THÔNG TIN TÀI LIỆU
i ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƢỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ THƠNG TIN VÀ TRUYỀN THƠNG Phạm Văn Tốn ỨNG DỤNG MẠNG CẢM BIẾN KHÔNG DÂY TRONG CẢNH BÁO CHÁY CHO NHÀ CAO TẦNG LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC KHOA HỌC MÁY TÍNH Thái Nguyên, tháng 06 năm 2015 Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn download by : skknchat@gmail.com ii LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan toàn nội dung luận văn tự nghiên cứu, đọc, dịch tài liệu, tổng hợp thực Trong luận văn tơi có sử dụng số tài liệu tham khảo nhƣ trình bày phần tài liệu tham khảo Ngƣời viết luận văn Phạm Văn Tốn Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn download by : skknchat@gmail.com iii LỜI CẢM ƠN Đầu tiên em trân thành xin gửi lời cảm ơn đến thầy cô trƣờng Đại học Công nghệ thông tin Truyền thông – Đại học Thái Nguyên, Viện Công nghệ thông tin Việt Nam khắc phục khó khăn giảng dạy để bảo, giúp đỡ truyền đạt cho chúng em kiến thức quý báu suốt trình học Em xin trân trọng gửi lời cảm ơn PGS TS Lê Bá Dũng – Viện Công nghệ thông tin Việt Nam định hƣớng, tận tình hƣớng dẫn, cung cấp tài liệu, bảo cho em thời gian làm luận văn Tôi xin gửi lời cảm ơn tới đồng nghiệp đơn vị cơng tác, gia đình bạn bè ngƣời động viên tạo điều kiện giúp đỡ suốt hai năm học Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn download by : skknchat@gmail.com iv MỤC LỤC CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ MẠNG KHÔNG DÂY 1.1 Giới thiệu chung mạng không dây 1.1.1 Mạng không dây ? 1.1.2 Phân loại 1.1.3 Các mơ hình mạng khơng dây 1.1.4 Các thiết bị mạng không dây: 1.2 Kỹ thuật cảm biến không dây 10 1.2.1 Khái quát NODE cảm biến 10 1.2.2 Phần cứng phần mềm 11 1.2.3 Phân loại cảm biến 13 1.2.4 Môi trƣờng hoạt động sensor node (WNs) 15 1.2.5 Xu hƣớng phát triển Node cảm biến 15 1.3 Ứng dụng mạng cảm biến không dây 16 1.3.1 Các ví dụ ứng dụng dạng WSN (C1WSN) : 16 1.3.2 Các ví dụ ứng dụng dạng WSN (C2WSN) : 18 CHƢƠNG 2: CÁC GIAO THỨC ĐỊNH TUYẾN CHO MẠNG CẢM BIẾN KHÔNG DÂY 22 2.1 Sự phân phối tập hợp liệu 22 2.2 Thiết kế kỹ thuật định tuyến không dây 23 2.2.1 Kích thƣớc mạng đặc tính thay đổi theo thời gian: 23 2.2.2 Tài nguyên hạn chế: 24 2.3 Giao thức điều khiển truy nhập mạng cảm biến khơng dây 24 2.3.1 Mơ hình giao thức cho WSNs 25 2.3.2 Giao thức MAC 26 2.3.3 Các giao thức MAC cho mạng WSNs: 28 2.3.4 Nghiên cứu trƣờng hợp SENSOR-MAC: 29 2.4 Giao thức, giao vận mạng cảm biến không dây 36 Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn download by : skknchat@gmail.com v 2.4.1 Giao thức định tuyến WSNs: 36 CHƢƠNG 3: MƠ HÌNH VÀ GIAO THỨC ĐƢỜNG ĐỊNH TUYẾN ĐÚNG DẦN NGẮN NHẤT 47 3.1 Xây dựng hài toán 47 3.2 Lý thuyết đồ thị 49 3.2.1 Đồ thị 49 3.2.2 Thuật toán Dijkstra 51 3.3 Đề xuất cho thuật toán định tuyến 54 3.3.1 Cluster formehzatin (Định dạng cụm, nút) 55 3.3.2 Nút cụm chủ 58 3.3.3 Truyền liệu sử dụng đƣờng dẫn ngắn 59 Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn download by : skknchat@gmail.com luan.van.thac.si.ung.dung.mang.cam.bien.khong.day.trong.canh.bao.chay.cho.nha.cao.tangluan.van.thac.si.ung.dung.mang.cam.bien.khong.day.trong.canh.bao.chay.cho.nha.cao.tangluan.van.thac.si.ung.dung.mang.cam.bien.khong.day.trong.canh.bao.chay.cho.nha.cao.tangluan.van.thac.si.ung.dung.mang.cam.bien.khong.day.trong.canh.bao.chay.cho.nha.cao.tang vi MỤC LỤC HÌNH ẢNH Hình 1.1 Hình ảnh số vụ cháy lớn Hình 1.2 Phân loại mạng vơ tuyến Hình 1.3 Mơ hình mạng AD-HOC Hình 1.4 Mơ hình mạng INFRASTRUCTURE Hình 1.5 Sự phát triển cơng nghệ chế tạo cảm biến 11 Hình 1.6 Các thành phần cứng mềm node (WNs) 13 Hình 1.7 Ứng dụng WSNs an ninh quốc gia luật pháp 17 Hình 1.8 Ứng dụng cảm biến quân 17 Hình 1.9 Hệ thống cảm biến đƣờng cao tốc 18 Hình 1.10 Thời gian hoạt động pin Bluetooth(BT) ZigBee 19 Hình 1.11 Các ứng dụng điều khiển 20 Hình 1.12 Điều khiển ánh sáng phòng 20 Hình 1.13 Các ứng dụng cơng nghiệp 21 Hình 1.14 Các ứng dụng y khoa 21 Hình 2.1 Các ứng dụng mạng WSN 22 Hình 2.2 Truyền liệu đa chặng 23 Hình 2.3 Mơ hình tham khảo OSI cấu trúc lớp liên kết liệu 26 Hình 2.4 Khung thời gian hoạt động node 31 Hình 2.5 Sự đồng lựa chọn lịch trình node biên 32 Hình 2.6 Đồng máy thu máy phát 33 Hình 2.7 Q trình truyền thơng điệp S-MAC 35 Hình 2.8 Q trình trun thơng Điệp S-MAC 36 Hình 2.9 Flooding gói liệu mạng thơng tin 39 Hình 2.10 Bùng nổ lƣu lƣợng flooding 40 Hình 2.11 Vấn đề chồng lấn flooding 40 Hình 2.12 Hoạt động giao thức SPIN 43 Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN luan.van.thac.si.ung.dung.mang.cam.bien.khong.day.trong.canh.bao.chay.cho.nha.cao.tangluan.van.thac.si.ung.dung.mang.cam.bien.khong.day.trong.canh.bao.chay.cho.nha.cao.tangluan.van.thac.si.ung.dung.mang.cam.bien.khong.day.trong.canh.bao.chay.cho.nha.cao.tangluan.van.thac.si.ung.dung.mang.cam.bien.khong.day.trong.canh.bao.chay.cho.nha.cao.tang http://www.lrc.tnu.edu.vn download by : skknchat@gmail.com luan.van.thac.si.ung.dung.mang.cam.bien.khong.day.trong.canh.bao.chay.cho.nha.cao.tangluan.van.thac.si.ung.dung.mang.cam.bien.khong.day.trong.canh.bao.chay.cho.nha.cao.tangluan.van.thac.si.ung.dung.mang.cam.bien.khong.day.trong.canh.bao.chay.cho.nha.cao.tangluan.van.thac.si.ung.dung.mang.cam.bien.khong.day.trong.canh.bao.chay.cho.nha.cao.tang vii Hình 2.13 Thủ tục bắt tay giao thức SPIN-PP 43 Hình 2.14 Giao thức SPIN-BC 45 Hình 3.1 Mơ hình mạng cảm biến cho nhà cao tâng 47 Hình 3.2 Cây đƣờng ngắn - SPT 48 Hình 3.3 Sơ đồ nút mạng 48 Hình 3.4 Đồ thị 49 Hình 3.5 Đồ thị 50 Hình 3.6 51 Hình 3.7 Sơ đồ SPT u 53 Hình 3.8 Ví dụ giải thuật Dijkstra (1959) 54 Hình 3.9 Ví dụ giải thuật Dijkstra (1959) [4] 54 Hình 3.10 Cụm nút đƣợc hình thành cụm chủ đƣợc lựa chọn 58 Hình 3.11 So sánh Leach Quá trình định tuyến theo đƣờng dẫn ngắn 59 Hình 3.12 Sơ đồ thuật tốn xây dựng đƣờng định tuyến ngắn 60 Hình 3.13 Sơ đồ biểu diễn trình truyên liệu 61 Hình 3.14 Các nút chết 62 Hình 3.15 Gói tin đến BS 63 Hình 3.16 Các cụm chủ đƣợc hình thành 64 Hình 3.17 Các gói tin đến cụm chủ 65 Hình 3.18 Số nút cịn sống 66 Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN luan.van.thac.si.ung.dung.mang.cam.bien.khong.day.trong.canh.bao.chay.cho.nha.cao.tangluan.van.thac.si.ung.dung.mang.cam.bien.khong.day.trong.canh.bao.chay.cho.nha.cao.tangluan.van.thac.si.ung.dung.mang.cam.bien.khong.day.trong.canh.bao.chay.cho.nha.cao.tangluan.van.thac.si.ung.dung.mang.cam.bien.khong.day.trong.canh.bao.chay.cho.nha.cao.tang http://www.lrc.tnu.edu.vn download by : skknchat@gmail.com luan.van.thac.si.ung.dung.mang.cam.bien.khong.day.trong.canh.bao.chay.cho.nha.cao.tangluan.van.thac.si.ung.dung.mang.cam.bien.khong.day.trong.canh.bao.chay.cho.nha.cao.tangluan.van.thac.si.ung.dung.mang.cam.bien.khong.day.trong.canh.bao.chay.cho.nha.cao.tangluan.van.thac.si.ung.dung.mang.cam.bien.khong.day.trong.canh.bao.chay.cho.nha.cao.tang viii DANH MỤC CÁC KÍ HIÊU, CHỮ CÁI VIẾT TẮT Từ viết tắt Nghĩa tiếng Anh Nghĩa tiếng Việt LAN Locanl Area Network Mạng nội WAN Wide Ara Networks Mạng diện rộng WPAN Wireless Personal Area Network Mạng không dây cá nhân WSNs Wireless Sensor Network Mạng cảm biến không dây OS Operating System Hệ điều hành LEACH Low-Energy Adaptive Clustering Hierarchy Cấu trúc phân bậc tƣơng thích, lƣợng thấp MAC Medium access control Điều khiển truy cập môi trƣờng PHY Physic Layer Lớp vật lí SPIN Sensor Protocols for Information via Negotiation Giao thức thông tin cảm biến thông qua thỏa thuận S-MAC Sensor MAC Giao thức MAC cho cảm biến Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN luan.van.thac.si.ung.dung.mang.cam.bien.khong.day.trong.canh.bao.chay.cho.nha.cao.tangluan.van.thac.si.ung.dung.mang.cam.bien.khong.day.trong.canh.bao.chay.cho.nha.cao.tangluan.van.thac.si.ung.dung.mang.cam.bien.khong.day.trong.canh.bao.chay.cho.nha.cao.tangluan.van.thac.si.ung.dung.mang.cam.bien.khong.day.trong.canh.bao.chay.cho.nha.cao.tang http://www.lrc.tnu.edu.vn download by : skknchat@gmail.com luan.van.thac.si.ung.dung.mang.cam.bien.khong.day.trong.canh.bao.chay.cho.nha.cao.tangluan.van.thac.si.ung.dung.mang.cam.bien.khong.day.trong.canh.bao.chay.cho.nha.cao.tangluan.van.thac.si.ung.dung.mang.cam.bien.khong.day.trong.canh.bao.chay.cho.nha.cao.tangluan.van.thac.si.ung.dung.mang.cam.bien.khong.day.trong.canh.bao.chay.cho.nha.cao.tang MỞ ĐẦU MỘT SỐ HÌNH ẢNH VỀ CHÁY NỔ TTTM thành phố Hồ Chí Minh Nhà máy Diana Bắc Ninh (2 triệu USD) TTTM thành phố Hải Dƣơng (500 tỷ) Tiệm bọc yên xe (2 ngƣời chết) Hình 1.1 Hình ảnh số vụ cháy lớn Cháy nổ nguy tiềm ẩn nhiều rủi ro sản xuất sinh hoạt hàng ngày Mặc dù có biện pháp, hệ thống đƣợc xây dựng để phát cảnh báo cháy nổ nhƣng nhiều thảm họa cháy nổ gây hoành hành gây thiệt hại nhiều ngƣời Trong năm gần với phát triển mạnh mẽ công nghệ linh kiện điện tử công nghệ thông tin tạo thay đổi to lớn sống Mô hình mạng cảm biến khơng dây (WSNs – Wirless Sensor Networks) Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN luan.van.thac.si.ung.dung.mang.cam.bien.khong.day.trong.canh.bao.chay.cho.nha.cao.tangluan.van.thac.si.ung.dung.mang.cam.bien.khong.day.trong.canh.bao.chay.cho.nha.cao.tangluan.van.thac.si.ung.dung.mang.cam.bien.khong.day.trong.canh.bao.chay.cho.nha.cao.tangluan.van.thac.si.ung.dung.mang.cam.bien.khong.day.trong.canh.bao.chay.cho.nha.cao.tang http://www.lrc.tnu.edu.vn download by : skknchat@gmail.com luan.van.thac.si.ung.dung.mang.cam.bien.khong.day.trong.canh.bao.chay.cho.nha.cao.tangluan.van.thac.si.ung.dung.mang.cam.bien.khong.day.trong.canh.bao.chay.cho.nha.cao.tangluan.van.thac.si.ung.dung.mang.cam.bien.khong.day.trong.canh.bao.chay.cho.nha.cao.tangluan.van.thac.si.ung.dung.mang.cam.bien.khong.day.trong.canh.bao.chay.cho.nha.cao.tang đời dựa sở ứng dụng thành tựu Cơng nghệ truyền thơng khơng dây[3] Nó đời nhằm thỏa mãn nhiều yêu cầu thực tế đƣợc ứng dụng rộng rãi Các ứng dụng tiềm mạng cảm biến khơng dây nhƣ phán đốn quân sự, bảo vệ an ninh, điều khiển giám sát giao thông, kỹ thuật tự động sản xuất cơng nghiệp, điều khiển quy trình, quản lí kiểm kê, cảm nhận môi trƣờng, giám sát sinh thái, giám sát cơng trình xây dựng, y tế dân dụng,[1],[5]…Tại Việt Nam có ứng dụng mạng cảm biến không dây nhƣ: Hệ thống chiếu sáng, độ ẩm, phòng cháy, hệ thống điều hòa nhiệt độ, … nhìn chung cịn cơng nghệ mẻ Việt Nam Đặc biệt cháy việc trì nguồn điện cho mạng có dây khó khăn, xảy cháy thƣờng xảy điện cục bộ, việc trì hoạt động mạng có dây vấn đề khó khăn Bên cạnh mạng cảm biến khơng dây lại sử dụng PIN có nhiều giao thức định tuyến khác nhau, đặc biệt giao thức định tuyến theo nhóm Với giao thức xảy cháy phá hủy Note khác nhƣng khơng ảnh hƣởng đến q trình truyền liệu mạng Xuất phát từ xu hƣớng trên, với gợi ý PGS TS Lê Bá Dũng chọn đề tài: “Ứng dụng mạng cảm biến không dây cảnh báo cháy cho nhà cao tầng” với mong muốn xây dựng nên hệ thống có khả giám sát liên tục nguy cháy, giúp hạn chế tối đa hậu cháy gây Đối tượng nghiên cứu - Nghiên cứu ứng dụng tảng mạng cảm biến - Công cụ mô để xây dựng mạng cảm biến Phạm vi nghiên cứu - Thu thập tài liệu liên quan, phân tích thông tin liên quan đến đề tài - Nghiên cứu kỹ thuật xây dựng mạng cảm biến không dây - Xây dựng mơ hình mơ chƣơng trình giao thức đƣờng định tuyến dần ngắn Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN luan.van.thac.si.ung.dung.mang.cam.bien.khong.day.trong.canh.bao.chay.cho.nha.cao.tangluan.van.thac.si.ung.dung.mang.cam.bien.khong.day.trong.canh.bao.chay.cho.nha.cao.tangluan.van.thac.si.ung.dung.mang.cam.bien.khong.day.trong.canh.bao.chay.cho.nha.cao.tangluan.van.thac.si.ung.dung.mang.cam.bien.khong.day.trong.canh.bao.chay.cho.nha.cao.tang http://www.lrc.tnu.edu.vn download by : skknchat@gmail.com luan.van.thac.si.ung.dung.mang.cam.bien.khong.day.trong.canh.bao.chay.cho.nha.cao.tangluan.van.thac.si.ung.dung.mang.cam.bien.khong.day.trong.canh.bao.chay.cho.nha.cao.tangluan.van.thac.si.ung.dung.mang.cam.bien.khong.day.trong.canh.bao.chay.cho.nha.cao.tangluan.van.thac.si.ung.dung.mang.cam.bien.khong.day.trong.canh.bao.chay.cho.nha.cao.tang 54 * Giải thuật chọn đƣờng ngắn nhất: S = {1} S = {1, 2} 2 4 Hình 3.8 Ví dụ giải thuật Dijkstra (1959) S = {1, 2,4,3} S = {1, 2,4} 6 5 Hình 3.9 Ví dụ giải thuật Dijkstra (1959) [4] 3.3 Đề xuất cho thuật toán định tuyến Để tăng cƣờng chất lƣợng giao thức định tuyến gom cụm, xem xét số thay đổi giao thức đề cập chƣơng Trên sở phân tích giao thức gom cụm có cần thiết phải phân loại theo: + Phân theo phân hoạch + Phân theo phân cấp luan.van.thac.si.ung.dung.mang.cam.bien.khong.day.trong.canh.bao.chay.cho.nha.cao.tangluan.van.thac.si.ung.dung.mang.cam.bien.khong.day.trong.canh.bao.chay.cho.nha.cao.tangluan.van.thac.si.ung.dung.mang.cam.bien.khong.day.trong.canh.bao.chay.cho.nha.cao.tangluan.van.thac.si.ung.dung.mang.cam.bien.khong.day.trong.canh.bao.chay.cho.nha.cao.tang download by : skknchat@gmail.com luan.van.thac.si.ung.dung.mang.cam.bien.khong.day.trong.canh.bao.chay.cho.nha.cao.tangluan.van.thac.si.ung.dung.mang.cam.bien.khong.day.trong.canh.bao.chay.cho.nha.cao.tangluan.van.thac.si.ung.dung.mang.cam.bien.khong.day.trong.canh.bao.chay.cho.nha.cao.tangluan.van.thac.si.ung.dung.mang.cam.bien.khong.day.trong.canh.bao.chay.cho.nha.cao.tang 55 + Phân theo lý thuyết Graph (đồ thị) + Phân theo mật độ + Phân theo lƣới Mỗi giao thức định tuyến có điểm mạnh điểm yếu định xong thực tế hoạt động mạng cảm biến cần phải xem xét khía cạnh hữu hạn lƣợng mạng cần phải quan tâm đến loạt thông số ví dụ nhƣ MST _ minimum spaning tree approach (tiếp cận giao thức bắc cầu) đƣợc xây dựng sở phân cụm nút chủ Ở lƣợng sử dụng cho truyền thông từ nút chủ tới sink đƣợc giảm sử dụng truyền thông đa chặng nút chủ nút sink qua sử dụng super cluster head nodes Do việc truyền thơng liệu thực theo giai đoạn: Định dạng cụm liệu (nút) Chọn nút chủ (cluster header) Truyền liệu sử dụng đƣờng ngắn (shortest path) 3.3.1 Định dạng cụm nút (Cluster formahzatin) Việc tạo cụm định dạng cụm nút mạng đƣợc thực trƣớc nút chủ đƣợc chọn Quá trình đƣợc thực sở MST _Mininum spanning tree Cây đƣợc kết nối qua đồ thị, tối thiểu tổng khoảng cách nhánh tối thiểu với liên kết đỉnh đồ thị Với thuật toán MST đƣợc sử dụng giai đoạn định dạng đầu phân cụm nhƣ giai đoạn lựa chọn nhóm super q trình đƣợc tiến hành nhƣ sau: - Tất nút mạng vị trí đƣợc xác định khơng gian địa lí - Các nút mạng tĩnh đồng truyền liệu - Các đầu đo cho thu thập liệu nhƣ nhiệt độ, độ ẩm tƣơng đối khác nhau, có tính chất chung tiêu thụ lƣợng, khả lƣu giữ liệu bán kính truyền Việc tính tốn chi phí truyền thơng đƣợc thực theo ETX = Eelec + Eampk.d2 luan.van.thac.si.ung.dung.mang.cam.bien.khong.day.trong.canh.bao.chay.cho.nha.cao.tangluan.van.thac.si.ung.dung.mang.cam.bien.khong.day.trong.canh.bao.chay.cho.nha.cao.tangluan.van.thac.si.ung.dung.mang.cam.bien.khong.day.trong.canh.bao.chay.cho.nha.cao.tangluan.van.thac.si.ung.dung.mang.cam.bien.khong.day.trong.canh.bao.chay.cho.nha.cao.tang download by : skknchat@gmail.com luan.van.thac.si.ung.dung.mang.cam.bien.khong.day.trong.canh.bao.chay.cho.nha.cao.tangluan.van.thac.si.ung.dung.mang.cam.bien.khong.day.trong.canh.bao.chay.cho.nha.cao.tangluan.van.thac.si.ung.dung.mang.cam.bien.khong.day.trong.canh.bao.chay.cho.nha.cao.tangluan.van.thac.si.ung.dung.mang.cam.bien.khong.day.trong.canh.bao.chay.cho.nha.cao.tang 56 Trong đó: ETX lƣợng cần truyền/thu k bít k _ số bít liệu d _ Khoảng cách nút cảm biến Eamp_ số Eelec _ chi phí mạch Ví dụ với thông số sau Eelec = 30 ns/bit Eamp = 100ps/bit/m2 khoảng cách hai nút đƣợc tính tồn theo độ đo metric ( x1 x2 ) ( y1 y2 ) d= x , tọa độ điểm nút Từ trạm gốc kết nối tất nút theo đƣờng dẫn có chi phí nhỏ để truyền liệu Các bƣớc thuật toán MST (Mininn spanning tree) Bƣớc 1: Chọn đỉnh ban đầu S (r) A = Bƣớc 2: Tìm cạnh xem cạnh ngắn từ đỉnh S đến đỉnh khác V\S cộng khoảng cách ngắn đến A đƣờng nhỏ Bƣớc 3: Nếu V\S = khơng cịn đỉnh tht tốn MST hồn thành khơng nhảy Ví dụ: Cho đồ thị 10 b d Bƣớc 1.1 a c S = {a} Trƣớc V\S = {v, c, d, e, f, g} A={} đoạn ngắn {a, b} luan.van.thac.si.ung.dung.mang.cam.bien.khong.day.trong.canh.bao.chay.cho.nha.cao.tangluan.van.thac.si.ung.dung.mang.cam.bien.khong.day.trong.canh.bao.chay.cho.nha.cao.tangluan.van.thac.si.ung.dung.mang.cam.bien.khong.day.trong.canh.bao.chay.cho.nha.cao.tangluan.van.thac.si.ung.dung.mang.cam.bien.khong.day.trong.canh.bao.chay.cho.nha.cao.tang download by : skknchat@gmail.com luan.van.thac.si.ung.dung.mang.cam.bien.khong.day.trong.canh.bao.chay.cho.nha.cao.tangluan.van.thac.si.ung.dung.mang.cam.bien.khong.day.trong.canh.bao.chay.cho.nha.cao.tangluan.van.thac.si.ung.dung.mang.cam.bien.khong.day.trong.canh.bao.chay.cho.nha.cao.tangluan.van.thac.si.ung.dung.mang.cam.bien.khong.day.trong.canh.bao.chay.cho.nha.cao.tang 57 Sau bƣớc 1.1 có: S = {a, b} V\S = {c, d, e, b, g} A = {A, b} đoạn ngắn {b, d}; {a, c} b e a d g c f Trƣớc thực 1.2 S = {a, b} V\S = {c, d, e, f, g} A = {a, b} đoạn ngắn A = {b, d}; {a, c} Sau thực 1.2 S = {a, b, d} V\S = {c, e, f, g} đoạn ngắn A = {d, e} 10 b a d c luan.van.thac.si.ung.dung.mang.cam.bien.khong.day.trong.canh.bao.chay.cho.nha.cao.tangluan.van.thac.si.ung.dung.mang.cam.bien.khong.day.trong.canh.bao.chay.cho.nha.cao.tangluan.van.thac.si.ung.dung.mang.cam.bien.khong.day.trong.canh.bao.chay.cho.nha.cao.tangluan.van.thac.si.ung.dung.mang.cam.bien.khong.day.trong.canh.bao.chay.cho.nha.cao.tang download by : skknchat@gmail.com luan.van.thac.si.ung.dung.mang.cam.bien.khong.day.trong.canh.bao.chay.cho.nha.cao.tangluan.van.thac.si.ung.dung.mang.cam.bien.khong.day.trong.canh.bao.chay.cho.nha.cao.tangluan.van.thac.si.ung.dung.mang.cam.bien.khong.day.trong.canh.bao.chay.cho.nha.cao.tangluan.van.thac.si.ung.dung.mang.cam.bien.khong.day.trong.canh.bao.chay.cho.nha.cao.tang 58 ta có MST b a c d Một cụm đƣợc hình thành theo MST nhƣ 3.3.2 Nút cụm chủ Khi cụm đƣợc hình thành nút có lƣợng cao đƣợc họn làm nút chủ (cluster header) trình chọn nhƣ đƣợc thực cho cụm hình thành Để xác lập tính ổn định cụm nút mạng đƣợc đánh giá.[6] 6 CH CH 4 5 a) Cụm đƣợc hình thành theo lƣợng cịn lại thuật tốn LEACH b) Cụm đƣợc hình thành theo MST Hình 3.10 Cụm nút đƣợc hình thành cụm chủ đƣợc lựa chọn luan.van.thac.si.ung.dung.mang.cam.bien.khong.day.trong.canh.bao.chay.cho.nha.cao.tangluan.van.thac.si.ung.dung.mang.cam.bien.khong.day.trong.canh.bao.chay.cho.nha.cao.tangluan.van.thac.si.ung.dung.mang.cam.bien.khong.day.trong.canh.bao.chay.cho.nha.cao.tangluan.van.thac.si.ung.dung.mang.cam.bien.khong.day.trong.canh.bao.chay.cho.nha.cao.tang download by : skknchat@gmail.com luan.van.thac.si.ung.dung.mang.cam.bien.khong.day.trong.canh.bao.chay.cho.nha.cao.tangluan.van.thac.si.ung.dung.mang.cam.bien.khong.day.trong.canh.bao.chay.cho.nha.cao.tangluan.van.thac.si.ung.dung.mang.cam.bien.khong.day.trong.canh.bao.chay.cho.nha.cao.tangluan.van.thac.si.ung.dung.mang.cam.bien.khong.day.trong.canh.bao.chay.cho.nha.cao.tang 59 Vịng Vịng Tìm Định Tìm Định đƣờng Quá Hình Chọn dạng đƣờng Hình Chọn dạng tối ƣu trình thành cụm kênh tối ƣu thành cụm kênh đến Cảm LEACH cụm chủ truyền đến Sink cụm chủ truyền Sink biến Chu kỳ Chu kỳ gửi gửi nhận nhận liệu liệu Vòng Vịng Q trình định tuyến theo Hình đường thành dẫn cụm ngắn Tìm Tìm đƣờng đƣờng Định tối ƣu Định đến Chọn dạng đến Sink Hình Chọn dạng Sink chủ cụm kênh theo thành cụm kênh theo Cảm MST chủ truyền Dijkstra cụm chủ truyền Dijkstra biến Chu kỳ Chu kỳ gửi gửi nhận nhận liệu liệu Hình 3.11 So sánh Leach Quá trình định tuyến theo đƣờng dẫn ngắn 3.3.3 Truyền liệu sử dụng đường dẫn ngắn Để tiết kiệm lƣợng sử dụng truyền liệu cụm chủ nút Sink trình truyền đa chặng đƣợc thực Dữ liệu từ cụm chủ gần đƣợc truyền trực tiếp đến Sink cụm chủ xa đƣợc truyền đến cụm chủ gần qua chặng, q trình đƣợc thực theo thuật tốn sau: luan.van.thac.si.ung.dung.mang.cam.bien.khong.day.trong.canh.bao.chay.cho.nha.cao.tangluan.van.thac.si.ung.dung.mang.cam.bien.khong.day.trong.canh.bao.chay.cho.nha.cao.tangluan.van.thac.si.ung.dung.mang.cam.bien.khong.day.trong.canh.bao.chay.cho.nha.cao.tangluan.van.thac.si.ung.dung.mang.cam.bien.khong.day.trong.canh.bao.chay.cho.nha.cao.tang download by : skknchat@gmail.com luan.van.thac.si.ung.dung.mang.cam.bien.khong.day.trong.canh.bao.chay.cho.nha.cao.tangluan.van.thac.si.ung.dung.mang.cam.bien.khong.day.trong.canh.bao.chay.cho.nha.cao.tangluan.van.thac.si.ung.dung.mang.cam.bien.khong.day.trong.canh.bao.chay.cho.nha.cao.tangluan.van.thac.si.ung.dung.mang.cam.bien.khong.day.trong.canh.bao.chay.cho.nha.cao.tang 60 Bắt đầu Chuẩn bị giá trị đo khoảng cách cụm chủ nối Sink nút chủ cụm với Xác định MST để tạo cụm chủ Tìm đƣờng dẫn ngắn nút chủ đến Sink Chọn nút bật nút đến đƣợc dẫn Chọn nút nút cụm chủ tính lƣợng liệu Truyền liệu đến nút Sink Cịn nút sống Đ S Kết thúc Hình 3.12 Sơ đồ thuật toán xây dựng đƣờng định tuyến ngắn luan.van.thac.si.ung.dung.mang.cam.bien.khong.day.trong.canh.bao.chay.cho.nha.cao.tangluan.van.thac.si.ung.dung.mang.cam.bien.khong.day.trong.canh.bao.chay.cho.nha.cao.tangluan.van.thac.si.ung.dung.mang.cam.bien.khong.day.trong.canh.bao.chay.cho.nha.cao.tangluan.van.thac.si.ung.dung.mang.cam.bien.khong.day.trong.canh.bao.chay.cho.nha.cao.tang download by : skknchat@gmail.com luan.van.thac.si.ung.dung.mang.cam.bien.khong.day.trong.canh.bao.chay.cho.nha.cao.tangluan.van.thac.si.ung.dung.mang.cam.bien.khong.day.trong.canh.bao.chay.cho.nha.cao.tangluan.van.thac.si.ung.dung.mang.cam.bien.khong.day.trong.canh.bao.chay.cho.nha.cao.tangluan.van.thac.si.ung.dung.mang.cam.bien.khong.day.trong.canh.bao.chay.cho.nha.cao.tang 61 Cụm chủ cao Nút chủ Cụm chủ Hình 3.13 Sơ đồ biểu diễn q trình trun liệu Thuật tốn có lợi ích sau: - Khả mở rộng tốt so với giao thức trƣớc - Loại bỏ đƣợc lỗi qua cụm bút chủ - Sử dụng đƣợc thuật tốn MST - Tích hợp liệu giảm dƣ thừa liệu bất lợi - Cụm đƣợc hình thành từ số số nhƣ giá thành độ dài Nên sử dụng số thơng số khác hình thành cụm tốt - Hiệu mạng thay đổi - Thuật toán dựa mạng tĩnh luan.van.thac.si.ung.dung.mang.cam.bien.khong.day.trong.canh.bao.chay.cho.nha.cao.tangluan.van.thac.si.ung.dung.mang.cam.bien.khong.day.trong.canh.bao.chay.cho.nha.cao.tangluan.van.thac.si.ung.dung.mang.cam.bien.khong.day.trong.canh.bao.chay.cho.nha.cao.tangluan.van.thac.si.ung.dung.mang.cam.bien.khong.day.trong.canh.bao.chay.cho.nha.cao.tang download by : skknchat@gmail.com luan.van.thac.si.ung.dung.mang.cam.bien.khong.day.trong.canh.bao.chay.cho.nha.cao.tangluan.van.thac.si.ung.dung.mang.cam.bien.khong.day.trong.canh.bao.chay.cho.nha.cao.tangluan.van.thac.si.ung.dung.mang.cam.bien.khong.day.trong.canh.bao.chay.cho.nha.cao.tangluan.van.thac.si.ung.dung.mang.cam.bien.khong.day.trong.canh.bao.chay.cho.nha.cao.tang 62 SO LUONG CAC NUT CHET QUA CAC BUOC 100 90 80 CAC NUT CHET 70 60 50 40 30 20 10 0 500 1000 1500 SO BUOC 2000 2500 Hình 3.14 Các nút chết Thời gian sống nút mạng: thời gian mà nút cịn hoạt động thực thao tác mạng việc truyền liệu Trên hình (các nút chết) thơng đến mạng hoạt động đến vịng Cụ thể hình 3.14, vòng thứ 1500 luan.van.thac.si.ung.dung.mang.cam.bien.khong.day.trong.canh.bao.chay.cho.nha.cao.tangluan.van.thac.si.ung.dung.mang.cam.bien.khong.day.trong.canh.bao.chay.cho.nha.cao.tangluan.van.thac.si.ung.dung.mang.cam.bien.khong.day.trong.canh.bao.chay.cho.nha.cao.tangluan.van.thac.si.ung.dung.mang.cam.bien.khong.day.trong.canh.bao.chay.cho.nha.cao.tang download by : skknchat@gmail.com luan.van.thac.si.ung.dung.mang.cam.bien.khong.day.trong.canh.bao.chay.cho.nha.cao.tangluan.van.thac.si.ung.dung.mang.cam.bien.khong.day.trong.canh.bao.chay.cho.nha.cao.tangluan.van.thac.si.ung.dung.mang.cam.bien.khong.day.trong.canh.bao.chay.cho.nha.cao.tangluan.van.thac.si.ung.dung.mang.cam.bien.khong.day.trong.canh.bao.chay.cho.nha.cao.tang 63 SO GOI TIN DEN TRAM GOC QUA CAC BUOC 7000 6000 GOI TIN DEN BS 5000 4000 3000 2000 1000 0 500 1000 1500 SO BUOC 2000 2500 Hình 3.15 Gói tin đến BS Thơng lƣợng: Một đại lƣợng quan trọng khác cẩn phải tính đến trạng thái nút mạng cịn sống thơng lƣợng mạng đƣợc đƣa đến trạm gốc nhƣ Trạm gốc nhận đƣợc nhiều gói tin đƣợc đƣa đến Thông lƣợng lƣợng đại lƣợng đo lƣờng mạng phụ thuộc vào thời gian sống mạng hình 3.15, thơng lƣợng đƣợc mơ qua gói tin đƣợc truyền đến mạng luan.van.thac.si.ung.dung.mang.cam.bien.khong.day.trong.canh.bao.chay.cho.nha.cao.tangluan.van.thac.si.ung.dung.mang.cam.bien.khong.day.trong.canh.bao.chay.cho.nha.cao.tangluan.van.thac.si.ung.dung.mang.cam.bien.khong.day.trong.canh.bao.chay.cho.nha.cao.tangluan.van.thac.si.ung.dung.mang.cam.bien.khong.day.trong.canh.bao.chay.cho.nha.cao.tang download by : skknchat@gmail.com luan.van.thac.si.ung.dung.mang.cam.bien.khong.day.trong.canh.bao.chay.cho.nha.cao.tangluan.van.thac.si.ung.dung.mang.cam.bien.khong.day.trong.canh.bao.chay.cho.nha.cao.tangluan.van.thac.si.ung.dung.mang.cam.bien.khong.day.trong.canh.bao.chay.cho.nha.cao.tangluan.van.thac.si.ung.dung.mang.cam.bien.khong.day.trong.canh.bao.chay.cho.nha.cao.tang 64 CAC NUT CHU DUOC HINH THANH QUA CAC BUOC 18 16 SO CAC CUM CHU 14 12 10 0 500 1000 1500 SO BUOC 2000 2500 Hình 3.16 Các cụm chủ đƣợc hình thành Cụm chủ đƣợc lựa chọn: Cho thơng số cụm chủ đƣợc hình thành qua mơ Nói chung số cụm chủ đƣợc hình thành phụ thuộc vào số nút mạng cịn sống nhiều thay đổi có phần hình 3.16 cho thấy số cụm chủ đƣợc hình thành 500 vịng chủ yếu từ – 12 500 vịng từ – luan.van.thac.si.ung.dung.mang.cam.bien.khong.day.trong.canh.bao.chay.cho.nha.cao.tangluan.van.thac.si.ung.dung.mang.cam.bien.khong.day.trong.canh.bao.chay.cho.nha.cao.tangluan.van.thac.si.ung.dung.mang.cam.bien.khong.day.trong.canh.bao.chay.cho.nha.cao.tangluan.van.thac.si.ung.dung.mang.cam.bien.khong.day.trong.canh.bao.chay.cho.nha.cao.tang download by : skknchat@gmail.com luan.van.thac.si.ung.dung.mang.cam.bien.khong.day.trong.canh.bao.chay.cho.nha.cao.tangluan.van.thac.si.ung.dung.mang.cam.bien.khong.day.trong.canh.bao.chay.cho.nha.cao.tangluan.van.thac.si.ung.dung.mang.cam.bien.khong.day.trong.canh.bao.chay.cho.nha.cao.tangluan.van.thac.si.ung.dung.mang.cam.bien.khong.day.trong.canh.bao.chay.cho.nha.cao.tang 65 SO GOI TIN DEN CUM SUPPER x 10 GOI TIN DEN CUM CHU 0 500 1000 1500 SO BUOC 2000 2500 Hình 3.17 Các gói tin đến cụm chủ Trên hình 3.17 biểu diễn gói tin đến cụm chủ theo số bƣớc, gói tin tăng 1000 bƣớc đầ sau ổn định luan.van.thac.si.ung.dung.mang.cam.bien.khong.day.trong.canh.bao.chay.cho.nha.cao.tangluan.van.thac.si.ung.dung.mang.cam.bien.khong.day.trong.canh.bao.chay.cho.nha.cao.tangluan.van.thac.si.ung.dung.mang.cam.bien.khong.day.trong.canh.bao.chay.cho.nha.cao.tangluan.van.thac.si.ung.dung.mang.cam.bien.khong.day.trong.canh.bao.chay.cho.nha.cao.tang download by : skknchat@gmail.com luan.van.thac.si.ung.dung.mang.cam.bien.khong.day.trong.canh.bao.chay.cho.nha.cao.tangluan.van.thac.si.ung.dung.mang.cam.bien.khong.day.trong.canh.bao.chay.cho.nha.cao.tangluan.van.thac.si.ung.dung.mang.cam.bien.khong.day.trong.canh.bao.chay.cho.nha.cao.tangluan.van.thac.si.ung.dung.mang.cam.bien.khong.day.trong.canh.bao.chay.cho.nha.cao.tang 66 SO NUT MANG CON SONG 100 90 80 SO NUT CON SONG 70 60 50 40 30 20 10 0 500 1000 1500 SO BUOC 2000 2500 Hình 3.18 Số nút cịn sống Trên hình 3.18 biểu diễn số nút mạng sống, lƣợng nút giảm dần bƣớc 1000 (số nút sống hoat động đến bƣớc 1000) luan.van.thac.si.ung.dung.mang.cam.bien.khong.day.trong.canh.bao.chay.cho.nha.cao.tangluan.van.thac.si.ung.dung.mang.cam.bien.khong.day.trong.canh.bao.chay.cho.nha.cao.tangluan.van.thac.si.ung.dung.mang.cam.bien.khong.day.trong.canh.bao.chay.cho.nha.cao.tangluan.van.thac.si.ung.dung.mang.cam.bien.khong.day.trong.canh.bao.chay.cho.nha.cao.tang download by : skknchat@gmail.com luan.van.thac.si.ung.dung.mang.cam.bien.khong.day.trong.canh.bao.chay.cho.nha.cao.tangluan.van.thac.si.ung.dung.mang.cam.bien.khong.day.trong.canh.bao.chay.cho.nha.cao.tangluan.van.thac.si.ung.dung.mang.cam.bien.khong.day.trong.canh.bao.chay.cho.nha.cao.tangluan.van.thac.si.ung.dung.mang.cam.bien.khong.day.trong.canh.bao.chay.cho.nha.cao.tang 67 KẾT LUẬN VÀ HƢỚNG PHÁT TRIỂN Mạng cảm biến không dây đƣợc nghiên cứu ứng dụng vào nhiều lĩnh vực thời gian gần nhƣ: quân sự, an ninh, thiên nhiên, giám sát xe cộ đặc biệt gần gũi điều khiển thiết bị nhà, công nghiệp, y học … Trong luận văn này, mạng cảm biến không dây đƣợc ứng dụng lĩnh vực nhỏ cảnh báo cháy cho nhà cao tầng Luận văn thực đƣợc số kết sau: - Luận văn nghiên cứu mạng cảm biến không dây - Nghiên cứu giao thức hoạt động mang cảm biến không dây - Đặc biệt nghiên cứu đƣờng ngắn gói tin mạng theo lý thuyết đồ thị sử dụng tht tốn bắc cầu tối thiểu thuật tốn tìm đƣờng ngắn dijkstra - Hoạt động mạng đƣợc mô matlab, kết mô đánh giá đƣợc số nút mạng chết, số nút mạng cịn sống, q trình hình thành cụm chủ nhƣ số gói tin đến trạm gốc Những hạn chế luận văn: Do thời gian có hạn việc thử nghiệm thực tế chƣa tiến hành đƣợc, luận văn cần phải phát triển theo hƣớng ứng dụng thử nghiệm với nút mạng cụ thể luan.van.thac.si.ung.dung.mang.cam.bien.khong.day.trong.canh.bao.chay.cho.nha.cao.tangluan.van.thac.si.ung.dung.mang.cam.bien.khong.day.trong.canh.bao.chay.cho.nha.cao.tangluan.van.thac.si.ung.dung.mang.cam.bien.khong.day.trong.canh.bao.chay.cho.nha.cao.tangluan.van.thac.si.ung.dung.mang.cam.bien.khong.day.trong.canh.bao.chay.cho.nha.cao.tang download by : skknchat@gmail.com luan.van.thac.si.ung.dung.mang.cam.bien.khong.day.trong.canh.bao.chay.cho.nha.cao.tangluan.van.thac.si.ung.dung.mang.cam.bien.khong.day.trong.canh.bao.chay.cho.nha.cao.tangluan.van.thac.si.ung.dung.mang.cam.bien.khong.day.trong.canh.bao.chay.cho.nha.cao.tangluan.van.thac.si.ung.dung.mang.cam.bien.khong.day.trong.canh.bao.chay.cho.nha.cao.tang luan.van.thac.si.ung.dung.mang.cam.bien.khong.day.trong.canh.bao.chay.cho.nha.cao.tangluan.van.thac.si.ung.dung.mang.cam.bien.khong.day.trong.canh.bao.chay.cho.nha.cao.tangluan.van.thac.si.ung.dung.mang.cam.bien.khong.day.trong.canh.bao.chay.cho.nha.cao.tangluan.van.thac.si.ung.dung.mang.cam.bien.khong.day.trong.canh.bao.chay.cho.nha.cao.tang
Ngày đăng: 09/01/2024, 01:28
Xem thêm: