Một mạng cảm biến không dây là một mạng bao gồm nhiều nút cảm biến nhỏ có giá thành thấp, và tiêu thụ năng lượng ít, giao tiếp thông qua các kết nối không dây, có nhiệm vụ ảm nhận, đo đạ
B GIáo DC Và àO TO TRNG I HC BáCH KHOA Hµ NỘI PHÙNG THANH BÌNH ĐỊNH TUYẾN TRONG MẠNG CẢM ỨNG Chuyên ngành: KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ LUẬN VĂN THẠC Sü Kü THUËT Chuyªn ngành Kỹ THUậT ĐIệN Tử NGI HNG DN KHOA HC: TS TRN TH NGC LAN Hà Nội - Năm 2013 Tai ngay!!! Ban co the xoa dong chu nay!!! 17061131857551000000 Định tuyến mạng cảm ứng 2013 Mục lục Lời cam đoan Danh sách từ viết tắt Danh mục hình vẽ Lời nói đầu Chương 1: Giới thiệu chung mạng cảm biến 10 1.1 Khái niệm mạng cảm biến 10 1.2 Cấu trúc mạng cảm biến 10 1.2.1 Đặc điểm mạng cảm biến .10 1.2.2 Cấu trúc mạng cảm biến .12 1.2.3 Kiến trúc giao thức mạng 14 1.2.4 Các cấu trúc đặc trưng mạng cảm biến .16 1.3 Ứng dụng mạng cảm biến .19 1.3.1 Ứng dụng quân đội 20 1.3.2 Ứng dụng môi trường 22 1.3.3 Ứng dụng chăm sóc sức khỏe 23 1.3.4 Ứng dụng giao thông .24 Chương Các giao thức đặc trưng mạng cảm biến 25 2.1 Giao thức đồng thời gian 25 2.1.1 Khái niệm đồng thời gian 25 2.1.2 Tại cần đồng thời gian mạng cảm biến 25 2.1.3 Sự xác đồng hồ nút cảm biến 26 2.1.4 Các yêu cầu thiết kế giao thức đồng thời gian mạng cảm biến 27 2.1.5 2.2 Phân loại giao thức đồng thời gian mạng cảm biến 27 Giao thức vị trí .39 2.2.1 Mục đích sử dụng giao thức vị trí 39 2.2.2 Phân loại giao thức vị trí 39 2.3 Kết luận 41 Định tuyến mạng cảm ứng 2013 Chương Định tuyến mạng cảm biến .43 3.1 Các thách thức định tuyến mạng không dây 43 3.2 Các vấn đề thiết kế mạng định tuyến không dây 43 3.2.1 Đặc tính thay đổi thời gian trật tự xếp mạng 43 3.2.2 Ràng buộc tài nguyên 44 3.2.3 Mơ hình liệu mạng cảm biến .44 3.2.4 Cách truyền liệu 45 3.3 Phân loại giao thức định tuyến 46 3.4 Giao thức trung tâm liệu 49 3.4.1 Flooding Gossiping .49 3.4.2 SPIN 50 3.4.3 Directed Diffusion 52 3.5 Giao thức phân cấp 55 3.5.1 LEACH .55 3.5.2 PEGASIS 58 3.6 Giao thức dựa vị trí 59 3.6.1 GAF .60 3.6.2 GEAR 62 3.7 Kết luận 64 Chương Mô PEGASIS Omnetpp .65 4.1 Giới thiệu Omnetpp 65 4.2 Giới thiệu PEGASIS 68 4.2.1 PEGASIS 69 4.2.2 PEGASIS cải tiến 71 4.2.3 PEGASIS Grid 73 4.3 Mô 75 4.3.1 Mơ hình lượng 75 4.3.2 Giả thiết thiết lập thơng số ban đầu cho q trính mơ 80 4.3.3 Q trình mơ PEGASIS cải tiến .81 Định tuyến mạng cảm ứng 2013 4.3.4 Quá trình mô PEGASIS grid 85 4.3.5 Kết mô 87 4.4 Kết luận 94 KẾT LUẬN .95 Tài liệu tham khảo 96 Định tuyến mạng cảm ứng 2013 Lời cam đoan Tôi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng tơi Ngồi tài liệu tham khảo trích dẫn, số liệu kết mô hướng dẫn TS Trần Thị Ngọc Lan trung thực chưa công bố cơng trình trước Những số liệu bảng biểu, biểu đồ phục vụ cho việc phân tích tác giả thu thập trình mơ Nếu phát có gian lận tơi xin hồn tồn chịu trách nhiệm trước Hội đồng Hà Nội, Tháng Năm 2013 Học viên Phùng Thanh Bình Định tuyến mạng cảm ứng 2013 Danh sách từ viết tắt ADC Analog to Digital Converter BS BaseStation CDMA Code Division Multiple Access GAF Geographic Adaptive Fidelity GEAR Geographic and Energy Aware Routing GPS Global Positioning System ID Identification LEACH Lightweight time synchronization protocol LTS Low Energy Adaptive Clustering Hiearchy MAC Media Access Control PEGASIS Perceptive localization framework PLF Power-Efficient Gathering in Sensor Information System RBS Radio frequency RF Received signal strength RSS Receiver Signal Strength Indicator RSSI Receiver Signal Strength Indicator RSSI Reference broadcast synchronization SPIN TDMA Sensor Protocol for Information via Negotiation Time Division Multiple Access UTC Coordinated Universal Time WSN Wireless Sensor Network Định tuyến mạng cảm ứng 2013 Danh mục bảng Bảng 3.1 Phân loại so sánh giao thức định tuyến mạng cảm biến 48 Bảng 3.2 Miêu tả Interest sử dụng cặp thuộc tính giá trị 53 Định tuyến mạng cảm ứng 2013 Danh mục hình vẽ Hình 1 Sơ đồ cấu trúc mạng cảm biến 12 Hình 1.2 Cấu tạo cảm biến 13 Hình 1.3 Kiến trúc giao thức mạng cảm biến 14 Hình 1.4 Cấu trúc phẳng mạng cảm biến 16 Hình Cấu trúc tầng mạng cảm biến 17 Hình Cấu trúc mạng phân cấp theo chức lớp 17 Hình Nút cảm biến gắn lên mũ 21 Hình Ứng dụng mạng cảm biến mơi trường 23 Hình Ứng dụng y tế 24 Hình 10 Ứng dụng giao thông .24 Hình Đồng hai chiều bên nhận bên phát 29 Hình 2 LTS multihop phân bố .33 Hình Ví dụ RBS 35 Hình Chuyển tiếp gói liệu chuyển đổi nhãn thời gian .37 Hình Mơ hình truyền liệu sink nút .46 Hình Truyền gói Flooding 49 Hình 3 Ba tín hiệu bắt tay SPIN .51 Hình Hoạt động SPIN 51 Hình Hoạt động Directed Diffusion 54 Hình Mơ hình mạng LEACH 56 Hình Năng lượng LEACH 57 Hình Ví dụ lưới ảo GAF .61 Hình Sự chuyển trạng thái GAF .62 Hình 10 Chuyển tiếp địa lý đệ qui GEAR 64 Hình Cấu trúc phân cấp module Omnetpp 66 Hình Các kết nối Omnetpp .67 Hình Xây dựng chuỗi thuật toán Greedy 70 Hình 4 Xử lý lỗi nút chuỗi chết .70 Định tuyến mạng cảm ứng 2013 Hình Khắc phục PEGASIS 73 Hình Liên kết PEGASIS cải tiến 74 Hình Mơ hình PEGASIS Grid 74 Hình Liên kết PEGASIS Grid 75 Hình Mơ hình lượng đơn giản 78 Hình 10 BS gửi tin ConfigFromBS đến nút 82 Hình 11 Mơ hình chuỗi Greedy 83 Hình 12 BS gửi tin ConfigFromBS đến nút 86 Hình 13 Kết mơ PEGASIS Grid với kích thước khác 1x1, 4x4, 8x8, 10x10, 20x20 88 Hình 14 Kết mô LEACH, PEGASIS cải tiến PEGASIS Grid PEGASIS thường .89 Hình 15 PEGASIS thường có phần trăm nút sống lớn PEGASIS cải tiến .89 Hình 16 Năng lượng nút vịng thứ 590 90 Hình 17 Vị trí nút có lượng thấp vòng thứ 590 PEGASIS cải tiến 91 Hình 18 Năng lượng nút vòng 600 92 Hình 19 Năng lượng nút vòng 610 93 Định tuyến mạng cảm ứng 2013 Lời nói đầu Ngày nhờ có tiến nhanh chóng khoa học cơng nghệ phát triển mạng bao gồm cảm biến giá thành rẻ, tiêu thụ lượng đa chức nhận ý đáng kể Hiện người ta tập trung triển khai mạng cảm biến để áp dụng vào sống hàng ngày Đó lĩnh vực y tế, quân sự, môi trường, giao thông… Trong tương lai không xa, ứng dụng mạng cảm biến trở thành phần thiếu sống người phát huy hết điểm mạnh mà khơng phải mạng có mạng cảm biến Tuy nhiên mạng cảm ứng phải đối mặt với nhiều thách thức, thách thức lớn nguồn lượng bị giới hạn khó nạp lại Hiện nhiều nhà nghiên cứu tập trung vào việc cải thiện khả sử dụng hiệu lượng mạng cảm biến Trong trình tìm hiểu nghiên cứu mạng cảm biến, lựa chọn tìm hiểu giao thức định tuyến PEGASIS Giao thức cải thiện đáng kể thời gian sống mạng cảm biến Trong phạm vi đồ án tơi tìm cách cải thiện giao thức PEGASIS chứng minh qua trình mơ Tơi xin bày tỏ lịng biết ơn tới TS Trần Thị Ngọc Lan-bộ môn kỹ thuật thông tin-Viện điện tử viễn thông- Đại học Bách Khoa Hà Nội, tận tình bảo định hướng cho nghiên cứu đề tài Hà Nội, Tháng Năm 2013 Học viên Phùng Thanh Bình