theo thuyết minh Theo thuyết minh Theo thuyết minh Theo thuyết minh Theo thuyết minh Theo thuyết minh - Lý thay đổi ( có): Tình hình hợp tác quốc tế: Số TT Theo kế hoạch (Nội dung, thời gian, kinh phí, địa điểm, tên tổ chức hợp tác, số đoàn, số lượng người tham gia ) Thực tế đạt (Nội dung, thời gian, kinh phí, địa điểm, tên tổ chức hợp tác, số đoàn, số lượng người tham gia ) - Lý thay đổi (nếu có): Ghi chú* Tình hình tổ chức hội thảo, hội nghị: Theo kế hoạch Số (Nội dung, thời gian, kinh phí, địa TT điểm ) Hội nghị quốc tế IEEE ICCE 2018 Hội nghị quốc tế Springer INISCOM 2018 Hội nghị quốc tế ACM SoICT 2018 Thực tế đạt (Nội dung, thời gian, kinh phí, địa điểm ) Hội nghị quốc tế IEEE ICCE 2018 Tp Huế Hội nghị quốc tế Springer INISCOM 2018 Đà Nẵng Hội nghị quốc tế ACM SoICT 2018 Đà Nẵng Ghi chú* Tham gia báo cáo Tham gia báo cáo Tham gia báo cáo - Lý thay đổi (nếu có): Tóm tắt nội dung, cơng việc chủ yếu: (Nêu mục 15 thuyết minh, không bao gồm: Hội thảo khoa học, điều tra khảo sát nước nước ngoài) Số TT Thời gian (Bắt đầu, kết thúc Các nội dung, công việc Người, - tháng … năm) chủ yếu quan (Các mốc đánh giá chủ yếu) thực Theo kế Thực tế hoạch đạt Nội dung 1: Thiết kế kiến trúc ứng 11/2017- 100% ĐHCNTT: dụng WSNs thực tế để triển khai 04/2018 Lê Trung Quân mạng WSNs testbed phục vụ Nguyễn Đình Khương kịch đánh giá thử nghiệm, Đặng Lê Bảo Chương lĩnh vực: Nguyễn Hạo Nhiên • Nơng nghiệp thơng minh • Giám sát mức độ nhiễm khơng khí Nội dung 2: Thiết kế kiến trúc giả 11/2017- 100% ĐHCNTT: lập thiết bị WSNs giao thức 04/2018 Lê Trung Quân mạng WSNs Phạm Thế Sơn Võ Ngọc Tân Lý Trọng Nhân Nội dung 3: Thiết kế kiến trúc 05/2018- 100% ĐHCNTT: mạng thử nghiệm WSNs dựa 10/2018 Lê Trung Quân tảng điện toán đám mây Trần Hồng Nghi OpenStack Võ Ngọc Tân Huỳnh Văn Đặng Nội dung 4: Hiện thực, triển khai 05/2018- 100% ĐHCNTT: mạng thử nghiệm WSNs testbed 10/2018 Lê Trung Quân tảng OpenStack Nguyễn Đình Khương Đặng Lê Bảo Chương Nguyễn Hạo Nhiên Huỳnh Văn Đặng Lý Trọng Nhân Nội dung 5: Hiện thực, xây dựng 11/2018- 100% ĐHCNTT: ứng dụng WSNs, tích hợp vào 04/2019 Lê Trung Quân mạng thử nghiệm WSNs/Cloud, Đặng Lê Bảo Chương lĩnh vực: • Nơng nghiệp thơng minh, 7 10 • Giám sát mức độ nhiễm khơng khí Tp.HCM Nội dung 6: Cài đặt, triển khai phần mềm giả lập thiết bị WSNs giao thức WSNs hệ thống mạng thử nghiệm WSNs/Cloud Nội dung 7: Hiện thực, xây dựng tiện ích, công cụ hỗ trợ triển khai tự động cấu trúc mạng WSNs phổ dụng: Tree/Mesh Nội dung 8: Cài đặt, triển khai tiện ích, cơng cụ hỗ trợ đo đạc số liệu kịch đánh giá thử nghiệm WSNs Nội dung 9: Xây dựng chạy đánh giá thử nghiệm kịch WSNs Nội dung 10: Vận hành, tinh chỉnh hệ thống mạng thử nghiệm WSNs 11/201804/2019 100% ĐHCNTT: Lê Trung Quân Lý Trọng Nhân Phạm Thế Sơn 11/201804/2019 100% 05/201910/2019 100% 05/201910/2019 100% 05/201910/2019 100% ĐHCNTT: Lê Trung Quân Huỳnh Văn Đặng Trần Hồng Nghi ĐHCNTT: Lê Trung Quân Nguyễn Đình Khương Võ Ngọc Tân ĐHCNTT: Lý Trọng Nhân Võ Ngọc Tân ĐHCNTT: Lê Trung Quân Huỳnh Văn Đặng Nguyễn Hạo Nhiên - Lý thay đổi (nếu có): Bố trí lại nhân tham gia đề tài cho phù hợp III SẢN PHẨM KH&CN CỦA NHIỆM VỤ Sản phẩm KH&CN tạo ra: a) Sản phẩm Dạng I: Số TT Tên sản phẩm tiêu chất lượng chủ yếu Đơn vị đo Số lượng Theo kế hoạch Thực tế đạt - Lý thay đổi (nếu có): b) Sản phẩm Dạng II: Số TT Tên sản phẩm Các cơng cụ, tiện ích phần mềm mã nguồn mở phát triển đề tài phục vụ xây dựng hệ thống WSNs testbed triển khai chạy thử nghiệm kịch đo đạc, phân tích số liệu Yêu cầu khoa học cần đạt Theo kế hoạch Thực tế đạt Phần mềm 100% - Lý thay đổi (nếu có): Ghi Theo đặc tả thuyết minh đề tài c) Sản phẩm Dạng III: Số TT Tên sản phẩm Bài báo hội nghị quốc tế IEEE, ACM, Springer tương đương Yêu cầu khoa học cần đạt Số lượng, nơi cơng bố (Tạp chí, nhà xuất bản) Theo Thực tế kế hoạch đạt 02 03 01 IEEE ICCE 2018 01 Springer INISCOM 2018 01 ACM SoICT 2018 - Lý thay đổi (nếu có): d) Kết đào tạo: Số TT Cấp đào tạo, Chuyên ngành đào tạo Thạc sỹ (Hoàn thành) Tiến sỹ (tham gia đào tạo) Số lượng Theo kế hoạch Thực tế đạt 01 02 01 01 Ghi (Thời gian kết thúc) 2018/2019 Đang đào tạo - Lý thay đổi (nếu có): đ) Tình hình đăng ký bảo hộ quyền sở hữu công nghiệp: Số TT Tên sản phẩm đăng ký Hệ thống mạng thử nghiệm cảm biến không dây dựa tảng điện toán đám mây, Bằng độc quyền giải pháp hữu ích, Số đơn: 22018-00231, 07.2018 Kết Thực tế đạt Theo kế hoạch 01 01 Ghi (Thời gian kết thúc) 2018 (chấp nhận đơn hợp lệ) - Lý thay đổi (nếu có): e) Thống kê danh mục sản phẩm KHCN ứng dụng vào thực tế Số TT Tên kết ứng dụng Thời gian Địa điểm (Ghi rõ tên, địa nơi ứng dụng) Kết sơ Đánh giá hiệu nhiệm vụ mang lại: a) Hiệu khoa học công nghệ: Hệ thống mạng thử nghiệm cảm biến khơng dây WSNs testbed sử dụng để đánh giá tính khả thi ứng dụng giao thức WSNs trước đưa vào thực tế để triển khai b) Hiệu kinh tế xã hội: Hệ thống mạng cảm biến không dây WSNs testbed phát triển dựa tảng mã nguồn mở, hạ tầng điện toán đám mây, cá nhân đơn vị triển khai hồn tồn làm chủ cơng nghệ hệ thống thiết kế để triển khai Việt Nam với chi phí hợp lý Tình hình thực chế độ báo cáo, kiểm tra nhiệm vụ: Số TT I II III Nội dung Thời gian thực Báo cáo tiến độ Lần tháng Lần tháng Báo cáo giám định Lần Nghiệm thu sở Ghi (Tóm tắt kết quả, kết luận chính, người chủ trì…) Báo cáo tiến độ tháng PGS TS Lê Trung Quân Báo cáo tiến độ tháng PGS TS Lê Trung Quân 12 tháng (11/201710/2018) Báo cáo giám định kỳ PGS TS Lê Trung Quân Dự kiến 10/2019 Báo cáo nghiệm thu sở PGS TS Lê Trung Quân Chủ nhiệm đề tài (Họ tên, chữ ký) Thủ trưởng tổ chức chủ trì (Họ tên, chữ ký đóng dấu) PGS TS Lê Trung Quân 10 8.2.4 Kịch 1000 nốt theo kiến trúc mạng Tree Trong phần này, nhóm nghiên cứu thử nghiệm kịch bao gồm 1000 nốt mạng Zigbee kết nối với theo kiến trúc tree mơ tả Hình 8.24 Các nốt được triển khai cụm Docker Swarm bao gồm 16 OpenStack VMs Mỗi VM trang bị vCPUs, GB RAM 80 GB HDD Các thông số môi trường dùng để đặc tả mơi trường ngồi trời (outdoor) (α = 3.32, σ = 3.1 dB, W = 4.8 dB noise_power = -100 dBm) Optimized Link State Routing (OLSR) Routing Information Protocol (RIP) sử dụng để định tuyến nốt mạng Trong thử nghiệm này, kết nối tiêu biểu chọn để đo đạc đánh giá thông số chất lượng đường truyền, đó, bao gồm kết nối multiHop kết nối singlehop Các kết nối singlehop lựa chọn bao gồm: node444->188; node406>150 Bên cạnh đó, kết nối node411->283, node893->637 (đi qua nốt); node766->382, node934->102 (đi qua nốt); node976->848 node516->644 (đi qua nốt) đại diện cho kết nối multihop thử nghiệm Các thông số chất lượng đường truyền đo đạc cơng cụ Iperf Ping 256 Hình 8.24: Kịch thử nghiệm kiến trúc mạng Tree 1000 nốt Hình 8.25 (a) trình bày kết traceroute từ node976 đến node848 Kết cho thấy gói tin xuất phát từ node976 để đến node848 cần qua nốt trung gian gồm: node464, node208, node336 257 (a) (b) (c) (d) (e) (f) (g) (h) Hình 8.25: Traceroute kết nốt multiHop lựa chọn Tương tự, Hình 8.25 (b), (c), (d), (e), (f), (g), (h) trình bày kết traceroute từ node516 đến node644 (đi qua nốt trung gian); từ node766 đến node382, từ node934 đến node102 (đi qua nốt trung gian); từ node411 đến node283 (đi qua node155) từ node893 đến node637 (đi qua node381) mô tả băng thông kết nối lựa chọn thử nghiệm Trong đó, hình (a) mơ tả băng thơng kết nối đo đạc không chạy công cụ giả lập QOMET; hình (b) (c) biểu diễn băng thông trường hợp chạy công cụ QOMET, hình (b) thể băng thơng kết nối singleHop hai kết nối multiHop qua nốt, hình (c) biểu diễn băng thơng kết nối multiHop qua nốt Có thể thấy thơng qua việc tính tốn áp đặt thông số 258 chất lượng đường truyền (băng thơng, độ trễ, tỉ lệ gói) lên kết nối ảo, công cụ giả lập phát huy hiệu việc giả lập kết nối Zigbee dựa tảng kết nối mạng ảo tạo cơng nghệ ảo hóa Container Cụ thể, không sử dụng công cụ giả lập, băng thông kết nối ảo ghi nhận đạt đến hàng trăm Mbps (Hình 8.26 (a)) Băng thơng trung bình kết nối singleHop node444->188 ghi nhận đạt 255.6 Mbps Trong đó, băng thơng trung bình kết nối multiHop giảm dần số lượng nốt đường truyền tăng lên gồm nốt, nốt nốt Cụ thể, băng thơng trung bình kết nối node637->893, node934->102, node976->848 124.7 Mbps, 73.4 Mbps 66 Mbps (a) (b) 259 (c) (d) Hình 8.26: Băng thơng kết nối lựa chọn Trong thử nghiệm, nhờ vào công cụ giả lập, băng thông kết nối ghi nhận giao động khoảng 230 kbps (Hình 8.26 (b),(c)), phù hợp với thông số kỹ thuật chuẩn Zigbee (băng thông đặc tả khoảng từ 20kbps đến 250kbps) Xét hai kết nối singleHop (Hình 8.26(b)), băng thơng kết nối dao động liên tục trình thử nghiệm Nhìn chung, so với kết nối multiHop, băng thông kết nối singleHop dao động với biên độ nhỏ ổn định 260 kết nối multiHop Mặc dù, số thời điểm, băng thơng kết nối singleHop có biến động mạnh Băng thơng trung bình (Hình 8.26 (d)) kết nối node444->188, node406->150 229.87 Kbps 228.76 Kbps cao số liệu tương ứng kết nối multiHop Trong đó, việc phải qua nhiều nốt trung gian có ảnh hưởng lớn đến chất lượng đường truyền, cụ thể làm giảm độ ổn định băng thơng trung bình đường truyền Dễ dàng nhận thấy, băng thông kết nối node411->283 node893->637 kết nối multiHop qua nốt Hình 8.26 (b) kết nối multiHop qua hops hops Hình 8.26 (c) dao động liên tục khoảng giá trị lớn từ đến 220Kbps Các kết nối có độ ổn định băng thơng trung bình thấp hẵn so với kết nối singleHop Ngoài ra, kết nối qua nhiều nốt trung gian băng thơng trung bình giảm Cụ thể, băng thơng trung bình (Hình 8.26 (d)) kết nối node411->283, node893->637, node766->382, node934->102, node976->848 node516->644 (tương ứng số lượng nốt kết nối 3, 5) ghi nhận 117.47 Kbps, 151.62 Kbps 110.64 Kbps, 78.16 Kbps 71.97 Kbps, 56.27 Kbps (a) 261 (b) Hình 8.27: RTT kết nối lựa chọn Hình 8.28:Loss-rate kết nối lựa chọn Hình 8.27 mơ tả thơng số Round Trip Time (RTT) kết nối ghi nhận thử nghiệm Trong đó, Hình 8.27 (a) mơ tả kết trường hợp 262 không chạy công cụ QOMET Hình 8.27 (b) mơ tả trường hợp chạy công cụ giả lập Trong hai trường hợp, kết nối qua nhiều nốt RTT tăng Cụ thể, RTT kết nối singleHop thấp hẵn so với kết nối multiHop Trong trường hợp không chạy công cụ QOMET, giá trị RTT trung bình kết nối multiHop 10 ms, RTT trung bình kết nối singleHop ghi nhận khoảng ms Mặt khác, trường hợp có chạy cơng cụ giả lập, giá trị RTT trung bình kết nối singleHop đạt khoảng 9.4s Trong đó, giá trị RTT trung bình kết nối multiHop xếp theo thứ tự giảm dần tương ứng với số lượng nốt kết nối Cụ thể, RTT trung bình kết nối dài (về số lượng nốt) node976->848 node516->644 ghi nhận lên tới 36.2s 35.4s Giá trị tương ứng cho hai kết nối qua nốt node766->382, node934->102 25.7s 28.3s, khi, RTT trung bình kết nối qua nốt (node411->283, node893->637) 18.4s 18.6s Hình 8.28 thể tỉ lệ gói kết nối lựa chọn Các kết nối có số hop xếp theo cặp (tô kiểu) số lượng hop tăng dần từ trái sang phải Đầu tiên, hai kết nối singleHop node444->188; node406->150 có tỉ lệ gói thấp ghi nhận 1.5% 0.039% Nhìn chung, kết nối có số hop lớn (càng qua nhiều nốt trung gian) có tỉ lệ gói cao Từ biểu đồ, qua nốt trung gian, tỉ lệ gói kết nối node766->382, node934->102 tăng lên đến 4.8% 6.2% Đặc biệt, trường hợp kết nối node976>848 kết nối hop ghi nhận với tỉ lệ gói tin đường truyền đạt 24% Điều lý giải phân đoạn mạng (đi qua nốt trung gian) kết nối có chất lượng đường truyền thấp, khơng ổn định dẫn đến tỉ lệ gói đường truyền cao Như vậy, thử nghiệm cho thấy hệ thống testbed UiTiOt triển khai hệ thống nốt ảo theo kịch thử nghiệm gồm 1000 nốt kết nối với theo kiến trúc tree Bên cạnh đó, cơng cụ giả lập phát huy hiệu việc tính tốn áp đặt ràng buộc thông số chất lượng đường truyền (băng thơng, 263 độ trễ, tỉ lệ gói) lên kết nối mạng ảo nốt để giả lập đường truyền theo chuẩn kết nối Zigbee Ví dụ minh họa lợi ích, ứng dụng thực tế hệ thống thử nghiệm UiTiOt: Trong chương trình phát triển thị thơng minh thành phố Hồ Chí Minh, để Ủy ban nhân dân thành phố sở, ban, ngành đánh giá hệ thống, giải pháp thông minh đề xuất, việc đầu tư trang thiết bị thực để đánh giá tính khả thi hệ thống, giải pháp yêu cầu thời gian lâu nguồn kinh phí lớn đặc biệt với hệ thống có số lượng lớn phần cứng, thiết bị Cụ thể với giải pháp phân tích chất lượng khơng khí, thiết bị cảm biến đo đạc số môi trường lắp đặt giao lộ (vòng xoay) Với địa điểm triển khai cần từ 3-5 thiết bị cảm biến Để đánh giá độ tin cậy, tính khả thi hệ thống trước triển khai quy mơ tồn thành phố, ta cần triển khai thí điểm địa bàn rộng lớn quy mơ cấp quận/huyện Khi đó, số lượng thiết bị tăng tỉ lệ thuận với số lượng giao lộ địa bàn Số lượng thiết bị vô lớn kéo theo trở ngại nguồn kinh phí thời gian triển khai thử nghiệm Việc đầu tư kinh phí thời gian để đánh giá tính khả thi giải pháp đối mặt với rủi ro lãng phí giải pháp thất bại Do đó, xây dựng hệ thống thử nghiệm dựa tảng điện toán đám mây theo hướng tiếp cận giả lập thiết bị giao thức mạng cảm biến không dây giải pháp tiềm Hệ thống phục vụ triển khai kịch thử nghiệm với số lượng nốt lớn điều kiện môi trường truyền dẫn với kiến trúc mạng luận lý khác nhằm cung cấp số liệu hữu ích phục vụ thử nghiệm, đánh giá ứng dụng, giải pháp cho mạng cảm biến khơng dây Cụ thể với ví dụ giải pháp phân tích độ nhiễm khơng khí vừa nêu, liệu truyền nhận nốt triển khai thực quy mô nhỏ 2-3 giao lộ ghi nhận Các liệu đưa lên hệ thống thử nghiệm triển khai với số lượng nốt lớn theo mơ hình mạng đề xuất Mỗi máy ảo giả lập thành nốt cảm biến không dây hoạt động theo giao thức mạng tương ứng Các nốt mô lại việc truyền nhận liệu ghi nhận thực thi quy mô lớn Các kết đo đạc hiệu mạng thực thi thử nghiệm quy mô lớn cung cấp số liệu hữu ích phục vụ cơng tác đánh giá độ tin cậy, tính khả thi hệ thống, giải pháp đề xuất 264 KẾT LUẬN Hệ thống WSNs network testbed xây dựng đề tài mơi trường để nghiên cứu đánh giá thử nghiệm giải pháp WSNs ứng dụng WSNs Việt Nam với tiêu chí: i) hỗ trợ đánh giá thử nghiệm nhiều chuẩn giao tiếp WSNs (IEEE WLAN 802.11, IEEE WPAN 802.15.4); ii) hỗ trợ đánh giá thử nghiệm kiến trúc mạng WSNs khác (Mesh/Tree); iii) hỗ trợ đánh giá thử nghiệm kịch ứng dụng WSNs triển khai thực tế sử dụng thiết bị WSNs thực (telosB, raspberry Pi, Adruino Uno R3) lĩnh vực: nông nghiệp thông minh; giám sát mức độ ô nhiễm khơng khí Tp.HCM; iv) hỗ trợ đánh giá thử nghiệm kịch ứng dụng WSNs giả lập, máy ảo cấp phát OpenStack Cloud giả lập thiết bị WSNs thông qua phần mềm giả lập WSNs QOMET, kết nối theo kiến trúc luận lý khác (Tree/Mesh); v) hỗ trợ đánh giá thử nghiệm kịch ứng dụng WSNs hỗn hợp, có yêu cầu số lượng lớn thiết bị WSNs tham gia (tính scalability), triển khai số thiết bị WSNs thực, kết hợp với thiết bị WSNs giả lập; vi) môi trường triển khai để đánh giá thử nghiệm có chi phí hợp lý, thời gian đáp ứng chạy thử nghiệm nhanh chóng cho kết Hệ thống đạt tính rộng mở (scalability), tính sẵn sàng (availability), tính tin cậy (reliability); vii) làm chủ công nghệ thông qua nghiên cứu phát triển giải pháp WSNs/ dựa tảng phần mềm mã nguồn mở Cũng q trình thực đề tài, chúng tơi thực hoàn tất nội dung đăng ký đề tài (11/2017-10/2019) Cụ thể, thực hoàn tất nội dung 1à10 đăng ký thuyết minh đề tài, với trọng tâm việc đề xuất thực kiến trúc WSNs testbed, tích hợp ứng dụng WSNs thời gian thực, phần mềm, cơng cụ, tiện ích, phát triển dịch vụ mạng cần thiết để hỗ trợ triển khai tự động, bán tự 265 động kịch thử nghiệm giả lập Qua kịch thực nghiệm hệ thống WSNs testbed xây dựng để đánh giá hiệu suất Chúng công bố kết đạt đề tài hội nghị quốc tế uy tín, thơng qua 03 báo xuấ kỷ yếu hội nghị ACM SoICT‘2018, IEEE ICCE‘2018, Springer Iniscom‘2018 Đối với sở hữu trí tuệ, chúng tơi đăng ký 01 Bằng độc quyền giải pháp hữu ích (đã có đơn chấp nhận hợp lệ) Đối với đào tạo, tham gia đào tạo hướng dẫn 01 NCS, hướng dẫn thành công 02 Luận Văn Cao Học, nhiều sinh viên Đại học CNTT bảo vệ Luận Văn Tốt Nghiệp thành công năm 2017-2019, với nội dung liên quan đến đề tài 266 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] S D Electronics, "ZigBee Module User Guider," Shenzhen [2] C Adjih, E Baccelli, E Fleury, G Harter, N Mitton, T Noel, R Pissard-Gibollet, F Saint-Marcel, G Schreiner and Vandaele, "FIT IoTLAB: A large scale open experimental IoT testbed," in IEEE 2nd World Forum on Internet of Things (WF-IoT)., 2015 [3] L Sanchez, L Muoz, J A Galache, P Sotres, J R Santana, V Gutierrez, R Ramdhany, A Gluhak, S Krco and E Theodoridis, "SmartSantander: IoT experimentation over a smart city testbed," Computer Networks, vol 61, pp 217-238, 2014 [4] Y Teranishi, Y SAITO, S MURONO and N NISHINAGA, "JOSE: An open testbed for field trials of large-scale IoT services," Journal of the National Institute of Information and Communications Technology, vol 2, p 62, 2015 [5] H Hellbruck, M Pagel, A Koller, D Bimschas, D Pfisterer and S Fischer, "Using and operating wireless sensor network testbeds with WISEBED," in The 10th IFIP Annual Mediterranean Ad Hoc Networking Workshop, 2011 [6] "Senslab," 20 2019 [Online] Available: http://www.senslab.info [7] R Ruskuls, D Lapsa and L Selavo, "EDI WSN TestBed: Multifunctional, 3D Wireless Sensor Network Testbed," in 2015 Advances in Wireless and Optical Communications (RTUWO), 2015 [8] B e a Blywis, "Properties and topology of the DES-Testbed," 2011 [9] E Ertin, A Arora, R Ramnath, V Naik, S Bapat, V Kulathumani, M Sridharan, H Zhang, H Cao and M Nesterenko, "Kansei: a testbed for 267 sensing at scale," in In Proceedings of the 5th international conference on Information processing in sensor networks, 2006 [10] T Miyachi, K.-i Chinen and Y Shinoda, "StarBED and SpringOS: Large-scale general purpose network testbed and supporting software," in Proceedings of the 1st international conference on Performance evaluation methodolgies and tools, 2006 [11] G Werner-Allen, P Swieskowski and M Welsh, "Motelab: A wireless sensor network testbed," in Proceedings of the 4th international symposium on Information processing in sensor networks, 2005 [12] X Ju, H Zhang and D Sakamuri, "NetEye: a user‐centered wireless sensor network testbed for high‐fidelity, robust experimentation," NetEye: a user‐centered wireless sensor network testbed for high‐ fidelity, robust experimentation, vol 25, no 9, pp 1213-1229, 2012 [13] A Hergenroder, J Horneber and J Wilke, "SANDbed: A WSAN testbed for network management and energy monitoring," Hamburg, Germany, Aug, 2009 [14] A Varga and H Rudolf, "An overview of the OMNeT++ simulation environment," in Proceedings of the 1st international conference on Simulation tools and techniques for communications, networks and systems and workshops, 2008 [15] "Scalable network technologies," 2011 [Online] Available: www.qualnet.com [16] A Mäkinen, J Jiménez and R Morabito, "ELIoT: Design of an Emulated IoT Platform," in 2017 IEEE 28th Annual International Symposium on Personal, Indoor, and Mobile Radio Communications (PIMRC), 2017 268 [17] M A To, M Cano and P Biba, "DOCKEMU - A Network Emulation Tool," in 2015 IEEE 29th International Conference on Advanced Information Networking and Applications Workshops, 2015 [18] H Li, H Zhou, H Zhang, B Feng and W Shi, "Emustack: An openstack-based dtn network emulation platform," Mobile Information Systems, vol 2016, 2016 [19] D e a Raychaudhuri, "Overview of the ORBIT radio grid testbed for evaluation of next-generation wireless network protocols," in IEEE Wireless Communications and Networking Conference, 2005 [20] R Beuran, L T Nguyen, K T Latt, J Nakata and Y Shinoda, "Qomet: A versatile wlan emulator," in International Conference on Advanced Information Networking and Applications (AINA'07), 2007 [21] L Rizzo, "Dummynet: a simple approach to the evaluation of network protocols," ACM SIGCOMM Computer Communication Review, vol 27, no 1, pp 31-41, 1997 [22] D B Faria, "Modeling signal attenuation in ieee 802.11 wireless lansvol 1," Computer Science Department, Stanford University, 2005 [23] R Beuran, L T Nguyen, T Miyachi, J Nakata, K.-i Chinen, Y Tan and Y Shinoda, "QOMB: A wireless network emulation testbed," in GLOBECOM 2009-2009 IEEE Global Telecommunications Conference, 2009 [24] G Z Papadopoulos, A Gallais, G Schreiner, E Jou and T Noel, "Thorough IoT testbed characterization: From proof-of-concept to repeatable experimentations," Computer Networks, pp 86-101, 2017 [25] D Sakamuri and Z Hongwei, "Elements of sensornet testbed design," in In Handbook On Sensor Networks, 2010, pp 229-262 269 [26] N Ly-Trong, C Dang-Le-Bao, D Huynh-Van and Q Le-Trung, "UiTiOt v3: A Hybrid Testbed for Evaluation of Large-Scale IoT Networks," in Proceedings of the Ninth International Symposium on Information and Communication Technology, 2018 270