BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP.HỒ CHÍ MINH KHOA CÔNG NGHỆ THÔNG TIN BÁO CÁO TIỂU LUẬN ĐỀ TÀI: CÁC GIAO THỨC TIẾT KIỆM NĂNG LƯỢNG CHO MẠNG AD-HOC KHÔNG DÂY (GREEN WIRELESS SYSTEM) Giảng viên hướng dẫn : Nguyễn Minh Hải Nhóm thực hiện : Nhóm Lớp : DHTH8C Thứ 2, Ngày 10 Tháng 05 Năm 2015 1 BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP.HỒ CHÍ MINH KHOA CÔNG NGHỆ THÔNG TIN BÁO CÁO TIỂU LUẬN ĐỀ TÀI: CÁC GIAO THỨC TIẾT KIỆM NĂNG LƯỢNG CHO MẠNG AD-HOC KHÔNG DÂY (GREEN WIRELESS SYSTEM) Danh sách nhóm: STT Họ và tên Mssv 01 Đặng Quốc Nguyên 02 Lý Huỳnh Duy Bảo 03 Phan Thế An 04 Phạm Thành Thảo 12009411 05 Nguyễn Ngọc Tài 12026011 06 Đặng Ngọc Chính 07 Uông Tiến Đạt Giảng viên hướng dẫn : Nguyễn Minh Hải Nhóm thực hiện : Nhóm a Lớp : DHTH8C 2 Chương 1 GIỚI THIỆU 1.1 Giới thiệu mạng ad-hoc không dây(MANET) Trong công nghệ ngày nay thì mạng di động không dây đang được phát triển rất nhanh mạnh, mạng di động không không dây có thể chia thành hai kiểu mạng là: mạng hạ tầng và mạng không hạ tầng. Trong mạng hạ tầng thì truyền thông giữa các phần tử mạng phụ thuộc vào sự hỗ trợ của hạ tầng mạng, các thiết bị đầu cuối di động truyền thông chỉ một bước là không dây qua các điểm truy nhập để tới hạ tầng mạng cố định. Kiểu mạng không phụ thuộc hạ tầng còn được gọi chung là các mạng tùy biến di động MANET (Mobile Adhoc Networks), MANET là một tập của các node không dây có thể tự thiết lập cấu hình động để trao đổi thông tin mà không phụ thuộc vào hạ tầng cố định, các kết nối truyền thông trong MANET được thiết lập qua các liên kết không dây đa bước. Do đặc tính tùy biến nên MANET có thể cung cấp một miền rộng các ứng dụng dịch vụ cho các vùng mạng cục bộ. Mạng ad-hoc di động tất cả các nút mạng đều có chức năng và hoạt động như một router, trong đó các nút mạng có thể di chuyển tự do và không phụ thuộc vào bất kỳ nút mạng hay thiết bị nào. Môi trường mạng này có thể thiết lập rất dễ dàng ở bất kỳ nơi nào mà không tốn nhiều về chi phí. Trong môi trường mạng không dây ad-hoc, hai nút mạng có thể liên lạc trực tiếp với nhau nếu như chúng nằm trong phạm vi phủ sóng của nhau, ý là cùng một điểm truy cập, ngược lại nếu 2 nút mạng xa nhau muốn trao đổi dữ liệu với nhau thì cần đến sự hỗ trợ của các nút mạng lân cận để chuyển tiếp thông tin hay dữ liệu. 3 1.2 tính chât của mạng di động không day ad-hoc 1.2.1 Môi trường mạng không dây Các nút mạng trong môi trường mạng không dây sử dụng tần số radio hoặc hồng ngoại, để truyền tải và trao đổi dữ liệu với nhau. Các thiết bị không dây như thế có thể được biết đến như là: laptop, điện thoại di động hay các thiết bị vệ tinh…. Tuy nhiên các thiết bị khác nhau ở tầng vật lý nhưng khi cùng nhau tham gia trong cùng một môi trường mạng không dây này, các thiết bị đều chịu những hạn chế như: • Băng thông thấp • Môi trường chuyền thông tin có độ tin cậy thấp • Hạn chế về năng lượng, bộ nhớ, khả năng tính toán Mỗi nút mạng đóng vai trò như một router điều này đồng nghĩa với việc chia sẻ mạng ngang hàng của mỗi nút và khả năng mở rộng phạm vi hoạt động của mạng. 1.2.2 Mang tính tạm thời không cố định Sự thay đổi trạng thái thường xuyên và nhanh chóng của các nút mạng cũng như các liên kết giữa các nút mạng. Một nút mạng có thể tham gia hay tách khỏi mạng tại bất kỳ thời điểm nào. Các nút mạng có thể di chuyển tự do dẫn đến các liên kết giữa các nút mạng thay đổi liên tục nên việc nút mạng cố định một chỗ chỉ mang tính tạm thời. Vì vậy nó sẽ làm ảnh hưởng đến đến các hoạt động trao đổi thông tin hay dữ liệu giữa các nút mạng. 1.2.3 Tính tự thiết lập Mạng không dây ad-hoc không phụ thuộc vào bất kỳ một cấu trúc hay hạ tầng mạng nào sẵn có cũng như sự quản lý tập trung tại bất kỳ một nút mạng nào. Các nút mạng có vai trò ngang nhau và hoạt động độc lập nhau và các nút mạng phải tự thiết lập các thông tin cần thiết cho chính mình khi gia nhập vào mạng cũng như tự điều chỉnh thông tin khi mạng thay đổi. 1.3 Các thành phần trong mạng MANET Do đặc điểm của mạng ad-hoc là di động, vô tuyến, không dự tín trước nên việc xác định các thành phần trong một mạng MANET là rất khó 4 khăn vì thay đổi theo thời gian, có rất nhiều thiết bị như: Laptop, smartphone… , những thiết bị này đều bị ràng buộc về thời lượng pin, cho nên việc kết nối nối quá nhiều đến một nút mạng đó có thể dẫn đến tình trạng tiêu tốn năng lượng vì những dữ liệu được truyền đi mà ta không biết. Chương 2 GIAO THỨC TIẾT KIỆM NĂNG LƯỢNG 2.1 cầu năng lượng trong MANET Mạng MANET phụ thuộc vào hai yếu tố chính là: Khoảng cách và năng lượng truyền thông tin. 5 Ở đây, nếu khoảng cách của chúng ta rất gần thì nằng lượng truyền mỗi thông tin đi là rất ít nói chung là ít tiêu hao, nếu như khoảng cách của chung ta rất xa mà còn trong phạm vị của nút mạng mà ta có thể bắt được thì khả năng truyền dữ liệu đi về vấn đề tiêu hao năng lượng thì phải nói là cực kỳ nhiều, nó tốn một nguồn năng lượng lớn để truyền dữ liệu và nhận dữ liệu 2.2 cầu năng lượng trong MANET 2.2.1 Dominating-Awake-Interval Ý tưởng cơ bản của phương pháp này là đặt một máy chủ PS cho ngủ đủ dài để đảm bảo rằng máy lân cận không có trùng lấp về các beacon. Bằng "dominatingawake", có nghĩa là một máy chủ PS nên cho ngủ ít nhất khoảng một nửa số BI trong mỗi khoảng beacon. Khi một host quyết định để vào chế độ PS, nó chia trục thời gian của mình vào những khoảng beacon chiều dài cố định. Trong mỗi beacon, độ dài của cả ba cửa sổ (tức là, AW, BW, và MW) là hằng số. Để thoả mãn tính " Dominating-Awake ", nó thi hành AW BI/2 + BW. Trình tự của các khoảng cách beacon được dán nhãn là khoảng lẻ và chẵn. Khoảng lẻ và chẵn có cấu trúc khác nhau như được định nghĩa dưới đây: Mỗi khoảng beacon lẻ bắt đầu với một cửa sổ đang hoạt động. Các cửa sổ đang được dẫn dắt bởi một cửa sổ beacon và tiếp theo là một MTIM windown Mỗi khoảng beacon chẵn cũng bắt đầu với một cửa sổ đang hoạt động, nhưng các cửa sổ đang hoạt động được chấm dứt bởi một cửa sổ MTIM theo sau bởi một cửa sổ beacon. 6 Một ví dụ mà host B sẽ luôn luôn chờ beacon của host A Các lý thuyết nói trên đảm bảo rằng một máy chủ PS có thể nhận được tất cả các beacon trong hai khoảng thời gian beacon, nếu không có va chạm trong việc tiếp nhận các beacon. Kể từ thời gian phản ứng để phát hiện các máy là khá ngắn, giao thức này là thích hợp cho môi trường di động cao. 2.2.2 Periodically-Fully-Awake-Interval Các giao thức trước đòi hỏi các host giữ hoạt động hơn một nửa thời gian. Để giảm thời gian hoạt động, trong giao thức này được thiết kế hai loại khoảng beacon: Low-power intervals và Fully-awake intervals. Mỗi low-power interval bắt đầu với một cửa sổ đang hoạt động, trong đó có beacon windown tiếp theo là một MTIM windown, như vậy AW = BW + MW. Trong thời gian còn lại có thể vào chế độ ngủ. Mỗi fully-awake interval cũng bắt đầu với một beacon windown tiếp theo là MTIM windown. Tuy nhiên, các host phải fully-awake trong thời gian còn lại AW = BI 7 Ví dụ về các giao thức Periodically-Fully-Awake-Interval So với các giao thức Dominating-Awake-Interval protocol trước yêu cầu một máy chủ PS chờ hơn một nửa thời gian, giao thức Periodically- Fully-Awake-Interval có thể tiết kiệm năng lượng hơn khi beacon interval p >2. Khả năng phản hồi tốt hơn khi có 1 host mới gia nhập. Vì vậy, giao thức này là thích hợp hơn cho môi trường từ từ di động. 2.2.3 Quorum-Based Trong hai giao thức trước đó, một loạt PS gửi một beacon trong một khoảng thời gian. Trong phần này, đề xuất một giao thức Quorum-Based. Một máy chủ PS có thể tạo sự giao nhau giữa những khoảng sleep window dựa trên số lượng PS host để đặt khoảng active window. Đảm bảo các beacon được các PS host khác nghe thấy trong khoảng Acve window. Giao thức này có thể tiết kiệm năng lượng. Các khoảng thời gian beacon được chia thành các tập bắt đầu từ khoảng thời gian đầu tiên mà mỗi khoảng beacon liên tục được gọi là một nhóm, trong đó n là một tham số toàn cầu. Trên mảng , một máy chủ có thể chọn một cột và một dãy các mục được gọi là quorum interval . Phần còn lại của beacon interval n 2 -2n+1 được gọi là non-quorum interval. Các cấu trúc của quorum interval và non-quorum interval : Mỗi quorum interval bắt đầu với một beacon windown tiếp theo là một MTIM windown. Sau đó, máy chủ phải chờ phần còn lại trong khoảng thời gian AW = BI. Mỗi non-quorum interval bắt đầu với một MTIM windown. Sau đó, máy chủ có thể ở chế độ ngủ AW = MW. KẾT LUẬN 8 . các nút mạng cũng như các liên kết giữa các nút mạng. Một nút mạng có thể tham gia hay tách khỏi mạng tại bất kỳ thời điểm nào. Các nút mạng có thể di chuyển tự do dẫn đến các liên kết giữa các. KIỆM NĂNG LƯỢNG 2.1 cầu năng lượng trong MANET Mạng MANET phụ thuộc vào hai yếu tố chính là: Khoảng cách và năng lượng truyền thông tin. 5 Ở đây, nếu khoảng cách của chúng ta rất gần thì nằng lượng truyền. window dựa trên số lượng PS host để đặt khoảng active window. Đảm bảo các beacon được các PS host khác nghe thấy trong khoảng Acve window. Giao thức này có thể tiết kiệm năng lượng. Các khoảng thời