ZigBee là một công nghệ mạng không dây ra đời năm 2003 với đặc điểm là: mức năng lượng tiêu thụ và giá thành thấp, đa năng và dễ dàng mở rộng. ZigBee hỗ trợ việc quản lý, điều khiển cho các thiết bị gia dụng, công nghiệp, chăm sóc sức khỏe đặc biệt là cho nhu cầu cho các ngôi nhà thông minh.Trên thế giới, công nghệ ZigBee đã trở nên phổ biến vì giá thành rẻ, dễ triển khai và linh hoạt. Rất nhiều công ty như Alliance, Freescale, Atmel, …tham gia vào việc cung cấp các thiết bị mạng để triển khai lắp đặt. Các tập đoàn lớn như SamSung, Nokia, Panasonic, … đang chú ý đến ZigBee như là một mạng điều khiển quan trọng cho các sản phẩm của mình. Tại Việt Nam, bước đầu đã tiếp cận với công nghệ ZigBee tại các diễn đàn về thiết bị điện tử. Công ty ISolution có trụ sở tại Hà Nội đã đề cập đến ZigBee như là một công nghệ mới cho việc tự động hóa cho các biệt thự ở Việt Nam.Qua đó, nhu cầu về nắm bắt công nghệ ZigBee và triển khai xây dựng hệ thống mạng quản lý nhà thông minh đang là thị trường hấp dẫn tại Việt Nam. Hiện tại, là một sinh viên nên việc sở hữu một bộ kit để phát triển công nghệ này là không khả thi nên mục tiêu của đề tài là nắm được công nghệ ZigBee và từ đó áp dụng vào mô phỏng trên hai phần mềm là NS2 và OPNET.Phương pháp nghiên cứu chủ yếu là sưu tầm tài liệu trên mạng và các dự án nghiên cứu có liên quan để tổng hợp phân tích. Sau đó, từ các kiến thức tiếp thu được tiến hành mô phỏng để phân tích khả năng hoạt động của mạng không dây ZigBee.Đóng góp của đề tài là báo cáo lý thuyết về công nghệ ZigBee và kiến thức về hai phần mềm NS2 và OPNET, mô phỏng hoạt động của mạng hình sao ZigBee trên hai phần mềm này với các yêu cầu mô phỏng khác nhau. Từ đó, hiểu được hoạt động và phân tích, đánh giá hoạt động của mạng không dây ZigBee.Bố cục của đồ án: CHƯƠNG I: CƠ SỞ LÝ THUYẾT CHƯƠNG II: MÔ PHỎNG MẠNG KHÔNG DÂY ZIGBEE BẰNG PHẦN MỀM NS2 CHƯƠNG III: MÔ PHỎNG MẠNG KHÔNG DÂY ZIGBEE BẰNG PHẦN MỀM OPNET
MỤC LỤC DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT DANH MỤC HÌNH VẼ DANH MỤC BẢNG BIỂU .7 LỜI MỞ ĐẦU CHƯƠNG I CƠ SỞ LÝ THUYẾT 1.1 Công nghệ ZigBee 1.1.1 Khái niệm công nghệ ZigBee 1.1.2 Mối quan hệ ZigBee chuẩn IEEE 802.15.4 10 1.1.3 Tầng PHY 11 1.1.4 Tầng MAC 14 1.1.5 Tầng NWK 21 1.1.6 Tầng APL 35 1.2 Phần mềm mô 38 1.2.1 Phần mềm NS-2 38 1.2.2 Phần mềm OPNET .41 CHƯƠNG II .45 MÔ PHỎNG MẠNG KHÔNG DÂY ZIGBEE BẰNG PHẦN MỀM NETWORK SIMULATOR-2 45 2.1 Mục đích mô 45 2.2 Thông tin .46 2.2.1 Môi trường mô 46 2.2.2 Tham số .46 2.2.3 Tính toán tham số ban đầu đưa vào kịch .47 2.2.4 Mô đun phần mềm ZigBee 49 2.2.5 Cấu trúc xử lý 52 2.2.6 Hoạt động tổng quát nút mạng định tuyến 59 2.3 Phân tích kết .61 2.4 Kết luận .62 CHƯƠNG III 63 MÔ PHỎNG MẠNG KHÔNG DÂY ZIGBEE BẰNG PHẦN MỀM OPNET 14.5 63 3.1 Mục đích mô 63 3.2 Cấu hình mô 63 3.2.1 Tạo giao diện mô cấu trúc mạng 63 3.2.2 Cấu hình thiết bị 66 3.2.3 Cấu hình thống kê .68 3.2.4 Định trình lập lịch .69 3.2.5 Chạy mô 69 3.3 Phân tích kết .70 3.3.1 Mô tình .70 3.3.2 Mô tình .74 3.3.3 Mô tình .77 3.4 Kết luận .78 KẾT LUẬN 80 TÀI LIỆU THAM KHẢO .81 DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT APL APS Application Layer Application Support Tầng ứng dụng Tầng hỗ trợ ứng dụng BRT BTR Sublayer Broadcast Retry Timer Broadcast Transaction Bộ định thời lặp lại quảng bá Bản ghi giao dịch quảng bá Record BTT Broadcast Transaction Table CAP Contention Access Period CCA Clear Channel Assessment CFP Contention-Free Period CSMA/ CA Carrier Sense Multiple Bảng giao dịch quảng bá Giai đoạn truy nhập có xung đột Sự đánh giá độ thoáng kênh truyền Giai đoạn truy nhập tự xung đột Đa truy cập nhận biết sóng mang Access with Collision tránh xung đột ED FFD GTS IFS LQI LR-WPAN Avoidance Energy Detection Full-Function Device Guaranteed Time Slot Interframe Spacing Link Quality Indicator Low-Rate Wireless Personal Cơ chế xác định mức lượng Thiết bị đầy đủ chức Khe thời gian bảo đảm Không gian liên khung Chỉ thị chất lượng liên kết Mạng cá nhân không dây tốc độ MAC Area Network Medium Access Control thấp Tầng điều khiển truy nhập phương Network Layer Open Systems tiện Tầng mạng Mô hình liên kết hệ thống mở NWK OSI Interconnection PHY Physical Layer POS Personal Operating Space PSDU PHY Service Data Unit QOS Quality of Service RF Radio Frequency RFD Reduced Function Device RX Receiver SAP Service Access Point SNR Signal-to-Noise Ratio TRX Transceiver TX Transmitter WLAN Wireless Local Area Tầng vật lý Không gian hoạt động cá nhân Đơn vị liệu dịch vụ Chất lượng dịch vụ Tần số radio Thiết bị giảm thiểu chức Thiết bị nhận Điểm truy nhập dịch vụ Tỷ lệ tín hiệu/ nhiễu Thiết bị truyền nhận Thiết bị truyền Mạng cục không dây ZDO Network ZigBee Device Object Đối tượng thiết bị ZigBee DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1-1 Các dịch vụ cung cấp ZigBee Hình 1-2 Các tầng giao thức mạng không dây ZigBee Hình 1-3 Cấu trúc siêu khung Hình 1-4 Hẹn siêu khung vào Hình 1-5 Lưu đồ thuật toán CSMA/CA Hình 1-6 Truyền thông khởi tạo thiết bị phi thành viên Hinh 1-7 Truyền thông n - Hình 1-8 Mối quan hệ nút nút cha mạng hình Hình 1-9 Ví dụ cấp phát địa mặc định Hình 1-10 Phân tích chi phí đường Hình 1-11 Phát tuyến đường unicast với thiết bị nguồn thiết bị đích Hình 1-12 Sửa chữa tuyến đường mạng hình lưới Hình 1-13 ZDO đóng vai trò giao diện khung ứng dụng tầng APS Hình 1-14 Định dạng lệnh mô tả sơ lược thiết bị ZigBee Hình 1-15 NS-2 góc độ người dùng Hình 1-16 Sự tương đồng C++ Otcl Hình 1-17 Mô hình kiến trúc NS-2 Hình 1-18 Giao diện mô OPNET Hình 2-1 Màn hình mô Hình 2-2 Cấu trúc xử lý Hình 2-3 Hoạt động trao đổi thông tin nút mạng Hình 3-1 Tạo dự án OPNET Hình 3-2 Giao diện chọn kích thước môi trường mô Hình 3-3 Bảng lựa chọn thiết bị mạng không dây ZigBee Hình 3-4 Cấu trúc mạng mô Hình 3-5 Giá trị thuộc tính nút Hình 3-6 Lựa chọn số liệu cần thống kê Hình 3-7 Định trình thời gian hoạt động nút mạng Hình 3-8 Cấu hình mô Hình 3-9 Kịch mô tình Hình 3-10 Kết thống kê số lượng gói tin gửi PAN Coordinator tầng APL Hình 3-11 Kết thống kê số lượng gói tin nhận PAN Coordinator tầng APL Hình 3-12 Gói tin từ Node qua PAN Coordinator đến Node Hình 3-13 Biểu đồ thống kê ETE Node so với Node Node Hình 3-14 Cấu trúc mạng bổ sung với Node hoạt động chế độ VBR Hình 3-15 Kết thống kê từ Node PAN Coordinator Hình 3-16 Kết phân tích độ trễ ETE Node so với Node Hình 3-17 Cấu trúc mạng bổ sung với tham gia nút mạng Hình 3-18 Kết thống kê thời điểm Node gửi PAN Coordinator nhận DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1-1 Hằng số PHY Bảng 1-2 Thuộc tính PHY PIB Bảng 1-3 Bảng định tuyến Bảng 1-4 Bảng phát tuyến đường Bảng 1-5 Bảng hàng xóm Bảng 2-1 Môi trường mô Bảng 2-2 Tham số nút mạng hình Bảng 2-3 Tham số vật lý Bảng 2-4 Tham số định tuyến Bảng 2-5 Độ suy hao tín hiệu ăng ten TwoRayGround Bảng 3-1 Giá trị thuộc tính Application Traffic cho nút mạng Bảng 3-2 Lựa chọn tầng thống kê theo nút mạng LỜI MỞ ĐẦU ZigBee công nghệ mạng không dây đời năm 2003 với đặc điểm là: mức lượng tiêu thụ giá thành thấp, đa dễ dàng mở rộng ZigBee hỗ trợ việc quản lý, điều khiển cho thiết bị gia dụng, công nghiệp, chăm sóc sức khỏe đặc biệt cho nhu cầu cho nhà thông minh Trên giới, công nghệ ZigBee trở nên phổ biến giá thành rẻ, dễ triển khai linh hoạt Rất nhiều công ty Alliance, Freescale, Atmel, …tham gia vào việc cung cấp thiết bị mạng để triển khai lắp đặt Các tập đoàn lớn SamSung, Nokia, Panasonic, … ý đến ZigBee mạng điều khiển quan trọng cho sản phẩm Tại Việt Nam, bước đầu tiếp cận với công nghệ ZigBee diễn đàn thiết bị điện tử Công ty ISolution có trụ sở Hà Nội đề cập đến ZigBee công nghệ cho việc tự động hóa cho biệt thự Việt Nam Qua đó, nhu cầu nắm bắt công nghệ ZigBee triển khai xây dựng hệ thống mạng quản lý nhà thông minh thị trường hấp dẫn Việt Nam Hiện tại, sinh viên nên việc sở hữu kit để phát triển công nghệ không khả thi nên mục tiêu đề tài nắm công nghệ ZigBee từ áp dụng vào mô hai phần mềm NS-2 OPNET Phương pháp nghiên cứu chủ yếu sưu tầm tài liệu mạng dự án nghiên cứu có liên quan để tổng hợp phân tích Sau đó, từ kiến thức tiếp thu tiến hành mô để phân tích khả hoạt động mạng không dây ZigBee Đóng góp đề tài báo cáo lý thuyết công nghệ ZigBee kiến thức hai phần mềm NS-2 OPNET, mô hoạt động mạng hình ZigBee hai phần mềm với yêu cầu mô khác Từ đó, hiểu hoạt động phân tích, đánh giá hoạt động mạng không dây ZigBee Bố cục đồ án: CHƯƠNG I: CƠ SỞ LÝ THUYẾT CHƯƠNG II: MÔ PHỎNG MẠNG KHÔNG DÂY ZIGBEE BẰNG PHẦN MỀM NS-2 CHƯƠNG III: MÔ PHỎNG MẠNG KHÔNG DÂY ZIGBEE BẰNG PHẦN MỀM OPNET CHƯƠNG I CƠ SỞ LÝ THUYẾT 1.1 Công nghệ ZigBee 1.1.1 Khái niệm công nghệ ZigBee ZigBee chuẩn định nghĩa tập hợp giao thức truyền thông cho mạng tốc độ thấp tầm ngắn Thiết bị ZigBee hoạt động tần số 868MHz, 915 MHz 2,4 GHz Tốc độ truyền liệu tối đa 250 Kb/s ZigBee nhắm đến mục tiêu ứng dụng sử dụng pin tốc độ liệu thấp, chi phí thấp thời gian sử dụng pin lâu dài Trong nhiều ứng dụng ZigBee, tổng thời gian thiết bị hoạt động chủ động với giới hạn, thiết bị sử dụng phần lớn thời gian chế độ chờ, hay gọi chế độ ngủ đông Kết thiết bị dạng ZigBee hoạt động vài năm trước phải thay pin Hình 1-1: Các dịch vụ cung cấp ZigBee 1.1.2 Mối quan hệ ZigBee chuẩn IEEE 802.15.4 Một cách thiết lập mạng truyền thông sử dụng khái niệm lớp mạng, lớp có trách nhiệm chức rõ ràng mạng Các lớp thông thường cho qua liệu lệnh đến tầng hay Các lớp giao thức mạng không dây ZigBee dựa mô hình tham chiếu OSI Việc chia giao thức mạng thành lớp có nhiều lợi ích, giao thức thay đổi theo thời gian, dễ dàng thay lớp mà bị ảnh hưởng thay đổi thay đổi thay toàn giao thức Tương tự phát triển ứng dụng, lớp thấp giao thức độc lập so với ứng dụng cung cấp từ nhà phát hành thứ ba thứ hoàn thành mà cần thay đổi lớp ứng dụng giao thức Hình 1-2: Các tầng giao thức mạng không dây ZigBee Trong hình 1-2 hai tầng mạng định nghĩa chuẩn IEEE 802.15.4 Chuẩn phát triển tổ chức chuẩn IEEE 802 phát hành vào năm 2003 Chuẩn ZigBee định nghĩa cho lớp mạng, ứng dụng bảo mật giao thức thừa nhận lớp PHY MAC IEEE 802.15.4 phần giao thức mạng không dây ZigBee Do đó, thiết bị tương tự ZigBee tuân thủ chuẩn IEEE 802.15.4 10 Bảng 3-1: Giá trị thuộc tính Application Traffic cho nút mạng PAN Coor Destination Packet Inter Time Start time Stoptime Node Node Node Node Node Node PAN PAN PAN PAN Constant Coor Constant Coor Constant Coor Fast_nor Coor Constant (1.0) (1.0) (1.0) (1.0) mal (1.3) Uniform Uniform Uniform Uniform Uniform Uniform (1.0) Uniform (20.21) (20.21) (20.21) (20.21) (20.21) (600.601) Infinity Infinity Infinity Infinity Infinity 1000 No Traffic Node No Trafic Constant Constant (1.0) (1800.180 1) 2400 Để thiết lập cấu hình cho tình nêu phần mục đích, ta phải thiết lập thuộc tính cho nút mạng bảng • PAN Coordinator: Để phục vụ mục đích thống kê phân tích nên nút mạng nhận gói tin không tự phát sinh gói tin mạng nên giá trị đích cho lưu thông Giá trị thuộc tính Paket Inter Time cho biết se gửi mạng gói tin giây Ta không cần quan tâm đến giá trị PAN thiết lập không cho phép phát sinh lưu thông Start Time với giá trị 20.21 cho biết nút bắt đầu hoạt động thời điểm 20 giây sau bắt đầu mô gửi gói tin thời điểm 20 21 giây hoạt động đến hết mô với Stop Time vô • Node 1: Tương tự PAN Coordinator giá trị Destination cho Node ta muốn tạo lưu thông hai nút mạng cụ thể Node đến Node để phân tích vấn đề • Node 2: Vì Node có tác dụng nhận gói tin từ Node để phân tích nên không phép gửi gói tin (No Traffic) • Node 3,4: Minh họa việc gửi gói tin từ thiết bị đầu cuối đến PAN Coordinator thông qua so sánh độ trễ gói tin với Node cho mục đích phân tích lưu thông nên Destination chúng PAN Coordinator • Node 5: Node dùng cho minh họa phân tích tình tham gia vào lưu thông mạng cách gửi gói tin đến PAN Coordinator với tốc độ biến thiên nên ta quy định giá trị Packet Interarrival Time theo kiểu biến thiên fast_normal số lượng gói tin giây tăng từ 67 đến gói Nút mạng bắt đầu hoạt động thời điểm 600s kết thúc truyền thông 1000s • Node 6: Node dùng cho mô vấn đề có nút mạng tham gia vào mạng cách gửi gói tin đến PAN Coordinator nên ta cho phép hoạt động thời điểm 1800s đánh dấu thời điểm tham gia vào mạng thoát khỏi mạng thời điểm 2400s tính từ bắt đầu mô 3.2.3 Cấu hình thống kê Trong mô phỏng, dĩ nhiên ta muốn quan sát đại lượng hay trình Cụ thể dự án tốc độ, số lượng gói tin gửi nhận thiết bị, độ trễ đường truyền từ điểm đến điểm khác Để làm điều này, ta cần thiết lập cho nút mạng mục đích thu thập thông tin thống kê cách chuột phải vào thiết bị, chọn Choose Individual DES Statistics: Hình 3-6: Lựa chọn số liệu cần thống kê Như hình ta thấy, số liệu tiêu chuẩn thống kê xếp phân tầng theo cấu trúc mạng không dây ZigBee Trong kịch này, ta lựa chọn hai tầng tiêu chuẩn Module Statistics APL NWK cho nút theo bảng: 68 Bảng 3-2: Lựa chọn tầng thống kê theo nút mạng PAN App_layer Network_layer Coor x Node Node Node Node Node Node x x x x x x x x x x 3.2.4 Định trình lập lịch Khởi động Node Khởi động PAN Coor, Node 1, 2, 3, 20 600 1000 Tắt Node Khởi động Node 180 240 Tắt Node nút mạng hoạt động Hình 3-7: Định trình thời gian 360 3.2.5 Chạy mô Sau thiết lập xong thông số nút mạng tiêu chí thống kê ta tiến hành thực chạy mô cách chọn nút Configure/Run Discrete Event Simulation (DES) công cụ thiết lập thông số mô sau: 69 Hình 3-8: Cấu hình mô Trong đó, thời gian mô tương ứng với 3600 giây chọn nút Run 3.3 Phân tích kết 3.3.1 Mô tình Như đề cập mục đích mô phỏng, ta muốn mô hoạt động truyền thông từ Node sang Node Nhưng theo chuẩn công nghệ ZigBee, hai thiết bị đầu cuối mạng hình không phép trao đổi trực tiếp với mà phải thông qua phối hợp PAN Để phân tích hoạt động ta thống kê gói tin mà PAN Coordinator nhận độ trễ gói tin từ Node đến đích so với nút khác mà trực tiếp truyền thông với PAN Coordinator Cấu trúc mạng mô cho tình sau: 70 Hình 3-9: Kịch mô tình Trong cấu trúc mạng trên, ta cần thiết bị PAN Coordinator, Node 1, 2, 3, hoạt động Hai thiết bị lại Node Node bị vô hiệu hóa thể dấu x trung tâm nút mạng Node gửi gói tin đến Node phải qua PAN Coordinator, Node gửi trực tiếp gói tin đến PAN Coordinator, PAN Coordinator không thực việc gửi gói tin đâu Sau thực mô phỏng, ta có kết phân tích sau: 71 Hình 3-10: Kết thống kê số lượng gói tin gửi PAN Coordinator tầng APL Hình 3-11: Kết thống kê số lượng gói tin nhận PAN Coordinator tầng APL Qua việc quan sát kết thống kê trên, ta thấy số gói tin gửi PAN Coordinator hình 3-10 packet/s số gói tin nhận hình 3-11 có packet/s Một loạt câu hỏi đặt là: Như ta thiết lập từ đầu Node gửi gói tin đến Node với trung gian PAN 72 Coordinator mà liệu nhận PAN Coordinator packet/s mà packet/s? Nếu packet/s tức có Node gửi đến Node cấn trung gian sao? Dữ liệu truyền từ PAN Coordinator từ PAN Coordinator đáng phải packet/s để đến Node lại packet/s Câu trả lời thú vị, PAN Coordinator tham gia làm trung gian chuyển gói tin từ Node đến Node nhận gói tin từ Node chuyển sang Node gói tin không lên đến tầng ứng dụng (APL) PAN Coordinator mà đến tầng mạng mà Ta thấy gói tin ta thống kê tầng APL Đường gói tin sau: APL APL NWK NWK NWK MAC MAC MAC PHY PHY PHY Kênh truyền Hình 3-12: Gói tin từ Node qua PAN Coordinator đến Node Gói tin từ Node đến Node phải qua trung gian PAN Coordinator nên phải có độ trễ lớn gói tin truyền trực tiếp từ Node Node đến PAN Coordinator Điều dễ dàng phân tích biểu đồ truyền thông End to End (ETE) Node so sánh với Node Node 73 Hình 3-13: Biểu đồ thống kê ETE Node so với Node Node Trên hình ta thấy, biểu đồ độ trễ gói tin Node hai biểu đồ Node Node Độ trễ Node giống với Node cao nhiều phải qua trung gian PAN Coordinator 3.3.2 Mô tình Trong mô tình 1, thiết bị mạng hoạt động với tốc độ bit cố định Nhưng vấn đề quan trọng thiết bị hoạt động với tốc độ bit số, mạng không dây ZigBee phải có khả hỗ trợ thiết bị với tốc độ biến thiên VBR (Variable Bit Rate) Ta sử dụng Node hoạt động với VBR để đánh giá ảnh hưởng mạng 74 Hình 3-14: Cấu trúc mạng bổ sung với Node hoạt động chế độ VBR Phân tích kết thống kê số lượng gói tin gửi Node số gói tin nhận PAN Coordinator ta có: Hình 3-15: Kết thống kê từ Node PAN Coordinator 75 Biểu đồ phía tốc độ bit gửi từ Node đến PAN Coordinator Để thiết lập chế độ VBR cho Node ta điều chỉnh thuộc tính Packet Interarrival Time Node thành fast_normal(1.3) với ý nghĩa số lượng gói tin truyền giây Node tăng từ packet/s lên đến packet/s nút mạng khác mang giá trị Để phân biệt rõ giai đoạn biến đổi lưu thông mạng, ta cho phép Node hoạt động từ giây thứ 600 đến 1000 Trong thời gian hoạt động ta thấy Node gửi đến 1.1 gói tin giây sau lại ngắt kết nối nên số gói tin lại Khi xem xét thống kê PAN Coordinator ta thấy có giai đoạn tốc độ bit biến thiên, packet/s lên đến gói tin sau lại trở lại gói tin Tức tốc độ bit biến thiên Node truyền đến PAN Coordinator PAN Coordinator nhận thành công, cấu trúc mạng đáp ứng cho truyền thông với tốc độ bit thay đổi Các thống kê cho biết gói tin đến đích thành công quan trọng độ trễ gói tin đến đích nên phải kiểm tra độ trễ ETE gói tin gửi Hình 3-16: Kết phân tích độ trễ ETE Node so với Node 76 Lần lượt hình biểu đồ ETE Node 1, Node Node Qua ta thấy độ trễ Node biến thiên khoảng thời gian mà hoạt động lớn số lượng gói tin gửi lớn Node Node 3.3.3 Mô tình Trong trình hoạt động, mở rộng cấu trúc mạng có thêm thiết bị tham gia vào mạng tất yếu mạng không dây ZigBee phải đáp ứng cho tình này: Hình 3-17: Cấu trúc mạng bổ sung với tham gia nút mạng Node xuất thời điểm 1800s kết thúc 2400s Ta phân tích kết thống kê hoạt động nhận gói tin PAN Coordinator để đánh giá tình 77 Hình 3-18: Kết thống kê thời điểm Node gửi PAN Coordinator nhận Trên giai đoạn Node tham gia vào mạng gửi gói tin đến PAN Coordinator Tại PAN Coordinator ta thấy giai đoạn từ 1800s Node bắt đầu hoạt động số lượng gói tin nhận từ packet/s lên đến packet/s chứng tỏ có tham gia thành công Node vào hoạt động mạng Node thoát khỏi lưu thông mạng thời điểm 2400s, số lượng gói tin nhận PAN Coordinator lại packet/s Chứng tỏ việc truyền thông mạng có thiết bị tham gia vào mạng hỗ trợ đầy đủ 3.4 Kết luận Qua trình đặt vấn đề mô giải tình giúp ta không hiểu rõ giao thức OPNET mà hiểu rõ công nghệ ZigBee ứng dụng OPNET Các mô cho thấy cấu trúc mạng hình ZigBee với khả mở rộng đa dạng thiết bị vai trò chúng mạng Thêm vào đó, kinh nghiệm sử dụng OPNET kỹ thuật hẹn vào ra, truyền trung gian tốc độ bit biến đổi nâng 78 cao Qua trình tìm hiểu mô phỏng, nhận thấy OPNET chưa hỗ trợ đầy đủ cho công nghệ ZigBee đặc biệt chế độ đèn hiệu GTS cho mạng hình Hơn nữa, hoạt động định tuyến mạng không tường minh vấn đề sở hữu trí tuệ 79 KẾT LUẬN Đề tài tập trung nghiên cứu mạng không dây ZigBee, cấu trúc tầng mạng hoạt động chúng trình truyền thông Song song với trình tìm hiểu tính năng, hoạt động đặc điểm hỗ trợ phần mềm mô dành cho công nghệ ZigBee Sau trình nghiên cứu tìm hiểu trình tổng hợp kiến thức thực mô nhằm tính toán, minh họa phân tích hoạt động thiết bị mạng không dây ZigBee Dưới thành đạt được: • Nắm kiến thức công nghệ ZigBee phần mềm mô NS-2 OPNET trình bày Chương I • Mô thành công hoạt động đồng hóa mạng hình ZigBee phần mềm NS-2 • Mô thành công hoạt động mạng hình ZigBee với ba tình thực tế phần mềm OPNET Tác giả thu kinh nhiệm quan trọng việc sử dụng phần mềm mô phỏng, hiểu cách tạo kịch mô NS-2 cách cấu hình, thống kê để đạt kết phân tích mô số tình xảy mạng không dây ZigBee với phần mềm OPNET Hướng phát triển đề tài từ kết mô triển khai hệ thống mạng thực tế có điều kiện kinh tế Ngoài ra, xây dựng bổ sung thư viện cho NS-2 để mô định tuyến mạng hình phân cấp giải vấn đề nút ẩn phần mềm OPNET Một cách tổng quát, việc mô bổ sung mạng hình mắt lưới đảm bảo tính di động nút mạng mô có chướng ngại vật hướng để bổ sung hoàn thiện kiến thức mạng không dây ZigBee 80 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] NS-2 Documention [2] www.ns2-examples.com [3] ZigBee resource guide, http://www.zigbeeresourceguide.com/ [4] Shahin Farahani, 2008, ZigBee Wireless Networks and Transceivers, USA [5] ZigBee Alliance, ZigBee 802.15.4 Summary, http://www.zigbee.org [6] IEEE 802.15.4 Standard Specification, http://www.standards.ieee.org [7] Giáo trình thực hành NS-2 [8] http://www.isi.edu/nsnam/ns/ [9] J Zheng, Myung J Lee, A comprehensive performance study of IEEE 802.15.4 [10] Sam Leing, Will Gomez, Jung Jun Kim, 2009, ZigBee mesh network simulation using OPNET & study of routing selection, Taipei, Taiwan [11] The IEEE 802.15.4, 2007, OPNET simulation, Portugal [12] Jarmo Prokkola, 2006, Simulation & Tools for telecommunications, Finland [13] J Theunis, B Van den Broeck, P Leys, J Potemans, E Van Lil, A Van de Capelle, OPNET in Advanced Networking Education, Katholieke Universiteit Leuven [14] Ricardo Augusto Rodrigues da Silva Severino, 2008, On the use of IEEE 802.15.4/ ZigBee for time-sensitive wireless sensor network applications, Porto 81 [...]... lập với chuẩn ZigBee, và nó có thể xây dựng mạng không dây tầm ngắn hoàn toàn dựa trên chuẩn IEEE 802.15.4 và không bao gồm các lớp đặc thù của ZigBee Trong trường hợp này, người dùng phát triển giao thức lớp ứng dụng mạng của riêng họ ở tầng trên của lớp PHY và MAC trong chuẩn IEEE 802.15.4 Những lớp ứng dụng mạng tùy chỉnh này đơn giản hơn các lớp giao thức ZigBee và hướng mục tiêu vào các ứng dụng... Nền ứng dụng Mô tả sơ lược ứng dụng Đối tượng thiết bị ZigBee (ZDO) Mô tả sơ lược thiết bị ZigBee Tầng con APS Hình 1-13: ZDO đóng vai trò như một giao diện giữa khung ứng dụng và tầng con APS Điểm khác nhau còn lại giữa mô tả thiết bị và mô tả ứng dụng là mô tả ứng dụng được tạo ra cho một ứng dụng đặc thù bất cứ đâu mô tả thiết bị định nghĩa khả năng hỗ trợ bởi tất cả thiết bị ZigBee Mô tả sơ lược... tự như mô tả ứng dụng được định nghĩa trong khung ứng dụng, có một mô tả sơ lược được định nghĩa cho ZDO mà được biết như là mô tả ngắn gọn thiết bị ZigBee (ZDP) hay mô tả thiết bị đơn giản Mô tả sơ lược thiết bị chứa miêu tả thiết bị và các cluster nhưng các cluster mô tả thiết bị không sử dụng các thuộc tính ZDO tự nó có các thuộc tính cấu hình nhưng các thuộc tính này không được chứa trong mô tả... bằng BO Trong mạng không cho phép chế độ đèn hiệu, bộ phối hợp không truyền đèn hiệu trừ khi nó nhận một lệnh yêu cầu đèn hiệu từ một thiết bị trong mạng của nó với mục đích là định vị bộ phối hợp Bộ phối hợp PAN trong mạng không cho phép chế độ đèn hiệu đặt giá trị của SO là 15 Hình 1-4: Hẹn giờ siêu khung vào và ra 16 Trong một mạng cho phép chế độ đèn hiệu, bất kỳ bộ phối hợp nào, thêm vào các bộ phối... đổi Khả năng của mạng dạng lưới là tạo ra và thay đổi định tuyến ngay lập tức tăng tính linh hoạt cho các kết nối không dây 1.1.5.6 Định tuyến Định tuyến là một quá trình lựa chọn đường dẫn thông qua các thông điệp được chuyển tiếp đến thiết bị đích Bộ phối hợp ZigBee và các bộ định tuyến có trách nhiệm khám phá và duy trì các định tuyến trong một mạng Một thiết bị đầu cuối ZigBee không thể thực hiện... cả các bộ định tuyến ZigBee và bộ phối hợp ZigBee trong vùng bán kính Hình 1-7: Truyền thông n – 1 24 1.1.5.4 Cấu trúc phân cấp dạng cây Một mạng hình cây bắt đầu từ một bộ phối hợp ZigBee đóng vai trò như là gốc của cây Một bộ phối hợp ZigBee hay là bộ định tuyến có thể đóng vai trò là các thiết bị cha và chấp nhận kết hợp từ các thiết bị con khác trong mạng Một thiết bị đầu cuối ZigBee chỉ có thể là... yêu cầu tuyến đường là một thiết bị đầu cuối ZigBee, nó sẽ bỏ qua các lệnh yêu cầu tuyến đường vì nó không có khả năng định tuyến Như hình vẽ chỉ có các thiết bị được bố trí giữa thiết bị A và thiết bị F là các bộ phối hợp ZigBee hoặc là các bộ định tuyến ZigBee Thiết bị B là một bộ định tuyến ZigBee và nếu thiết bị B có khả năng định tuyến (bảng định tuyến không đầy), nó bổ sung chi phí đường đi từ... tuyến đường và quảng bá một lệnh yêu cầu tuyến đường Nếu bảng phát hiện tuyến đường thiết bị B không chứa định danh yêu cầu tuyến đường này và địa chỉ nguồn, thiết bị B sẽ cập nhật bảng phát hiện tuyến đường tương ứng Hình 1-12: Sửa chữa tuyến đường trong một mạng hình lưới Nếu bảng định tuyến thiết bị B đầy và địa chỉ đích không trong bảng định tuyến, giả sử là mạng dựa trên định tuyến phân cấp và lệnh... khác nhau cho một ứng dụng cụ thể Mỗi mô tả sơ lược ứng dụng được định nghĩa bởi một giá trị 16 bit được biết như là định danh mô tả sơ lược Một nhà phát hành đã phát triển một mô tả có thể yêu cầu một định danh mô tả từ ZigBee Alliance, họ sẽ định giá mô tả ứng dụng được gợi ý và nếu phù hợp với các hướng dẫn của Alliance thì định danh cấu hình đó sẽ được phát hành Mô tả ứng dụng được đặt tên sau khi... toán CSMA/CA không có khe được sử dụng khi không có cấu trúc siêu khung, thông thường, không có khe lặp lại yêu cầu Một mạng không cho phép chế độ đèn hiệu thường sử dụng thuật toán CSMA/CA không có khe để truy cập kênh truyền Nếu CCA xác định được một kênh truyền bận, thiết bị sẽ lặp lại trong một khoảng thời gian ngẫu nhiên Khoảng thời gian lặp lại ngẫu nhiên trong cả CSMA/CA có khe và không có khe ... cho việc tạo mô hình mạng Một số mô đun hỗ trợ OPNET mô đun không dây Nó mở rộng chức OPNET với việc mô hình hóa, mô phân tích mạng không dây Các nhà lập trình thứ ba dựa mô đun không dây để xây... tốn nhiều công sức tìm hiểu.Việc mô giúp tiếp cận nhanh rẻ đến mạng không dây ZigBee 1.2.2.2 Mô mạng không dây ZigBee OPNET Phần mềm mô chứa thư viện công nghệ mạng giao thức truyền thông như:... III: MÔ PHỎNG MẠNG KHÔNG DÂY ZIGBEE BẰNG PHẦN MỀM OPNET CHƯƠNG I CƠ SỞ LÝ THUYẾT 1.1 Công nghệ ZigBee 1.1.1 Khái niệm công nghệ ZigBee ZigBee chuẩn định nghĩa tập hợp giao thức truyền thông cho mạng