ĐÁNH GIÁ CÁC GIAO THỨC ĐỊNH TUYẾN TRONG MẠNG CẢM BIẾN KHÔNG DÂY - Full 10 điểm

UBND TỈNH QUẢNG NAM TRƢỜNG ĐẠI HỌC QUẢNG NAM KHOA CÔNG NGHỆ THÔNG TIN -----  ----- KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP Tên đề tài: ĐÁNH GIÁ CÁC GIAO THỨC ĐỊNH TUYẾN TRONG MẠNG CẢM BIẾN KHÔNG DÂY Sinh viên thực hiện NGUYỄN ĐÌNH DƢƠNG MSSV: 2116100108 CHUYÊN NGÀNH: QUẢN TRỊ MẠNG KHÓA 2016 – 2020 Cán bộ hướng dẫn ThS LÊ THỊ THANH BÌNH MSCB: ……… Quảng Nam, tháng 06 năm 2020 L Ờ I C ẢM ƠN Em xin gửi lời cảm ơn chân thành và sự tri ân sâu sắc đối với các thầy cô của trường Đại học Quảng Nam , đặc biệt là các thầy cô khoa Công nghệ thông tin của trường đã tạo điều kiện cho em thực tập ở khoa để có nhiều thời gian cho khóa luận tốt nghiệp Và e m cũng xin chân thành cám ơn cô Lê Thị Thanh Bình đã nhiệt tình hướng dẫn hướng dẫn em hoàn thành tốt khóa thực tập Trong quá trình thực tập, cũng như là trong quá trình làm bài báo cáo thực tập, khó tránh khỏi sai sót, rất mong các thầy, cô bỏ qua Đồng thời do trình độ lý luận cũng như kinh nghiệm thực tiễn còn hạn chế nên bài báo cáo không thể tránh khỏi những thiếu sót, em rất mong nhận được ý kiến đóng góp thầy, cô để em học thêm được nhiều kinh nghiệm và sẽ hoàn thành tốt hơn bài báo cáo tốt nghiệp s ắp tới Em xin chân thành cảm ơn! DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT Vi ế t t ắ t T ừ đ ầ y đ ủ Nghĩa ti ế ng Vi ệ t AODV Ad hoc On - Demand Distance - Vector Routing Chu ỗ i ch ỉ hư ớ ng theo yêu c ầ u Ad hoc ADV Advertise B ả n tin qu ả ng bá BS Bastation(Sink) Tr ạ m g ố c GAF Geographic Adaptive Fidelity Gi ả i thu ậ t chính xác theo đ ị a lý GEAR Geographic and Energy - Aware Routing Đ ị nh tuy ế n theo vùng đ ị a lý s ử d ụ ng hi ệ u qu ả năng lư ợ ng LEACH Low Energy Adaptive Clustering Hierarchy Giao th ứ c phân c ấ p theo c ụ m thích ứ ng năng lư ợ ng th ấ p MAC Medium Access Control Đi ề u khi ể n truy nh ậ p môi trư ờ ng REQ Request B ả n tin yêu c ầ u REQ Request B ả n tin yêu c ầ u PEGAS I S Power - Efficient Gathering in Sensor Information Systems Giao th ứ c phân c ấ p thu th ậ p thông tin trong h ệ th ố ng c ả m bi ế n SPIN Sensor Protocols or Information via Negotiation Giao th ứ c đ ị nh tuy ế n thông tin qua s ự th ỏ a thu ậ n WLAN Wireless Local Area Network M ạ ng n ộ i h ạ t vô tuy ế n WPAN Wireless Personal Area Network M ạ ng vùng cá nhân vô tuy ế n WSN Wireless Sensor Network M ạ ng c ả m bi ế n không dây MỤC LỤC Phần 1 MỞ ĐẦU 1 1 Lý do chọn đề tài 1 2 Mục tiêu của đề tài 1 3 Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu 1 4 Phƣơng pháp nghiên cứu 1 5 Cấu trúc đề tài 2 Phần 2 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU 3 Chƣơng 1: Tổng quan về mạng cảm biến không dây 3 1 1 Giới thiệu 3 1 2 Đặc điểm của mạng cảm biến không dây 3 1 3 Kiến trúc các giao thức trong mạng cảm biến không dây 6 1 4 Phân loại các giao giao thức định tuyến trong WSN 7 1 5 Một số thách thức của mạng cảm biến không dây 9 1 6 Một số ứng dụng hệ thống mạng cảm biến không dây 11 Chƣơng 2 Một số giao thức định tuyến trong mạng cảm biến không dây 15 2 1 Giao Thức Spin 15 2 2 Giao thức Directed Diffusion 17 2 3 Giao Thức LEACH 20 2 4 Giao thức Flooding 24 Chƣơng 3: Mô phỏng một số giao thức định tuyến trong mạng 25 cảm biến không dây 25 3 1 Giới thiệu về ns2 25 3 2 Mô phỏng Leach 26 3 3 Mô phỏng Flooding 30 3 4 Mô phỏng Spin 33 Phần 3 Kết Luận và Kiến Nghị 37 3 1 Kết Luận 37 3 2 Kiến nghị 37 Phần 4 TÀI LIỆU THAM KHẢO 38 1 PH Ầ N 1 M Ở ĐẦ U 1 Lý do ch ọn đề tài Những năm gần đây, nhờ có sự phát triển mạnh mẽ của khoa học kỹ thuật cùng với những tiến bộ vượt bậc trong công nghệ chế tạo đã tạo điều kiện cho một thế hệ mạng mới ra đời - mạng cảm biến không dây (Wireless Sensor Network - WSN) Với kích thước nhỏ gọn, tiêu thụ ít năng lượng và đa chức năng, mạng cảm biến không dây đang được nghiên cứu, phát triển và ứng dụng sâu rộng trong đời sống hàng ngày trên khắp các lĩnh vực như y tế, quân sự, môi trường, giao thông Tuy nhiên do mạng cảm biến không dây sử dụng truyền dẫn thông tin bằng môi trường vô tuyến, nên với cách thức truyền thông này xảy ra sự mất mát dữ liệu do môi trường vô tuyến không ổn định Đây là thách thức lớn đối với quá trình truyền thông trong WSN, cũng như cần phải thiết kế được những mạng cảm biến truyền thông đa chặng và có thể giảm thiểu tối đa sự mất mát dữ liệu trong quá trình truyền thông Trong khi đó, các nghiên cứu về WSN đã chỉ ra rằng có tới trên 70% năng lượng của hệ thống mạng bị tiêu hao là do quá trình truyền thông Bởi vậy, việc tiết kiệm năng lượng trong quá trình định tuyến cho giao thức định tuyến là bài toán đang được nhiều nhà nghiên cứu quan tâm bởi tính khoa học và khả năng ứng dụng trong thực tiễn Nhận thấy tầm quan trọng này, em đã lựa chọn và nghiên cứu đề tài “Đánh giá các giao thức định tuyến trong mạng cảm biến không dây” Đề tài đánh giá một số một số giao thức trong định tuyến không dây Từ đó so sánh được giao thức nào tối ưu hơn và dễ dàng chọn trong các trường hợp cụ thể khác nhau 2 M ụ c tiêu c ủa đề tài Đánh giá được các giao thức và lựa chọn được giao thức tối ưu nhất 3 Đối tƣợ ng và ph ạ m vi nghiên c ứ u Các giao thức định tuyến trong mạng cảm biến không dây 4 Phƣơng pháp nghiên cứ u Tìm hiểu tài liệu, mô phỏng giao thức, đánh giá 2 5 C ấu trúc đề tài Đề tài gồm 3 chương: Chương 1: Tổng quan về mạng cảm biến không dây Chương 2: Tìm hiểu một số giao thức trong mạng cảm biến không dây Chương 3: Đánh giá một số giao thức định tuyến trong mạng cảm biến không dây 3 PH Ầ N 2 N Ộ I DUNG NGHIÊN C Ứ U CHƢƠNG 1: TỔ NG QUAN V Ề M Ạ NG C Ả M BI Ế N KHÔNG DÂY 1 1 Gi ớ i thi ệ u M ạ ng c ả m bi ế n không dây (Wireless Sensor Network) bao g ồ m m ộ t t ậ p h ợ p các thi ế t b ị c ả m bi ế n s ử d ụ ng các liên k ế t không dây (vô tuy ế n, h ồ ng ngo ạ i ho ặ c quang h ọ c) đ ể ph ố i h ợ p th ự c hi ệ n nhi ệ m v ụ thu th ậ p thông tin d ữ li ệ u ph ân tán v ớ i quy mô l ớ n trong b ấ t k ỳ đi ề u ki ệ n và ở b ấ t k ỳ vùng đ ị a lý nào M ạ ng c ả m bi ế n không dây có th ể liên k ế t tr ự c ti ế p v ớ i nút qu ả n lý giám sát tr ự c ti ế p hay gián ti ế p thông qua m ộ t đi ể m thu phát (Sink) và môi trư ờ ng m ạ ng công c ộ ng như Internet hay v ệ tinh Các nút c ả m bi ế n không dây có th ể đư ợ c tri ể n khai cho các m ụ c đích chuyên d ụ ng như đi ề u khi ể n giám sát và an ninh; ki ể m tra môi trư ờ ng; t ạ o ra không gian s ố ng thông minh; kh ả o sát đánh giá chính xác trong nông nghi ệ p; trong lĩnh v ự c y t ế ; L ợ i th ế ch ủ y ế u c ủ a chúng là kh ả năng tri ể n khai h ầ u như trong b ấ t kì lo ạ i hình đ ị a lý nào k ể c ả các môi trư ờ ng nguy hi ể m không th ể s ử d ụ ng m ạ ng c ả m bi ế n có dây truy ề n th ố ng Các thi ế t b ị c ả m bi ế n không dây liên k ế t thành m ộ t m ạ ng đã t ạ o ra nhi ề u kh ả năng m ớ i cho con ngư ờ i Các đ ầ u đo v ớ i b ộ vi x ử lý và các thi ế t b ị vô tuy ế n r ấ t nh ỏ g ọ n t ạ o nên m ộ t thi ế t b ị c ả m bi ế n không dây có kích thư ớ c r ấ t nh ỏ , ti ế t ki ệ m v ề không gian Chúng có th ể ho ạ t đ ộ ng trong môi trư ờ ng dày đ ặ c v ớ i kh ả năng x ử lý t ố c đ ộ cao Ngày nay, các m ạ ng c ả m bi ế n không dây đư ợ c ứ ng d ụ ng trong nhi ề u lĩnh v ự c như nghiên c ứ u vi sinh v ậ t bi ể n, giám sát vi ệ c chuyên ch ở các ch ấ t gây ô nhi ễ m, ki ể m tra giám sát h ệ sinh thái và môi trư ờ ng sinh v ậ t ph ứ c t ạ p, đi ề u khi ể n giám sát trong công nghi ệ p và trong lĩ nh v ự c quân s ự , an ninh qu ố c phòng hay các ứ ng d ụ ng trong đ ờ i s ố ng hàng ngày 1 2 Đặc điể m c ủ a m ạ ng c ả m bi ế n không dây Đ ặ c đi ể m c ủ a m ạ ng c ả m bi ế n là bao g ồ m m ộ t s ố lu ợ ng l ớ n các nút c ả m bi ế n, các nút c ả m bi ế n có gi ớ i h ạ n và ràng bu ộ c v ề tài nguyên đ ặ c bi ệ t là năng lu ợ ng r ấ t kh ắ t khe Do đó, c ấ u trúc m ạ ng m ớ i có đ ặ c đi ể m r ấ t khác v ớ i các m ạ ng truy ề n th ố ng Sau đây ta s ẽ phân tích m ộ t s ố đ ặ c đi ể m n ổ i b ậ t trong m ạ ng c ả m bi ế n nh ư sau: 4 + Kh ả năng chị u l ỗ i (fault tolerance): M ộ t s ố các nút c ả m bi ế n có th ể không ho ạ t độ ng n ữ a do thi ếu năng luợ ng, do nh ữ ng h ư h ỏ ng v ậ t lý ho ặ c do ả nh hu ở ng c ủ a môi tru ờ ng Kh ả năng chị u l ỗ i th ể hi ệ n ở vi ệ c m ạ ng v ẫ n ho ạt độ ng bình thu ờ ng, duy trì nh ữ ng ch ức năng củ a nó ngay c ả khi m ộ t s ố nút m ạ ng không ho ạt độ ng + Kh ả năng mở r ộ ng: Khi nghiên c ứ u m ộ t hi ệ n tu ợ ng, s ố lu ợ ng các nút c ả m bi ến đuợ c tri ể n khai có th ể đến hàng trăm nghìn nút, phụ thu ộ c vào t ừ ng ứ ng d ụ ng con s ố này có th ể vu ợ t quá hàng tri ệu Do đó cấ u trúc m ạ ng m ớ i ph ả i có kh ả năng m ở r ộng để có th ể làm vi ệ c v ớ i s ố lu ợ ng l ớ n các nút này + Giá thành s ả n xu ấ t: Vì các m ạ ng c ả m bi ế n bao g ồ m m ộ t s ố lu ợ ng l ớ n các nút c ả m bi ế n nên chi phí c ủ a m ỗ i nút r ấ t quan tr ọ ng trong vi ệc điề u ch ỉ nh chi phí c ủ a toàn m ạ ng N ế u chi phí c ủ a toàn m ạng đắt hơn việ c tri ể n khai sensor theo ki ể u truy ề n th ố ng, nh ư v ậ y m ạ ng không có giá thành h ợ p lý Do v ậ y, chi phí c ủ a m ỗ i nút c ả m bi ế n ph ả i gi ữ ở m ứ c th ấ p + Ràng bu ộ c v ề ph ầ n c ứ ng : Vì s ố lu ợ ng các nút trong m ạ ng r ấ t nhi ề u nên các nút c ả m bi ế n c ầ n ph ả i có các ràng bu ộ c v ề ph ầ n c ứ ng nh ư sau : Kích thu ớ c ph ả i nh ỏ , tiêu th ụ năng lượ ng th ấ p, có kh ả n ằ ng ho ạt độ ng ở nh ững nơi có mật độ cao, chi phí s ả n xu ấ t th ấ p, có kh ả năng tự tr ị và ho ạt độ ng không c ần có ngườ i ki ể m soát, thích nghi v ới môi trườ ng + Môi trườ ng ho ạt độ ng: Các nút c ả m bi ến đượ c thi ế t l ập dày đặ c, r ấ t g ầ n ho ặ c tr ự c ti ế p bên trong các hi ện tượng để quan sát Vì th ế, chúng thườ ng làm vi ệ c mà không c ầ n giám sát ở nh ữ ng vùng xa xôi Chúng có th ể làm vi ệ c ở bên trong các máy móc l ớ n, ở dưới đáy biể n, ho ặ c trong nh ữ ng vùng ô nhi ễ m hóa h ọ c ho ặ c sinh h ọ c, ở gia đình hoặ c nh ữ ng tòa nhà l ớ n + Phương tiệ n truy ề n d ẫ n: Ở nh ữ ng m ạ ng c ả m bi ế n multihop, các nút đượ c k ế t n ố i b ằ ng nh ững phương tiện không dây Các đườ ng k ế t n ố i này có th ể t ạ o nên b ở i sóng vô tuy ế n, h ồ ng ngo ạ i ho ặ c nh ững phương tiệ n quang h ọc Để thi ế t l ậ p s ự ho ạ t độ ng th ố ng nh ấ t c ủ a nh ữ ng m ạng này, các phương tiệ n truy ề n d ẫ n ph ải đượ c ch ọ n ph ả i phù h ợ p trên toàn th ế gi ớ i Hi ệ n t ạ i nhi ề u ph ầ n c ứ ng c ủ a các nút c ả m bi ế n d ự a vào thi ế t k ế m ạ ch RF Nh ữ ng thi ế t b ị c ả m bi ến năng lượ ng th ấ p dùng b ộ thu phát vô tuy ế n 1 kênh RF ho ạt độ ng ở t ầ n s ố 916MHz 5 M ộ t cách khác mà các nút trong m ạ ng giao ti ế p v ớ i nhau là b ằ ng h ồ ng ngo ạ i Thi ế t k ế máy thu phát vô tuy ế n dùng h ồ ng ngo ạ i thì giá thành r ẻ và d ễ dàng hơn Cả hai lo ạ i h ồ ng ngo ại và quang đề u yêu c ầ u b ộ phát và thu n ằ m trong ph ạ m vi nhìn th ấ y, t ứ c là có th ể truy ền ánh sáng cho nhau đượ c + C ấ u hình m ạ ng c ả m bi ế n (network topology): Trong m ạ ng c ả m bi ế n, m ật độ các nút có th ể lên t ớ i 20 nút/m3 Do s ố lượ ng các nút c ả m bi ế n r ấ t l ớ n nên c ầ n ph ả i thi ế t lâp m ộ t c ấ u hình ổ n đị nh + S ự tiêu th ụ năng lượ ng (power consumption): Các nút c ả m bi ế n không dây, có th ể coi là m ộ t thi ế t b ị vi điệ n t ử ch ỉ có th ể đượ c trang b ị ngu ồn năng lượ ng gi ớ i h ạ n ( Độ ẩ m > Nhi ệ t đ ộ > S ự chuy ển độ ng c ủ a xe c ộ > Điề u ki ệ n ánh sáng > Áp su ấ t > S ự hình thành đấ t > M ứ c nhi ễ u > S ự có m ặ t hay v ắ ng m ặ t m ột đối tượng nào đó > M ứ c ứ ng su ất trên các đối tượ ng b ị g ắ n > Đặ c tính hi ệ n t ại như tốc độ , chi ều và kích thướ c c ủa đối tượ ng Các nút c ả m bi ế n có th ể đượ c s ử d ụng để c ả m bi ế n liên t ụ c ho ặ c là phát hi ệ n s ự ki ệ n, s ố nh ậ n d ạ ng s ự ki ệ n, c ả m bi ế n v ị trí và điề u khi ể n c ụ c b ộ b ộ ph ậ n phát 12 độ ng Khái ni ệ m vi c ả m bi ế n và k ế t n ố i không dây c ủ a nh ữ ng nút này h ứ a h ẹ n nhi ề u vùng ứ ng d ụ ng m ớ i Chúng ta phân lo ạ i các ứ ng d ụng này trong quân độ i, môi trườ ng, s ứ c kh ỏe, gia đình và các lĩnh vực thương mạ i khác M ạ ng c ả m bi ế n không dây có th ể tích là m ộ t ph ầ n tích h ợ p trong h ệ th ống điề u khi ển quân độ i, giám sát, giao ti ế p, tính toán thông minh, trinh sát, theo dõi m ụ c tiêu Đặ c tính tri ể n khai nhanh, t ự t ổ ch ứ c và có th ể b ị l ỗ i c ủ a m ạ ng c ả m bi ế n làm cho chúng h ứ a h ẹ n k ỹ thu ậ t c ả m bi ế n cho h ệ th ống trong quân độ i Vì m ạ ng c ả m bi ế n d ự a trên s ự tri ển khai dày đặ c c ủ a các nút c ả m bi ế n có s ẵ n, chi phí th ấ p và s ự phá h ủ y c ủ a m ộ t vài nút b ởi quân đị ch không ảnh hưởng đế n ho ạt độ ng c ủ a quân đội cũng như sự phá h ủ y các c ả m bi ế n truy ề n th ố ng làm cho khái ni ệ m m ạ ng c ả m bi ế n là ứ ng d ụ ng t ốt đố i v ớ i chi ến trườ ng M ộ t vài ứ ng d ụng quân độ i c ủ a m ạ ng c ả m bi ế n là quan sát l ực lượ ng, hang thi ế t b ị, đạn dượ c, theo dõi chi ến trườ ng do thám đị a hình và l ực lượng quân đị ch, m ụ c tiêu, vi ệc đánh giá mức độ nguy hi ể m c ủ a chi ến trườ ng, phát hi ệ n và do thám vi ệ c t ấ n công b ằ ng hóa h ọ c, sinh h ọ c, h ạ t nhân Gi ả m sát l ực lượ ng, trang thi ế t b ị và đạn dượ c: Nh ững người lãnh đạo, sĩ quan sẽ theo dõi liên t ụ c tr ạ ng thái l ực lượ ng quân đội, điề u ki ệ n và s ự có s ẵ n c ủ a các thi ế t b ị và đạn dượ c trong chi ến trườ ng b ằ ng vi ệ c s ử d ụ ng m ạ ng c ả m bi ến Quân độ i, xe c ộ , trang thi ế t b ị và đạn dượ c có th ể g ắ n li ề n v ớ i các thi ế t b ị c ả m bi ế n nh ỏ để có th ể thông báo v ề tr ạ ng thái Nh ữ ng b ả n báo cáo này đượ c t ậ p h ọ p l ạ i t ạ i các nút sink để g ử i t ới lãnh đạo trong quân độ i D ữ li ệ u cũng có thể đượ c chuy ể n ti ếp đế n các c ấp cao hơn Gi ả m sát chi ến trườ ng: Đị a hình hi ể m tr ở , các tuy ến đường, đườ ng mòn và các ch ỗ eo h ẹ p có th ể nh anh chóng đượ c bao ph ủ b ở i m ạ ng c ả m bi ế n và g ần như có thể theo dõi các ho ạ t độ ng c ủa quân đị ch Khi các ho ạt động này đượ c m ở r ộ ng và k ế ho ạ ch ho ạt độ ng m ới đượ c chu ẩ n b ị m ộ t m ạ ng m ớ i có th ể đượ c tri ể n khai b ấ t c ứ th ờ i gian nào khi theo dõi chi ến trườ ng 13 Giám sát đị a hình và l ực lượng quân đị ch: M ạ ng c ả m bi ế n có th ể đượ c tri ể n khai ở nh ững đị a hình then ch ố t và m ộ t vài nơi quan họ ng, các nút c ả m bi ế n c ầ n nhanh chóng c ả m nh ậ n các d ữ li ệ u và t ậ p trung d ữ li ệ u g ử i v ề trong vài phút trước khi quân đị ch phát hi ệ n và có th ể ch ặ n l ạ i chúng Đánh giả s ự nguy hi ể m c ủ a chi ến trườ ng: Trướ c và sau khi t ấ n công m ạ ng c ả m bi ế n có th ể đượ c tri ể n khai ở nh ữ ng vùng m ục tiêu để n ắm đượ c m ức độ nguy hi ể m c ủ a chi ến trườ ng Phát hi ện và thăm dò các vụ t ấ n công b ằ ng hóa h ọ c, sinh h ọ c và h ạ t nhân: Trong các cu ộ c chi ế n tranh hóa h ọ c và sinh h ọc đang gầ n k ề , m ột điề u r ấ t quan ừọ ng là s ự phát hi ện đúng lúc và chính xác các tác nhân đó Mạ ng c ả m bi ế n tri ể n khai ở nh ững vùng mà đượ c s ử d ụng như mộ t h ệ th ố ng c ả nh báo sinh h ọ c và hóa h ọ c có th ể cung c ấ p th ông tin mang ý nghĩa quan trọng đúng lúc nhằ m tránh thương vong nghiêm trọ ng M ộ t vài ứ ng d ụng môi trườ ng c ủ a m ạ ng c ả m bi ế n bao g ồ m theo dõi s ự di cư c ủa các loài chim, các độ ng v ậ t nh ỏ , các lo ại côn trùng, theo dõi điề u ki ệ n môi trườ ng mà ảnh hưởng đế n mùa màng và v ậ t nuôi; vi ệc tướ i tiêu, các thi ế t b ị đo đạ c l ớn đố i v ớ i vi ệ c quan sát di ệ n tích l ớ n trên tr ái đấ t, s ự thăm dò các hành tinh, phát hi ệ n sinh-hóa, nông nghi ệp chính xác, quan sát môi trường, trái đất, môi trườ ng vùng bi ể n và b ầ u khí quy ể n, phát hi ệ n cháy r ừ ng, nghiên c ứu khí tượ ng h ọc và đị a lý, phát hi ện lũ lụ t, s ắp đặ t s ự ph ứ c t ạ p v ề sinh h ọ c c ủa môi trườ ng và nghiên c ứ u s ự ô nhi ễ m Phát hi ệ n cháy r ừ ng: Vì các nút c ả m bi ế n có th ể đượ c tri ể n khai m ộ t cách ng ẫ u nhiên, có chi ến lượ c v ớ i m ật độ cao trong r ừ ng, các nút c ả m bi ế n s ẽ tìm ngu ồ n g ố c c ủ a l ửa để thông báo cho ngườ i s ử d ự ng bi ết trướ c khi l ử a lan r ộ ng không ki ểm soát đượ c Hàng tri ệ u các nút c ả m bi ế n có th ể đượ c tri ể n khai và tích h ợ p s ử d ụ ng h ệ th ố ng t ầ n s ố không dây ho ặ c quang h ọc Cũng vậ y, chúng có th ể đượ c trang b ị cách th ứ c s ử d ụ ng công su ấ t có hi ể u qu ả như là pin mặ t tr ờ i b ở i vì các nút c ả m bi ế n b ị b ỏ l ạ i không có ch ủ hàng tháng và hàng năm Các nút cả m bi ế n s ẽ c ộ ng tác v ới nhau để th ự c hi ệ n c ả m b ỉế n phân b ố và kh ắ c ph ục khó khăn, như các cây và đá mà ngăn trở t ầ m nhìn th ẳ ng c ủ a c ả m bi ế n có dây 14 Phát hi ện lũ lụ t: M ộ t ví d ụ đó là hệ th ống báo động đượ c tri ể n khai t ạ i M ỹ M ộ t vài lo ạ i c ả m bi ến đượ c tri ể n khai trong h ệ th ố ng c ả m bi ến lượng mưa, mức nướ c, th ờ i ti ế t Nh ữ ng con c ả m bi ế n này cung c ấp thông tin để t ậ p trung h ệ th ống cơ sở d ữ li ệu đã được định nghĩa trướ c M ộ t vài ứ ng d ụ ng v ề s ứ c kh ỏe đố i v ớ i m ạ ng c ả m bi ế n là giám sát b ệ nh nhân, các tri ệ u ch ứ ng, qu ả n lý thu ố c trong b ệ nh vi ệ n, giám sát s ự chuy ển độ ng và x ử lý bên trong c ủ a côn trùng ho ặc các độ ng v ậ t nh ỏ khác, theo dõi và ki ểm tra bác sĩ và b ệ nh nhân trong b ệ nh vi ệ n Theo dõi bác sĩ và b ệ nh nhân trong b ệ nh vi ệ n : M ỗ i b ệnh nhân đượ c g ắ n m ộ t nút c ả m bi ế n nh ỏ và nh ẹ , m ỗ i m ộ t nút c ả m bi ế n này có nhi ệ m v ụ riêng, ví d ụ có nút c ả m bi ế n xác đị nh nh ị p tim trong khi con c ả m bi ế n khác phát hi ệ n áp su ất máu, bác sĩ cũng có thể mang nút c ả m bi ến để cho các bác sĩ khác xác định đượ c v ị trí c ủ a h ọ trong b ệ nh vi ệ n Trong lĩnh vự c t ự động hóa gia đình, các nút cả m bi ến được đặ t ở các phòng để đo nhiệ t độ Không nh ữ ng th ế, chúng còn được dùng để phát hi ệ n nh ữ ng s ự d ị ch chuy ể n trong phòng và thông báo l ại thông tin này đế n thi ế t b ị báo độ ng trong trườ ng h ợ p không có ai ở nhà 15 CHƢƠNG 2 MỘ T S Ố GIAO TH ỨC ĐỊ NH TUY Ế N TRONG M Ạ NG C Ả M BI Ế N KHÔNG DÂY 2 1 Giao Th ứ c Spin SPIN (Sensor Protocol for Information via Negotiation) là giao th ứ c phân tuy ế n thông tin d ự a trên s ự dàn x ế p d ữ li ệ u M ụ c tiêu chính c ủ a giao th ức này đó là tậ p trung vi ệc quan sát môi trườ ng có hi ệ u qu ả b ằ ng m ộ t s ố các nút c ả m bi ế n riêng bi ệ t trong toàn b ộ m ạ ng Nguyên lý c ủ a giao th ức này đó là s ự thích ứ ng v ề tài nguyên và s ắ p x ế p d ữ li ệu Ý nghĩa củ a vi ệ c dàn x ế p d ữ li ệ u (data negotiation) này là các nút trong SPIN s ẽ bi ế t v ề n ộ i dung c ủ a d ữ li ệu trướ c khi b ấ t k ỳ d ữ li ệu nào đượ c truy ề n trong m ạ ng SPIN khai thác tên d ữ li ệ u nh ờ đó mà các nút sẽ k ế t h ợ p miêu t ả d ữ li ệ u (metadata) v ớ i d ữ li ệ u mà chúng t ạ o ra và s ử d ụ ng s ự miêu t ả này để th ự c hi ệ n vi ệ c giàn x ế p d ữ li ệu trướ c khi truy ề n d ữ li ệ u th ự c t ế Nơi nhậ n d ữ li ệ u có th ể bày t ỏ m ối quan tâm đế n n ộ i dung d ữ li ệ u b ằ ng cách g ử i yêu c ầu để l ấy đượ c d ữ li ệ u qu ả ng bá Điề u này t ạ o ra s ự s ắ p x ế p d ữ li ệu để đả m b ả o r ằ ng d ữ li ệ u ch ỉ đượ c truy ền đến nút quan tâm đế n lo ạ i d ữ li ệu này Do đó mà loạ i tr ừ kh ả năng bả n tin kép và gi ả m thi ểu đáng kể vi ệ c truy ề n d ữ li ệu dư thừ a qua m ạng Hơn nữ a vi ệ c s ử d ụ ng b ộ miêu t ả d ữ li ệu cũng loạ i tr ừ kh ả năng chồ ng l ấ n vì các nút có th ể ch ỉ gi ớ i h ạ n v ề tên lo ạ i d ữ li ệu mà chúng quan tâm đế n Vi ệ c thích ứ ng tài nguyên cho phép các nút c ả m bi ế n ch ạ y SPIN có th ể thích ứ ng v ớ i tr ạ ng thái hi ệ n t ạ i c ủa tài nguyên năng lượ ng M ỗ i nút có th ể dò tìm t ớ i b ộ qu ản lý để theo dõi m ứ c tiêu th ụ năng lượ ng c ủa mình trướ c khi truy ề n ho ặ c x ử lý d ữ li ệ u Khi m ức năng lượ ng còn l ạ i th ấ p các nút này có th ể gi ả m ho ặ c lo ạ i b ỏ m ộ t s ố ho ạt động như là truyề n miêu t ả d ữ li ệ u ho ặ c các gói Chính vi ệ c thích nghi v ớ i tài nguyên làm tăng thờ i gian s ố ng c ủ a m ạ ng Để thực hiện truyền và sắp xếp dữ liệu các nút sử dụng giao thức này sử dụng ba loại bản tin Ho ạt độ ng c ủ a SPIN g ồm 6 bước như hình sau: 16 + Bước 1: ADV để thông báo d ữ li ệ u m ớ i t ớ i các nút + Bước 2: REQ để yêu c ầ u d ữ li ệ u c ầ n quan tâm Sau khi nh ận đượ c ADV các nút quan tâm đế n d ữ li ệ u này s ẽ g ửi REQ để yêu c ầ u l ấ y d ữ li ệ u + Bướ c 3: B ả n tin DATA b ả n tin này th ự c s ự ch ứ a d ữ li ệu đượ c c ả m bi ế n và kèm theo màn đầ u miêu t ả d ữ li ệ u + Bướ c 4: Sau khi nút này nh ậ n d ữ li ệ u nó s ẽ chia s ẻ d ữ li ệ u c ủ a nó cho các nút còn l ạ i trong m ạ ng b ằ ng vi ệ c phát b ả n tin ADV ch ứ a miêu t ả d ữ li ệ u (metadata) + Bước 5: sau đó các nút xung quanh lạ i g ử i b ả n tin REQ yêu c ầ u d ữ li ệ u + Bướ c 6 là DATA l ại đượ c truy ền đế n các nút mà yêu c ầ u d ữ li ệ u này Tuy nhiên giao th ứ c SPIN cũng có hạ n ch ế khi mà nút trung gian không quan tâm đế n d ữ li ệu nào đó, khi đó dữ li ệ u không th ể đến được đích Giao th ứ c SPIN đượ c chia thành các lo ạ i : * SPIN - PP : Giao th ức này đượ c thi ế t k ế cho truy ền thông điểm điể m, gi ả s ử như 2 nút có thể giao ti ế p v ớ i nhau mà không ảnh hưở ng t ớ i truy ề n thông c ủ a các nút khác Khi nút có d ữ li ệu để g ử i nó s ẽ g ử i ADV t ớ i nút hàng xóm, n ế u nút nào mu ố n nh ận thông tin đó nó sẽ tr ả l ờ i b ằ ng b ả n tin REG Kh i đó nút vừ a g ử i b ả n tin ADV s ẽ g ử i gói d ữ li ệ u t ớ i nút v ừ a g ử i b ả n tin REG Và quá trình c ứ ti ế p di ễn như vậ y 17 * SPIN - EC : Giao th ứ c này là s ự b ổ xung thêm th ủ t ục xác định năng lượ ng so v ớ i giao th ức trướ c M ộ t nút ch ỉ tham gia quá trình n ếu như nó có th ể th ự c hi ệ n các giai đoạ n c ủ a giao th ức mà năng lượ ng không xu ống dưới ngưỡ ng cho phép * SPIN BC : Giao th ứ c này dùng cho kênh qu ảng bá, ưu điể m c ủ a giao th ứ c này là m ọi nút hàng xóm đề u nh ận đượ c b ả n tin qu ảng bá còn nhược điể m c ủ a nó là các nút s ẽ ng ừ ng truy ề n n ếu như kênh đó đã đượ c s ử d ụ ng M ột điể m khác c ủ a giao th ứ c này v ớ i các giao th ức trước đó là các nút sẽ không l ậ p t ứ c g ử i b ả n tin tr ả l ờ i REQ ngay sau khi nh ận đượ c gói tin ADV, m ỗ i nút s ẽ s ử d ụ ng m ộ i th ờ i gian tr ễ ng ẫ u nhiên r ồ i m ớ i g ử i gói ti n REQ đi 2 2 Giao th ứ c Directed Diffusion Đây là giao thứ c trung tâm d ữ li ệu đố i v ớ i vi ệ c truy ề n và phân b ổ thông tin trong m ạ ng c ả m bi ế n không dây M ụ c tiêu chính c ủa phương pháp này là tiế t ki ệ m năng lượng để tăng thờ i gian s ố ng c ủ a m ạng Để đạt đượ c m ụ c tiêu này, giao th ứ c này gi ữ tương tác giữ a các nút c ả m bi ế n, d ự a vào vi ệc trao đổ i các b ản tin, đị nh v ị trong vùng lân c ậ n m ạ ng S ử d ụ ng s ự tương tác về v ị trí nh ậ n th ấ y có t ậ p h ợ p t ố i thi ểu các đườ ng truy ề n d ẫn Đặc điể m duy nh ấ t c ủ a giao th ứ c này là s ự k ế t h ợ p v ớ i kh ả năng củ a nút có th ể t ậ p trung d ữ li ệu đáp ứ ng truy v ấ n c ủ a sink để ti ế t ki ệ m năng lượ ng Thành ph ầ n chính c ủ a giao th ứ c này g ồ m 4 thành ph ầ n: interest (các m ố i quan tâm c ủ a m ạ ng), data message (các b ả n tin d ữ li ệ u), gradient, reinforcements Directed Diffusion s ử d ụ ng mô hình publish and subscribe trong đó một ngườ i ki ể m tra (t ạ i sink) s ẽ miêu t ả m ố i quan tâm (interest) b ằ ng m ộ t c ặ p thu ộ c tính- giá tr ị B ả ng 2 2 miêu t ả c ặ p thu ộ c tính giá tr ị , các nút c ả m bi ế n có kh ả năng đáp ứ ng interest này tr ả l ờ i theo d ữ li ệu tương ứ ng V ớ i m ỗ i nhi ệ m v ụ c ả m bi ế n tích c ự c, sink s ẽ g ử i qu ả ng bá b ả n tin interest theo chu k ỳ cho các nút lân c ậ n B ả n tin này s ẽ truy ề n qua t ấ t c ả các nút trong m ạng như là mộ t s ự quan tâm đế n m ộ t d ữ li ệu nào đó Mục đích chính củ a vi ệc thăm dò này là để xem xét xem có m ộ t nút c ả m bi ến nào đó có thể tìm ki ế m d ữ li ệu tương ứ ng v ớ i interest T ấ t c ả các nút đề u duy trì m ộ t interest cache để lưu trữ các interest entry khác nhau 18 M ỗ i m ộ t m ụ c (entry) trong interest cache s ẽ lưu tr ữ m ộ t interest khác nhau Các entry cache này s ẽ s ẽ lưu tr ữ m ộ t s ố trư ờ ng sau: m ộ t nhãn th ờ i gian (timestamp), nhi ề u trư ờ ng gradient cho m ỗ i nút lân c ậ n và trư ờ ng duration Nhãn th ờ i gian s ẽ lưu tr ữ nhãn th ờ i gian c ủ a interest nh ậ n đư ợ c sau cùng M ỗ i gradient s ẽ lưu tr ữ c ả t ố c đ ộ d ữ li ệ u và chi ề u mà d ữ li ệ u đư ợ c g ử i đi Giá tr ị c ủ a t ố c đ ộ d ữ li ệ u nh ậ n đư ợ c tùy thu ộ c tính kho ả ng th ờ i gian trong b ả n tin interest Trư ờ ng duration s ẽ xác đ ị nh kho ả ng th ờ i gian t ồ n t ạ i c ủ a interest M ộ t gradient có th ể c oi như là mộ t liên k ế t ph ả n h ồ i c ủ a nút lân c ậ n khi mà nh ận đượ c b ả n tin interest Vi ệ c truy ề n b ả n tin interest trong toàn m ạ ng cùng v ớ i vi ệ c thi ế t l ậ p các gradient t ạ i m ỗ i nút cho phép vi ệ c tìm ra và thi ế t l ập các đườ ng d ẫ n gi ữ a sink mà đưa ra yêu cầ u v ề d ữ li ệu quan tâm và các nút mà đáp ứ ng m ố i quan tâm đó C ặ p thu ộ c tính - giá tr ị Miêu t ả Type = temperature Ki ể u d ữ li ệ u c ả m bi ế n Start = 01:00:00 Th ờ i gian b ắ t đ ầ u Interval =1s Báo cáo, s ự ki ệ n chu kì là 1s Duration = 10s Th ờ i gian s ố ng c ủ a interes (cho10s) Location = [24,48,36,40] ở trong mi ề n này Và d ữ li ệ u tr ả l ờ i t ừ node chi ti ế t có th ể là: Type = temperature Ki ể u d ữ li ệ u c ả m bi ế n Valus = 38 3 Giá tr ị nhi ệ t đ ộ đư ợ c đ ọ c Timestamp = 1:02:00 Nhãn th ờ i gian (t/g ngay t ạ i th ờ i đi ể m đ ọ c ) Location = [30,38] Báo cáo t ừ c ả m bi ế n trong vùng x,y B ả ng 2 2 Miêu t ả interest s ử d ụ ng các c ặ p thu ộ c tính giá tr ị 19 Khi m ộ t nút phát hi ệ n m ộ t s ự ki ệ n nó s ẽ tìm ki ế m trong cache xem có interest nào phù h ợ p không, n ế u có nó s ẽ tính toán t ốc độ s ự ki ệ n cao nh ấ t cho t ấ t c ả các gradient l ối ra Sau đó nó thiế t l ậ p m ộ t phân h ệ c ả m bi ến để l ấ y m ẫ u các s ự ki ệ n ở m ứ c t ốc độ cao này Các nút s ẽ g ử i ra ngoài miêu t ả v ề s ự ki ệ n cho các nút lân c ậ n có gradient Các nút lân c ậ n này s ẽ nh ậ n d ữ li ệ u và ki ể m tra trong cache xem có entry nào phù h ợ p không, n ế u không nó s ẽ lo ạ i b ỏ d ữ li ệ u còn n ế u phù h ợ p nó s ẽ nh ậ n d ữ li ệ u các nút này s ẽ thêm b ả n tin vào cache d ữ li ệu và sau đó gử i b ả n tin d ữ li ệ u cho các nút lân c ậ n Khi nh ận đượ c m ộ t interest các nút tìm ki ế m trong interest cache c ủ a nó xem có entr y nào phù h ợ p không, n ế u không nút s ẽ t ạ o m ộ t cache entry m ớ i Các nút s ẽ s ử d ụ ng các thông tin ch ứ a trong interest đ ể t ạ o ra các thông s ố interest trong entry Các entry này là m ộ t t ậ p h ợ p ch ứ a các trư ờ ng gradient v ớ i t ố c đ ộ và chi ề u tương ứ ng v ớ i nút lân c ậ n mà interest đư ợ c nh ậ n N ế u như interest nh ậ n đư ợ c có trong 20 cache thì nút s ẽ c ậ p nh ậ t nhãn th ời gian và trườ ng duration cho phù h ợ p v ớ i entry M ột trườ ng gradient s ẽ đượ c remove kh ỏ i entry n ế u quá h ạ n Trong pha thi ế t l ậ p gradient thì các sink s ẽ thi ế t l ậ p m ộ t t ậ p h ợp các đườ ng d ẫ n Sink có th ể s ử d ụng đườ ng d ẫ n này v ớ i s ự ki ệ n ch ất lượng cao để làm tăng tốc độ d ữ li ệ u Điều này đạt đượ c thông qua m ột đườ ng d ẫn đượ c h ỗ tr ợ x ử lý (pathreInforcement process) Các sink này có th ể s ử d ụ ng s ự h ỗ tr ợ c ủ a m ộ t s ố các nút lân c ận Để làm được điề u này sink có th ế g ử i l ạ i b ả n tin interest ngu ồ n ở t ốc độ cao thông qua các đườ ng d ẫn đượ c ch ọ n, nh ờ vi ệc tăng cườ ng các nút ngu ồ n trên đườ ng d ẫn đế g ử i d ữ li ệu thường xuyên hơn Directed Diffusion có ưu điể m n ế u m ột dườ ng d ẫn nào đó giữ a sink và m ộ t nút b ị l ỗ i, m ột đườ ng d ẫ n có d ữ li ệ u th ấ p hơn đượ c thay th ế K ỹ thu ật đị nh tuy ế n này ổn định dướ i ph ạ m vi m ạng độ ng Lo ạ i giao th ức đị nh tuy ế n này ti ế t ki ệm năng lượng đáng kể 2 3 Giao Th ứ c LEACH LEACH (Low Energy Adaptive Clustering Hierarchy) là giao th ứ c phân c ấ p theo c ụ m thích ứng năng lượ ng th ấp Đây là giao thức thu lượ m và phân phát d ữ li ệ u t ớ i các sink đặ c bi ệ t là các tr ạm cơ sở M ụ c tiêu chính c ủ a LEACH là: > M ở r ộ ng th ờ i gian s ố ng c ủ a m ạ ng > Gi ả m s ự tiêu th ụ năng lượ ng b ở i m ỗ i nút m ạ ng > S ử d ụ ng t ậ p trung d ữ li ệu để gi ả m b ả n tin truy ề n d ẫ n trong m ạ ng Để đạt đượ c nh ữ ng m ụ c tiêu này LEACH đã thông qua mô hình phân cấp để t ổ ch ứ c m ạ ng thành các c ụ m, m ỗ i c ụm đượ c qu ả n lý b ở i nút ch ủ Nút ch ủ gánh l ấ y tr ọ ng trách th ự c hi ệ n nhi ề u tác v ụ Đầu tiên là thu lượ m d ữ li ệ u theo chu k ỳ t ừ các nút thành viên, trong quá trình t ậ p trung d ữ li ệ u nút ch ủ s ẽ c ố g ắ ng t ậ p h ợ p d ữ li ệ u để gi ảm dư thừ a v ề nh ữ ng d ữ li ệu tương quan nhau Nhiệ m v ụ th ứ hai đó là nút chủ s ẽ trượ c ti ế p truy ề n d ữ li ệu đã đượ c t ậ p h ợ p l ại đế n các tr ạm cơ sở Vi ệ c truy ề n này có th ế th ự c hi ệ n theo ki ể u single sign - on Nhi ệ m v ụ th ứ ba là LEACH s ẽ t ạ o ra m ộ t mô hình ghép kênh theo th ờ i gian TDMA, m ỗ i nút trong c ụ m s ẽ đư ợ c gán m ộ t khe th ờ i gian mà có th ể s ử d ụ ng đ ể tr uy ề n tin Mô hình LEACH như hình vẽ Các nút ch ủ s ẽ qu ả ng bá mô hình TDMA cho các nút thành viên trong c ụ m c ủa nó Để gi ả m thi ể u kh ả năng xung độ t gi ữ a các nút 21 c ả m bi ế n trong và ngoài c ụ m, LEACH s ử d ụ ng mô hình truy c ập đa phân chia theo mã CDMA Quá trình ho ạt độ ng c ủ a LEACH đượ c chia thành hai pha là pha thi ế t l ậ p và pha ổn đị nh Pha thi ế t l ậ p bao g ồm hai bướ c là l ự a ch ọ n nút ch ủ và thông tin v ề c ụ m Pha ổn đị nh tr ạ ng thái g ồm thu lượ m d ữ li ệ u, t ậ p trung d ữ li ệ u và truy ề n d ữ li ệu đế n các tr ạm cơ sở Th ờ i gian c ủa bướ c ổn định kéo dài hơn so vớ i th ờ i gian c ủa bướ c thi ế t l ập để gi ả m thi ể u màn đầ u Mô hình m ạ ng LEACH Trong bướ c thi ế t l ậ p, m ộ t nút c ả m bi ế n l ự a ch ọ n m ộ t s ố ng ẫ u nhiên gi ữ a 0 và 1 N ế u s ố này nh ỏ hơn ngưỡ ng T(n) thì nút c ả m bi ế n là nút ch ủ T(n) đư ợ c tính như sau: Trong đó : p: t ỉ l ệ ph ầ n trăm nút ch ủ r: chu kì hi ệ n t ạ i G: t ậ p h ợ p các nút không đư ợ c l ự a ch ọ n làm nút ch ủ trong 1/p chu kì cu ố i C lus ter - head C lus ter C lus ter - head C lus ter Sensor Cluster - head C luster 22 Sau khi đượ c ch ọ n làm nút ch ủ , các nút ch ủ s ẽ qu ả ng bá vai trò m ớ i c ủ a chúng cho các nút còn l ạ i trong m ạ ng Các nút còn l ạ i trong m ạ ng d ự a vào b ản tin đó và cường độ tín hi ệ u nh ận được để quy ết đị nh xem có tham gia vào nhóm đó hay không Sau đó các nút này sẽ thông báo cho nút ch ủ bi ế t là mình có mong mu ố n tr ở thành thành viên c ủ a nhóm do nút ch ủ đó đả m nh ậ n Quá trình t ạ o c ụ m, các nút ch ủ s ẽ phân lu ồ ng theo khe th ờ i gian (ghép kênh TDMA) cho các nút trong c ụ m và ch ọ n l ự a m ộ t mã CDMA thông báo t ớ i t ấ t c ả các nút trong c ụ m bi ế t Sau khi pha thi ế t l ậ p hoàn thành báo hi ệ u s ự b ắt đầ u c ủ a pha ổ n đị nh tr ạ ng thái và các nút trong c ụ m s ẽ thu lượ m d ữ li ệ u và s ử d ụ ng các khe th ờ i gian để truy ề n d ữ li ệu đế n nút ch ủ D ữ li ệu được thu lượ m theo chu k ỳ 23 Nút I là nút chủ nhóm Thông báo là nút chủ Đợi bản tin tham gia nhóm Tạo kế hoạch và gửi tới các thành viên của nhóm t=0 Đợi thông báo của nút chủ nhóm Gửi bản tin tham gia nhóm tới nút chủ nhóm Đợi kế hoạch từ nút chủ nhóm Bước ổn định trong t=T round giây Bước thiết lập nhóm Nút I là nút chủ nh óm T< T round Thu số liệu từ các nút thành viên Tính toán số liệu và gửi kết quả tới nút gốc Nghỉ trong t giây T< T round Truyền số liệu tới nút chủ nhóm Nghỉ trong t giây Đúng Sai sai sai Đúng Đúng sai Đúng 24 Tuy nhiên LEACH cũng có mộ t s ố khuy ết điể m sau: Vi ệ c gi ả s ử r ằ ng t ấ t c ả các nút ch ủ trong m ạng đề u truy ền đế n tr ạm cơ sở (BS) thông qua m ột bướ c nh ả y là không th ự c t ế , và vì d ự tr ữ năng lượ ng và kh ả năng củ a các nút thay đổ i theo th ờ i gian t ừ nút này đến nút khác Hơn nữ a kho ả ng chu k ỳ ổ n đị nh tr ạ ng thái là v ấn đề then ch ốt để gi ảm năng lượ ng c ầ n thi ế t bù đắp lượ ng mào đầ u gây ra trong vi ệ c l ự a ch ọ n c ụ m Chu k ỳ ng ắ n s ẽ làm tăng lượng mào đầ u, chu k ỳ dài s ẽ nhanh chóng làm tiêu hao năng lượ ng c ủ a nút ch ủ LEACH có đặ c tính giúp ti ế t ki ệm năng lượ ng, và s ự ti ế t ki ệ m này ph ụ thu ộ c ch ủ y ế u vào h ệ s ố t ậ p trung d ữ li ệ u các nút ch ủ c ủ a c ụm Năng lượ ng trong LEACH đượ c yêu c ầ u phân b ố cho t ấ t c ả các nút trong m ạ ng vì chúng ta gi ả s ử r ằ ng vai trò nút ch ủ đượ c luân chuy ể n vòng tròn d ựa trên năng lượ ng còn l ạ i trên m ỗ i nút LEACH là thu ậ t toán phân tán hoàn toàn và không yêu c ầ u s ự điề u khi ể n b ở i tr ạ m cơ sở Vi ệ c qu ả n lý c ụ m là c ụ c b ộ và không c ầ n s ự hi ể u bi ế t v ề m ạ ng toàn c ục Hơn n ữ a vi ệ c t ậ p trung d ữ li ệ u theo c ụm cũng tiế t ki ệm năng lượng đáng kể vì các nút không yêu c ầ u g ử i tr ự c ti ế p d ữ li ệu đế n sink 2 4 Giao th ứ c Flooding Flooding là kỹ thuật chung thường được sử dụng để tìm ra đường và truyền thông tin trong mạng ad - hoc vô tuyến và hữu tuyến Chiến lược định tuyến này rất đơn giản và kh ô ng phụ thuộc vào cấu hình mạng và các giải thuật định tuyến phức tạp Flood sử dụng phương pháp Reactive nhờ đó mỗi node nhận dữ liệu hoặc điều khiển dữ liệu để gửi các gói tin tới các node lân cận Sau khi truyền, một gói sẽ được truyền trên tất cả các đường có thể Trừ khi mạng bị ngắt không thì c á c gói sẽ đến đích Hơn nữ a khi cấu hình mạng thay đổi các gói sẽ truyền theo tuyến mới giải thuật này sẽ tạo ra v ô số các bản sao của mỗi gói khi đi qua các node Giải thuật này gây ra các nhược điểm là hai gói dữ liệu giống nhau gửi đến cùng một node Và hiện tượng chồng chéo, tứ c các node cùng cảm nhận một vùng không gian và do đó tạo ra các gói tương tự nhau gửi đến các node lân cận Thuật t oán này kh ô ng quan tâm đến vấn đề năng lượng của các node, các node sẽ nhanh chóng tiêu hao năng lượng và làm giảm thời gian sống của mạng Một sự cải tiến của giao thức này là Gossiping, thuật toán này cải tiến ở chỗ mỗi node sẽ ngẫu nhiên gửi gói mà nó nhận được đến một trong các node lân cận của nó Thuật t oán này làm giảm số lượng các gói lan truyền trong mạng, tránh hiên tượng bản tin kép tuy nhiên có nhược điểm là có thể gói sẽ không bao giờ đ ế n đích 25 CHƢƠNG 3: MÔ PH Ỏ NG M Ộ T S Ố GIAO TH Ứ C Đ Ị NH TUY Ế N TRONG M Ạ NG C Ả M BI Ế N KHÔNG DÂY 3 1 Gi ớ i thi ệ u v ề ns2 NS2 là ph ầ n m ề m mô ph ỏ ng m ạng điề u khi ế n s ự ki ệ n riêng r ẽ hướng đố i tượng, đượ c phát tri ể n t ạ i uc Berkely, vi ế t b ằ ng ngôn ng ữ c ++ và Otcl Nó th ự c hi ệ n giao th ứ c m ạ ng như TCP và UDP, lưu lư ợ ng truy c ậ p mã ngu ồ n hành vi như FTP, Telnet, Web, CBR, và VBR, c ơ ch ế qu ả n lý hàng đ ợ i như Tail Drop, RED, phân tuy ế n các thu ậ t toán như Dijkstra, và nhi ề u hơn n ữ a NS r ấ t h ữ u ích cho vi ệ c mô ph ỏ ng m ạ ng di ệ n r ộ ng (WAN) và m ạ ng local (LAN) B ố n l ợ i ích l ớ n nh ấ t c ủ a NS2 ph ả i k ể đ ế n đ ầ u tiên là: + Kh ả năng kiế m tra tính ổ n đị nh c ủ a các giao th ứ c m ạng đang tồ n t ạ i + Kh ả năng đánh giá các giao thứ c m ạ ng m ới trước khi đưa vào sử d ụ ng + Kh ả năng thự c thi nh ữ ng mô hình m ạ ng l ớ n mà g ần như ta không thể th ự c thi đượ c trong th ự c t ế + Kh ả năng mô phỏ ng nhi ề u lo ạ i m ạ ng khác nhau Để s ử d ụ ng NS2, ngu ờ i dùng l ậ p trình b ằ ng ngôn ng ữ k ị ch b ả n Otcl Ngu ờ i dùng có th ể thêm các mã ngu ồ n Otcl vào NS2 b ằ ng cách vi ế t các l ớp đố i tu ợ ng m ớ i trong Otcl Nh ữ ng l ớp này khi đó sẽ đượ c biên d ị ch cùng v ớ i mã ngu ồ n g ố c K ị ch b ả n Otcl có th ế th ự c hi ệ n nh ữ ng vi ệ c sau : + Kh ở i t ạ o b ộ l ậ p l ị ch s ự ki ệ n + Thi ế t l ậ p mô hình m ạng dùng các đố i tu ợ ng thành ph ầ n m ạ ng + Báo cho ngu ồ n traffic khi nào b ắt đầ u truy ề n và ng ư ng truy ề n packet trong b ộ l ậ p l ị ch s ự ki ệ n Thu ậ t ng ữ plumbing được dùng để ch ỉ vi ệ c thi ế t l ậ p m ạ ng, vì thi ế t l ậ p m ộ t m ạng nghĩa là xây dựng các đuờ ng d ữ li ệ u gi ữa các đố i tu ợ ng m ạ ng b ằ ng cách thi ế t l ậ p con tr ỏ “neighbour” cho m ột đố i tu ợng để ch ỉ đến đị a ch ỉ c ủa đố i t ượ ng t ương ứng Mô đun plumbing Otcl trong th ự c t ế th ự c hi ệ n vi ệ c trên r ất đơn giả n Plumbing làm nên s ứ m ạ nh c ủ a NS Thành ph ầ n l ớ n khác c ủ a NS bên c ạnh các đố i tu ợ ng thành ph ầ n m ạ ng là b ộ l ậ p l ị ch s ự ki ệ n B ộ l ậ p l ị ch s ự ki ệ n trong NS2 th ự c hi ệ n nh ữ ng vi ệ c sau : 26 + T ố ch ứ c b ộ đị nh th ờ i mô ph ỏ ng + H ủ y các s ự ki ệ n tr ong hàng đợ i s ự ki ệ n + Tri ệ u g ọ i các thành ph ầ n m ạ ng trong mô ph ỏ ng Ph ụ thu ộ c vào m ục đích sử d ụ ng c ủ a ng ườ i s ử d ụng đố i v ớ i k ị ch b ả n mô ph ỏ ng Otcl mà k ế t qu ả mô ph ỏ ng có th ế đuợ c l ư u tr ữ nh ư file trace Đị nh d ạ ng file trace s ẽ đượ c t ả i vào trong các ứ ng d ụng khác đế th ự c hi ệ n phân tích : + File nam trace (file nam) đuợ c dùng cho công c ụ minh h ọ a m ạ ng NAM + File trace (file tr) đuợ c dùng cho công c ụ l ầ n v ế t và giám sát mô ph ỏ ng XGRAPH hay TRACEGRAPH + Trên m ộ t m ặ t, mô ph ỏ ng chi ti ế t c ủ a giao th ức đòi hỏ i m ộ t h ệ th ố ng l ậ p trình b ằ ng ngôn ng ữ mà có th ế thao tác m ộ t cách hi ệ u qu ả byte, gói, tiêu đề , và th ự c hi ệ n các thu ậ t toán mà ch ạ y b ộ d ữ li ệ u l ớn hơn Đố i v ớ i nh ữ ng nhi ệ m v ụ trong th ờ i gian ch ạ y t ốc độ là điề u quan tr ọ ng và kim ng ạ ch kho ả ng th ờ i gian (ch ạ y mô ph ỏ ng, tìm th ấ y l ỗ i, s ử a ch ữ a l ỗ i, recompile, ch ạ y l ạ i) là ít quan tr ọ ng + M ặ t khác, ph ầ n l ớ n m ạ ng lu ớ i nghiên c ứu hơi khác nhau hoặ c các tham s ố c ấ u hình, ho ặ c m ộ t cách nhanh chóng khai thác m ộ t s ố lu ợ ng các k ị ch b ả n Trong nh ữ ng tru ờ ng h ợ p này, th ờ i gian l ặ p l ại (thay đố i các mô hình và ch ạ y l ạ i) là quan tr ọng hơn Từ c ấ u hình ch ạ y m ộ t l ần (vào đầ u c ủ a các mô ph ỏ ng), ch ạ y trong th ờ i gian này, m ộ t ph ầ n c ủ a công vi ệ c ít quan tr ọ ng NS có đáp ứ ng cá c nhu c ầ u c ủ a c ả hai v ớ i hai ngôn ng ữ , c / c ++ và OTcl c / c ++ đ ế ch ạ y nhanh, nh ư ng ch ậ m đ ế thay đ ố i, làm cho nó thích h ợ p cho vi ệ c tri ể n khai th ự c hi ệ n chi ti ế t v ề giao th ứ c OTcl ch ạ y r ấ t ch ậ m nhung có th ế đu ợ c thay đ ố i r ấ t nhanh chóng (và l ặ p l ạ i), l àm cho nó lý tu ở ng cho các mô ph ỏ ng c ấ u hình NS (thông qua tclcl) cung c ấ p cơ c ấ u k ế t n ố i đ ế làm cho các đ ố i tu ợ ng bi ế

ĐÁNH GIÁ CÁC GIAO THỨC ĐỊNH TUYẾN TRONG MẠNG CẢM BIẾN KHÔNG DÂY - Full 10 điểm

Thông tin tài liệu

Từ khóa liên quan

Tài liệu cùng người dùng

Tài liệu liên quan