Tìm hiểu các giao thức định tuyến sleach, rleach và leach c trên mạng wsn

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC HUẾ TRUONG DAI HOC KHOA HOC HUE PHAN TRONG TAN TIM HIEU CAC GIAO THUC DINH TUYEN SLEACH, RLEACH VA LEACH-C TREN MANG WSN CHUYEN NGANH: KHOA HOC MAY TINH MA SO: 60.48.01.01 LUAN VAN THAC SI KHOA HOC DINH HUONG NGHIEN CUU NGƯỜI HƯỚNG DÂN KHOA HỌC PGS.TS VÕ THANH TÚ Thừa Thiên Huế, 2018 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan số liệu kết nghiên cứu Luận văn trung thực không trùng lặp với để tài khác Tôi xin cam đoan giúp đỡ cho việc thực luận văn cảm ơn thông tin trích dẫn luận văn rõ nguồn gốc Tác giả luận văn Phan Trọng Tấn Trong mạng đa liên kết di động khác, việc tiêu thụ lượng vấn để quan trọng thiết kế song khơng phải vấn để nguồn lượng người sử dụng thay Điều quan trọng vấn để cung cấp chất lượng dịch vụ (QoS) Tuy nhiên, mạng WSN, hiệu lượng vấn để vô quan trọng ảnh hưởng trực tiếp tới tuổi thọ mạng Các giao thức riêng cho ứng dụng thiết kế để có cân thích hợp vấn đề độ trễ thơng lượng với hiệu lượng Nhiệm vụ nút cảm biến trường cảm biến theo dõi kiện, xử lý nhanh số liệu cục truyền thông số liệu Công suất tiêu thụ ba thành phần chính: Cảm biến, truyền thơng xử lý số liệu [2][14] 1.3.2 Năng lượng cho nhiệm vụ cảm biến Năng lượng tiêu thụ cảm biến thành phần thay đổi tuỳ theo ung dụng cụ thể Việc cảm biến rời rạc tiêu thụ công suất nhỏ so với việc theo dõi tượng cách liên tục Độ phức tạp nhiêm vụ quan sát tượng đóng vai trị định việc xác định mức lượng tiêu hao Các mức tạp âm biên độ cao nguyên nhân làm tăng độ phức tạp việc quan sát tượng nút cảm biến Do đó, làm tăng cơng suất tiêu thụ cho nhiệm vụ cảm biến 1.3.3 Năng lượng cho truyền thông Trong ba thành phần nêu nút cảm biến, phần truyền thông số liệu tiêu thụ lượng nhiều nhất, bao gồm phát thu số liệu Đặc điểm truyền thông mạng WSN phạm vi ngắn công suất xạ thấp (~ dbm), chi phí lượng cho việc phát thu gần Trong mạch thu phát, trộn, tổng hợp tần số, dao động điều khiển điện áp, vịng khố pha (PLL) khuếch đại công suất tiêu thụ cơng suất đáng kể Điều quan trọng tính tốn khơng quan tâm đến cơng suất tích cực mà cịn xem xét đến tiêu thụ cơng suất khởi phát mach thu phát Thời gian khởi phát lên tới hàng trăm micro giây làm công suất khởi phát trở lên đáng kể Giá trị cao thời 13 MỤC LỤC 9I180)0099 10079 cm i 9028)00919 e0.) ii 66 100015 Chuong TONG QUAN VE MẠNG CẢM BIẾN KHÔNG DÂY 1.1 Mơ hình mạng cảm biến khơng dây - W§N .-2- 2222222222222 xe 1.1.1 Cấu trúc mạng cảm biến không dây 222222 2222221222122122122 e6 1.1.2 Cấu trúc nút (node) mạng W8N -222 221 222122212222222 xe 1.1.3 Cầu trúc giao thức mạng cảm biến - WSN 1:2 Nguyén.ly hoạt động WSNN sieeeieeiinieniriniinonikiiiiegiE1L001205110010051304 0000 1.2.1 Phân loại giao thức định tuyến 22-222 222221121112111211221 xe 10 1.3 Năng lượng tiêu thụ giao thức định tuyén mang WSN 12 1.3.1 Sự tiêu thụ lượng c1 nhà Hành Hee 1.3.2 Năng lượng cho nhiệm vụ cảm 12 eocececcececcecsseecesestesestesestesestssesteseeteees 13 1.3.3 Năng lượng cho truyền thông 222 22 22222222111211121112121211 22 xe 13 1.3.4 Năng lượng cho Xử Ìý cc tt nhà Hà HH Ha Ha HH Ha He 14 1.3.5 Các giải pháp tiết kiệm lượng -222 22222222252225121222122222-e 15 1.4 Kết luận chương 2-22222222211221211211221122112212222122 re 16 Chuong HOAT DONG CUA MOT SO GIAO THUC DINH TUYEN CAI TIEN CUA LEACH Access 17 2.1 Đặc trưng chung giao thức định tuyến phân cấp 17 2.2 Giới thiệu giao thức định tuyến phân cấp theo cụm thích nghi lượng thấp (LEACH) 52-222 222221122112211211111211121111122122222221122 re 18 2:21, Hoatedongscta LEACH 2.2.2 Giai đoạn thiết lập cece :conccsorenmersesrnnmerrenmuncennm meters 20 2-52 22 221222122112212211222221222 re 21 2.2.3 Giai đoạn ổn định 22 neo 24 2.2.4 Ưu điểm nhược điểm 1S 11151111111111111121111 211 E1Exee 26 2.3: Hoat đồng của: SLEAC HiiisezerseroissntiritidotitiGGREERGHSVESRHD(ASBntythtosznoĐi 28 2.3.1 Giai đoạn thiết lập 52-222 2222212211221122122112122222 re 29 DANH MỤC CÁC BẢNG Bang 1.1 Mã giả q trình phân nhóm dựa mutthop - ¿5-5552 Bang 2.1 Thuật tốn mơ tả hoạt động giao thức SLEACH 28 DANH MUC CAC CHU VIET TAT Chữ viết tắt ADV Chữ đủ Nghĩa tiếng Việt Advertise Bản tin quảng bá Base Station (Sink) Trạm gốc, nút gốc Code division multiple acces Đa truy cập phân chia theo mã CH Cluster Head Cluster Head CN Cluster Node Nút cụm ID Identification Mã nhận dạng BS CDMA LEACH Low-ener, ; ey adaptive P Low-Energy Adaptive hierarchy LEACH-C SPIN WSN RLEACH SLEACH WS lusterin Clustering Hierarchy-Centralized cụm thích Giao thức định tuyến phân cấp theo cụm thích nghi lượng thấp - Sensor Protocols for Information Giao thức thông tin cảm biến thông via Negotiation qua đàm phán UDP Wireless Sensor Network Mạng cảm biến không dây Rectangular Low-energy adaptive lustering hierarchy Secure Low-ener; ; ; lustering hierarchy ey adaptive Pp cấp theo cụm thích nghi lượng phân cấp theo cụm thích nghỉ Cảm biến khơng dây MAC Media Access Control Modular An toàn giao thức định tuyến lượng thấp Time Division Multiple Access Objective An toàn Giao thức định tuyến phân thấp - tập trung theo hình chữ nhật Wireless Sensor ++ Giao thức định tuyến phân cấp theo tập trung TDMA OMNeT ` Đa truy nhập phân chia theo thời gian Địa MAC Network Testbed in C++ Mô tin 1H hoạt động mạng thông MỞ ĐẦU Trong năm gần đây, công nghệ mạng truyền thông đạt bước phát triển ấn tượng đóng vai trị thiết yếu sống người Chính phát triển nhanh chóng cơng nghệ mạng làm cho hoạt động trao đổi thông tin trở thành đặc trưng xã hội đại Tuy nhiên, xã hội tiến nhu cầu người ngày phong phú khắt khe Để đáp ứng tốt u cầu đó, địi hỏi người lĩnh vực nghiên cứu khoa học phải không ngừng sáng tạo đề tìm giải pháp cơng nghệ mới, khơng đáp ứng tốt nhu cầu xã hội, mà định hướng cho ứng dụng tương lai Sự đời mạng cảm biến không dây WSN đánh giá ví dụ điển hình giải pháp cơng nghệ Mạng WSN có ưu vượt trội khả ứng đụng phong phú, phí triển khai thấp nút mạng có giá thành rẻ, tiêu thụ lượng đảm bảo khả cảm biến truyền thông tốt Tuy nhiên, hệ thống có tính linh hoạt ứng dụng rộng rãi phải đối mặt với nhiều thách thức, WSN ngoại lệ Một thách thức lớn mạng cảm biến nguồn lượng nút cảm biến bị giới han, thời gian sống ngắn lượng liệu chuyển qua nút thấp Đề giải vấn dé này, nay, nhiều hướng nghiên cứu tập trung vào việc tìm giải pháp để cải thiện khả sử dụng hiệu nguồn lượng, cải thiện thời gian sống nâng cao lượng liệu chuyển qua nút mạng cảm biến, giải pháp tiết kiệm lượng lớp vật lý, tiết kiệm lượng MAC, tiết kiệm lượng giao thức định tuyến Trong đó, giải pháp tiết kiệm lượng giao thức định tuyến xem ưu tiết kiệm duoc chi phí, nhanh chóng, hiệu giảm đáng kề lượng tiêu thụ tăng thời gian sông nút mạng Xuất phát từ điều thực tế đó, nên Em chọn để tài “Tìm hiểu giao thức định tuyến SLEACH, RLEACH LEACH-C mạng WSN” đồng thời để tìm hiểu thời gian sống nút, lượng liệu chuyển qua nút lượng sử dụng nút Luân văn gồm có chương: Chương 1: Tổng quan mạng cảm biến không dây (WSN): Chương nêu lên cấu trúc mạng WSN, nguyên lý hoạt động mạng cảm biến, phân loại giao thức định tuyến lượng tiêu thụ giao thức định tuyến mạng WSN Chương 2: Đánh giá hiệu giao thức SLEACH, RLEACH LEACH-C: Trong chương nêu lên đặc trưng chung giao thức định tuyến cấp, nguyên phân RLEACH LEACH-C lý hoạt động giao thức định tuyến SLEACH, Ưu điểm nhược điểm giao thức định tuyến SLEACH, RLEACH va LEACH-C Chương 3: Mô đánh giá: Đánh giá hoạt động LEACH RLEACH phần mềm OMNET¬+ 1.1.2 Cấu trúc nút (node) mạng WSN Đề xây dựng mạng cảm biến trước hết phải chế tạo phát triển nút cấu thành mạng nút cảm biến Các nút phải thỏa mãn số yêu cầu định tùy theo ứng dụng: Chúng phải có kích thước nhỏ, giá thành rẻ, hoạt động hiệu lượng, có thiết bị cảm biến xác cảm nhận, thu thập thơng số mơi trường, có khả tính tốn có nhớ đủ để lưu trữ, phải có khả thu phát sóng để truyền thông với nút lân cận Mỗi nút cảm biến cấu thành thành phần bản, hình 1.2, gồm: Bộ cảm nhận (sensing unit), xử lý (a processing unit), thu phát (a transceiver unit) nguồn (a power unit) Ngoai co thể có thêm thành phần khác tùy thuộc vào ứng dụng hệ thống định vị (location finding system), phát nguồn (power generaftor) phận di động (mobilizer) [ 13] [Ƒ xxx x TT TT” TT TT Hệ thống định vị I OO Cảm am biến| DIN L, ADCla TC I L CC i | g1 CC Bộ phận di động CC TC - | | Xử Lưu trữ +— >| hạthu phát ond Bộ nguồn i | Bo phat nguồn | Hình 1.2 Các thành phần nút cảm biến Các phận cảm ứng (sensing units) bao gồm cảm biến chuyển đổi tương tự-số (ADC — Analog to Digital Converter) Dựa tượng quan sát được, tín hiệu tương tự tạo cảm biến (sensor) chuyển sang tín hiệu số ADC, sau đưa vào xử lý truyén Lep Lep tai mang lién két wat tụ Lep Lep dung sd liéu = =.— = = => fa wailvi tIÁ¡ lenb we a tng ñuủn Sgn A] uenb Lep ly Hình 1.3 Mơ hình giao thức mạng WSN Mơ hình giao thức WSN phân chia theo hướng Hướng thứ theo lớp chức hướng lại phân chia theo thành phần quản lý Theo lớp chức năng, mô hình giao thức mạng WSN chia làm lớp: Lớp vật lý, lớp liên kết số liệu, lớp mạng, lớp truyên tải lớp ứng dụng Trong lớp đảm nhiệm chức cụ thé: > Lớp vật lý: Thực chức cảm biến, cung cấp kênh truyền thông, kỹ thuật điều chế, truyền, phát xử lý tín hiệu > Lớp liên kết số liệu: Đảm bảo khả truy cập chia sẻ kênh truyền cho nút cảm biến, giảm thiểu đụng độ liệu kiểm soát lỗi > Lop mạng: Thực kết nối mạng, quản lý tương thích định tuyến với tơpơ mạng > Lớp truyền tải: Thực giao tiếp WSN cần kết nối với mạng khác Internet, đảm bảo độ tin cậy điều khiến tắc nghẽn trình truyền thông nội WSN > Lớp ứng dụng: Cung cấp ứng dụng mạng, bao gồm xử lý ứng dụng, tập hợp liệu, xử lý truy vấn với sở liệu bên > Theo thành phần quản lý, mơ hình giao thức WSN chia làm phần: Phần quản lý lượng, phần quản lý di chuyển phần quản lý nhiệm vụ Các thành phần kết hợp với nhằm đâm bảo cho nút cảm biến có Các mã giải q trình phân nhóm dựa mutilhop sau: Procedure cluster formation Input selected cluster head id Output node Information belonging to cluster If received ADV from cluster head Then [Begin If (Node.My_CHid != null ) insert into Node_Info_values(CHid, Hopcnt++) reply REP to sender send ADV message to neighbor nodes return true Else return false End Bảng 1.1 Mã giải q trình phân nhóm dựa mutihop Trong định tuyến mutilhop mạng cảm biến khơng dây, nút trung gian đóng vai trị chuyển tiếp liệu nguồn đích Việc xác định xem tập hợp nút tạo thành đường dẫn chuyển tiếp liệu nguồn đích nhiệm vụ quan trọng thuật toán định tuyến Nói chung việc định tuyến mạng kích thước lớn vốn vấn để khó khăn, thuật toán phải nhằm vào nhiều yêu cầu, thách thức thiết kế xác, ổn định, tối ưu hóa ý đến thay đổi thông sé Với đặc tính bên mạng cảm biến bao gồm ràng buộc dải thông lượng tạo thêm thách thức cho giao thức định tuyến phải nhằm vào việc thỏa mãn yêu cầu lưu lượng mở rộng thời gian sông mạng gian khởi phát cho thời gian khố vịng khố pha (PLL) Khi kích cỡ gói tin truyền giảm nhỏ cơng suất khởi phát chiếm ưu so với công suất tích cực Kết việc chuyền trạng thái (thu, phat) gitta ON va OFF khơng hiệu tiêu thụ khối lượng điện lớn lần chuyền trạng thái ON Công suất vô tuyến tiêu thụ tính sau: P, =Nr [ Pr ( Ton + Ts ) + Pout ( Ton )| +Na [ Pr (Ron + Re ) ] qd) Trong đó, Pr cơng suất tiêu thụ phát/bộ thu; Pạw công suất đầu phat; T/R,, la khoang thoi gian phát/thu trạng thái ON: T/R khoảng thời gian khởi phát mạch phát/thu; N+„ số lần mạch phát/thu chuyển mạch sang ON đơn vị thời gian, phụ thuộc vào nhiệm vụ phương thức điều khiển truy nhập môi trường Tọn viết lại L/R., đó, L kích thước gói, R tốc độ số liệu Với tiễn kỹ thuật nay, thu phát vơ tuyến thường có Pr Pg khoảng 20 dbm Pạw gần dbm Giá trị mục tiêu P, khoảng -20 dbm 1.3.4 Năng lượng cho xử lý Năng lượng tiêu thụ cho xử lý số liệu nhỏ nhiều so với lượng dành cho truyền thông số liệu Do ảnh hưởng fading suy giảm đường truyền theo luỹ thừa bậc bốn nên công suất tiêu thụ thu phát lớn khoảng cách truyền thơng tăng Trong đó, xử lý thường không phức tạp tốc độ không cao nên tiêu thụ công suất nhỏ Một nút cảm biến phải có khả tính tốn tương tác với mơi trường xung quanh Giới hạn chi phí kích thước dẫn đến lựa chọn cơng nghệ bán dẫn oxit kim loại (CMOS) cho b6 vi xu ly Tuy nhiên, công nghệ lại bị hạn chế hiệu lượng Ngoài ra, nút cảm biến cịn có mạch mã hố giải mã, mạch tích hợp ứng dụng đặc biệt Khi thiết kế giao thức thuật toán cho mạng, phải tính tốn ảnh hưởng đến cơng suất tiêu thụ thành phần 14 1.3.5 Các giải pháp tiết kiệm lượng > Tiết kiệm lượng lớp vật lý: Sử dụng kỹ thuật điều chế tín hiệu số: O-QPSK, FSK (requency shift keying) cải thiện hiệu suất khuếch đại công suất Các kỹ thuật mã hóa sửa sai phức tạp Turbo Code, LDPC khơng sử dụng, kỹ thuật trải phô sử dụng để cải thiện thiết bị thu giảm tác động kênh truyền > Tiết kiệm lượng lớp MAC: CSMA-CA Sử dụng kỹ thuật đa truy cap TDMA hiệu chỉnh với mục đích giảm lượng tiêu thụ > Tiết kiệm lượng giao thức định tuyến: Trong mạng adhoec nói chung, WSN nói riêng, đường nút mạng thay đổi theo thời gian (do nút di chuyển, chất lượng kênh truyền thay đổi theo thời tiết, nút hết lượng) Tiết kiệm lượng vấn để phức tạp Một số toán đặt như: làm đề xây dựng thuật tốn định tuyến nhanh chóng mà khơng cần phải gửi tới tất nút mạng Cần thuật tốn tìm đường cho tổng lượng tiêu tốn thấp tỉ lệ lượng liệu truyền lượng tiêu thụ cao > Tiết kiệm lượng quản lý bảo mật: Sử dụng chế phân bố, cung cấp quản lý khóa bảo mật nút từ bỏ khỏi mạng WSN, nhóm nút mạng bắt đầu trao đổi với cho số lượng tin trao đổi nút thấp nhất, qua tiết kiệm lượng tiêu thụ Ngồi thơng tin cịn có thê xử lý trước gửi để giảm lượng tiêu thụ chung Trong giao thức định tuyến phân cấp nút tổ chức thành cụm, nút cụm truyền liên lạc với trạm sở địa phương trạm sở địa phương liệu đến trạm sở toàn cục, nơi truy cập người dùng cuối Điều làm giảm đáng kể khoảng cách nút cần phải truyền liệu thường trạm sở địa phương gần với tất nút cụm 15 Vì vậy, phân cấp xem giao thức truyền thông tiết kiệm hiệu lượng Tuy nhiên, trạm sở địa phương giả định nút lượng cao hạn chế lượng chết nhanh chóng sử dụng nhiều so với nút khác Vì vậy, phân cấp thường thực khơng tốt cho mơ hình mạng cảm biến siêu nhỏ [1][9][12] 1.4 KÉT LUẬN CHƯƠNG Chương mô tả hoạt động mơ hình mạng thơng qua hoạt động nhóm giao thức định tuyến nhằm tối ưu lượng tiêu thụ nút cảm biến Giao thức định tuyến giải pháp sử dụng hiệu lượng cho mạng cảm biến không dây, phân chia thành ba loại chính: giao thức định tuyến trung tâm liệu, giao thức định tuyến phân cấp giao thức định tuyến vào vị trí Khi đó, xét yếu tố lượng vấn đề định tuyến Thì giao thức phân cấp xem xét giao thức góp phần sử dụng hiệu lượng mạng WSN Chúng tơi trình bày rõ giải pháp sử dụng hiệu lượng mạng cảm biến không dây dựa giao thức định tuyến phân cấp chương 16 lập để giảm thiểu phí giao thức Hình 2.5 minh họa hai giai đoạn hoạt động LEACH Khởi động mạng Chọn nút cụm chủ Chia mạng thành cụm Vv Tính tốn lượng tiêu thụ nút Mạng hết thời gian sống Hình 2.4 Hoạt động Khơng giao thức LEACH 4—Biai đoạn thiết lập~g@———————————— Giai đoạn ôn jh — g ooo Thời gian Vịng +—— Khong — Hình 2.5 Hai giai đoạn hoạt động LEACH 2.2.2 Giai đoạn thiết lập Mỗi vòng hoạt động LEACH bắt đầu giai đoạn thiết lập, giai đoạn thiết lập, bước xác định nút chủ cụm 21 Nút chủ thiết lập tin định thời TDMA (time division multiple access- thời gian phân chia truy cập) truyền tới nút cụm Cơ chế đảm bảo khơng có xung đột xảy cho phép nút nút chủ hoạt động liên tục, mà hoạt động đến khe thời gian phân bổ, lại, nút chuyển sang trạng thái nghỉ (Sleep State) Như vậy, sử dụng TDMA tiết kiệm lượng cho nút cảm biến [5] Khi ban tin TDMA duoc truyén đến tất nút cụm, giai đoạn thiết lập hoàn thành bắt đầu giai đoạn én dinh (steady state phase) 2.2.3 Giai đoạn ôn định Hoạt động giai đoạn ổn định chia thành khung (Frame) Mỗi nút chuyển sang trạng thái hoạt động để gửi liệu tới nút chủ lần khung khe thời gian mà phân bổ Khe thời gian nút cố định vòng, đến khe thời gian nút tiến hành cảm biến truyền liệu tới nút chủ Số khe thời gian khung liệu phụ thuộc vào số lượng nút cụm Tức có nút cụm (trừ nút chủ) có nhiêu khe thời gian Trong giao thức định tuyến LEACH, số cụm mong muốn vòng (K) xác định P nhân với tổng số nút mạng, LEACH lại khơng có chế đảm bảo có xác K cụm hình thành vịng Thêm vào đó, pha thiết lập, đo khơng đưa tham số vị trí vào q trình lựa chọn nút chủ, nên không đảm bảo số lượng nút cụm, đó, số nút cụm khác liệu mà nút gửi đến nút chủ phụ thuộc vào số nút cụm Để giảm tiêu thụ lượng, nút nút chủ điều khiển công suất phát dựa cường độ tin quảng bá nhận từ nút chủ Kênh phát sóng nút trạng thái nghỉ khe thời gian Nút chủ lưu trữ liệu mà nút cụm gửi đến Khi nhận hết liệu từ tất nút thành viên, nút chủ tiến hành xử lý đữ liệu cục bộ, mức độ xử lý liệu khác nhau, nén, tính tốn, tổng hợp liệu phụ thuộc vào yêu cầu ứng dụng Dữ liệu tổng hợp, sau gửi tới sink Khoảng cách từ nút chủ 24 nhất, tất nút cụm truyền liệu tới nút chủ phải dùng mã trải phổ nút chủ lọc đữ liệu gửi từ nút có mã trải phơ với Nút chủ gửi liệu tới sink sử dụng mã trải phổ cố định, va ding chế CSMA để tránh xảy xung đột với nút chủ khác Tuy kênh truyền vô tuyến, nút chủ có liệu để gửi tới trạm gốc (sink), phải lắng nghe xem có nút chủ phát đữ liệu khơng Nếu khơng có nút phát tiến hành truyền liệu tới sink, có nút phát liệu nút phải đợi Z Klà biến đếm N làbiếncluster / ⁄ £ ⁄ Đặt J = sô cluster - k Ye S No BS = cluster[j][n] K =k+1 Yes No Cluster[j-1][n+1] = cluster[j][n] I J=j-1 Hình 2.9 Sơ dé thuat toan LEACH 2.2.4 Ưu điểm nhược điểm Những phân đề cập đến LEACH, giao thức định tuyến dựa chế phân cụm nhằm tối thiêu hóa lượng tiêu hao cách phân bổ khả lựa chọn làm nút chủ cho tất nút mạng Tại thời điểm khác nút chủ để kết nỗi với nó, đó, nút thành viên gửi yêu cầu để tham gia với nhóm nút chủ (bước 2) Nút chủ sau phát gói tin xác nhận để xác nhận nút thành viên (bước 3) Mỗi gói tin lập lịch theo khe thời gian cho nút thành viên 2.3.2 Giai đoạn ôn định Dé xác thực nút giai đoạn trạng thái ổn định, nút mạng kèm theo địa MAC giá trị số sản xuất, sử dụng khóa chia sẻ với trạm BS, với số đo nút chủ gửi kết đo đạc nhận, sau nút chủ tổng hợp xác thực gửi đến trạm BS, cụm thành viên MAC chuyên tiếp MAC dãy gói tin nhắn (bước 5.2) Trạm BS kiểm tra hai giá trị MAC nút thành viên thông thường tạo nút chủ Sau kiểm tra hoàn thành, trạm BS loại bỏ nút không tương ứng địa MAC nút xem kẻ xâm nhập Trong trường hợp có kẻ công nút mạng, trạm BS thông báo nút công cho nút chủ, sau trạm BS gửi nút cịn lại theo vòng 2.3.3 Ưu điểm nhược điểm SLEACH > SLEACH bảo vệ mạng từ cơng bên ngồi so với LEACH > Giao thức SLEACH ngăn ngừa kẻ đột nhập để gửi tin nhắn sai lệch mạng Tuy nhiên, SLEACH xuất số nhược điểm như: > Những kẻ xâm nhập khai thác gói tin, khơng xác nhận lich trình để phá vỡ thơng tin liên lạc Ví dụ cách gửi lịch giả, đữ liệu truyền tai xảy va chạm với Do lịch trình truyền liệu cần bảo vệ tính tồn vẹn xác 30 phải truyền tải cho tồn mạng Nút chủ truyền liệu bên cụm Mỗi nút chủ sử dụng phương thức đa truy cập theo thời gian (TDMA) để truyền gói tin cho nút Ki @ = xa=e meemiea | crocs Heed xe=e_ Ầ =— o cm -Ắ œ Se = os = = < Se|lTVeq @« GS = c= o es &fđ& es â = = *e Ằœ e = * a ow Pa =a @œ =a aj oe = = mò @ = = a= mm “S© © @ = @ eo BF a = 7” oe cs o@ a ° ~~ so, = @ — &= œ Q _ @ = aj 2S @ *, =F @ = Q œ eF @ = ee œ Qo >.Ắ | @ @ Da = — @ ”“ = = 2a @ o> *e @ oo = "¬ Ầ = => => @ = = = = = @ eẽ œ=œ Hình 2.11 Xoay vịng đầu cụm RLEACH 2.4.2 Giai đoạn trạng thái ổn định Giai đoạn ổn định RLEACH gần giống với LEACH Dựa giao thức thời gian phân chia truy cập TDMA đề truyền liệu nút nút chủ thời gian cấp phát Các nút liên lạc với nút chủ Điều dẫn đến sử dụng lượng hiệu Tất nút truyền liệu tới nút chủ Nút chủ nhận liệu từ nút con, tổng hợp sau truyền liệu tới trạm BS 32 Về mặt ý tưởng, LEACH-C hoàn toàn giống với LEACH bản, khác giai đoạn thiết lập (Set - up Phase), cịn giai đoạn ơn định (Steady — state Phase) kế thừa từ giao thức LEACH Khác với LEACH (mỗi nút có xác suất để chọn làm nút chủ cum), giao thức LEACH-C, trình thành lập cụm nút chủ thực trạm gốc (sink) 2.5.1 Hoạt động LEACH-C Khởi động mạng Chọn nút cụm chủ | Chia mang cac cum r Tính tốn lượng tiêu thụ nút Mạng hết thời gian sông Khơng Hình 2.13 Sơ đồ hoạt động giao thức LEACH-C 2.5.2 Giai đoạn thiết lập Tương tự LEACH, bắt đầu giai đoạn thiết lập LEACH-C, bước lựa chọn nút chủ Trong giao thức định tuyến LEACH 34 bản, Trong đó, nút RLEACH tiếp tục hoạt động đến chu kỳ thứ 1000 Như vậy, đánh giá rằng, việc tiêu tốn lượng nút mạng giao thức RLEACH so với giao thực LEACH 3.2.2.4 Đánh giá tổng sô nút truyền gói tin mạng 6000 Thơng lượng so sánh “II N S S So ói tin gửi đên BS 5000 Só CN THẾ 500 600 700 800 MRLEACH MLEACH 900 1000 Hình 3.5 Thơng lượng so sảnh Hình 3.5 cho thấy giao thức LEACH 100 vịng số gói tin gửi đến trạm BS đạt 200 gói tin cịn giao thức RLEACH gửi đến trạm BS 500 gói tin Lần lượt tăng số vòng thời gian để gửi gói tin tới BS Ở 1000 cuối giao thức LEACH gửi 1700 gói tin tới tram BS, giao thức RLEACH thi gửi 6000 gói tin tới trạm BS Như hiệu suất giao thức RLEACH truyền gói tin lần so với giao thức LEACH Như khẳng định hiệu suất lượng LEACH 46 RLEACH tốt 3.3 KẾT LUẬN CHƯƠNG Chương 3, cài đặt mô giao thức định tuyến LEACH RLEACH với thông số đầu vào giống nhau, mô phần mềm OMNET++ Chúng ta đánh giá hoạt động chúng, dựa vào lượng tiêu thụ, số nút chết số nút lại sau vòng, hiệu suat truyén gói tin giao thức đến trạm BS Qua kết mơ phỏng, có thé khẳng định việc tiêu tốn lượng giao thức RLEACH so với giao thức LEACH 47 KET LUAN VÀ HUONG PHAT TRIEN Luận văn giới thiệu hoạt động WSN giao thức định tuyến SLEACH RLEACH số hoạt động SLEACH-C Từ rút ưu điểm, nhược điêm chúng Luận văn Thiết kế cài đặt kịch mô hoạt động giao thức LEACH RLEACH phần mềm mô OMNET++ Đồng thời đánh giá hoạt động chúng, dựa vào lượng tiêu thụ, số nút chết số nút lại sau vịng, hiệu suất truyền gói tin giao thức đến trạm BS Từ có đánh giá tham số hiệu hai giao thức môi trường mang WSN đề chứng minh cải tiến RLEACH tốt LEACH Hướng phát triển, tơi tìm hiểu việc ứng dụng giao thức nghiên cứu vào môi trường thực tiễn Bên cạnh đó, tơi nghiên cứu phát triển giao thức đề áp dụng môi trường mạng với nút di động 48 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Amit Bindal, Waleed Hadi Madhloom Kurdi, Devendra Prasad, Ram Bahadur Patel, 2014 “ An empirical review on energy level optimization in wireless sensor networks’, International Journal of Computing S, 2014 and Corporate Research, Vol 4, No 3, pp 1-7 [2] Alagurani S, Compressed Aasha Nandhini S, Radha Energy Analysis of Sensing in Wireless Multimedia Sensor Network, International Journal of Engineering Development and Research (www.ijedr.org), pp 27-33 [3] Chunyao FU, Zhifang JIANG, Wei WEI and Ang WEI, 2013 “An Energy Balanced Algorithm of LEACH Protocol in WSN”, IJCSI International Joumal of Computer Science Issues, Vol 10, Issue 1, No 1, January 2013, pp 354-359 [4] Rashmi Jain, Manali Kshirsagar, 2013 Energy Saving in Heterogeneous Wireless Sensor Networks, International Journal of Scientific & Engineering Research, Volume 4, Issue 8, pp.2031-2036 [5] Wen-Hwa Liao, Yucheng Kao, Chien-Ming Fan, 2007 An Ant Colony Algorithm for Data Aggregation in Wireless Sensor Networks, International Conference on Sensor Technologies and Applications [6] Triana Mugia Rahayu, Sang-Gon Lee * and Hoon-Jae Lee, 2015, ISSN 1424- 8220 “A Secure Routing Protocol for Wireless Sensor Networks Considering Secure Data Aggregation” [7] Mr Adeel Iqbal Registration Number: CIIT/FA10-REE-039/ISB MS Thesis In Electrical Engineering Islamabad — Pakistan Adaptive COMSATS Spring, 2012 Institute Information Technology (Rectangular Low Energy Clustering Hierarcy) based routing protocol for Wireless Sensor Networks” 49 “RLEACH of