Giao thức MAC điều khiển công suất trong mạng AD HOC

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ NGUYỄN THI ̣VÀ N GIAO THƢ́C MAC ĐIỀU KHIỂN CÔNG SUẤT TRONG MẠNG AD-HOC LUẬN VĂN THẠC SĨ MẠNG MÁ Y TÍ NH VÀ TRUYỀN DƢ̃ LIỆU Hà Nội – Năm 2014 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ NGUYỄN THI ̣VÀ N GIAO THƢ́C MAC ĐIỀU KHIỂN CÔNG SUẤT TRONG MẠNG AD-HOC Ngành: Công nghê ̣ thông tin Chuyên ngành: Truyề n dƣ̃ liê ̣u và ma ̣ng máy tính Mã ngành: LUẬN VĂN THẠC SĨ MẠNG MÁ Y TÍ NH VÀ TRUYỀN DƢ̃ LIỆU NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS.NGUYỄN ĐÌNH VIỆT Hà Nội 2014 Lời cảm ơn Trƣớc hết, xin đƣợc gửi lời cảm ơn trân trọng và sâu sắc đến thày giáo, PGS.TS.Nguyễn Đin ̀ h Viêṭ ngƣời đã tận tình giúp đỡ, hƣớng dẫn cho suốt trình nghiên cứu và thực luận văn này Trong trình học tập, thực đề tài và đạt đƣợc hôm nay, quên đƣợc công lao giảng dạy và hƣớng dẫn thầy giáo khoa CNTT, Trƣờng Đại học Công Nghệ, ĐHQGHN Và xin đƣợc cảm ơn, chia sẻ niềm vui này với gia đình, bạn bè, đồng nghiệp – ngƣời bên tôi, giúp đỡ và tạo điều kiện thuận lợi đƣợc học tập, nghiên cứu và hoàn thành luận văn Dù đã có nhiều cố gắng, song luận văn chắn tránh khỏi thiếu sót và hạn chế Kính mong nhận đƣợc chia sẻ và ý kiến đóng góp quý báu quí thầy cô giáo, bạn đồng nghiệp Hà nội, tháng 10 năm 2014 Học viên Nguyễn Thi Va ̣ ̀n Lời cam đoan Tôi xin cam đoan luận văn là kết nghiên cứu riêng tôi, không chép Nội dung luận văn có tham khảo và sử dụng tài liệu, thông tin đƣợc đăng tải tác phẩm, tạp chí và trang web theo danh mục tài liệu tham khảo luận văn Nếu có sai sót, xin chịu hoàn toàn trách nhiệm trƣớc pháp luật Tác giả luận văn Nguyễn Thi Va ̣ ̀n Mục lục Lời cảm ơn Lời cam đoan Mục lục DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT DANH MỤC BẢNG BIỂU, HÌNH VẼ LỜI MỞ ĐẦU 10 Chƣơng I TỔNG QUAN MẠNG AD-HOC 11 1.1 Giới thiệu 11 1.2 Đặc điểm mạng Ad-hoc 12 1.2.1 Ƣu điểm [1] 13 1.2.2 Nhƣợc điểm [1] 13 1.3 Ứng dụng mạng ad-hoc 14 1.3.1 Ứng dụng quân 14 1.3.2 Ứng dụng hoạt động khẩn cấp 15 1.3.3 Các ứng dụng giáo dục, văn phòng, gia đình 15 1.3.4 Ứng dụng cho phƣơng tiện lại (Vanet) 15 1.3.5 Mạng cảm biến không dây 16 1.4 Tình hình nghiên cứu mạng ad-hoc và mục tiêu luận văn 18 1.4.1 Tóm tắt vấn đề phải nghiên cứu giải mạng ad-hoc 18 1.4.2 Mục tiêu nghiên cứu luận văn 18 Chƣơng GIAO THƢ́C MAC ĐIỀU KHIỂN CÔNG SUẤT TRONG MẠNG AD-HOC 19 2.1 802.11 DCF 20 2.1.1 Cơ chế hoa ̣t đô ̣ng của IEEE 802.11 DCF 22 2.1.2 Hạn chế 802.11 25 2.2 Giao thức điều khiển công suất sở (basic power control) [3] 26 2.2.1 Ý tƣởng giao thức điều khiển công suất sở 27 2.2.2 Cơ chế hoa ̣t đô ̣ng của giao thức điều khiển công suất sở 28 2.2.3 Hạn chế giao thức điều khiển công suất sở 28 2.3 Đề xuấ t giao thƣ́c MAC có điề u khiể n công suấ t tác giả Eun-Sun 29 và Vaidya [3] 29 2.3.1 Ý tƣởng: Giống nhƣ giao thƣ́c điề u khiể n công suấ t sở 29 2.3.2 Mô tả thủ tục đƣợc sử dụng giao thƣ́c MAC có điề u khiể n công suấ t- PCM (Power Control MAC) 29 2.4 Đề xuấ t giao thƣ́c MAC có điề u khiể n công suấ t tác giả Dongkyun và Kim C K Toh [10] 30 ‎Ý tƣởng F-MAC 30 Chƣơng CÔNG CỤ MÔ PHỎNG 32 3.1 Bô ̣ mô phỏng NS2 32 3.1.1 Giới thiê ̣u NS2 32 3.1.2 Mô hình kiế n trúc NS2 33 3.1.3 Đặc điểm Ns2 33 3.1.4 Khả mô mạng NS2 34 3.1.5 Mô hin ̀ h truyề n sóng vô tuyế n mạng di động không dây 34 3.1.5.1 Mô hình FreeSpace 35 3.1.5.2 Mô hình hai tia mặt đất (Two Ray Ground) 35 3.1.5.3 Mô hình Shadowing 36 3.1.6 Mô hình chuyển động nút mạng 38 3.1.6.1 Mô hình Random Waypoint 39 3.1.6.2 Mô hình Random Walk 40 3.1.6.3 Mô hin ̀ h random direction 41 3.1.7 Tạo nút di động (Mobile Node) 41 3.1.8 Tạo chuyển động cho Node 44 3.1.9 Ghi lại vết kiện mô (vào file *.tr, *.nam) 46 3.1.10 Tạo kết nối TCP, UDP và nguồn sinh lƣu lƣợng 46 Tạo kết nối TCP và nguồn sinh lƣu lƣợng 46 3.2 Công cu ̣ xƣ̉ lý sau mô phỏng 47 3.2.1 AWK 47 3.2.2 Perl 48 3.2.3 Gnuplot 48 Chƣơng 4: MÔ PHỎNG VÀ ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ NĂNG LƢỢNG GIAO THỨC MAC ĐIỀU KHIỂN CÔNG SUẤT TRONG MẠNG AD-HOC 50 4.1 Các độ đo hiệu đánh giá luận văn 50 4.2 Thƣ̣c nghiê ̣m mô phỏng 50 4.2.1 Chƣơng trin ̀ h mô phỏng 52 4.3 Đánh giá kết mô 55 4.4 Mã nguồn thƣ̣c hiê ̣n mô phỏng 55 KẾT LUẬN VÀ HƢỚNG NGHIÊN CƢ́U TIẾP THEO 60 Kết luận 60 Hƣớng phát triể n tiế p theo 60 TÀI LIỆU THAM KHẢO 61 DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT Chữ viết tắt ACK AODV AP CS CSMA/CA DCF DIFS DSDV DSR DSSS EIFS FHSS FTP HTTP IEEE MAC NAVs NS PCM PDA PHY RTS/CTS SIFS TORA UWB Tiếng anh Acknowledgement Ad-hoc On-demand Distance Vector routing Access Point Carrier Sensing Carrier Sense Multiple Access/ Collision Avoidance Distributed Coordination Function DCF Interframe Space Destination Sequenced Distance Vector Dynamic Source Routing Direct-Sequence Spread Spectrum Extended Interframe Space Frequency Hopping Spread Spectrum File Transfer Protocol File Transfer Protocol Institute of Electrical and Electronics Engineers Medium Access Control Network Allocation Vector Network Simulation Power Control MAC Personal Digital Assistant Physical Request to Send/ Clear to Send Short Interframe Space Temporally Ordered Routing Algorithm ultra wideband Tiếng việt Báo nhận Giao thức định tuyến vector khoảng cách theo yêu cầu Điểm truy cập Cảm nhận sóng mang Đa truy nhập cảm nhận sóng mang nhằm tránh xung đột Chức phối hợp phân tán Khoảng cách liên khung DCF Giao thƣ́c định tuyến vector khoảng cách đích Giao thức định tuyến nguồn động Khoảng cách liên khung mở rộng Giao thức truyền tập tin Giao thức truyền tải siêu văn Viện kỹ sƣ điện điện tử Điều khiển truy nhập môi trƣờng Vector định vị mạng Mô phỏng ma ̣ng Điều khiển công suất Vật lý Yêu cầu gửi/Sẵn sàng để nhận Khoảng cách liên khung ngắn Giao thức định tuyến theo thứ tự tạm thời Tƣ̀ viế t tắ t Tiế ng anh Tiế ng viêṭ Mạng di dộng tùy biến VANET WLAN WSN Vehicular ad hoc network Wireless LAN Wireless Sensor Networks xe Mạng LAN không dây Mạng cảm biến không dây DANH MỤC BẢNG BIỂU, HÌNH VẼ Hình ‎1.1 Mô hình mạng không dây ad-hoc………………………………………… 11 Hình ‎1.2 Minh họa cho mạng truy cập dựa điểm truy cập AP………………… 12 Hình 1.3 Minh ho ̣a binh lính, xe tăng và phƣơng tiện khác mang thiết bị di động15 Hình 1.4 Minh họa mạng ad-hoc ứng dụng cho phƣơng tiện giao thông (VANET)17 Hình 1.5 Minh họa ứng dụng mạng cảm biến không dây…………………… 18 Hình 2.1 Minh họa phạm vi truyền, phạm vi cảm nhận, vùng cảm nhận sóng mang 20 Hình 2.2 Mô tả hoạt động 802.11 DCF……………………………………………….22 Hình 2.3 Khung RTS……….…………………………………………………………24 Hình 2.4 Khung CTS………………………………………………………………….25 Hình 2.5 Khung Data…………………………………………………………………25 Hình 2.6 Minh họa vấn đề ẩn bên nhận…………………………………………….26 Hình 2.7 Minh họa công suất truyền khác nút mạng………………….28 Hình 2.8 Minh họa nút ẩn bên nhận giao thƣ́c điề u khiể n công suấ t sở… 28 Hình 2.9 Cơ chế hoạt động PCM……………………………………………… 30 Hình 2.10 Giao thức đề xuất F-PCM………………………………………………….32 Hình 3.1 Mô hình tổng quan mô ns2……………………………………….33 Hình 3.2 Kiến trúc NS2……………………………………………………………….34 Hình 3.3 Di chuyển nút theo mô hình Random Waypoint………………………39 Hình 3.4 Di chuyển nút theo mô hình Random Walk………………………… 40 Hình 3.5 Một mobilenode dƣới chuẩn wireless Monarch CMU mở rộng NS…42 Hình 3.6 Một SRNode dƣới chuẩn wireless Monarch CMU mở rộng NS … 43 Hình 4.1 Thông lƣơ ̣ng trung biǹ h toàn mạng ……………………………………….52 Hình 4.2 Năng lƣơ ̣ng tiêu thu ̣ trung bình các nút nhâ ̣n……………… ……….53 Hình 4.3 Năng lƣơ ̣ng tiêu thu ̣ trung bin ̀ h các nút gƣ̉i……………… ……….53 Hình 4.4 Tỷ lệ chuyển phát gói thành công………………………………… ……….53 10 LỜI MỞ ĐẦU Ngày thiết bị di động nhƣ tiến truyền thông không dây cho ứng dụng lĩnh vực thƣơng mại, quân và cá nhân ngày càng gia tăng Mạng ad-hoc di động (Manet) là lĩnh vực hứa hẹn cho nghiên cứu và phát triển mạng không dây Mạng ad-hoc cho phép thiết bị di động nhƣ máy tính xách tay, điện thoại thông minh, cảm biến, giao tiếp với qua kết nối không dây, nút di động tự cấu hình và không cầ n sở hạ tầng cố định nhƣ tra ̣m sở hoă ̣c điể m truy câ ̣p Với đă ̣c điể m này ma ̣ng ad -hoc dễ dàng triể n khai nhanh chóng và có chi phí thấ p Tuy nhiên lại có vấn đề khác đặt nhƣ tốc độ truyền thông không cao, mô hình mạng không ổn định nút mạng hay di chuyển, lƣợng cung cấp cho nút mạng thƣờng chủ yếu là pin vì vâ ̣y ̣n chế về lƣơ ̣ng Viê ̣c thiế u lƣơ ̣ng không chỉ ảnh hƣởng đế n chiń h các nút đó mà ảnh hƣởng đến khả mà nút đó thay mă ̣t cho các nút khác để chuyển tiếp gói tin, ảnh hƣởng đến tuổ i tho ̣ chung của ma ̣ng Để khắ c phu ̣c đƣơ ̣c ̣n chế về thiế u lƣơ ̣ng chọn đề tài “Giao thƣ́c Mac điề u khiể n công suấ t mạng ad-hoc” Mục đích luận văn là nghiên cứu giải pháp giao thức điều khiển công suất mạng ad-hoc nhằm tiết kiệm nguồn tiêu thụ thiết bị và giảm can nhiễu hệ thống Căn vào mục đích luận văn, xin đƣa mục tiêu cụ thể sau:  Tìm hiểu tổng quan mạng ad-hoc  Tìm hiểu giao thức Mac điều khiển công suất mạng ad-hoc  Tìm hiểu công cụ mô  Thiết lập kịch mô và đánh giá kết mô Để thực mục tiêu trên, bố cục luận văn đƣợc tổ chức thành chƣơng: Chƣơng Tổng quan mạng ad-hoc: Giới thiệu cách tổng quan mạng ad-hoc, đặc điểm mạng ad-hoc, ứng dụng mạng ad-hoc Chƣơng Giao thức Mac điều khiển công suất mạng ad-hoc: Tìm hiểu ý tƣởng, chế hoạt động giao thức điều khiển công suất Chƣơng Công cụ mô mạng ad-hoc: Giới thiệu công cụ mô mạng ad-hoc và công cụ hỗ trợ phân tích và hiển thị kết mô Chƣơng Mô phỏng và đánh giá hiêụ quả lƣơ ̣ng giao thƣ́c MAC điều khiể n công suấ t ma ̣ng ad-hoc: so sánh lƣơ ̣ng tiêu thu ̣ các nút mạng, PDR, thông lƣơ ̣ng giƣ̃a giao thƣ́c điề u khiể n công suấ t với 802.11 Phần cuối luận văn là kết luận công việc mà luận văn đã đạt đƣợc và hƣớng nghiên cứu tƣơng lai 47 Tạo nguồn sinh lƣu lƣợng ứng dụng Telnet set telnet [new Application/Telnet] $telnet attach-agent $tsrc Tạo kết nối UDP và nguồn sinh lƣu lƣợng Tạo thực thể gửi và nhận UDP (source and NULL) set usrc [new Agent/UDP] set udst [new Agent/NULL] Gắn thực thể UDP với nút mạng $ns attach-agent $n0 $usrc $ns attach-agent $n1 $udst Tạo kết nối thực thể gửi và nhận UDP $ns connect $usrc $udst Lƣu lƣợng nguồn sinh với tốc độ không đổi – CBR (Constant Bit Rate) set src [new Application/Traffic/CBR] Lƣu lƣợng nguồn sinh gói tin theo phân bố hàm mũ Exponential Pareto on-off set src [new Application/Traffic/Exponential] set src [new Application/Traffic 3.2 Công cu ̣ xƣ̉ lý sau mô phỏng 3.2.1 AWK Awk là ngôn ngữ lập trình đƣợc phát triể n lâ ̣p triǹ h viên là Alfred Aho, Peter Weinberger, và Brian Kernighan AWK là mô ̣t ngôn ngƣ̃ lâ ̣p tin̉ hg kiể u thông di ̣ch, có khả xƣ̉ lý file text rấ t ma ̣nh đố i với nhƣ̃ng file text mà mỗi dòng là mô ̣t da ̣ng bản ghi , tức là có trƣờng , cô ̣t đƣơ ̣c phân tách bởi mô ̣t kí tự phân tách nào Chƣơng trình awk đƣợc tích hợp Linux là ứng dụng GNU ngôn ngữ lập trình Awk Cú pháp AWK gần gũi với ngôn ngữ C thƣ̣c hiê ̣n nhƣ̃ng công viê ̣c sau Chƣơng trình awk có thể  Có thể phân tích văn để tính tần suất word v.v  Chuẩn bị báo cáo đƣa có định dạng, dựa thông tin file  Lọc văn theo cách thức mạnh  Thực tính toán thông tin số file 48 3.2.2 Perl Perl viết tắt Practical-Extraction and Report- Language là ngôn ngữ lập trình Larry Wall sáng tác với mục đích chung là tạo báo cáo cách nhanh chóng và dễ dàng Do có nhiều toán tử nhƣ hàm để hỗ trợ riêng cho xử lý text nên Perl khác biệt với ngôn ngữ khác là có tính chất xử lý text mạnh, xử lý dễ dàng tác vụ giống nhƣ C UNIX shell thƣờng làm việc viết Script nhƣng ngắn gọn và đơn giản Không giống nhƣ trình biên dich ̣ C hay C ++, Perl là trình thông dich ̣ Perl chạy môi trƣờng khác nhƣ :  UNIX PERL chạy môi trƣờng Unix  PERL FOR WINDOWS NT chạy môi trƣờng Windows NT  WIN PERL chạy môi trƣờng Windows 95/ Windows 98) 3.2.3 Gnuplot Gnuplot là phần mềm miễn phí, dùng để vẽ đồ thị hàm toán học, vẽ đồ thị từ tập liệu sẵn có  Thí dụ để vẽ đồ thị hình sin gnuplot> plot sin(x)  Vẽ đồ thị từ file liệu Tạo file liệu: vi data.dat 40 0.134 60 0.130 80 0.127 100 0.129 120 0.138 130 0.153 gnuplot> plot "data.dat" with lines Ta add thêm nhãn đồ thị (title), tên trục tung, trục hoành, sử dụng lệnh replot để vẽ lại đồ thị gnuplot> set xlabel "user" gnuplot> set ylabel "second" gnuplot> set title "thoi gian truy cap" gnuplot> replot 49 Ngoài Gnuplot cho phép th ực vẽ nhiều đồ thị biểu đồ, liệu đầu vào là file văn có nhiều cột, nhƣng ta cần cột chứa số liệu vẽ đồ thị 3.2.4 Sử dụng Grep Grep là lệnh Unix|Linux, là thuật ngữ viết tắt của: “Global Regular Expression Parser” Grep là lọc, tìm và hiển thị dòng kết lệnh có chứa mẫu (pattern) mà ngƣời sử dụng Cách 1: Lọc đ ầu chƣơng trình khác Cú pháp lệnh: | grep 0 Ví dụ: cat thesis3x3.tr |grep "^s" |grep "_0_ MAC"|grep “0:0 1:0” ;Hiển thị kiện gửi liệu nút có id=_0_ file thesis3x3.tr và nút nhận là nút cat thesis3x3.tr |grep "^s" |grep "_0_" |wc -l ;Đếm số kiện gửi nút id=_0_ file thesis3x3.tr Cách 2: lọc file Cú pháp nhƣ sau: grep Ví dụ: grep " _0_ MAC " tr1.tr > tr2.tr Sao chép tất dòng có chuỗi “ _0_ MAC” từ file tr1.tr sang file tr2.tr 50 Chƣơng 4: MÔ PHỎNG VÀ ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ NĂNG LƢỢNG GIAO THỨC MAC ĐIỀU KHIỂN CÔNG SUẤT TRONG MẠNG ADHOC Nhƣ đã đề câ ̣p phầ n lý thuyết chƣơng 2, giao thƣ́ 802.11 DCF để công suấ t truyề n và nhâ ̣n mức tối đa , đó sẽ tiêu hao lañ g phí lƣơ ̣ng mỗi nút gửi và nhận trƣờng hơ ̣p nút gƣ̉i nhâ ̣n gầ n Tƣ̀ ̣n chế này đề xuấ t điề u khiể n công suấ t truyề n dƣ̣a khoảng cách giƣ̃a các nút Ở khoảng cách nút đƣợ c thể hiê ̣n qua mâ ̣t đô ̣ nút t ăng dầ n, nút đƣơ ̣c đă ̣t tiñ h cùng mô ̣t khu vƣ̣c điạ lý 500m x 500m Để đánh giá giƣ̃a đề suất và 802.11 sƣ̉ du ̣ng các đô ̣ đo nhƣ trình bày phầ n 4.1 4.1 Các độ đo hiệu đánh giá luận văn Để đánh giá và so sánh hiệu mạng ad-hoc, lựa chọn tham số hiê ̣u sau: thông lƣơ ̣ng trung biǹ h toàn ma ̣ng, lƣơ ̣ng tiêu thu ̣ trung biǹ h nút gửi và lƣợng tiêu thụ trung biǹ h nút nhận cho mô ̣t đơn vi ̣ thông tin, và tỷ lệ chuyển phát gói tin thành công Năng lƣơ ̣ng tiê u thu ̣ trung bình các nút gƣ̉i / nhâ ̣n cho mô ̣t đơn vi ̣thông tin = tổ ng lƣơ ̣ng tiêu thu ̣ các nút gƣ̉i (hoă ̣c nhâ ̣n) chia cho (tổ ng số gói tin gƣ̉i(hoă ̣c nhâ ̣n) * kích thƣớc gói tin) Throughput: thông lƣợng trung bình toàn mạng là kích thƣớc gói tin nhâ ̣n đƣơ ̣c mô ̣t đơn vi ̣thời gian PDR (packet delay radio): = (Tổng gói tin nhận đƣơ ̣c ta ̣i các nút bên nhâ ̣n/ tổng số gói tin gửi nút bên gửi) *100% 4.2 Thƣ̣c nghiêm ̣ mô phỏng Sƣ̉ du ̣ng mô hình Random waypoint xây dựng mạng mô gồm 3x3, 4x4, 5x5, 6x6, 7x7, 8x8 nút hình thành nên mạng ad hoc Các nút này đặt tĩnh khu vực địa lý rộng 500m x 500m (không gian phẳng) Toạ độ nút thời điểm là (x, y, z), tọa độ z = Thời gian mô là 300 giây Mô hình truyền thông đƣợc lựa chọn là TCP Tôi chọn tham số cho nguồn phát TCP có kích thƣớc gói tin là 512 bytes Số lƣợng kết nối cho mô hình là N/2 nguồn phát, và N/2 nguồn nhận Các cặp nút nguồn phát và nhận lấy ngẫu nhiên Cải tiến: - Với số nút 3x3, chọn giá trị radio range (transmision range, sensing range) theo mặc định lầ n lƣơ ̣t là 250m, 550m; - Với số nút 4x4, giảm giá trị 3/4 giá trị mặc định; 51 - Với số nút 5x5, giảm giá trị 3/5 giá trị mă ̣c đinh; ̣ - Với số nút 6x6, giảm giá trị 3/6 giá trị mặc định; - Với số nút 7x7, giảm giá trị 3/7 giá trị mă ̣c đinh; ̣ - Với số nút 8x8, giảm giá trị 3/8 giá trị mă ̣c đinh; ̣ Các thông số mô 802.11 chƣa điều khiể n công suấ t Tham số mô Phạm vi truyền sóng vô tuyến Phạm vi cảm nhận sóng mang Vùng mô Số nút tham gia mô Giá trị 250m 550m 500 x 500m 3x3, 4x4, 5x5, 6x6, 7x7, 8x8 Thời gian mô 300s Dạng truyền thông Số nguồn phát Kích thƣớc gói tin Băng thông TCP 4, 8, 12, 18, 24, 32, 40, 50 512 bytes 2Mbps Giao thƣ́c AODV Các thông số mô 802.11 thƣ̣c hiêṇ điều khiể n công suấ t Tham số mô Công suấ t truyề n Phạm vi truyền sóng vô tuyến Phạm vi cảm nhận sóng mang Vùng mô Giá trị 281,8 mW, 80mW, 36,6mW, 15mW, 10,6mW, 7,25mW 250m, 180m, 150m, 120m, 110m, 100m 500 x 500m Số nút tham gia mô 3x3, 4x4, 5x5, 6x6, 7x7, 8x8 Thời gian mô Dạng truyền thông Số nguồn phát Số nguồn nhâ ̣n 300s TCP 4, 8, 12, 18, 24, 32 4, 8, 12, 18, 24, 32 Kích thƣớc gói tin 512 bytes Băng thông 2Mbps Giao thƣ́c AODV 52 4.2.1 Chƣơng trin ̀ h mô phỏng Chƣơng trin ̀ h mô phỏng đƣơ ̣c đă ̣t tên nhƣ sau: - Các chƣơng trình thực hiê ̣n 802.11 không điề u khiể n công suấ t sƣ̉ du ̣ng các file sau: demo3x3.tcl, demo4x4.tcl, demo5x5.tcl, demo6x6.tcl, demo7x7.tcl, demo8x8.tcl - Các chƣơng trình thực 802.11 có điều khiển công suất sử dụng file: demo3x3-power.tcl, demo4x4-power.tcl, demo5x5-power.tcl, demo6x6-power.tcl, demo7x7-power.tcl, demo8x8-power.tcl Tôi đã cho thi hành chƣơng triǹ h mô phỏng nhƣ sau: ns demo3x3.tcl, ns demo4x4.tcl, ns demo5x5.tcl, ns demo6x6.tcl, ns demo7x7.tcl, ns demo8x8.tcl Kế t xuấ t thông tin tê ̣p thesis3x3.tr, thesis4x4.tr, thesis5x5.tr, thesis6x6.tr, thesis7x7.tr, thesis8x8.tr ns demo4x4-power.tcl, ns demo5x5-power.tcl, ns demo6x6-power.tcl, ns demo7x7-power.tcl, ns demo8x8-power.tcl Kế t xuấ t thông tin tê ̣p thesis3x3-power.tr, thesis4x4-power.tr, thesis5x5power.tr, thesis6x6-power.tr, thesis7x7-power.tr, thesis8x8-power.tr Từ tệp vết thu đƣợc dùng script perl phân tích để tính toán độ đo hiệu mạng nhƣ: thông lƣơ ̣ng trung biǹ h toàn ma ̣ng , tỷ lệ chuyển phát gói tin thành công (PDR) Ví dụ thực thi chƣơng trình dòng lệnh sau: Perl /home/van/PDR.pl thesis3x3.tr Perl /home/van/throughput.pl thesis3x3.tr Ngoài dùng lê ̣nh cat, grep để lọc thông tin về tổ ng số gói tin gƣ̉i (hoă ̣c gói tin đƣơ ̣c nhâ ̣n) cặp nguồn và đích tƣ̀ng kế t nố i Ví dụ: Tính tổng gói tin gửi từ nút đến nút cat demo3x3.tr|grep ^s|grep "_0_ MAC"| grep "0:0 1:0"| wc –l Tính tổng gói tin nút nhâ ̣n đƣơ ̣c tƣ̀ nút gƣ̉i cat demo3x3.tr|grep ^r|grep "_1_ MAC"| grep "0:0 1:0"| wc –l Ngoài lê ̣nh cat, grep giúp xác định đƣợc gói tin bắt đầu gửi (hoă ̣c gói tin nhận ) nhƣ gói tin cuối gửi (hoă ̣c gói tin cuố i nhận về) tƣ̀ng kế t nố i Qua đó xác đinh ̣ đƣơ ̣c lƣơ ̣ng tiêu thu ̣ nút gửi (hoă ̣c nhâ ̣n) tƣ̀ng kế t nố i Thƣ̣c thi chƣơng trình bằ ng dòng lê ̣nh sau: cat demo3x3.tr|grep ^s|grep "_0_ MAC"| grep "0:0 1:0" cat demo3x3.tr|grep ^r|grep "_1_ MAC"| grep "0:0 1:0" 53 4.2.2 Kết mô So sánh thông lƣơ ̣ng trung bình của ma ̣ng 802.11 và 802.11 có điều khiển công suấ t Hình.4.1 Thông lƣơ ̣ng trung biǹ h toàn ma ̣ng So sánh lƣơ ̣ng tiêu thu ̣ trung biǹ h của các nút nhâ ̣n của ma ̣ng 802.11 và 802.11 có điều khiển công suất Hình 4.2 Năng lƣơ ̣ng tiêu thu ̣ trung biǹ h của các nút nhâ ̣n 54 So sánh lƣơ ̣ng tiêu thu ̣ trung bình các nú t gƣ̉i của ma ̣ng 802.11 và 802.11 có điều khiển công suất Hình 4.3.Năng lƣơ ̣ng tiêu thu ̣ trung bình của các nút gƣ̉i So sánh tỷ lê ̣ chuyể n phát gói tin thành công của giao thƣ́c 802.11 và 802.11 có điề u khiể n công suấ t Hình 4.4 Tỷ lệ chuyển phát gói tin thành công 55 4.3 Đánh giá kết mô Thông qua các kế t quả nhâ ̣n đƣơ ̣c nhƣ triǹ h bày ở trên, có thể nhâ ̣n xét nhƣ sau: Từ hình 4.1 nhâ ̣n thấ y thông lƣơ ̣ng trung biǹ h toàn ma ̣ng tăng dầ n mâ ̣t đô ̣ nút tăng và kế t hơ ̣p điề u khiể n công suất truyền và hình 4.4 sƣ̉ du ̣ng điề u khiể n công suấ t kế t quả đa ̣t đƣơ ̣c là tỷ lê ̣ chuyể n phát gói tin thành công cao Nguyên nhân là cùng mô ̣t pha ̣m vi hoa ̣t đô ̣ng mâ ̣t đô ̣ cá c nút tăng dầ n có nghĩa là khoảng cách nút xích lại gần Khi các nút gầ n nế u truyề n với công suấ t lớn dễ gây đu ̣ng đô ̣ đó phải truyề n la ̣i nhiề u , dẫn đế n thông lƣơ ̣ng thấ p và tỷ lệ chuyển phát gói tin thấp sƣ̉ du ̣ng điề u khiể n công suấ t Tƣ̀ hin ̀ h 4.2 và 4.3 cho thấ y lƣơ ̣ng tiêu thu ̣ trung biǹ h mô ̣t đơn vi ̣ thông tin các nút gƣ̉i và nút nhâ ̣n sƣ̉ du ̣ng điề u khiể n công suấ t truyề n thấ p nhiề u so với mă ̣c đinh ̣ 802.11 Tƣ̀ kế t quả đa ̣t đƣơ ̣c có thể thấ y các nút ở khoảng cách gầ n nế u điề u chin ́ h công suấ t phát sẽ tiế t kiê ̣m đƣơ ̣c rấ t nhiề u lƣơ ̣ng tiêu thu ̣ nút gửi và nút nhận 4.4 Mã nguồn thực mô phỏng # Define options set val(chan) Channel/WirelessChannel ; set val(prop) Propagation/TwoRayGround ; set val(netif) Phy/WirelessPhy ; set val(mac) Mac/802_11 ; set val(ifq) Queue/DropTail/PriQueue ; set val(ll) LL ; set val(ant) Antenna/OmniAntenna ; set val(ifqlen) 50 ; set val(nn) ;# number of mobilenodes set val(rp) AODV ; set val(x) 500 ; set val(y) 500 ; set val(stop) 300 ;# time of simulation end set opt(bw) 2Mb set ns [new Simulator] set tracefd [open thesis3x3.tr w] set namtrace [open thesis3x3.nam w] Antenna/OmniAntenna set X_ Antenna/OmniAntenna set Y_ Antenna/OmniAntenna set Z_ 1.5 Antenna/OmniAntenna set Gt_ Antenna/OmniAntenna set Gr_ 56 Mac/802_11 set RTSThreshold_ ;# RTS/CTS Phy/WirelessPhy set CPThresh_ 10.0 Phy/WirelessPhy set freq_ 9.14e+08 Phy/WirelessPhy set L_ 1.0 $ns trace-all $tracefd $ns namtrace-all-wireless $namtrace $val(x) $val(y) # set up topography object set topo [new Topography] $topo load_flatgrid $val(x) $val(y) create-god $val(nn) # configure the nodes $ns node-config -adhocRouting $val(rp) \ -llType $val(ll) \ -macType $val(mac) \ -ifqType $val(ifq) \ -ifqLen $val(ifqlen) \ -antType $val(ant) \ -propType $val(prop) \ -phyType $val(netif) \ -channelType $val(chan) \ -topoInstance $topo \ -agentTrace ON \ -routerTrace ON \ -macTrace ON \ -movementTrace ON # Energy model for every node #Energy=Power*time #Jule is unit of initialEnergy and rest of Energy is unit is watt $ns node-config -energyModel EnergyModel \ -initialEnergy 13200 \ -txPower 0.744 \ -rxPower 0.0648 \ -idlePower 0.05 \ for {set i 0} {$i < $val(nn) } { incr i } { set node_($i) [$ns node] } # Provide initial location of mobilenodes Source /data3x3 Source /tcp3x3.cn # Define node initial position in nam for {set i 0} {$i < $val(nn)} { incr i } { # 40 defines the node size for nam $ns initial_node_pos $node_($i) 60 57 } # Telling nodes when the simulation ends for {set i 0} {$i < $val(nn) } { incr i } { $ns at $val(stop) "$node_($i) reset"; } # ending nam and the simulation $ns at $val(stop) "$ns nam-end-wireless $val(stop)" $ns at $val(stop) "stop" $ns at 150.01 "puts \"end simulation\" ; $ns halt" proc stop {} { global ns tracefd namtrace $ns flush-trace close $tracefd close $namtrace exec nam thesis3x.nam & } proc finish {} { exec xgraph simple.tr -geometry 500*500 exit } $ns run # type: perl avg_throughput.pl $infile=$ARGV[0]; $speed=$ARGV[1]; $receivedsize = 0; $start_time = 1000; $end_time=0; $num=0; open (DATA,"[...]... Chƣơng 2 GIAO THƢ́C MAC ĐIỀU KHIỂN CÔNG SUẤT TRONG MẠNG AD- HOC Điều khiển công suất là khả năng một trạm không dây di động kiểm soát năng lƣợng tiêu thụ thông qua việc chuyển đổi giƣ̃a các trạng thái bâ ̣t, tắ t và rỗi (on, off, idle) hoặc qua điều khiển công suất truyền Điều khiển công suất giúp tiết kiệm nguồn tiêu thụ của thiết bị và giảm can nhiễu gây ra cho hệ thống Giao thức MAC đƣợc... Unicast/Multicast (Unicast/Multicast routing) - Các giao thức tầng Giao vận: TCP/Tahoe/Reno/New-Reno/Sack/Vegas, UDP, điều khiển lƣu lƣợng và điều khiển tắc nghẽn - Các giao thức tầng Ứng dụng:FTP, HTTP, Web caching, - Các giao thức tầng MAC nhƣ: MAC 802.3, MAC 802.11, MAC 802.15 Đối với mạng không dây: - Kênh truyền - Sự di chuyển của các nút mạng trong không gian hai chiều - Mạng LAN không dây (WLAN) 802.11 - Mobile... từ A đến B 27 Hình 2.7 Minh họa công suất truyền khác nhau giữa các nút mạng[ 3] Một giải pháp đơn giản (nhƣ là một sửa đổi để IEEE 802.11) đó là giao thức điều khiển công suất BASIC 2.2.1 Ý tƣởng giao thức điều khiển công suất cơ sở Sử dụng năng lƣợng truyền ở mức cao nhất cho các gói tin RTS và CTS Sử dụng năng lƣợng truyền ở mức độ tối thiểu cần thiết có thể giao tiếp đƣợc cho các gói tin DATA... tiếp nhận dữ liệu ở D Nhận xét  Giao thức 802.11 tiêu thụ năng lƣợng nhiều do công suất truyền ở mức cao - Pmax  Thông lƣợng mạng bị suy giảm do tất cả các nút trong phạm vi truyền dẫn với mức Pmax đều phải hoãn lại viê ̣c truyề n của chúng 2.2 Giao thức điều khiển công suất cơ sở (basic power control) [3] Do viê ̣c sƣ̉ du ̣ng giao thƣ́c 802.11 trong ad- hoc làm tiêu hao năng lƣơ ̣ng nhiề u,... một loạt thách thức đối với mạng ad- hoc đƣợc đặt ra cần đƣợc giải quyết nhƣ:  Tô pô mạng không có cấu trúc và thay đổi theo thời gian: Các nút mạng tự do dịch chuyển do đó việc tối ƣu hóa các giao thức mạng đặc biệt khó khăn  Năng lƣợng: Các nút mạng trong mạng ad- hoc hoạt động đƣợc nhờ nguồn năng lƣợng bằng pin Vì vậy vấn đề tuổi thọ của pin cần đƣợc đặc biệt quan tâm Do đó thách thức đặt ra là... năng lƣơ ̣ng 1.3 Ứng dụng trong mạng ad- hoc Mạng ad- hoc thƣờng đƣợc sử dụng trong một số tình huống nơi mà sử dụng mạng cơ sở hạ tầng không thể triển khai hoặc triển khai đƣợc nhƣng không hiệu quả về chi phí Các ứng dụng phổ biế n của ma ̣ng ad -hoc đƣơ ̣c trình bày dƣới đây 1.3.1 Ứng dụng trong quân sự Ứng dụng quân sự đã thúc đẩy nghiên cứu ban đầu về các mạng ad- hoc, với khả năng có thể... xa thiết bị đồ dùng dễ dàng hơn Trong lĩnh vực thƣơng mại, mạng cảm biến đƣợc ứng dụng trong việc theo dõi chất lƣợng sản phẩm; điều khiển môi trƣờng trong những tòa nhà; điều khiển robot trong những nhà máy sản xuất tự động; sản xuất đồ chơi tƣơng tác; giám sát thảm hoạ Hình 1.3 Minh họa ứng dụng trong mạng cảm biến không dây 18 1.4 Tình hình nghiên cứu về mạng ad- hoc và mục tiêu của luận văn... có thể thiết lập mạng ad- hoc nhanh chóng để thay thế mạng cơ sở hạ tầng bị phá hủy cho phép các nhân viên cấ p cƣ́u phối hợp tốt hơn 1.3.3 Các ứng dụng trong giáo dục, văn phòng, gia đình Mạng ad- hoc cũng có các ứng dụng trong nhà và văn phòng Các ứng dụng đơn giản và trực tiếp nhất của mạng ad- hoc trong nhà và văn phòng là kết nối máy tính xách tay, PDA và thiết bị WLAN khác trong trƣờng hợp... với các gói ACK tại D và gói dữ liệu tại E Điều này dẫn đến giảm thông lƣợng và tiêu thụ năng lƣợng cao vì phải truyền lại các gói tin bi đụng độ ̣ 2.3 Đề xuấ t giao thƣ́c MAC có điều khiển công suất của tác giả Eun-Sun và Vaidya [3] 2.3.1 Ý tƣởng: Giống nhƣ giao thƣ́c điều khiể n công suấ t cơ sở  Sử dụng mức công suất Pmax cho RTS-CTS và công suất truyền dẫn cần thiết tối thiểu cho DATA-ACK... nút lân cận Tuy nhiên, điều khiển công suất có thể đƣa ra mức công suất phát khác nhau ở các nút khác nhau điều này tạo ra một tình trạng bất đối xứng nơi một nút A có thể truyề n đến nút B nhƣng B không thể truyề n đế n A khi các nút khác nhau sử dụng công suất truyền khác nhau Điều này có thể dẫn đến va chạm tăng lên Giả sử các nút A và B trong Hình 2.7 sử dụng công suất thấp hơn so với các ... quan mạng ad- hoc: Giới thiệu cách tổng quan mạng ad- hoc, đặc điểm mạng ad- hoc, ứng dụng mạng ad- hoc Chƣơng Giao thức Mac điều khiển công suất mạng ad- hoc: Tìm hiểu ý tƣởng, chế hoạt động giao thức. .. 25 2.2 Giao thức điều khiển công suất sở (basic power control) [3] 26 2.2.1 Ý tƣởng giao thức điều khiển công suất sở 27 2.2.2 Cơ chế hoa ̣t đô ̣ng của giao thức điều khiển công suất. .. thiế u lƣơ ̣ng chọn đề tài Giao thƣ́c Mac điề u khiể n công suấ t mạng ad- hoc Mục đích luận văn là nghiên cứu giải pháp giao thức điều khiển công suất mạng ad- hoc nhằm tiết kiệm nguồn tiêu