Nghiên cứu một số kỹ thuật định tuyến của mạng cảm biến không dây dựa trên bảng băm phân tán và ứng dụng

đại học thái nguyên Tr-ờng đại học công nghệ thông tin truyền thông Nguyễn thành trung Nghiên cứu số kỹ thuật định tuyến mạng cảm biến không dây dựa bảng băm phân tán ứng dụng luận văn thạc sĩ khoa học máy tính thái nguyên 2013 S húa bi Trung tõm Hc liu http://lrc.tnu.edu.vn/ đại học thái nguyên Tr-ờng đại học công nghệ thông tin truyền thông Nguyễn thành trung Nghiên cứu số kỹ thuật định tuyến mạng cảm biến không dây dựa bảng băm phân tán ứng dụng Chuyên ngành: Khoa học máy tính Mã số: 60 48 01 luận văn thạc sĩ khoa học máy tính Ng-ời h-ớng dẫn khoa học: PGS TS PHạm việt bình thái nguyên - 2013 S húa bi Trung tõm Hc liu http://lrc.tnu.edu.vn/ I HC THI NGUYấN CNG HO X HI CH NGHA VIT NAM TRNG I HC CễNG NGH c lp T Hnh phỳc THễNG TIN V TRUYN THễNG LI CAM OAN Lun thc s ny tụi nghiờn cu v thc hin di s hng dn ca Nh giỏo u tỳ - TS Phm Vit Bỡnh hon thnh bn lun ny, ngoi cỏc ti liu ó lit kờ, tụi cam oan khụng chộp cỏc cụng trỡnh hoc thit k tt nghip ca ngi khỏc Thỏi Nguyờn, ngy 20 thỏng 09 nm 2013 Nguyn Thnh Trung S húa bi Trung tõm Hc liu http://lrc.tnu.edu.vn/ LI CM N Trc ht, tụi vụ cựng bit n sõu sc n Nh giỏo u tỳ - TS Phm Vit Bỡnh, ngi thy ó trc tip dnh nhiu thi gian tn tỡnh hng dn, cung cp nhng thụng tin, ti liu quý bỏu giỳp tụi hon thnh bn lun ny Tụi xin chõn thnh cm n Ban lónh o Trung tõm D ỏn quc t VLIR Trng i hc Cụng ngh thụng tin v Truyn thụng ó to nhiu iu kin giỳp tụi hon thnh lun ny Sau cựng tụi xin by t lũng bit n n ngi thõn, cựng bn bố, ng nghip c quan, nhng ngi luụn c v ng viờn tụi hon thnh bn lun tt nghip ny Thỏi Nguyờn, ngy 20 thỏng 09 nm 2013 Nguyn Thnh Trung S húa bi Trung tõm Hc liu http://lrc.tnu.edu.vn/ MC LC .1 CHNG 1: TNG QUAN V MNG CM BIN KHễNG DY V NH TUYN S DNG BNG BM PHN TN 1.1 Tng quan v mng cm bin khụng dõy -WSN .2 1.2 Cu trỳc ca WSNs 1.2.1 Cu trỳc mt node mng WSNs 1.2.2 Cu trỳc mng c bin khụng dõy 1.3 c trng ca mng cm bin khụng dõy 11 1.3.1 Nng lng tiờu th 11 1.3.2 Chi phớ 12 1.3.3 Loi hỡnh mng 12 1.3.4 Tớnh bo mt 12 1.3.5 tr 13 1.3.6 Tớnh di ng 13 1.4 Nhng thỏch thc vic trin khai mng cm bin khụng dõy 13 1.4.1 Gii hn v nng lng 14 1.4.2 Gii hn v phn cng 14 1.4.3 nh hng ca nhiu t mụi trng 14 1.4.4 nh tuyn WSNs 14 1.5 Tng quan v Bng bm phõn tỏn 15 1.5.1 Bng bm (Hash Table) 15 1.5.2 Bng bm phõn tỏn (Distributed Hash Table) 16 1.6 nh tuyn s dng Bng bm phõn tỏn 19 1.6.1.S dng ý tng nh tuyn ca mng P2P mng cm bin khụng dõy 19 1.6.2 nh x gia mng ngang hng vi mng cm bin thụng qua Bng bm phõn tỏn 19 S húa bi Trung tõm Hc liu http://lrc.tnu.edu.vn/ CHNG 2: MT S K THUT NH TUYN S DNG BNG BM 22 PHN TN TRONG MNG CM BIN KHễNG DY 22 2.1 K thut Chord cho mng cm bin CSN ( Chord for Sensor Netwworks ) 22 2.1.1 Nghiờn cu v CSN 22 2.1.2 Phng thc chui (Chain method) 26 2.1.3 Phng thc ly trung bỡnh (Set-Average Method) 26 2.1.4 EEmode v Rmode 27 2.1.5 Lu k thut Chord cho mng cm bin khụng dõy 29 2.1.6 Nhn xột v k thut Chord cho mng cm bin 30 2.2 K thut nh tuyn bm ụ CHR ( Cell Hash Routing) 31 2.2.1 Nghiờn cu v CHR 31 2.2.2 Phn bờn ca mt ụ 32 2.2.3 nh tuyn CHR 34 2.2.4 Lu k thut nh tuyn bm ụ 36 2.2.5 Nhn xột v CHR 37 2.3 K thut bng bm phõn tỏn da theo cu trỳc ca mng 39 2.3.1 Nghiờn cu v T-DHT 39 2.3.2 Cu trỳc mng cm bin theo nh hng bng bm 40 2.3.3 Lu k thut bng bm phõn tỏn da theocu trỳc mng 43 2.3.4 Nhn xột v T-DHT 44 2.4 K thut nh tuyn da theo cu trỳc vũng o VRR 45 2.4.1 Nghiờn cu v VRR 45 2.4.2 nh tuyn vi VRR 47 2.4.3 Lu k thut da theo cu trỳc vũng o 48 2.4.4 Nhn xột v k thut da theo cu trỳc vũng o 49 2.5 K thut bng bm theo v trớ a lý GHT (Goegraphic Hash Table) 50 2.5.1.Nghiờn cu v k thut bng bm theo v trớ a lý 50 2.5.2.GPSR 53 S húa bi Trung tõm Hc liu http://lrc.tnu.edu.vn/ 2.5.3 Home node v Home perimetter 55 2.5.4 Giao thc lm ti chu vi mng 56 2.5.5 Lu k thut bng bm theo v trớ a lý 58 2.5.6 ỏnh giỏ v k thut bng bm theo v trớ a lý 60 2.6 ỏnh giỏ v so sỏnh tng quan v cỏc k thut nh tuyn 60 CHNG 3: CI T, TH NGHIM V NH GI KT QU K THUT NH TUYN DA TRấN V TR A Lí 62 3.1 Cỏc phng phỏp ỏnh giỏ, th nghim mng cm bin khụng dõy .62 3.2 Kho sỏt mt s mụ phng s dng cho mng cm bin 63 3.2.1 Tiờu phõn loi 63 3.2.2 Phõn loi cỏc cụng c mụ phng theo chc nng 63 3.3 Xõy dng mụ phng theo k thut GHT 64 3.3.1 Xõy dng chng trỡnh mụ phng 64 3.3.2 Kt qu mụ phng mng cm bin 66 KT LUN 69 Ti liu tham kho 70 S húa bi Trung tõm Hc liu http://lrc.tnu.edu.vn/ DANH MC THUT NG Vit tt Vit y Ngha ting Vit WSN Wireless Sensor Network Mng cm bin khụng dõy DHT Distributed Hash Table Bng bm phõn tỏn GHT Goegrapphic Hash Table Bng bm phõn tỏn theo v trớ a lý CSN Chord for Sensor K thut Chord cho mng cm bin Network CHR Cell Hash Routting K thut nh tuyn bm ụ T-DHT Topology based K thut nh tuyn bng bm phõn Distributed Hash Table tỏn da theo cu trỳc mng Virtual Ring Routting K thut nh tuyn da theo cu VRR trỳc vũng o P2P Peer to peer Mng ngang hng DSC Data Store Center Lu tr d liu trung tõm LEACH Low-energy adaptive Giao thc phõn cp theo cm thớch clustering hierarchy ng nng lng thp Analog to Digital Chuyn i tớn hiu tng t sang tớn Converter hiu s Greedy Perimetter nh tuyn theo phng phỏp tham Statelees Routting lam v chu vi ADC GPSR S húa bi Trung tõm Hc liu http://lrc.tnu.edu.vn/ DANH MC HèNH V Hỡnh 1.1 Biu tng ca mng cm bin .2 Hỡnh 1.2 Nỳt cm bin khụng dõy ca Zolertia Z1 .4 Hỡnh 1.3 Cỏc thnh phn ca mt nỳt cm ng .6 Hỡnh 1.4: Cu trỳc phng ca mt mng cm bin .8 Hỡnh 1.5: Cu trỳc tng ca mng cm bin khụng dõy .9 Hỡnh 1.6: Cu trỳc mng c phõn cp theo chc nng .9 Hỡnh 1.7: Mụ t hot ng ca bng bm 16 Hỡnh 1.8: Lu tr v tỡm kim d liu DHT 17 Hỡnh 1.9: Kin trỳc bng bm phõn tỏn 18 Hỡnh 1.10: Mụ hỡnh nh tuyn c bn ca DHTs 20 Hỡnh 2.1 : Mt mng Chord vi nỳt 23 Hỡnh 2.2: Alpha-1 v Alpha-m s khụng thc hin giao tip trc tip 24 Hỡnh 2.3: Thut toỏn mụ phng phng thc chui (Chain) 26 Hỡnh 2.4: Thut toỏn theo phng thc ly trung bỡnh 27 Hỡnh 2.5: S giao thoa v x lý gia Rmode v EEmode 28 Hỡnh 2.6: Phõn chia khụng gian thnh cỏc ụ vi kớch thc c nh 32 Hỡnh 2.7: nh ngha v th ca cỏc cm 33 Hỡnh 2.9: Home cell v Home perimetter 34 Hỡnh 2.10: V trớ a lý ca cỏc nỳt 41 Hỡnh 2.11: Khụng gian ca cỏc nỳt trờn h to o 41 Hỡnh 2.12: Kt qu sau phõn chia khu vc mi nỳt vo cỏc hỡnh ch nht v a thụng tin ton mng vo bng bm phõn tỏn hai chiu 42 Hỡnh 2.13: Liờn kt gia cu trỳc mng vũng o v 46 Hỡnh 2.14: Mt vớ d v GHT 52 Hỡnh 2.15: Phng phỏp chuyn tip tham lam 54 Hỡnh 2.16: Mt vớ d v vic x khụng cú hng xúm gn nht n D 55 Hỡnh 2.17: Quy tc bn tay phi 55 Hỡnh 3.1: Th nghim mng cm bin khụng dõy trờn phm vi 100x100 m 66 S húa bi Trung tõm Hc liu http://lrc.tnu.edu.vn/ Hỡnh 3.2: Hin th s ID v liờn kt gia cỏc nỳt mng cm bin 67 Hỡnh 3.3: Hin th phm vi ph súng ca cỏc nỳt cm bin 67 Hỡnh 3.4: ỏnh giỏ v vic tiờu th nng lng ton mng 68 Hỡnh 3.5: ỏnh giỏ v ln trung bỡnh ca cỏc ng truyn nh tuyn 68 Hỡnh 3.6: ỏnh giỏ chớnh xỏc c cỏc nỳt mng xy mt liờn kt hay di ng 68 S húa bi Trung tõm Hc liu http://lrc.tnu.edu.vn/ 57 PRP phõn bit gia home node v v cỏc nỳt khỏc home perimetter Mt nỳt s tr thnh home node vi mt key c bit thc hin Put() gúi tin n sau hon thnh mt hnh trỡnh i qua tt c cỏc nỳt ca home perimetter (iu kin ny c xỏc nh bi GPSR ) PRP to cỏc gúi lm mi nh k bng vic s dng chng trỡnh hn gi n gin C vi Th giõy, home node vi mt khoỏ to mt gúi tin lm ti n vựng bm ca khoỏ ú Vic lm ti ny cha d liu c lu tr cho khoỏ ú, v c nh tuyn mt cỏch chớnh xỏc nh thc hin Put() v Get() gúi tin GHT Gúi lm ti cng s cú mt hnh trỡnh home perimetter ca khoỏ ú, bt k thay i cu trỳc liờn kt mng cú t khoỏ c thờm vo Khi mt gúi lm ti ti mt nỳt, s cú hai kh nng: Hoc l bờn nhn gn vi im ớch hn bờn phỏt hnh, trng hp ny thỡ bờn nhn s phõn tớch gúi tin v to li nú Hoc trng hp khụng tỡm thy bờn nhn, trng hp ny s chuyn tip gúi tin sang ch chu vi Trong c hai trng hp trờn, ngi nhn gn thờm mt cp khúa giỏ tr, nú lu tr li khúa ca gúi lm ti Khi gúi lm ti tr li ni phỏt hnh nú v nỳt ú khụng phi l nỳt ng trc home node Nú s x lý gúi tin lm ti v chuyn tip n home node khoỏ ú Nh l vic, home node thit lp b m thi gian mi ca riờng mỡnh, v sau ú li tin hnh lm mi khoỏ ú C ch ny cung cp mc tiờu thit k mng mt cỏch nht quỏn Nú m bo rng nỳt gn nht n vựng bm ca khoỏ s tr thnh home node vi khoỏ v d liu ca lu tr khoỏ sau cu trỳc mng thay i S húa bi Trung tõm Hc liu http://lrc.tnu.edu.vn/ 58 2.5.5 Lu k thut bng bm theo v trớ a lý Lu gii thut liờn kt gia cỏc nỳt mng Kim tra nỳt hng xúm gn nht Sai Cú tn ti nỳt hng xúm gn nht ỳng To liờn kt & Lu tr tuyn DHT S húa bi Trung tõm Hc liu http://lrc.tnu.edu.vn/ 59 Lu gii thut truyn tin k thut GHT Bt u Bn tin Chuyn tip tham lam Tỡm chu vi bao quanh nỳt ớch Chuyn tip chu vi Xỏc nh nỳt ch X lý thụng tin nỳt ch Nỳt ớch nhn bn tin Kt thỳc S húa bi Trung tõm Hc liu http://lrc.tnu.edu.vn/ 60 2.5.6 ỏnh giỏ v k thut bng bm theo v trớ a lý u im: ỏp ng vi mng li cm bin ln: Qua cỏc phõn tớch v xỏc nhn mụ phng GHT cú kh nng h tr mng cm bin vi s lng ln lờn n hng nghỡn nỳt H tr gim tng ti ca mng GHT thỳc y cỏc h thng nh tuyn theo v trớ a lý GPSR t hiu qu cao hn Dch v DCS trỡ s tn ti ca d liu cỏc nỳt mng di ng, cựng vi vic phõn phi cp (khúa, giỏ tr) mt cỏch u n WSNs õy l iu quan trng nht vic xỏc nh s thay i v mt nỳt H tr trng thỏi sn sng cao: Vic chuyn i gia hai ch hot ng (active) v khụng hot ng (non-active) ca cỏc nỳt cm bin c GHT s dng hp lý m bo v vic thụng tin c truyn ton mng, ng thi gii quyt c hn ch v nng lng Phự hp vi cu trỳc mng thc t: GHT yờu cu cỏc nỳt bit v v trớ a lý ca mỡnh Gi thit ny hp lý vi a s mụ hỡnh mng cm bin khụng dõy thc t Hn ch Vic trỡ tớnh bn vng ca mng i mt vi nhiu tht bi phỏt sinh h thng phõn tỏn cng l mt thỏch thc khụng nh ca GHT trin khai thc t 2.6 ỏnh giỏ v so sỏnh tng quan v cỏc k thut nh tuyn Trong WSN, cỏc nỳt cm bin cú nng lng thp v hn ch v ti nguyờn ginh cho lu tr Tng hiu qu ca vic tng hp d liu v thut toỏn nh tuyn nhm gim thiu tiờu th nng lng v kộo di thi gian sng ca mng l m cỏc cỏc k thut trung vo nghiờn cu Vi S húa bi Trung tõm Hc liu http://lrc.tnu.edu.vn/ 61 rt nhiu xut, cỏc phng phỏp tip cn trung vo kh nng m rng ca mng v x lý nng lng hiu qu Vic phõn tớch cỏc k thut trờn v a s so sỏnh gia cỏc k thut vi da trờn ba tiờu l: Kh nng m rng mng, Hiu qu v nng lng, Lu tr d liu / Tra cu hiu qu Kt qu ỏnh giỏ ny da trờn vic o c cỏc thụng s v ó c a ti [1] Bng 1: So sỏnh cỏc k thut s dng bng bm phõn tỏn Phng phỏp tip Kh nng m Hiu qu v nng Lu tr d liu / cn rng lng Tra cu hiu qu GHT (WSNs) + + ++ CSN (WSNs) + 0/+ ++ T-DHT (WSNs) ++ + CHR (ad-hoc) + n/a n/a VRR (WSNs) + + ++ T ỏnh giỏ ca Bng 1, ta cú th thy GHT v VRR cú nhiu u im ln hn cỏc k thut khỏc Nhng so sỏnh tng quan thỡ GHT cú thờm tớnh nng quan trng ú l gim tr vic truyn tin nh vic s dng giao thc lm ti chu vi mng, giỳp cho vic loi b cỏc thnh phn nỳt mt gõy tr, cp nht li cu hỡnh mng cú nhng s kin nh: nỳt mng b di ng, mt kt ni ht nng lng, v h tr trng thỏi sn sng cao Do ú lun la chn GHT l k thut tt nht cho vic trin khai th nghim ng thi coi ú l mt nhng in hỡnh ca vic ỏp dng bng bm phõn tỏn vic nh tuyn ca mng cm bin khụng dõy S húa bi Trung tõm Hc liu http://lrc.tnu.edu.vn/ 62 CHNG CI T, TH NGHIM V NH GI KT QU K THUT NH TUYN DA TRấN V TR A Lí Vic xõy dng nhng mụ phng nhm ỏnh giỏ cỏc kt qu ca nghiờn cu em li hiu qu cao vic ng dng thc tin v sau Nht l vic ng dng Bng bm phõn tỏn vo mng cm bin khụng dõy cũn l mt xut cũn ang c nghiờn cu v hon thin Chng ny s trỡnh by vic xõy dng mụ hỡnh th nghim da trờn k thut GHT nhm ỏnh giỏ k thut nh tuyn s dng Bng bm phõn tỏn mụi trng WSNs 3.1 Cỏc phng phỏp ỏnh giỏ, th nghim mng cm bin khụng dõy Cng ng nghiờn cu WSN núi chung s dng ba phng phỏp ỏnh giỏ, kim nghim cỏc kt qu nghiờn cu l: phng phỏp phõn tớch, phng phỏp thc nghim v phng phỏp mụ phng Trong phng phỏp phõn tớch, ngi ta ỏnh giỏ mụ hỡnh toỏn hc ca h thng Tuy nhiờn phng phỏp ny ch hiu qu i vi cỏc mụ hỡnh n gin cỏc mụ hỡnh mng cm bin s dng DHTs thc t thng rt phc Trong phng phỏp thc nghim, ngi ta tin hnh th nghim trờn h thng tht, nhiờn cỏc h thng WSN v P2P cú s lng nỳt rt ln, nu thc nghim trờn h thng cú quy mụ nh ( khong 50 nodes) thỡ kt qu s khụng cú ý ngha ng thi cỏc thay i nh thay i cu trỳc (topology) mng hay thay i giao thc (protocol) trờn cỏc node s khú v tn nhiu thi gian Phng phỏp mụ phng cng cú nhiu hn ch, nhiờn nú khc phc c nhng hn ch ca phng phỏp phõn tớch v phng phỏp thc nghim Ti thi im ny, phng phỏp mụ phng khụng hon ton c lp vi phng phỏp trờn Vy nờn vi phm vi nghiờn cu ca lun vn, quyt nh s dng phng phỏp phõn tớch a cỏc minh chng kt qu ca mt s nghiờn cu ó cú ca mt s nh khoa hc v chng minh bng phng phỏp S húa bi Trung tõm Hc liu http://lrc.tnu.edu.vn/ 63 mụ phng l la chn hp lý v nờn lm Tng t, cỏc kt qu mụ phng s c chng minh bng thc nghim trờn cỏc h thng tht Hin nay, hu ht cỏc nghiờn cu v WSN c thc hin da trờn vic s dng phng phỏp mụ phng 3.2 Kho sỏt mt s mụ phng s dng cho mng cm bin Mng cm bin khụng dõy (WSN) ó t c s quan tõm phỏt trin nhng nm qua, v i kốm vi nú l nhng ngh thc hin th nghim nhng ng dng mi S tin b v phỏt trin nhanh lnh vc WSN ũi hi cn thit to cỏc mụ phng cú kh nng c th hn Cụng c mụ phng nh vy s cho phộp cỏc nh nghiờn cu xỏc minh nhng ý tng mi v so sỏnh cỏc gii phỏp xut mụi trng o giỳp trỏnh nhng tn tht khụng cn thit v mt thi gian v chi phớ trin khai phn cng 3.2.1 Tiờu phõn loi Hin cú rt nhiu mụ phng WSN da trờn nn mó ngun m ó v ang c xõy dng Nhm lm gim chi phớ cho cỏc ý tng th nghim Nhng nn tng mụ phng c bit khỏc v nhiu mt Do ú mt chn la hp lý sau phõn tớch cỏc mụ phng s tit kim c thi gian xõy dng thut toỏn Nhng mụ phng c trỡnh by di õy c chia thnh cỏc loi theo tớnh nng v cỏc ng dng chớnh Mi th loi trỡnh by cỏc chng trỡnh theo th t bng ch cỏi 3.2.2 Phõn loi cỏc cụng c mụ phng theo chc nng Mụ phng gi lp v cp mó - Emulators and code level simmulator Mụ phng theo cu trỳc iu khin - Topology control simulator Atarraya: Mụ phng mụi trng v mng khụng dõy c trung bỡnh - Enviroment and wireless medium simulator Mụ phng mng v cp ng dng - Netword and application level simulators Mụ phng mng cp tru tng - Cross level simulators S húa bi Trung tõm Hc liu http://lrc.tnu.edu.vn/ 64 Cỏc cụng c mụ phng da trờn nn NS-2 - NS-2 based simulator Cỏc cụng c mụ phng da trờn nn OMNet++ - OMNeT++ based simulators Cỏc cụng c mụ phng da trờn nn Prolemy II - Prolemy II based simulators 3.3 Xõy dng mụ phng theo k thut GHT Sau quỏ trỡnh phõn tớch chc nng cỏc cụng c thc hin mụ phng cho mng cm bin khụng dõy Cựng vi vic i sõu vo nghiờn cu k thut La chn ci t GHT s dng ngụn ng Java, da trờn gúi phn mm mó ngun m Nettopo cho nhng th nghim v ng dng DHT trờn h thng WSN l gii phỏp cú nhiu thun li cho vic trin khai thc t v sau 3.3.1 Xõy dng chng trỡnh mụ phng Lu tng quỏt ca chng trỡnh: Xõy dng mng cm bin o Ci t GHT Kt qu S húa bi Trung tõm Hc liu http://lrc.tnu.edu.vn/ 65 Vic xõy dng mụ phng cn nhng yờu cu: V giao din mng cm bin Mng cm bin cn cú cỏc chc nng hin th nh mt mng cm bin thc Thụng tin ca mt mng cm bin nh: a ch ID ca mt nỳt (ID address) Liờn kt gia cỏc nỳt vi (Links) Phm vi cm bin ca mt nỳt (radio range) th dng li mụ t cỏc nỳt tham gia vo mng cm bin v mt a lý, V xõy dng GHT mng cm bin Da trờn t tng mụ t k thut ó cú xỏc nh c cỏc chc nng nh: Chc nng kt ni vi cỏc hng xúm gn nht ca mi nỳt (GHT_ConnectNeighbors()) Chc nng tỡm mt ng i t mt nỳt alpha-1 n alpha-m (GHT_FindOnePath()) Chc nng tỡm ng i cho ton b cỏc nỳt (GHT_FindAllPath()) Chc nng kim tra li kt ni n nhng nỳt mt liờn kt vi mng (GHT_ConnectNeighborsWithUnvailable()) V vic ỏnh giỏ cỏc kt qu mng cm bin da trờn mụ phng Tớnh u vit nht ca vic xõy dng mụ phng ú l thc nghim c trờn mt mng cm bin o ( Virtual WSNs) v ỏnh giỏ c mt s thụng s sau dng mụ phng Vy nờn cỏc kt qu ỏnh giỏ cn cú l: Xỏc thc c chớnh xỏc truyn dn (Accuracy) o c di ng truyn ti thi im th nghim v tớnh toỏn c di trung bỡnh ca tt c ng truyn (Paths Length) Mc tiờu th nng lng (Energy Consumption) * S húa bi Trung tõm Hc liu http://lrc.tnu.edu.vn/ 66 3.3.2 Kt qu mụ phng mng cm bin Cỏc kt qu thc nghim trờn mụ phng da trờn vic thay i mt cỏc nỳt, cỏc nỳt cú s dch chuyn, v tc truyn khỏc Mt s nh chp mn hỡnh kt qu mụ phng: Hỡnh 3.1: Th nghim mng cm bin khụng dõy trờn phm vi 100x100 m Th nghim mng cm bin khụng dõy trờn phm vi 100 m2 vi 100 nỳt mng trng hp cú s dng hin th trờn th dng li mt mng cm bin o nh hỡnh 3.1 S húa bi Trung tõm Hc liu http://lrc.tnu.edu.vn/ 67 Hỡnh 3.2: Hin th s ID v liờn kt gia cỏc nỳt mng cm bin Hin th kt qu v liờn kt mng sau chy mụ phng, v hin th thụng tin v trng thỏi liờn kt gia mt nỳt vi cỏc nỳt hng xúm ca nú Vớ d: Hin th hng xúm ca cm bin cú ID = 17, cú ta 41, 90 V cú hng xúm gn nht vi nú l cú s ID ln lt l: v 40 Hỡnh 3.3: Hin th phm vi ph súng ca cỏc nỳt cm bin Ly mi mt nỳt cm bin lm tõm, cỏc ng trũn hỡnh 3.3 mụ phng phm vi ph súng ca cỏc cm bin (radio range) S húa bi Trung tõm Hc liu http://lrc.tnu.edu.vn/ 68 Hỡnh 3.4: ỏnh giỏ v vic tiờu th nng lng ton mng ỏnh giỏ v vic tiờu th nng lng ton h thng Vi kt qu mụ phng th hin vic tiờu th in nng ti cỏc trm l ln nht, k n l nng lng ginh cho chuyn tip v cỏc tỏc ng gõy tr Hỡnh 3.5: ỏnh giỏ v ln trung bỡnh ca cỏc ng truyn nh tuyn Hỡnh 3.6: ỏnh giỏ chớnh xỏc c cỏc nỳt mng xy mt liờn kt hay di ng S húa bi Trung tõm Hc liu http://lrc.tnu.edu.vn/ 69 KT LUN Qua quỏ trỡnh tỡm hiu, nghiờn cu, lun ó t c nhng kt qu sau: Kt qu t c Tỡm hiu c tng quan v mng cm bin v nh tuyn s dng bng bm phõn tỏn mng cm bin Nghiờn cu v h thng húa c cỏc quy trỡnh k thut nh tuyn s dng bng bm phõn tỏn nh: GHT, CSN, CHR, T-DHT, VRR V ỏnh giỏ c u im v hn ch ca tng k thut Mụ phng k thut GHT trờn mng cm bin o a c cỏc thụng s ỏnh giỏ theo mt s tiờu nh: chớnh xỏc truyn thụng mng, di ng truyn, nng lng tiờu th Hn ch: Kt qu nghiờn cu cũn cha c trin khai trờn mt ng dng c th Hng phỏt trin p dng cỏc k thut ó nghiờn cu vo mt ng dng c th Vi cỏc thụng tin cm bin v: nhit , m, cnh bỏo chuyn ng, Nghiờn cu v vic ci tin mt s k thut nh: CSN, VRR S húa bi Trung tõm Hc liu http://lrc.tnu.edu.vn/ 70 Ti liu tham kho [1] Vu Thanh Vinh, Pham Viet Binh, A survey of routing using DHTs over wireless sensor networks, Journal of Computer and Communication, USA, 2011 [2] Ian F Akyildiz, Weilian Su, Yogesh Sankarasubramaniam, and Erdal Cayirci A survey on Sensor Networks IEEE Communications Magazine, August 2002 [3] W R Heinzelman, A Chandrakasan and H Balakrishnan Energy-efficient Communication Protocol for Wireless Microsensor Networks Proceedings of the IEEE Hawaii International Conference on System Sciences (HICSS), Vol (2000) [4] R C Shah and J M Rabaey Energy aware routing for low energy ad hoc sensor networks Proceedings of the IEEE Wireless Communication and Networking Conference (WCNC) (2001) [5] V Rodoplu and T H Meng Minimum Energy Mobile Wireless Networks IEEE Journal Selected Areas in Communications, Vol 17 (2009) 1333-1344 [6] Kemal Akkaya, Mohamed Younis A survey on routing protocols for wireless sensor networks ELSEVIER-Adhoc Networks (2005) 325-349, 2003 [7] R Steinmetz and K Wehrle (Eds.) P2P Systems and Applications LNCS 3485, pp 79-93, 2005 Springer-Verlag Berlin Heidelberg 2005 [8] R Steinmetz and K Wehrle (Eds.): P2P Systems and Applications LNCS 3485, pp 95-117, 2005 Springer-Verlag Berlin Heidelberg 2005 [9] Thomas Zahn, Jochen Schiller MADPastry: a DHT substrate for practicably sized MANETs 5th Workshop on Applications and Services in Wireless Networks (ASWN2005), Paris, France, June 2005 [10] Muneeb Ali and Zartash Afzal Uzmi CSN: A Network Protocol for Serving Dynamic Queries in Large-Scale Wireless Sensor Networks 2nd CNSR 2004, pp 165174, Fredericton, N.B, Canada, May 2004 [11] M Caesar, M Castro, E Nightingale, G O'Shea and A Rowstron, "Virtual Ring Routing: Network routing inspired by DHTs", Sigcomm 2006, Pisa, Italy,September 2006 S húa bi Trung tõm Hc liu http://lrc.tnu.edu.vn/ đại học thái nguyên Tr-ờng đại học công nghệ thông tin truyền thông Nguyễn thành trung Nghiên cứu số kỹ thuật định tuyến mạng cảm biến không dây dựa bảng băm phân tán ứng dụng Chuyên ngành: Khoa học máy tính Mã số: 60 48 01 luận văn thạc sĩ khoa học máy tính Ng-ời h-ớng dẫn khoa học: PGS TS PHạm việt bình thái nguyên - 2013 S húa bi Trung tõm Hc liu http://lrc.tnu.edu.vn/ [...]... ĐỊNH TUYẾN SỬ DỤNG BẢNG BĂM PHÂN TÁN Chương này trình bày tổng quan về mạng cảm biến không dây, các thách thức trong triển khai mạng cảm biến Và giải pháp ứng dụng bảng băm phân tán vào việc định tuyến trong mạng cảm biến không dây nhằm giải quyết những vấn đề về năng lượng, khả năng mở rộng, tra cứu, tìm kiếm dữ liệu… Trong đó đáng quan tâm nhất là việc sử dụng năng lượng hiệu quả trong việc định tuyến. .. vụ lƣu trữ và tìm kiếm dữ liệu thông qua hai hàm là insert và lookup Hình 1.9: Kiến trúc bảng băm phân tán Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://lrc.tnu.edu.vn/ 19 1.6 Định tuyến sử dụng Bảng băm phân tán 1.6.1.Sử dụng ý tưởng định tuyến của mạng P2P trong mạng cảm biến không dây Một mạng cảm biến không dây (WSN) có thể bao gồm con số hàng trăm hay hàng nghìn nút mạng nên mỗi xử lý, lƣu trữ và khả năng... 2 MỘT SỐ KỸ THUẬT ĐỊNH TUYẾN SỬ DỤNG BẢNG BĂM PHÂN TÁN TRONG MẠNG CẢM BIẾN KHÔNG DÂY Mạng cảm biến không dây là mạng đáp ứng các yêu cầu về tự động hóa cao Việc sử dụng bảng băm phân tán trong WSN như một giải pháp tổng thể nhằm giải quyết các vấn đề về: Năng lượng tiêu thụ thấp, giảm độ trễ trong truyền dẫn, cùng với không gian lưu trữ là cố định sau khi băm đem lại hiệu quả cho quá trình lưu trữ và. .. thuật định tuyến sử dụng bảng băm phân tán (DHTs – Distribute Hash Table) nhƣ: GHT, CSN, CHR, T-DHT, VRR và việc nghiên cứu, kế thừa kỹ thuật DHTs trong việc định tuyến với mạng WSNs Chƣơng 3: Dựa trên những kết quả phân tích đạt đƣợc, cài đặt, thử nghiệm và đánh giá kết quả kỹ thuật định tuyến Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://lrc.tnu.edu.vn/ 2 CHƢƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ MẠNG CẢM BIẾN KHÔNG DÂY VÀ ĐỊNH... sẽ trình bày một số kỹ thuật định tuyến sử dụng bảng băm phân tán trong mạng cảm biến không dây 2.1 Kỹ thuật Chord cho mạng cảm biến – CSN ( Chord for Sensor Netwworks ) 2.1.1 Nghiên cứu về CSN Chord là một trong những mạng DHT phổ biến nhất, với những đặc điểm riêng mang tính ƣu thế của mình Hai trong số những đặc đểm của Chord không thể không kể đến đó là khả năng tìm kiếm dữ liệu nhanh và cân bằng... giữ một khóa k nếu nút đó là nút Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://lrc.tnu.edu.vn/ 24 có định danh id nhỏ nhất và lớn hơn k Một nút khi lƣu trữ khóa k sẽ gọi là successor(k) Với mạng cảm biến không dây sử dụng Chord Việc làm thế nào để xác định vị trí các nút cảm biến một cách hiệu quả là vấn đề cơ bản cần phải đối mặt với các ứng dụng của mạng cảm biến không dây Các kỹ thuật bảng băm phân tán đƣợc... thƣờng ở các vị trí cố định Các phƣơng thực định tuyến trong mạng cảm biến không dây cũng đơn giản hơn so với các mạng ad-hoc khác (nhƣ MANET) 1.4 Những thách thức trong việc triển khai mạng cảm biến không dây Tuy rằng mạng cảm biến không dây WSNs có rất nhiều ƣu điểm và ứng dụng hữu ích, nhƣng khi triển khai trên thực tế sẽ gặp phải một số hạn chế, khó khăn và thách thức về mặt kỹ thuật Nắm rõ những khó... về mạng cảm biến không dây -WSN Mạng cảm biến không dây là một trong những lĩnh vực công nghệ thông tin mới và đang phát triển nhanh chóng, với nhiều ứng dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau: điều khiển quá trình công nghiệp, bảo mật và giám sát, cảm biến môi trƣờng, kiểm tra sức khỏe… Những nghiên cứu tổng quan nhất của mạng cảm biến không dây đƣợc đề cập chi tiết tại [2] của những tài liệu sử dụng. .. thông vô tuyến, trong những năm gần đây, mạng cảm biến không dây (WSN –Wireless Sensor Network) với giá thành rẻ, mức tiêu thụ năng lƣợng thấp và đa chức năng đang rất đƣợc chú ý trong lĩnh vực thông tin Hiện nay, việc tập trung vào nghiên cứu, ứng dụng mạng cảm biến không dây vào trong cuộc sống hàng ngày càng nhận đƣợc nhiều sự quan tâm Mạng cảm biến không dây đƣợc ứng dụng rất nhiều trong đời sống hàng... nghiên cứu và xây dựng mạng cảm biến không dây cũng gặp nhiều những khó khăn và thách thức Và một trong những thách thức lớn nhất trong mạng cảm biến không dây là vấn đề duy trì năng lƣợng của các thiết bị trong mạng Với nguồn năng lƣợng giới hạn của WSN Hiện nay đang có rất nhiều nghiên cứu tập trung vào việc cải thiện khả năng, sử dụng hiệu quả năng lƣợng của WSNs trong nhiều lĩnh vực khác nhau Nghiên