LƯU TRỮ THÔNG TIN HƯỚNG DỮ LIỆU

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI KHOA CÔNG NGHỆ THÔNG TIN ──────── * ─────── ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC NGÀNH CÔNG NGHỆ THÔNG TIN LƯU TRỮ THÔNG TIN HƯỚNG DỮ LIỆU Sinh viên thực : Lương Hữu Long Lớp KSTN CNTT- K49 Giáo viên hướng dẫn: TS Nguyễn Khanh Văn HÀ NỘI 6-2009 PHIẾU GIAO NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thông tin sinh viên Họ tên sinh viên: Lương Hữu Long Điện thoại liên lạc: 01686669625 Email: huulongit@gmail.com Lớp: KSTN CNTT – K49 Hệ đào tạo: Chính quy Đồ án tốt nghiệp thực tại: Bộ môn Công nghệ phần mềm Thời gian làm ĐATN: Từ ngày 15 / 01 / 2009 đến 25 / 05 /2009 Mục đích nội dung ĐATN Tìm hiểu, nghiên cứu vấn đề lý thuyết liên quan đến lưu trữ thông tin hướng liệu (Data-centric Storage) Tìm hiểu, khai phá kiến thức NS2 – sản phẩm phần mềm lớn, chuyên dụng cho mô mạng; xây dựng hệ thống lưu trữ thông tin hướng liệu (DCS) mang tính mô NS-2 Các nhiệm vụ cụ thể ĐATN Tìm hiểu lý thuyết tổng quan vấn đề lưu trữ thông tin hướng liệu (Datacentric Storage) Nghiên cứu, đánh giá so sánh hai thuật toán tìm đường sử dụng DCS GPSR – giao thức định tuyến tiêu biểu áp dụng cho mạng không dây HVGR – thuật tóan sử dụng mô hình tọa độ ảo phân cấp đồ Voronoi (điểm mốc - landmark) Tìm hiểu, nghiên cứu vấn đề cân tải mạng sensor nói chung DCS nói riêng Tìm hiểu, nghiên cứu NS2 xây dựng hệ thống mạng đơn giản sử dụng DCS Lời cam đoan sinh viên: Tôi – Lương Hữu Long – cam kết ĐATN công trình nghiên cứu thân hướng dẫn TS Nguyễn Khanh Văn Các kết nêu ĐATN trung thực, chép toàn văn công trình khác Hà Nội, ngày 25 tháng 05 năm 2009 Tác giả ĐATN Lương Hữu Long Xác nhận giáo viên hướng dẫn mức độ hoàn thành ĐATN cho phép bảo vệ: Hà Nội, ngày tháng năm Giáo viên hướng dẫn TS Nguyễn Khanh Văn …………………………………………………………………………………………… Sinh viên thực : Lương Hữu Long Khóa: K49 Lớp: KSTN-CNTT TÓM TẮT NỘI DUNG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Công nghệ không dây đời từ kỷ 19 dẫn tới hình thành, phát triển mạng không dây Mạng không dây, mà điển hình mạng cảm biến không dây (WSN), đặc điểm mạng cấu tạo từ thiết bị nhỏ có khả lưu trữ, xử lý thông tin thấp, trình hoạt động lại phụ thuộc vào nguồn cung cấp lượng hạn chế nên việc truy xuất liệu mạng gặp nhiều khó khăn Vấn đề đặt cần xây dựng hệ thống mạng phân phối liệu hiệu quả, hạn chế tình trạng tải, tắc nghẽn xảy trình truy xuất liệu mạng sensor Đồ án “Lưu trữ thông tin hướng liệu mạng sensor” thực nhằm tìm hiểu nghiên cứu vấn đề phương pháp lưu trữ thông tin hướng liệu – phương pháp phân phối liệu hiệu quả, kỹ thuật sử dụng DCS; thuật toán tìm đường sử dụng phổ biến DCS vấn đề cân tải cho DCS mạng sensor Cuối kết hợp kiến thức tìm hiểu công cụ NS2 kiến thức hệ thống DCS, đồ án xây dựng hệ thống DCS đơn giản mô NS2 làm tiền đề cho việc xây dựng hệ thống DCS thực mạng sensor …………………………………………………………………………………………… Sinh viên thực : Lương Hữu Long Khóa: K49 Lớp: KSTN-CNTT ABSTRACT OF THESIS Wireless technology, born in 19th century, is the foundation for the establishment and development of wireless networks Because wireless networks, particularly sensor wireless networks, consist of tiny devices with low storage and information processing, and their performance depends on limited power supply, so data manipulation encounters many problems.The problem is that we need construct a efficient data distribution network system, prevent system overload or bottleneck from occuring in data manipulation process in sensor network The purpose of my thesis titled “Data – centric storage” is to study fundamental aspects of Data–centric storage, mechanisms for Data-centric storage, routing agorithms used in finding routes for DCS and load balancing in sensor networks; then, to assess the advantages, disadvantages and the feasibility of applying these algorithms Lastly, on the basis of the integration between the knowledge of data-centric storage and that of NS2 tool, a simple DCS system are established so as to be used in NS2 …………………………………………………………………………………………… Sinh viên thực : Lương Hữu Long Khóa: K49 Lớp: KSTN-CNTT LỜI CẢM ƠN Trước tiên tác giả xin gửi lời cảm ơn chân thành sâu sắc tới thầy TS Nguyễn Khanh Văn – Chủ nhiệm môn Công nghệ phần mềm, người tận tình bảo, hướng dẫn giúp đỡ em suốt trình nghiên cứu làm đồ án Xin gửi lời cảm ơn tới tất thầy, cô trường Đại học Bách khoa Hà Nội nói chung thầy, cô khoa Công nghệ thông tin năm qua tận tình dạy bảo, truyền đạt kiến thức khoa học mà học sống, làm hành trang cho em tương lai Tác giả xin xin gửi lời cảm ơn đến bạn bè lớp KSTN CNTT K49 giúp đỡ trình học tập qua Cuối xin gửi lời cảm ơn chân thành tới bố mẹ Sự quan tâm, tình thương bố mẹ chỗ dựa vững cho sống sau …………………………………………………………………………………………… Sinh viên thực : Lương Hữu Long Khóa: K49 Lớp: KSTN-CNTT MỤC LỤC DANH MỤC CÁC HÌNH MINH HỌA DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT LỜI MỞ ĐẦU .10 CHƯƠNG : ĐẶT VẤN ĐỀ 11 2.1 Tổng quan mạng sensor .Error! Bookmark not defined 2.1.1 Giới thiệu chung Error! Bookmark not defined 2.1.2 Đặc trưng cấu hình mạng sensor Error! Bookmark not defined 2.1.3 Một số chuẩn mạng sensor Error! Bookmark not defined 2.1.4 Ứng dụng mạng sensor Error! Bookmark not defined 2.2 Tổng quan Data – centric storage (DCS) .Error! Bookmark not defined 2.2.1 Khái quát lưu trữ thông tin hướng liệu (Data-centric storage) Error! Bookmark not defined 2.2.2 Vấn đề tìm đường (routing) DCS .Error! Bookmark not defined 2.2.3.Các yêu cầu cần thiết DCS Error! Bookmark not defined 3.1 Các phương thức phân phối liệu mạng sensor Error! Bookmark not defined 3.1.1 Các phương thức mẫu Error! Bookmark not defined 3.1.2 Chi phí giao tiếp gần .Error! Bookmark not defined 3.1.3 Các phương thức phân phối bổ sung Error! Bookmark not defined 3.2 Bản chất DCS Error! Bookmark not defined 3.3 Các kỹ thuật sử dụng DCS .Error! Bookmark not defined 3.3.1 Thiết kế chuẩn cho DCS : Robustness (1) Scalability (2) Error! Bookmark not defined 3.3.2 GHT : A Geographic Hash Table Error! Bookmark not defined 3.3.3 Grid GLS : Grid Geographic Location Server Error! Bookmark not defined 3.4 Thuật toán tìm đường DCS : Greedy Perimeter Stateless Routing (GPSR) Error! Bookmark not defined 3.4.1 Thuật toán GPSR .Error! Bookmark not defined 3.4.2 Nút nhà (home node) đường bao nhà (home perimeter) .Error! Bookmark not defined 3.4.3 Giao thức làm đường bao (PRP) .Error! Bookmark not defined 3.4.4 Sự tái tạo có cấu trúc Error! Bookmark not defined 3.5 Thuật toán tìm đường DCS : Hierarchical Voronoi Graph Routing (HVGR) Error! Bookmark not defined 3.5.1 Giới thiệu chung Error! Bookmark not defined 3.5.2 Thuật toán tìm đường Error! Bookmark not defined 3.5.3 Xây dựng cấu trúc phân cấp Error! Bookmark not defined 3.5.4 Lựa chọn điểm mốc Error! Bookmark not defined 3.5.5 Cân tải lưu trữ Error! Bookmark not defined 3.5.6 Điều khiển thay đổi tự động Error! Bookmark not defined 3.6 So sánh GPSR HVGR Error! Bookmark not defined 3.6.1 Về thuật toán .Error! Bookmark not defined 3.6.2 Về cài đặt mô Error! Bookmark not defined 3.6.3 Về khả hỗ trợ cho DCS .Error! Bookmark not defined …………………………………………………………………………………………… Sinh viên thực : Lương Hữu Long Khóa: K49 Lớp: KSTN-CNTT CHƯƠNG CÂN BẰNG TẢI (LOAD – BALANCING) CHO DCS TRONG MẠNG SENSOR Error! Bookmark not defined 4.1 Khái niệm ứng dụng cân tải mạng sensor.Error! Bookmark not defined 4.1.1 Khái niệm cân tải Error! Bookmark not defined 4.1.2 Ứng dụng cân tải mạng sensor Error! Bookmark not defined 4.2 Thuật toán cân tải Error! Bookmark not defined 4.2.1.Thuật toán Error! Bookmark not defined 4.2.2 Cải tiến thuật toán .Error! Bookmark not defined 4.3 Cân tải cho DCS Error! Bookmark not defined CHƯƠNG 5: CÔNG CỤ MÔ PHỎNG MẠNG SENSOR NS-2 Error! Bookmark not defined 5.1 Tổng quan NS – .Error! Bookmark not defined 5.1.1.Giới thiệu chung NS – Error! Bookmark not defined 5.1.2 Sự liên kết OTcl (OTcl linkage) .Error! Bookmark not defined 5.1.3 Lớp Simulation Error! Bookmark not defined 5.1.4 Quá trình chuyển tiếp gói nút Error! Bookmark not defined 5.1.5 Các Agent Error! Bookmark not defined 5.1.6 Các liên kết : liên kết đơn Error! Bookmark not defined 5.1.7 Gói liệu (Packet) Error! Bookmark not defined 5.1.8 Tổng kết Error! Bookmark not defined 5.2 Kết mô bước đầu hệ thống DCS NS-2 Error! Bookmark not defined …………………………………………………………………………………………… Sinh viên thực : Lương Hữu Long Khóa: K49 Lớp: KSTN-CNTT DANH MỤC CÁC HÌNH MINH HỌA Hình 1.1 Một ví dụ mô hình mạng sensor .11 Hình 1.2 Truy xuất liệu trạm sở .13 Hình 1.3 Ví dụ topology mạng sử dụng DCS để lưu trữ thông tin loài vật 15 Hình 2.1 : Sơ đồ mạng sensor Error! Bookmark not defined Hình 3.1 Mô hình mạng sử dụng phương thức ES Error! Bookmark not defined Hình 3.2 Mô hình mạng sử dụng phương thức LS Error! Bookmark not defined Hình 3.3 : Mô hình mạng sử dụng DCS Error! Bookmark not defined Hình 3.4 : Ví dụ DCS lưu trữ liệu loài hoa vườn hoa Error! Bookmark not defined Hình 3.5 : Ví dụ chuyển tham lam : x chuyển tới y , nút kề với gần D Error! Bookmark not defined Hình 3.6 : Ví dụ thực chuyển tham lam: x nút kề gần D Error! Bookmark not defined Hình 3.7 : Ví dụ quy tắc bàn tay phải : gói tin chuyển theo chiều kim đồng hồ quanh miền đóng Error! Bookmark not defined Hình 3.8 : Khóa lưu vị trí L, nút nhà a, nút mô hình d e đường bao nhà Error! Bookmark not defined Hình 3.9 : Tt sau nút a lỗi, nút mô hình d khởi tạo gói làm cho L Error! Bookmark not defined Hình 3.10 : Nút f trở thành nút nhà tuyển nút mô hình b, c, d e Error! Bookmark not defined Hình 3.11 : Ví dụ tái tạo có cấu trúc với độ phân tích mức Error! Bookmark not defined Hình 3.12 : tìm đường hướng miền Error! Bookmark not defined Hình 3.13 : Tọa độ ảo phân cấp .Error! Bookmark not defined Hình 3.14 : Phân cấp điểm mốc .Error! Bookmark not defined Hình 4.1 Cây tìm đường ngắn không cân cân mức đỉnh Error! Bookmark not defined Hình 4.2 Cây cân tải mô hình lưới Error! Bookmark not defined Hình 4.3 Cây cân tải mức đỉnh mạng lưới 10x10 Error! Bookmark not defined Hình 4.4 a) Số lân cận không đánh dấu nut Error! Bookmark not defined b) Không gian phát triển nút .Error! Bookmark not defined Hình 4.5 Kết so sánh cân tải GHT lưu trữ thông tin dựa điểm mốc Error! Bookmark not defined Hình 5.1 Cây phân cấp lớp TclObject .Error! Bookmark not defined Hình 5.2 Nút đơn hướng nút đa hướng Error! Bookmark not defined Hình 5.3 Đường kết nối Error! Bookmark not defined Hình 5.4 Khuôn dạng gói liệu NS2 Error! Bookmark not defined Hình 5.5 Dữ liệu gửi (put) từ node đến node Error! Bookmark not defined Hình 5.6 Nút yêu cầu get liệu từ nút Error! Bookmark not defined Hình 5.7 Dữ liệu nút trả cho nút Error! Bookmark not defined …………………………………………………………………………………………… Sinh viên thực : Lương Hữu Long Khóa: K49 Lớp: KSTN-CNTT DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT STT Từ viết tắt Từ viết tắt Giải nghĩa DCS Data – Centric Storage Lưu trữ thông tin hướng liệu RF Radio Frequency Tần số vô tuyến ES External Storage Lưu trữ LS Local Storage Lưu trữ cục GPS Global Positioning System Hệ thống định vị toàn cầu PRP Planar Face Traversal Thuật toán duyệt miền phẳng LBLSP Load Balanced Local Shortest Path Đường ngắn cục cân tải WSN Wireless Sensor Network Mạng cảm biến không dây …………………………………………………………………………………………… Sinh viên thực : Lương Hữu Long Khóa: K49 Lớp: KSTN-CNTT LỜI MỞ ĐẦU Công nghệ không dây đời từ kỷ 19, phát triển điện tín không dây Marconi Từ công nghệ không dây ngày phát triển đóng vai trò quan trọng kỹ thuật đời sống xã hội Ngày có nhiều kỹ thuật/công nghệ không dây (wireless) khác với thuộc tính, ứng dụng khả hỗ trợ khác Mạng sensor mạng không dây rộng lớn, gồm nút cảm biến liên kết với sóng vô tuyến Nó ngày ứng dụng nhiều quân sự, công nghiệp sống ngày Các hạn chế mạng sensor nhớ lượng nút sensor Điều làm ảnh hưởng lớn tới vấn đề truy xuất liệu mạng sensor Đối với mạng sensor, việc truy xuất liệu thực thi nút sensor Nếu sử dụng phương pháp truy xuất liệu tập trung số nút sở hay trạm sở dễ dẫn đến việc tải, tắc nghẽn mạng Điều làm tiêu hao nhiều lượng nhớ nút sensor Điều đặt yêu cầu hệ thống mạng sensor với liệu phân tán nút Chính thế, giải pháp truy xuất liệu phân tán đưa lưu trữ thông tin hướng liệu (datacentric storage) hệ thống điển hình cho phương pháp mạng sensor Đồ án “lưu trữ thông tin hướng liệu (data-centric storage DCS)” tập trung tìm hiểu nghiên cứu vấn đề lý thuyết liên quan đến lưu trữ thông tin hướng liệu sử dụng hai phương thức put get theo từ khóa; kết hợp với thuật toán tìm đường DCS Ngoài ra, đồ án vào tìm hiểu vấn đề cân tải mạng sensor nói chung DCS nói riêng Cuối cùng, vào xây dựng mô hệ thống DCS đơn giản NS-2, công cụ mô mạng hiệu cao, qua phát triển hệ thống DCS thực tế với mạng sensor tương lai Trong chương đồ án, người viết đồ án (NVĐA) xin trình bày cách tổng quan vấn đề mạng sensor, đặc biệt vấn đề truy xuất liệu mục tiêu đồ án Phần cuối chương, NVĐA trình bày nội dung cụ thể chương đồ án …………………………………………………………………………………………… 10 Sinh viên thực : Lương Hữu Long Khóa: K49 Lớp: KSTN-CNTT CHƯƠNG : ĐẶT VẤN ĐỀ Mạng sensor – vấn đề ứng dụng Mạng không dây ngày đóng vai trò quan trọng xã hội với ứng dụng lĩnh vực di động, cảm biến … Công nghệ không dây đời từ kỷ 19, phát triển điện tín không dây Marconi Từ đến nay, ngày trở nên phổ biến độ tin cậy tốc độ nâng cao giá thành giảm nhiều thành phần người sử dụng Ngày có nhiều kỹ thuật/công nghệ không dây (wireless) khác với thuộc tính, ứng dụng khả hỗ trợ khác Mạng không dây thực trở thành công nghệ mà người dùng nghĩ tới thiết lập mạng máy tính hay nâng cấp hệ thống mạng máy tính cũ đơn giản muốn kết nối Internet tốc độ cao mà không cần dây dẫn Đặc biệt, với phát triển mạnh mẽ thị trường điện thoại di động mạng không dây cho thấy tầm ảnh hưởng lớn lao xã hội Nhu cầu sử dụng thiết bị di động ứng dụng điện thoại di động người ngày cao động lực để nhà nghiên cứu phát triển hệ thống mạng không dây tương lai Mạng sensor mạng không dây phân tán rộng lớn, bao gồm nút cảm biến kết nối với sóng vô tuyến (RF connection) Trong đó, nút mạng thường thiết bị đơn giản , nhỏ gọn, giá thành thấp có số lượng lớn, phân bố ngẫu nhiên (non-topology) diện tích rộng (phạm vi hoạt động rộng) Các node cảm biến sử dụng nguồn lượng hạn chế (pin), cần thời gian hoạt động lâu dài (vài tháng đến vài năm) hoạt động môi trường khắc nghiệt (chất độc, ô nhiễm, nhiệt độ ) Hình 1.1 Một ví dụ mô hình mạng sensor …………………………………………………………………………………………… 11 Sinh viên thực : Lương Hữu Long Khóa: K49 Lớp: KSTN-CNTT Ứng dụng mạng sensor : Mạng ứng dụng nhiều lĩnh vực quân sự, công nghiệp sống ngày Ứng dụng mạng sensor lĩnh vực quân việc phát mìn, chất độc, hay di chuyển quân địch… Cùng với phát triển mạnh mẽ ngành công nghiệp nhu cầu ngày cao người, mạng sensor ứng dụng nhiều công nghiệp điều khiển tự động, robotic, thiết bị thông minh, y tế, môi trường… Qua đây, thấy, mạng sensor hệ thống lĩnh vực Telecom ứng dụng ngày lớn quan trọng lĩnh vực khoa học, kỹ thuật đợi sống ngày Mạng sensor ngày phát triển mở rộng để đáp ứng nhu cầu ứng dụng người Nhiều công nghệ, phần cứng, giao thức, phương thức, chuẩn đời tiếp tục nghiên cứu phát triển rộng rãi Có thể kể số phương thức chuẩn mạng sensor tìm External Storage (ES), Local Storage (LS), Data-centric Storage (DCS), đó, phương thức có ưu nhược điểm khác nhau, bổ sung cho việc hỗ trợ phát triển ứng dụng mạng sensor Các ưu điểm : Mạng sensor có tính linh hoạt cao, không bị ràng buộc cố định phân bố địa lý Trong mạng, ta dễ dàng bổ sung thay thiết bị tham gia vào mạng (như thêm nút, thay nút bị lỗi nạp lượng cho nút) mà cấu hình lại toàn topology mạng Các nhược điểm cần khắc phục : Mạng sensor tồn hạn chế : Tốc độ đường truyền chưa cao; khả bị nhiễu thông tin vùng sensor có địa hình xấu lớn; nhớ lưu trữ nút cảm biến bị hạn chế; đặc biệt hạn chế lượng sử dụng mạng Để khắc phục hạn chế lượng, nhà nghiên cứu đưa phương pháp lưu trữ phân phối liệu mạng sensor làm tăng hiệu truy xuất liệu đạt cân tải tốt Đây chủ đề xuyên suốt luận văn Mục tiêu luận văn tìm hiểu, nghiên cứu phương pháp lưu trữ phân phối liệu mạng sensor Trong đó, NVĐA xin tập trung vào tìm hiểu hệ thống lưu trữ thông tin hướng liệu (data-centric storage DCS) Ngoài ra, luận văn sâu vào tìm hiểu số thuật toán tìm đường áp dụng cho hệ thống lưu trữ phân phối liệu mà điển hình DCS vấn đề cân tải mạng sensor Cuối giới thiệu công cụ mô mạng sensor nói riêng mạng thông tin nói chung NS–2, chương trình mô bước đầu hệ thống lưu trữ thông tin hướng liệu DCS Các vấn đề truy xuất liệu mạng sensor Trong hệ thống mạng nào, vấn đề truy xuất liệu đặt lên hàng đầu Trong mạng sensor, đóng vai trò quan trọng Ngày nay, …………………………………………………………………………………………… 12 Sinh viên thực : Lương Hữu Long Khóa: K49 Lớp: KSTN-CNTT mạng sensor mở rộng kích thước, có số lượng lớn liệu tạo sẵn Ngoài ra, nhu cầu thông tin người ngày phong phú, nên liệu thêm vào trình truy xuất tăng lên Khối lượng liệu lớn, cộng thêm việc hạn chế nhớ lượng nút sensor vấn đề khó khăn thách thức nhà nghiên cứu Với hệ thống mạng sensor sử dụng phương pháp lưu trữ phân phối liệu, việc truy xuất liệu nút khắc phục nhiều hạn chế mạng Cụ thể, luận văn tập trung tìm hiểu DCS việc truy xuất liệu DCS Ngoài DCS, có phương pháp truy xuất liệu sử dụng truy xuất trạm sở (base station) : Với phương pháp này, mạng sensor xây dựng số trạm sở (ví dụ với mạng 500 nút có 20 nút trạm sở) Ở đây, trạm sở nút sensor mà server với đầy đủ tài nguyên cần thiết cho việc truy xuất liệu Các base station làm nhiệm vụ server lưu trữ liệu cho miền mạng Khi đó, truy vấn liệu từ nút sensor gửi tới trạm sở miền thông qua lân cận Hình 1.2 Truy xuất liệu trạm sở Với phương pháp này, gánh nặng nhớ lưu trữ nút sensor giảm mà base station có đầy đủ tài nguyên cần thiết để lưu trữ lượng liệu lớn Tuy nhiên, nhiều điểm hạn chế cần khắc phục chi phí, xây dựng …, đó, nhược điểm dễ gây tải, tắc nghẽn xung quanh base station (tại lân cận nó) … Thứ nhất, cần xây dựng trạm sở miền mạng với đầy đủ tài nguyên nhớ, lượng, khả truyền liệu… phải đạt yêu cầu với lượng lớn liệu truy xuất Tất nhiên, trạm phải có khả …………………………………………………………………………………………… 13 Sinh viên thực : Lương Hữu Long Khóa: K49 Lớp: KSTN-CNTT cảm ứng để liên kết với nút sensor lân cận miền Các trạm sở hệ thống máy tính kho lưu trữ liệu lớn có gắn thiết bị cảm ứng để giao tiếp… Như thế, chí phí cho trạm sở lớn việc xây dựng base station miền phức tạp Thứ hai, nhược điểm phương pháp truy vấn liệu dễ gây tải tắc nghẽn mạng tai lân cận xung quanh trạm sở Với phương pháp truy vấn này, miền, việc truy xuất liệu gửi yêu cầu truy vấn trạm sở Muốn đến trạm sở, truy vấn phải qua nút lân cận quanh Trong hệ thống mạng sensor lớn, miền chia lớn với nhiều nút mạng Điều dẫn đến nhiều truy vấn gửi tới lân cận trạm sở Do đó, việc tải tắc nghẽn lân cận điều tránh khỏi Với nhược điểm phương pháp truy vấn trạm sở, nhà nghiên cứu đưa phương pháp mới, hạn chế tối đa nhược điểm trên, phương pháp phân phối liệu nút sensor Trong đó, điển hình hệ thống lưu trữ thông tin hướng liệu (DCS) Trong phương pháp này, yêu cầu quan trọng kỹ thuật phân tán liệu nút sensor Trong mạng, liệu chia thành nhiều loại, loại liệu lưu trữ nút mạng sensor khác Đây phương pháp truy xuất sử dụng phổ biến mạng sensor tính hiệu khả cân tải tốt Để sử dụng kiểu truy xuất này, có nhiều giải pháp phân tán liệu đưa nhìn chung giải pháp mang tính hướng liệu Có hai lớp phương thức hướng liệu phổ biến đưa là: vận chuyển hướng liệu (data-centric conveyance) lưu trữ thông tin hướng liệu (data-centric storage) Phương thức phân phối liệu phụ thuộc vào chất mạng sensor, môi trường triển khai tải làm việc mong muốn Trong đó, lớp phương thức lưu trữ thông tin hướng liệu thường sử dụng kho lưu trữ thông tin nội mạng thông minh giúp cho việc tìm liệu hiệu lớp phướng thức vận chuyển liệu Lưu trữ thông tin hướng liệu (data – centric storage DCS) giải pháp quan trọng sử dụng phổ biến mạng sensor Mục tiêu DCS lưu trữ liệu liên quan nút thông qua từ khóa key Khi đó, nút mạng sensor kho lưu trữ thông tin loại liệu Hình 1.3 ví dụ họa cho phương pháp phân phối liệu Ở đó, liệu loài vật chia riêng Mỗi nút lưu trữ thông tin loài vật riêng biệt Các truy vấn liệu chuyển đến nút từ nút lân cận trung gian hình vẽ Đối với hệ thống DCS, cần phải gán từ khóa key cho loại liệu loài vật, ví dụ dùng từ khóa thỏ, hổ tương ứng với liệu loài thỏ, loài hổ … Từ khóa ánh xạ tới nút lưu trữ thông tin …………………………………………………………………………………………… 14 Sinh viên thực : Lương Hữu Long Khóa: K49 Lớp: KSTN-CNTT loài vật để thực việc truy xuất liệu Kỹ thuật ánh xạ nhắc đến phần sau luận văn Hươu Voi Hổ Thỏ Hình 1.3 Ví dụ topology mạng sử dụng DCS để lưu trữ thông tin loài vật Khi DCS đời, có nhiều thuật toán tìm đường đời đáp ứng đòi hỏi Bởi với cách lưu trữ liệu nút theo tên DCS việc tìm đường tới nút tương ứng với tên yêu cầu cần thiết để get put liệu nút Chính nguồn lượng hạn chế mạng sensor mà cụ thể lượng nút, mà đòi hỏi cao thuật toán tìm đường để đạt hiệu suất cao, cân tải tìm đường lưu trữ Vậy chất việc sử dụng DCS mạng sensor Với việc lưu trữ liệu tìm đường DCS có khó khăn thuận lợi gì, mang lại ưu điểm nhược điểm cho mạng sensor Chúng ta vào trả lời vấn đề chương sau luận văn Nội dung vấn đề luận văn …………………………………………………………………………………………… 15 Sinh viên thực : Lương Hữu Long Khóa: K49 Lớp: KSTN-CNTT Với vấn đề truy xuất liệu hạn chế lượng mạng sensor trình bày luận văn này, người viết luận văn (NVĐA) xin tập trung vào tìm hiểu chất vấn đề lưu trữ thông tin hướng liệu (DCS), giải pháp hiệu quan trọng mạng sensor Nội dung LV trình bày bao gồm : hai chương đầu đưa nhìn tổng quan mạng không dây mạng sensor, đồng thời vấn đề hạn chế mạng sensor việc truy xuất liệu giải pháp lưu trữ thông tin hướng liệu (DCS); hai chương vào tìm hiểu chất DCS vấn đề cân tải mạng sensor nói chung, DCS nói riêng; cuối công cụ mô cho mạng sensor NS – với kết mô bước đầu hệ thống DCS : Chương Đặt vấn đề : Giới thiệu chung mạng không dây, mạng sensor, vấn đề truy xuất liệu mạng sensor giải pháp DCS Chương Giới thiệu chung mạng sensor lưu trữ thông tin hướng liệu DCS : Gồm phần : +) Trình bày tổng quan cấu trúc mạng sensor ứng dụng +) Trình bày tổng quan DCS vấn đề tìm đường DCS Chương Lưu trữ thông tin hướng liệu (DCS) : Bao gồm hai vấn đề : +) Trình bày chất DCS +) Các thuật toán tìm đường DCS Chương Cân tải cho DCS mạng sensor : Trình bày vấn đề cân tải mạng sensor nói chung DCS nói riêng Chương Công cụ mô mạng sensor NS – : Bao gồm:  Trình bày tổng quan hệ thống mô NS-2 với số lớp sở việc giao tiếp hai ngôn ngữ C++ Tcl script NS-2  Mô hệ thống DCS làm tiền đề để xây dựng hệ thống DCS mạng sens lớn Cuối cùng, phần Kết luận tổng kết kết quả, kiến thức mà NVĐA thu nhận trình nghiên cứu làm đồ án nêu hướng phát triển đồ án …………………………………………………………………………………………… 16 Sinh viên thực : Lương Hữu Long Khóa: K49 Lớp: KSTN-CNTT [...]... phương thức lưu trữ thông tin hướng dữ liệu thường sử dụng kho lưu trữ thông tin nội mạng thông minh giúp cho việc tìm dữ liệu hiệu quả hơn lớp các phướng thức vận chuyển dữ liệu Lưu trữ thông tin hướng dữ liệu (data – centric storage DCS) là một giải pháp quan trọng và được sử dụng phổ biến trong các mạng sensor Mục tiêu chính của DCS là lưu trữ các dữ liệu liên quan trên cùng một nút thông qua một... sử dụng kiểu truy xuất này, đã có nhiều giải pháp phân tán dữ liệu được đưa ra nhưng nhìn chung các giải pháp này đều mang tính hướng dữ liệu hơn Có hai lớp các phương thức hướng dữ liệu phổ biến được đưa ra là: vận chuyển hướng dữ liệu (data-centric conveyance) và lưu trữ thông tin hướng dữ liệu (data-centric storage) Phương thức phân phối dữ liệu phụ thuộc vào bản chất của mạng sensor, môi trường triển... sensor là một kho lưu trữ thông tin của cùng một loại dữ liệu Hình 1.3 là một ví dụ mình họa cho phương pháp phân phối dữ liệu Ở đó, dữ liệu về các loài vật được chia riêng Mỗi nút lưu trữ thông tin về một loài vật riêng biệt Các truy vấn dữ liệu sẽ được chuyển đến các nút này từ các nút lân cận trung gian như hình vẽ Đối với hệ thống DCS, cần phải gán một từ khóa key cho từng loại dữ liệu về loài vật,... mới, hạn chế tối đa các nhược điểm trên, đó là phương pháp phân phối dữ liệu trên các nút sensor Trong đó, điển hình là hệ thống lưu trữ thông tin hướng dữ liệu (DCS) Trong phương pháp này, yêu cầu quan trọng nhất là kỹ thuật phân tán dữ liệu trên các nút sensor Trong mạng, dữ liệu được chia thành nhiều loại, mỗi loại dữ liệu được lưu trữ tại một nút mạng sensor khác nhau Đây là phương pháp truy xuất... về bản chất cũng như các vấn đề trong lưu trữ thông tin hướng dữ liệu (DCS), một giải pháp hiệu quả và quan trọng trong mạng sensor Nội dung LV được trình bày bao gồm : hai chương đầu đưa ra cái nhìn tổng quan về mạng không dây và mạng sensor, đồng thời chỉ ra các vấn đề hạn chế trong mạng sensor trong việc truy xuất dữ liệu và giải pháp lưu trữ thông tin hướng dữ liệu (DCS); hai chương tiếp theo sẽ... mạng không dây, mạng sensor, các vấn đề truy xuất dữ liệu trong mạng sensor và giải pháp DCS Chương 2 Giới thiệu chung về mạng sensor và lưu trữ thông tin hướng dữ liệu DCS : Gồm 2 phần chính : +) Trình bày tổng quan cấu trúc mạng sensor và các ứng dụng của nó +) Trình bày tổng quan về DCS và vấn đề tìm đường trong DCS Chương 3 Lưu trữ thông tin hướng dữ liệu (DCS) : Bao gồm hai vấn đề chính là : +) Trình... tiêu chính của luận văn là tìm hiểu, nghiên cứu phương pháp lưu trữ và phân phối dữ liệu trong mạng sensor Trong đó, NVĐA xin tập trung vào tìm hiểu một hệ thống lưu trữ thông tin hướng dữ liệu (data-centric storage DCS) Ngoài ra, bài luận văn sẽ đi sâu vào tìm hiểu một số thuật toán tìm đường được áp dụng cho các hệ thống lưu trữ và phân phối dữ liệu mà điển hình là DCS và vấn đề cân bằng tải trong mạng... trong mạng sensor Cuối cùng là giới thiệu một công cụ mô phỏng mạng sensor nói riêng và mạng thông tin nói chung NS–2, và một chương trình mô phỏng bước đầu trong hệ thống lưu trữ thông tin hướng dữ liệu DCS Các vấn đề truy xuất dữ liệu trong mạng sensor Trong bất kỳ hệ thống mạng nào, vấn đề truy xuất dữ liệu luôn được đặt lên hàng đầu Trong mạng sensor, nó càng đóng vai trò quan trọng Ngày nay, khi... tài nguyên cần thiết cho việc truy xuất dữ liệu Các base station này sẽ làm nhiệm vụ như một server lưu trữ dữ liệu cho một miền trong mạng Khi đó, mọi truy vấn dữ liệu từ các nút sensor trong cùng một đều được gửi tới trạm cơ sở của miền đó thông qua các lân cận của nó Hình 1.2 Truy xuất dữ liệu tại một trạm cơ sở Với phương pháp này, gánh nặng về bộ nhớ lưu trữ tại các nút sensor sẽ được giảm khi... số lượng lớn dữ liệu được tạo sẵn Ngoài ra, nhu cầu về thông tin của con người ngày càng phong phú, nên dữ liệu thêm vào trong quá trình truy xuất cũng càng tăng lên Khối lượng dữ liệu lớn, cộng thêm việc hạn chế về bộ nhớ và năng lượng trên các nút sensor chính là một vấn đề khó khăn đang thách thức các nhà nghiên cứu Với hệ thống mạng sensor sử dụng phương pháp lưu trữ và phân phối dữ liệu, thì việc