Mạng cảm biến không dây

Mạng cảm biến không dây

ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI Viện Công Nghệ Thông Tin Và Truyền Thông BÁO CÁO THỰC TẬP CHUYÊN NGÀNH Đề tài : MẠNG CẢM BIẾN KHÔNG DÂY Giáo viên hướng dẫn : TS.Phạm Huy Hoàng Sinh viên thực : Nguyễn Quỳnh Anh MSSV : 20080068 Lớp : TTM - K53 Mạng cảm biến không dây Hà Nội, 05/2012 MỤC LỤC MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU .3 I TỔNG QUAN VỀ MẠNG CẢM BIẾN KHÔNG DÂY 1.Giới thiệu : Ứng dụng mạng cảm biến Cấu trúc mạng cảm biến .5 Chức mạng cảm biến không dây Các thách thức trở ngại : II TÌM HIỂU MỘT SỐ GIAO THỨC GIAO THỨC CƠ BẢN TRONG MẠNG CẢM BIẾN KHÔNG DÂY LEACH 1.1 Đặc điểm 1.2 Hai pha hoạt động ARPEES 10 2.1 Đặc điểm 10 2.2 Hai pha hoạt động 11 III CÀI ĐẶT MÔ PHỎNG GIAO THỨC ĐỊNH TUYẾN 19 Giao thức lựa chọn mô 19 Môi trường cài đặt 19 Mô hình chung mạng 19 Xây dựng mô đun 19 4.1 Base station 19 4.2 Sensor node 20 4.3 Event 25 4.4 Các loại messages 26 4.5 Các thiếp lập ban đầu mạng .26 Kết thử nghiệm phần mềm 27 KẾT LUẬN 31 Nguyễn Quỳnh Anh - 20080068 Page Mạng cảm biến không dây TÀI LIỆU THAM KHẢO 32 LỜI NÓI ĐẦU Sự phát triển Internet, truyền thông công nghệ thong tin kết hợp với tiến kĩ thuật gần tạo điều kiện cho hệ cảm biến với giá thành thấp, khả triển khai quy mô lớn với độ xác cao Trong tương lai, mạng cảm biến không dây tích hợp hàng triệu cảm biến vào hệ thống để cải thiện chất lượng thời gian sống nhằm mục tiêu mang đến tiện nghi cải thiện chất lượng sống cho người Trong trình tìm hiểu nghiên cứu mạng cảm biến không dây, em lựa chọn sâu vào nghiên cứu mô giao thức định tuyến mạng cảm biến không dây Do thời gian tìm hiểu đề tài chưa nhiều nên vấn đề em nghiên cứu trình bày dừng lại khía cạnh tổng quan mạng cảm biến không dây sâu vào mô giao thức định tuyến có sẵn,chưa có sáng tạo nhiều thiếu sót Vì thế, em mong nhận góp ý thầy cô để đề tài ngày hoàn thiện Cuối cùng, em xin chân thành cảm ơn thầy Phạm Huy Hoàng, cô Ngô Quỳnh Thu giúp đỡ hướng dẫn em suốt trình thực đề tài Hà Nội, tháng 5,năm 2012 Sinh viên Nguyễn Quỳnh Anh Nguyễn Quỳnh Anh - 20080068 Page Mạng cảm biến không dây I TỔNG QUAN VỀ MẠNG CẢM BIẾN KHÔNG DÂY 1.Giới thiệu : Mạng cảm biến vô tuyến (WSN) hiểu đơn giản mạng liên kết node với kết nối sóng vô tuyến (RF connection) node mạng thường thiết bị đơn giản , nhỏ gọn, giá thành thấp có số lượng lớn, phân bố cách hệ thống (non-topology) diện tích rộng ,sử dụng nguồn lượng hạn chế (pin), có thời gian hoạt động lâu dài (vài tháng đến vài năm) hoạt động Các node mạng thường có chức sensing (sensor node): cảm ứng, quan sát môi trường xung quanh nhiệt độ, độ ẩm, ánh sáng theo dõi hay định vị mục tiêu cố định di động Các node giao tiếp ad-hoc với truyền liệu trung tâm (base station) cách gián tiếp kỹ thuật multi-hop Lưu lượng (traffic) liệu lưu thông WSN thấp ko liên tục Do để tiết kiệm lượng, sensor node thường có nhiều trạng thái hoạt động (active mode) trạng thái nghỉ (sleep mode) khác Thông thường thời gian node trạng thái nghỉ lớn trạng thái hoạt động nhiều Như vậy, đặc trưng để phân biệt mạng cảm biến mạng wireless khác giá thành, mật độ node mạng, phạm vi hoạt động, cấu hình mạng (topology), lưu lượng liệu, lượng tiêu thụ thời gian trạng thái hoạt động (active mode) Ứng dụng mạng cảm biến WSN ứng dụng lĩnh vực quân Cùng với phát triển ngành công nghiệp điều khiển tự động, robotic, thiết bị thông minh, môi trường, y tế WSN ngày sử dụng nhiều hoạt động công nhiệp dân dụng Một số ứng dụng WSN: - Cảm biến môi trường (quân sự: phát mìn, chất độc, dịch chuyển quân địch công nghiệp: hệ thống chiếu sáng, độ ẩm, phònh cháy, chống rò rỉ ; dân dụng: hệ thống điều hòa nhiệt độ, chiếu sáng ) - Điều khiển (quân sự: kích hoạt thiết bị, vũ khí quân ;công nghiệp: điều khiển tự động thiết bị, robot ) - Theo dõi, giám sát, định vị (quân sự: định vị, theo dõi dịch chuyển thiết bị, quân đội ) - Môi trường (giám sát lũ lụt, bão, gió, mưa phát ô nhiễm, chất thải ) - Y tế (định vị, theo dõi bệnh nhân, hệ thống báo động khẩn cấp ) - Hệ thống giao thông thông minh: giao tiếp biển báo phương tiện giao thông, hệ thống điều tiết lưu thông công cộng, hệ thống báo hiệu tai nạn, kẹt xe hệ thống định Nguyễn Quỳnh Anh - 20080068 Page Mạng cảm biến không dây vị phương, trợ giúp điều khiển tự động phương tiện tiện giao thông - Gia đình (nhà thông minh: hệ thống cảm biến, giao tiếp điều khiển thiết bị thông minh ) WSN tạo môi trường giao tiếp thiết bị thông minh, thiết bị thông minh người giao tiếp thiết bị thông minh hệ thống viễn thông khác (hệ thống thông tin di động, internet ) Cấu trúc mạng cảm biến Một node mạng WSN thông thường bao gồm phần: phần cảm biến (sensor) điều khiển phần giao tiếp vô tuyến (RF transceiver) Do giới hạn nguồn lượng cung cấp (pin ), giá thành yêu cầu hoạt động thời gian dài, nên vấn đề tiêu thụ lượng tiêu chí thiết kế quan trọng mạng cảm biến: - Lớp vật lý (physical layer) tương đối đơn giản, gọn nhẹ ràng buộc kích thước khả tính toán node Kỹ thuật điều chế tín hiệu số : O-QPSK, FSK cải thiện hiệu suất khuếch đại công suất Các kỹ thuật mã hóa sữa sai phức tạp Turbo Codes, LDPC không sử dụng, kỹ thuật trãi phổ sử dụng để cải thiện SNR thiết bị thu giảm tác động fading kênh truyền - Lớp MAC: kỹ thuật đa trua cập TDMA CSMA-CA hiệu chỉnh với mục đích giảm lượng tiêu thụ - Routing layer: "power aware" Routing Protocol, geography routing WSN thường triển khai phạm vi rộng, số lượng node mạng lớn phân bố cách tương đối ngẫu nhiên, node mạng di chuyển làm thay đổi sơ đồ mạng WSN đò hỏi sơ đồ mạng (topology) linh động (ad-hoc, mesh, star ) node mạng có khả tự điều chỉnh, tự cấu hình (auto-reconfigurable) Trong số WSN thông dụng (giám sát, cảm biến, môi trường ) địa ID node vị trí địa lý giải thuật routing dựa vào vị trí địa lý gọi Geography routing protocol (GRT) Đối với mạng với số lượng lớn node, sơ đồ mạng không ổn định GRT giúp đơn giản hóa giải thuật tìm đường, giảm liệu bảng routing (routing table) lưu trữ node GRT phù hợp với WSN cố định, nhiên node di động (địa ID node thay đổi) giao thức routing trở nên phức tạp không ổn định Cluster hoá: phân chia mạng diện rộng (hàng trăm, hàng ngàn node) thành clusters để ổn định topology mạng, đơn giản hóa giải thuật routing, giảm đụng độ (collission) truy cập vào kênh truyền (medium acess) nên giảm lượng tiêu thụ , đơn giản hóa việc quản lý mạng cấp phát địa cho node mạng (theo cluster) Do giới hạn khả tính toán node mạng để tiết kiệm lượng, Nguyễn Quỳnh Anh - 20080068 Page Mạng cảm biến không dây WSN thường sử dụng phương pháp tính toán xử lý tín hiệu phi tập trung (giảm tải cho node gần hết lượng) gửi liệu cần tính toán cho base station (có khả xử lý tín hiệu mạnh ràng buộc tiêu thụ lượng) Chức mạng cảm biến không dây - Định tuyến phổ biến liệu Giao thức định tuyến cho WSNs rơi vào nhóm: liệu trung tâm, kiến trúc mạng, vào vị trí Các quy ước tập hợp liệu đến từ nguồn khác qua đường truyền Điều cho phéo hạn chế dư thừa mạng, làm giảm số đường truyền, giảm lượng tiêu thụ Vấn đề quan tâm xử lí nội mạng, liệu truyền nhằm tăng hiệu sử dụng lượng toàn hệ thống Băng thông bị giới hạn, khả cung cấp công suất node bị hạn chế hay giá thành cao Để giải vấn đề này, cần có trình xử lí nguồn trước chuyển qua node lân cận, truyền thông tin tóm tắt, ngắn gọn, tổng hợp - Sắp xếp mạng theo dõi Các vấn đề liên quan đến xếp mạng theo dõi giám sát bao gồm quản lý nhóm cảm biến, khả tự phân chia nhóm, xây dựng phiên làm việc… - Tập hợp liệu Tính toán liên quan đến tập hợp liệu, dung hợp, phân tích, tính toán cấu trúc xử lí tín hiệu - Quản lý liệu Quản lí liệu phụ thuộc vào kiến trúc liệu, quản lí sở liệu, kĩ thuật truy vấn lưu trữ liệu Trong môi trường mạng truyền thống, liệu thu thập đến trung tâm để lưu trữ có yêu cầu gửi Trong mạng phức tạp hơn, yêu cầu theo thời gian thực, cần có kĩ thuật xây dựng dùng cho mô hình kưư trữ liệu phân bố Dữ liệu cần đánh số cho việc kiểm tra (theo không gian thời gian) hiệu Nguyễn Quỳnh Anh - 20080068 Page Mạng cảm biến không dây - Bảo mật Bảo mật phần quan trọng WSNs, chắn, quán sẵn sàng thông tin Các thách thức trở ngại : Xác định rõ hạn chế mạng cảm biến vấn đề kỹ thuật gặp phải triển khai giúp ta tận dụng triệt để thuận lợi tiện ích từ ứng dụng vô to lớn mạng cảm biến không dây sống Những khó khăn thường thấy là: • Năng lượng hạn chế Khi thiết bị tính toán tăng hiệu nhanh chóng, tiêu thụ lượng mạng cảm biến không dây giống nút cổ chai Các sensor có kích cỡ nhỏ giá thành rẻ nên triển khai hàng nghìn sensor mạng, nối dây từ sensor đến nguồn lượng Đồng thời để tự vận hành, sensor cần phải có nguồn pin Lượng lượng có sẵn sensor bị giới hạn mức nên đồng hóa nhận trì đủ lượng cho hoạt động hiệu sensor • Dải thông giới hạn Trong mạng cảm biến, lượng cho xử lý liệu nhiều so với việc truyền Hiện việc truyền thông vô tuyến bị giới hạn tốc độ liệu khoảng 10-100 Kbits/s Sự giới hạn băng thông ảnh hưởng trực tiếp đến việc truyền thông tin sensor Và truyền thông tin đồng hóa • Phần cứng giới hạn Phần cứng nút cảm biến thường bị giới hạn kích cỡ nhỏ Một nút cảm biến tiêu biểu hạt bụi Berkeley Mica2 (hình 1.5) có pin mặt trời nhỏ, CPU bit hoạt động tốc độ 10MHz, nhớ từ 128KB đến 1MB, phạm vi truyền Nguyễn Quỳnh Anh - 20080068 Page Mạng cảm biến không dây 50m Sự hạn chế lượng tính toán không gian lưu trữ đặt thách thức to lớn Đó ta tăng kích cỡ nút cảm biến chi phí tăng tiêu thụ thêm lượng, gây khó khăn triển khai hàng nghìn nút mạng • Kết nối mạng không ổn định Ưu điểm mạng cảm biến tính di động, tồn nhược điểm sau:  Giới hạn phạm vi truyền sensor di động (khoảng 10-100m), dẫn đến việc truyền thông tin nút cảm biến trở nên khó khăn  Các phương tiện truyền không dây không bảo vệ khỏi nhiễu bên nên dẫn đến mát lượng lớn thông tin  Giới hạn dải thông truyền vô tuyến kết nối không liên tục  Cấu hình mạng thay đổi thường xuyên phụ thuộc vào di động nút nên việc định lại cấu hình động trở nên cần thiết • Sự kết hợp chặt chẽ sensor môi trường tự nhiên WSNs dùng để giám sát tượng giới thực nên việc thiết kế mạng phải thích ứng với các đặc trưng môi trường mà cảm nhận WSNs phải thiết kế phù hợp với ứng dụng kiểm tra quân đội, cảnh báo cháy rừng; dùng loại sensor để đo nhiệt độ, ánh sáng, âm hay độ ẩm tùy loại ứng dụng Thách thức lớn mạng cảm biến nguồn lượng bị giới hạn nạp lại Hiện nhiều nghiên cứu tập trung vào việc cải thiện khả sử dụng hiệu lượng lĩnh vực khác Trong mạng cảm biến, lượng sử dụng chủ yếu cho mục đích: truyền liệu, xử lý liệu đảm bảo cho phần cứng hoạt động Không dừng lại đó, người ta mong muốn phát triển trình xử lý lượng cách hiệu quả, giảm thiểu tối đa yêu cầu lượng Nguyễn Quỳnh Anh - 20080068 Page Mạng cảm biến không dây qua mức protocol stack, tin truyền qua mạng để điều khiển phối hợp mạng II TÌM HIỂU MỘT SỐ GIAO THỨC GIAO THỨC CƠ BẢN TRONG MẠNG CẢM BIẾN KHÔNG DÂY LEACH 1.1 Đặc điểm Giao thức LEACH: thuật toán phân nhóm phân bậc cho mạng cảm biến gọi Phân nhóm phân bậc tương thích, nă ng lượng thấ p – LEACH (Low Energy Adaptive Clustering Hierarchy) LEACH lựa chọn ngẫu nhiên số nút cảm biến để trở thành nút quay vòng vai trò để phân bố tải nă ng lượng nút cảm biến mạng Ở LEACH, nút nén liệu đến từ nút khác nhóm chúng gửi gói liệu thu thập tớ i trạm gốc nhằ m mục đích giảm số lượng thông tin truyền phát trạm gốc Việc thu thậ p số liệu thực tập trung theo chu kỳ Do giao thức thực thích ứng có nhu cầu trao đổi theo dõi thường xuyên mạng cảm biến Thực tế , người sử dụng không cần tất số liệu lập tức, việc truyền phát số liệu theo chu kỳ không cần thiết làm suy giảm nguồn nă ng lượng giới hạn nút cảm biến Sau khoảng thời gian cho trước, việc quay vòng ngẫu nhiên thay đổi vai trò nút tiến hành cho có tiêu tán lượng nút cảm biến mạng Dựa vào mô hình mô mạng tác giả , có % số nút cần thiết hoạt động dạng nút 1.2 Hai pha hoạt động Hoạt động LEACH phân tách thành hai pha, pha thiết lập pha ổn định trạng thái Ở pha thiết lập, nhóm tổ chức nút lựa chọn Còn giai đoạn ổn định trạng thái, việc truyền số liệu thực trạm gốc tiến hành Khoảng thời gian tồn pha ổn định trạng thái thường dài so với thời gian thiết lập ban đầu để giảm tối thiểu tổng chi phí Trong pha thiết lập, số lượng nhỏ nút xác định trước, p, tự định chúng trở thành nút sau Một nút m biến chọn lấy số ngẫu nhiên, r , phạ m vi Nếu số ngẫu nhiên nhỏ giá trị ngưỡng, T(n) , nút trở thành nút vòng Giá trị ngưỡng tính toán dựa biểu thức toán học có kết hợp phần tră m mong muốn trở thành nút chính, vòng tại, Nguyễn Quỳnh Anh - 20080068 Page Mạng cảm biến không dây tập hợp nút chưa lựa chọn làm nút vòng trước – tập G T(n) xác định: Tất nút lựa chọn phát quảng bá tin thông báo tới tất nút lại mạng chúng nút Các nút khác, nút sau nhận tin thông báo định thuộc nhóm mà chúng muốn Quyết định dựa cường độ tín hiệu tin thông báo Các nút nút thông báo cho nút thích ứng chúng thành viên nhóm Sau thu nhận tất tin từ nút muốn gia nhập nhóm dựa số lượng nút thành viên nhóm, nút tạ định thời TDMA, cấp cho nút khe thời gian truyền phát Định thời (Schedule) quảng bá tới tất nút nhóm Trong giai đoạn ổn định trạng thái, nút cảm biến bắt đầu cảm biến truyề n phát số liệu nút Các nút chính, sau thu tất số liệu, tập hợp chúng lại trước gửi đến trạm gốc Sau khoả n thời gian định xác định trước, mạng quay trở lại trạng thái thiết lập bắt đầu vòng lựa chọn nút Ở nhóm trao đổi thông tin với việc sử dụng mã CDMA để giảm nhiễu từ nút thuộc nhóm khác LEACH cung cấp mô hình tốt mà thuật toán nội tập hợp liệu thực nút lựa chọn cách ngẫu nhiên Điều làm giảm tải thông tin cung cấp tập hợp tin cậy số liệu cho người sử dụng cuối Các tác giả LEACH rằ ng LEACH góp phần giả m đáng kể nă ng lượng tiêu thụ kéo dài thời gian hoạt động mạng cảm biế n so với trường hợp mạng gồm nhóm cố đị nh ARPEES 2.1 Đặc điểm Nét đặc trưng thiết kế giao thức ARPEES đáp ứng thích nghi tối ưu hóa lượng, phân cụm theo kiện, truyền tải đa nút Mục tiêu giao thức tìm tuyến đường truyền tải tối ưu cho liệu tập hợp tới trạm gốc có tính đến quan hệ tradeoff lượng lượng lại(tối ưu hóa) nút chuyển giao khoảng cách từ nút chuyển giao tới trạm gốc(tuyến đường ngắn nhất) Năng lượng khoảng Nguyễn Quỳnh Anh - 20080068 Page 10 Mạng cảm biến không dây Hình : mô tả ví dụ hàm lựa chọn nút chuyển tiếp Nguyễn Quỳnh Anh - 20080068 Page 18 Mạng cảm biến không dây III CÀI ĐẶT MÔ PHỎNG GIAO THỨC ĐỊNH TUYẾN Giao thức lựa chọn mô Trong báo cáo em lựa chọn giao thức ARPEES để cài đặt mô Vì giao thức hướng kiện phát triển mạnh tương lai Môi trường cài đặt Giao thức ARPEES mô phần mềm OMNeT ++ phiên 4.2.1 Mô hình chung mạng Để mô giao thức mạng cảm biến không dây cần xây dựng mô hình ba thành phần sensor node, base station kiện xảy (event) Ở phần mô mình,em kết hợp kiện xảy với sensor node,tức kiện xảy node trị ví node đó,và kiện chọn cách ngẫu nhiên Mạng bao gồm base station vị trí cố định 80 nút rải tương đối khoảng không gian cần cảm biến Các node cảm biến kiện truyền liệu base station theo giao thức định tuyến ARPEES Xây dựng mô đun 4.1 Base station a.Các tham số base station int xpos,ypos : tọa độ (x,y) vị trí base station int trRange : khoảng cách truyền cho trước double energy : lượng base station,ban đầu cho trước int roundNumber : số vòng lần cảm biến cho trước int frameNumber : số fame liệu tin cho trước int totalRound : biến đếm tổng số vòng int firstNodeDead : id node hết lượng int eventID : id node kiện chọn ngẫu nhiên double totalEnergyRemain[NUMBERROUND] : tổng lượng lại b.Các hàm chức hàm • • • • • • • • • • virtual void initialize() : khởi tạo giá trị cần thiết cho trình mô Ở khởi tạo trước tham số Base station trước trình mô bắt đầu định thời gian tự động gửi self message SMSG_INIT cho sensor node Nguyễn Quỳnh Anh - 20080068 Page 19 Mạng cảm biến không dây • • • • • • virtual void initNodes() : Hàm thực việc khởi tạo cổng kết nối Bs với sensor node nằm vùng truyền tải Bs void createEvent() : Hàm thực việc tạo kiện cách lấy ngẫu nhiên số 80 node làm node xảy kiện Khi node có giá trị energy nhỏ 10 coi node hết lượng Lúc biến isDead node gán “1” mạng thiết lập lại giá trị ban đầu hàm resetDisplay() Quá trình tạo ngẫu nhiên kiện tiến hành Sau tạo kiện bắt đầu kiện hàm startEvent() double energyRemainCal() : Hàm thực việc tính lượng lại hệ thống cách lấy tổng tất lượng lại node lượng mạng int TestAlive() : Hàm thực việc kiểm tra Bs có lượng hay không cách kiểm tra biến isDead Nếu Bs hết lượng hàm trả giá trị “0”,nếu hàm trả giá trị “1” void finish() : hàm sử dụng để ghi lại thông số trạng thái cần thiết trình mô kết thúc để phục vụ cho việc thống kê,đánh giá sau Khi trình mô kết thúc mạng không đủ lượng để trì hoạt động Hàm thực việc ghi lại giá trị id node hết lượng đầu tiên, tổng số vòng thực lúc virtual void handleMessage(cMessage *msg) : Hàm handleMessage() gọi message đến module Khi hàm xử lý gói tin trả lại kết Chú ý module hàm handleMessage() không tự động gọi, mà phải nhận gói tin từ module khác Muốn ta phải thêm self-message từ hàm khởi tạo initialize() hàm handleMessage() bắt đầu làm việc mà không cần phải nhận gói tin từ module khác.Ở đây,hàm handeMessage() thực xử lí gói tin Base station nhận gói tin 4.2 Sensor node a.Các tham số sensor node • int active : khởi tạo 0, nút nhận kiện active node • int xpos,ypos : tọa độ (x,y) vị trí sensor node • int trRange : khoảng cách truyền cho trước • int ssRange : khoang các node cảm biến được,được cho trước • double energy : lượng node,ban đầu cho trước • cModule *clusterHead : trỏ tới Cluster Head Nguyễn Quỳnh Anh - 20080068 Page 20 Mạng cảm biến không dây • Sensor *relayNode : trỏ tới Relay Node • double Neighbordistance[NUMBERNODES] : khoảng cách tới node hàng xóm • cModule *EventStarter: trỏ lưu nút bắt đầu kiện • int LastEventNodeID : id lớn node tham gia vào kiện • int LastNeighborID : id lớn node hàng xóm • int totalStatusInfoMsg : đếm số lượng tin node nhận có kiện xảy • int totalEventModule : số lượng node tham gia vào kiện • int timeslot : khe thời gian • int frameNumber : số fame liệu tin cho trước • int roundNumber : số vòng lần cảm biến cho trước • int totalDataCHMsg : tổng số message node gửi cho Cluster Head • int totalFrame : biến đếm tổng số frame vòng • int isClusterHead : biến kiểm tra node có phải Cluster Head hay không • int isDead : biến kiểm tra node hết lượng hay chưa • int RequestMsgNumber : tổng số message broadcast để tìm Relay Node • int hasPath : biến kiểm tra có đường gửi liệu đến Base Station hay không • int isRelayNode : biến kiểm tra node có phải Relay Node hay không • double RelayEnergy : lượng tiêu thụ truyền liệu qua Relay Node • double relayNodeEnergy : lượng Relay Node • double relayNodeBeginEnergy : lượng ban đầu Relay Node b.Các hàm chức hàm Nguyễn Quỳnh Anh - 20080068 Page 21 Mạng cảm biến không dây • virtual void initialize() : Hàm khởi tạo trước tham số Sensor node trước trình mô bắt đầu định thời gian tự động gửi self message SMSG_INIT cho sensor node • void initNodes() : : Hàm thực việc khởi tạo cổng kết nối Bs với sensor node sensor node với thỏa mãn điều kiện nằm vùng truyền tải node void • startEvent() : Hàm thực việc tính khoảng cách sensor node tới node xảy kiện, kiểm tra điều kiện khoảng cách nhỏ khoảng cách cảm biến, node Bs node lượng xếp node node có tham gia vào kiện, tức node cảm biến kiện gửi cho Bs Ban đầu biến ative node khởi tạo “0”, xác nhận node có tham gia vào kiện active “1” Biến đếm số node tham gia vào kiện total ban đầu gán “0”, tìm thêm node thỏa mãn điều kiện total tăng lên đơn vị Nếu số node tham gia vào kiện lớn (total >1) ta tìm id node có id lớn số node tham gia vào kiện, gửi tin thông báo kiện đến node nằm vùng cảm biến Nếu số node tham gia vào kiện nhỏ (total [...]... 20080068 Page 27 Mạng cảm biến không dây c Gửi message tới các node xung quanh để tìm Relay node d Tìm được Relay node và truyền dữ liệu đến Relay node Nguyễn Quỳnh Anh - 20080068 Page 28 Mạng cảm biến không dây e Tìm được đường tới Base station và gửi dữ liệu về Base station f Tìm Cluster head mới và tiếp tục truyền dữ liệu về Base station Nguyễn Quỳnh Anh - 20080068 Page 29 Mạng cảm biến không dây Nguyễn... 30 Mạng cảm biến không dây KẾT LUẬN Qua quá trình nghiên cứu và tìm hiểu đề tài đã giúp em có những hiểu biết cơ bản nhất về mạng cảm biến không dây và hướng phát triển của nó trong tương lai, tìm hiểu được một số các giao thức định tuyến trong mạng, ưu nhược điểm của các giao thức định tuyến, làm quen và sử dụng được với phần mềm mô phỏng OMNeT++ và bước đầu đã cài đặt được giao thức ARPEES trong mạng. .. tất cả các nút mạng ở trạng thái nghỉ để tiết kiệm năng lượng Khi một sự kiện được phát hiện trong mạng, các nút gần vị trí xảy ra sự kiện được kích hoạt và sẽ tiến hành đo đạc thuộc tính đã được chỉ định cảm biến Nếu giá trị nhân tố cảm biến cao hơn mức ngưỡng định trước, các nút đó sẽ thực thi thuật toán để nhóm cụm và chọn cụm Nguyễn Quỳnh Anh - 20080068 Page 11 Mạng cảm biến không dây trưởng Các... 108 4.5 Các thiếp lập ban đầu của mạng • network=WSN • Khoảng các có thể truyền tải: trRange = 150 • Tổng số node : WSN.numNodes=80 • Khoảng cách có thể cảm biến WSN.ssRange = 70 • Năng lượng mỗi node : WSN.energy = 1000 Nguyễn Quỳnh Anh - 20080068 Page 26 Mạng cảm biến không dây • Số fame của một bản tin : WSN.frameNumber =3 • Số vòng gửi dữ liệu trong một lần cảm biến : WSN.roundNumber =3 • Tổng số... các nút có thể tắt các thành phần thu nhận tín hiệu ngoại trừ trong khoảng thời gian truyền tải dữ liệu Nguyễn Quỳnh Anh - 20080068 Page 12 Mạng cảm biến không dây Hình 1 : Lưu đồ của trạng thái thứ nhất Nguyễn Quỳnh Anh - 20080068 Page 13 Mạng cảm biến không dây Hình 2 : hình thành cụm dựa trên sự kiện và thuật toán lựa chọn cụm trưởng Trong hình 2a, nút từ n1 đến n9 xác định sự kiện và chuyển sang... tiếp giữa cụm trưởng và trạm gốc Hình 3 : thể hiện lưu đồ của giao thức ARPEES trong pha thứ hai Nguyễn Quỳnh Anh - 20080068 Page 17 Mạng cảm biến không dây Hình 4 : mô tả 1 ví dụ về hàm lựa chọn nút chuyển tiếp Nguyễn Quỳnh Anh - 20080068 Page 18 Mạng cảm biến không dây III CÀI ĐẶT MÔ PHỎNG GIAO THỨC ĐỊNH TUYẾN 1 Giao thức lựa chọn mô phỏng Trong bài báo cáo này em lựa chọn giao thức ARPEES để cài... 20080068 Page 14 Mạng cảm biến không dây b Pha thu thập dữ liệu Ở pha này chúng ta sử dụng các nút trung gian để chuyển tiếp các gói tin từ cụm trưởng tới trạm gốc Các nút trung gian này lần lượt phải quyết định hàng xóm nào sẽ nhận gói tin chuyển tiếp Pha truyền dữ liệu bao gồm ba hoạt động chính: Thu thập dữ liệu bên trong cụm: Sử dụng lịch TDMA, mỗi nút cảm biến chuyển các thông tin cảm biến tới cụm... có những đặc điểm cơ bản của giao thức ARPEES,nhưng cũng không tránh khỏi những thiếu sót, em rất mong nhận được sự nhận xét, đóng góp ý kiến của các thầy cô để đề tài của em được hoàn thiện hơn Nguyễn Quỳnh Anh - 20080068 Page 31 Mạng cảm biến không dây TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] http://www.omnetpp.org/ [2] Các kỹ thuật phân nhóm trong các mạng cảm biến - TS Lê Nhật Thăng, TS Nguyễn Quý Sỹ [3] Protocols,... Base Station hay không • int isRelayNode : biến kiểm tra node có phải là Relay Node hay không • double RelayEnergy : năng lượng tiêu thụ khi truyền dữ liệu qua các Relay Node • double relayNodeEnergy : năng lượng của Relay Node • double relayNodeBeginEnergy : năng lượng ban đầu của Relay Node b.Các hàm và chức năng chính của các hàm Nguyễn Quỳnh Anh - 20080068 Page 21 Mạng cảm biến không dây • virtual... và khoảng cách tới trạm gốc, ghi kết quả vào bản tin Nguyễn Quỳnh Anh - 20080068 Page 15 Mạng cảm biến không dây ACK_RELAY và gửi lại cho cụm trưởng Cụm trưởng đợi nhận hết các gói tin ACK_RELAY từ các nút ứng cử làm nút chuyển tiếp và kiểm tra xem nó có thể truyền trực tiếp dữ liệu tới trạm gốc hay không Nếu không cụm trưởng sẽ thực hiện chức năng Relay_Node để chọn nút chuyển tiếp.Nút chuyển tiếp