ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP-Đánh giá hiệu năng giao thức định tuyến phân cấp

Đề tài: Đánh giá hiệu năng giao thức định tuyến phân cấp mạng WSN Hà Nội, 1-2013 TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐiỆN LỰC Khoa Điện tử Viễn thông... NỘI DUNG WSN 2 Tổng quan về mạng cảm biến không d

Đề tài:

Đánh giá hiệu năng giao thức định tuyến phân cấp

mạng WSN

Hà Nội, 1-2013

TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐiỆN LỰC Khoa Điện tử Viễn thông

NỘI DUNG

WSN

2

Tổng quan về mạng cảm biến không dây

1

Đánh giá mức tiêu thụ năng lượng giao thức định tuyến phân cấp mạng WSN

3

Đánh giá hiệu năng giao thức định tuyến phân cấp mạng WSN

 Mạng cảm biến không dây (Wireless Sensor Network) là mạng liên kết các thiết bị tự vận hành, liên kết với nhau bằng kết nối

một môi trường vật lý

 Các nút mạng có chức năng cảm ứng, quan sát môi trường xung quanh như nhiệt độ, độ ẩm, ánh sáng, âm thanh, độ rung, độ bức

xạ, độ ô nhiễm…; theo dõi các mục tiêu cố định hoặc di động

Giới thiệu

Sink

Internet,

vệ tinh

Nút cảm biến

Trường cảm biến Người dùng

Nút quản

lý tác vụ

Mô hình hoạt động của mạng WSN

Ứng dụng mạng WSN

Ngôi nhà thông minh

HT giao thông thông minh

Môi trường và nông nghiệp

Quân sự và an toàn

công nghiệp

Y tế và giám sát sức khỏe

Giám sát hoạt động công nghiệp

Ứng dụng của mạng WSN

 Số lượng nút cảm biến khá lớn nên không thể xây dựng một quy tắc cho địa chỉ toàn cục khi triển khai

và dung lượng bộ nhớ

hiện tượng chung, do đó sẽ có độ dư thừa

Vấn đề định tuyến trong mạng WSN

 LEACH (Low Energy Adaptive Clustering Hierachy): giao thức phân cấp theo cụm thích ứng năng lượng thấp dùng trong mạng WSN

 Mục tiêu chính của LEACH là mở rộng thời gian sống của mạng, giảm sự tiêu thụ năng lượng của mỗi nút mạng, sử dụng tập trung dữ liệu để giảm bản tin truyền dẫn trong mạng

Giao thức định tuyến LEACH

Mô hình mạng WSN sử dụng giao thức định tuyến phân cấp LEACH

Giao thức định tuyến LEACH (tiếp)

Quá trình hoạt động của LEACH được chia thành 2 pha là pha thiết lập và pha ổn định

thông tin về cụm

dữ liệu và truyền đến trạm gốc

P: tỷ lệ phần trăm mong muốn trở thành nút chủ

cụm

r: vòng (chu kỳ) hiện tại

G: tập hợp các nút chưa trở thành nút chủ cụm ở

1/P vòng trước đó

 PEGASIS (Power-Efficient Gathering in Sensor Information Systems): Tập trung hiệu suất năng lượng trong hệ thống thông tin cảm biến

 Mục tiêu chính của PEGASIS là làm giảm năng lượng tiêu thụ và truyền

dữ liệu thu thập được từ các nút đến trạm gốc với độ trễ thấp

Mô hình mạng WSN sử dụng giao thức định tuyến phân cấp PEGASIS

Giao thức định tuyến PEGASIS

Giao thức định tuyến PEGASIS (tiếp)

Quá trình hoạt động của PEGASIS:

 Khởi tạo mạng, xây dựng chuỗi

 Chọn nút chủ

 Truyền dữ liệu

 Xử lý lỗi khi nút chết

Xử lý lỗi khi một nút chết

1

2

3

4

5

6

BS

Mô hình mạng PEGASIS

 Mặc dù có những cải tiến đáng kể so với LEACH, nhưng một vấn đề hạn chế trong PEGASIS là trễ truyền

 Mô hình khắc phục nhược điểm của PEGASIS

Giao thức định tuyến PEGASIS (tiếp)

Mô hình chuỗi con Giải thuật tập hợp dữ liệu song song

Thiết lập thông số mô phỏng

Đánh giá mức tiêu thụ năng lượng giao thức định

tuyến phân cấp mạng WSN

Năng lượng tiêu tốn khi xử

50nJ/bit 50nJ/bit Chiều dài mỗi bản tin

1 Kết quả mô phỏng mạng có kích thước (50m,50m) với mức năng lượng ban đầu 0.25J/node

Đánh giá mức tiêu thụ năng lượng giao thức định

tuyến phân cấp mạng WSN (tiếp)

Giao thức 1% nút chết 20% nút chết 50% nút chết 100% nút chết

Direct 54 62 76 117

LEACH 402 480 523 635

PEGASIS 788 1004 1041 1096

2 Kết quả mô phỏng mạng có kích thước (50m,50m) với mức năng lượng ban đầu 0.5J/node

Giao thức 1% nút chết 20% nút chết 50% nút chết 100% nút chết

Direct 108 124 152 235

LEACH 803 962 1036 1208

PEGASIS 1578 2011 2082 2192

3 Kết quả mô phỏng mạng có kích thước (100m,100m) với mức năng lượng ban đầu 0.25J/node

Giao thức 1% nút chết 20% nút chết 50% nút chết 100% nút chết

Direct 14 16 20 30

LEACH 166 204 232 308

PEGASIS 335 624 684 779

Đơn vị: vòng chu kỳ

4 Tổng hợp kết quả mô phỏng

Phạm vi Năng lượng

(J/Node) Giao thức 1% nút chết 20% nút chết 50% nút chết 100% nút chết

50m x 50m

0.25

0.5

1

100m x 100m

0.25

0.5

1

Đánh giá mức tiêu thụ năng lượng giao thức định

tuyến phân cấp mạng WSN (tiếp)

Đơn vị: vòng chu kỳ

Đánh giá mức tiêu thụ năng lượng giao thức định

tuyến phân cấp mạng WSN (tiếp)

Nhận xét, đánh giá chung

 PEGASIS tiết kiệm năng lượng hơn so với LEACH và Direct

 Trong PEGASIS, các nút chết đồng loạt sau khi 20% nút trong mạng bị chết

 PEGASIS khắc phục được nhược điểm của LEACH bằng cách loại bỏ thông tin mào đầu của các cụm động, tối thiểu hóa khoảng cách truyền nhận giữa các nút trong mạng và chỉ sử dụng 1 lần truyền dữ liệu hợp nhất đến trạm cơ sở

14/01/2014

KẾT LUẬN

 LEACH vào PEGASIS có mức tiêu thụ năng lượng thấp hơn

so với Direct

 Mặc dù có những cải tiến đáng kể so với LEACH nhưng PEGASIS vẫn tồn tại hạn chế đó là trễ trong mạng khá lớn, đặc biệt là khi kích hướng mạng lớn

Xin trân trọng cảm ơn!