68 Trang 7 DANH MỤC CÁC KÝ HI U, CÁC Ệ TỪ VIẾT TẮT Từ viết tắt Từ đầy đủ Giải thích WSN Wireless Sensor Network Mạng cảm biến không dây ADC Analog to Digital Converter Bộ chuyển đổi tƣơ
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VI HỒI NAM VI HỒI NAM CƠNG NGHỆ THÔNG TIN ĐÁNH GIÁ HIỆU NĂNG CÁC GIAO THỨC ĐỊNH TUYẾN TRONG MẠNG CẢM BIẾN KHÔNG DÂY LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT NGÀNH CÔNG NGHỆ THÔNG TIN 2011-2013 Hà Nội - Năm 2013 Tai ngay!!! Ban co the xoa dong chu nay!!! 17061131650771000000 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VI HOÀI NAM ĐÁNH GIÁ HIỆU NĂNG CÁC GIAO THỨC ĐỊNH TUYẾN TRONG MẠNG CẢM BIẾN KHÔNG DÂY CHUYÊN NGÀNH: CÔNG NGHỆ THÔNG TIN LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT CÔNG NGHỆ THÔNG TIN NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS TS NGUYỄN LINH GIANG Hà Nội – Năm 2013 LỜI CẢM ƠN Để hoàn thành luận văn tốt nghiệp “Đánh giá hiệu giao thức định tuyến mạng cảm biến không dây”, lời em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới PGS.TS Nguyễn Linh Giang, ngƣời dành chút thời gian quý báu hƣớng dẫn bảo em tận tình suốt thời gian làm khóa luận Em xin gửi lời cảm ơn đến thầy cô viện Công nghệ thông tin trƣờng ĐH Bách Khoa tận tình giảng dạy tạo điều kiện giúp đỡ chúng em suốt hai năm học qua Cuối cùng, em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới thầ y cô, đồng nghiệp ngƣời thân gia đình động viên, khích lệ em q trình thực luận văn Học viên Vi Hồi Nam LỜI CAM ĐOAN Với mục đích học tập, nghiên cứu để nâng cao trình độ chun mơn nên tơi làm luận văn cách nghiêm túc hồn tồn trung thực Trong luận văn, tơi có sử dụng tài liệu tham khảo số tác giả, nêu phần tài liệu tham khảo cuối luận văn Tôi xin cam đoan chịu trách nhiệm nội dung, trung thực luận văn tốt nghiệp Thạc sĩ Hà Nội, tháng năm 2013 Học viên Vi Hoài Nam MỤC LỤC DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC TỪ VIẾT TẮT DANH MỤC CÁC BẢNG DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ MỞ ĐẦU 10 Lý chọn đề tài 10 Lịch sử nghiên cứu 10 Mục đích nghiên cứu 12 Đối tƣợng nghiên cứu 12 Phạm vi nghiên cứu 12 Phƣơng pháp nghiên cứu 12 CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ MẠNG CẢM BIẾN KHÔNG DÂY 13 1.1 Mạng cảm biến không dây 13 1.1.1 Giới thiệu 13 1.1.2 Các thành phần mạng cảm biến không dây 13 1.1.3 Ứng dụng mạng cảm biến không dây 15 1.2 Cấu trúc mạng cảm biến không dây 18 1.2.1 Cấu trúc phẳng 19 1.2.2 Cấu trúc phân cấp 19 1.3 Chất lƣợng dịch vụ mạng cảm biến không dây 21 1.4 Bảo mật mạng cảm biến không dây 22 1.4.1 Những trở ngại bảo mật mạng cảm biến không dây 22 1.4.2 Các yêu cầu bảo mật mạng cảm biến không dây 23 1.4.3 Một số phƣơng thức công mạng cảm biến không dây 25 1.4.4 Một số phƣơng pháp bảo vệ mạng cảm biến không dây 28 CHƢƠNG 2: CÁC GIAO THỨC ĐỊNH TUYẾN THƢỜNG ĐƢỢC SỬ DỤNG TRONG MẠNG CẢM BIẾN KHÔNG DÂY 30 2.1 Giới thiệu chung 30 2.2 Các giao thức định tuyến mạng cảm biến không dây 30 2.2.1 Giao thức LEACH 31 2.2.2 Giao thức LEACH-C 41 2.2.3 Giao thức phân cụm cố định (Stat-Cluster) 43 2.2.4 Năng lƣợng truyền tối thiểu (MTE - Minimum Transmit Energy) 43 2.2.5 Giao thức PEGASIS 44 2.2.6 Giao thức SPIN 45 2.2.7 Giao thức truyền tin trực tiếp 46 2.2.8 Giao thức hiệu lƣơng cảm nhận mức ngƣỡng 47 2.2.10 Giao thức GAF 48 CHƢƠNG 3: ĐÁNH GIÁ HIỆU NĂNG CỦA GIAO THỨC ĐỊNH TUYẾN TRONG MẠNG CẢM BIẾN KHÔNG DÂY 53 3.1 Ảnh hƣởng giao thức định tuyến tới hiệu WSNs 53 3.3.1 Năng lƣợng tiêu thụ node cảm biến 53 3.3.2 Tổng lƣợng liệu nhận đƣợc node sở 53 3.3.3 Tỷ lệ truyền thành công 53 3.3.4 Tính bảo mật 54 3.3.5 Độ trễ tín hiệu 54 3.3.6 Thời gian sống mạng 54 3.2 So sánh đánh giá hiệu giao thức định tuyến mạng cảm biến 55 CHƢƠNG 4: MÔ PHỎNG VÀ ĐÁNH GIÁ HIỆU NĂNG MỘT SỐ GIAO THỨC ĐỊNH TUYẾN TRONG MẠNG CẢM BIẾN KHÔNG DÂY 59 4.1 Phần mềm mô NS2 59 4.1.1 Giới thiệu 59 4.1.2 Cấu trúc phần mềm NS2 59 4.1.3 Cài đặt cấu hình 61 4.2 Mô giao số thức định tuyến 62 4.3 So sánh đánh giá kết 63 4.3.1 So sánh đánh giá 63 4.3.2 Kết luận 67 KẾT LUẬN 68 Kết đạt đƣợc đề tài 68 Hạn chế đề tài 68 Hƣớng phát triển đề tài 69 TÀI LIỆU THAM KHẢO 70 DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC TỪ VIẾT TẮT Từ viết tắt Từ đầy đủ Giải thích WSN Wireless Sensor Network Mạng cảm biến không dây ADC Analog to Digital Converter Bộ chuyển đổi tƣơng tự số QoS Quality of Service Chất lƣợng dịch vụ CPU Central Processing Unit Đơn vị xử lý trung tâm Low Energy Adaptive Clustering Giao thức phân cấp theo cụm Hierarchy thích ứng lƣợng thấp DoS Denial of Service Từ chối dịch vụ TDMA Time Division Multiple Access MAC Media Access Control ADV Advertise CSMA Carrier Sense Multiple Access ID Identifier LEACH DS-SS Đa truy nhập phân chia theo thời gian Điều khiển truy nhập môi trƣờng Bản tin quảng bá Đa truy nhập cảm nhận sóng mang Định danh Directed-Sequence Spread Spectrum Trải phổ trực tiếp CDMA Code Division Multiple Access Đa truy nhập phân chia theo mã GPS Global Positioning System Hệ thống định vị toàn cầu MTE Minimum Transmit Energy Năng lƣợng truyền tối thiểu PEGASIS SPIN REQ TEEN Power-efficient Gathering in Tổng hợp lƣợng Sensor Information Systems hệ thống thông tin cảm Sensor Protocol for Information via Giao thức thông tin liệu Negotiation thông qua đàm phán Request Yêu cầu Threshold-sensitive Energy Giao thức hiệu Efficient sensor Network protocol lƣơng cảm nhận mức ngƣỡng GAF Geographic adaptive fidelity MANET Mobile ad-hoc Network NS2 Network Simulation Giải thuật xác theo địa lý Mạng adhoc di động Phần mềm mô mạng NS2 DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 2.1 Tổng hợp thuộc tính số giao thức định tuyến 51 Bảng 2.2 Một số giao thức định tuyến số ứng dụng cụ thể 52 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ Hình 1.1 Mơ hình tổng qt mạng cảm biến không dây 14 Hình 1.1 Các thành phần node cảm biến 15 Hình 1.3 Cấu trúc phẳng 19 Hình 1.4 Cấu trúc phân cấp 19 Hình 1.5 Cấu trúc mạng phân cấp chức theo lớp 20 Hình 2.1 Giao thức LEACH 32 Hình 2.2 Time-line hoạt động LEACH 33 Hình 2.3 Giải thuật hình thành cluster LEACH 35 Hình 2.4 Sự hình thành cụm vịng khác (node đen node chủ) 36 Hình 2.5 Mơ hình LEACH sau ổn định trạng thái 37 Hình 2.6 Hoạt động pha ổn định LEACH 38 Hình 2.7 Time-line hoạt động LEACH vòng 38 Hình 2.8 Sự ảnh hƣởng kênh phát sóng 39 Hình 2.9 Đồ thị so sánh lƣợng sử dụng có khơng có tổng hợp liệu cục 41 Hình 2.10 Pha thiết lập LEACH-C 42 Hình 2.11 Hoạt động giao thức MTE 43 Hình 2.12 Chuỗi PEGASIS 44 Hình 2.13 Cơ chế SPIN 46 Hình 2.14 Các pha Directed Diffusion 47 Hình 2.15 Time line cho hoạt động TEEN 48 Hình 2.16 Lƣới ảo GAF 49 Hình 3.1 Tổng liệu nhận đƣợc trạm gốc/thời gian 55 Hình 3.2 Tổng liệu nhận đƣợc trạm gôc / tổng lƣợng 56 Hình 3.3 Tổng số node cảm biến cịn sống theo thời gian 57 Hình 3.4 Tổng số node/ tổng liệu trạm gốc 58 Hình 4.1 Tổng quan NS dƣới góc độ ngƣời dùng 59 Hình 4.2 Luồng kiện cho file Tcl chạy NS 61 Hình 4.3 Sơ đồ phân bố node cảm biến 62 Hình 4.4 Sơ đồ biểu thị số node cịn sống theo thời gian giao thức định tuyến 63 Hình 4.5 Tổng số liệu gửi thành công node theo thời gian 64 Hình 4.6 Tổng mức độ tiêu thụ lƣợng node theo thời gian 64