Đánh giá giao thức định tuyến PEGASIS trong mạng cảm biến không dây

Ngày nay nhờ tiến bộ vượt bậc trong khoa học và công nghệ, mạng cảm biến đã trở thành đề tài nghiên cứu nóng bỏng và nhận được sự tiến bộ đáng kể trong vài năm qua. Mạng cảm biến là mạng vô tuyến bao gồm các thiết bị cảm biến được phân bố một cách ngẫu nhiên trong không gian, nhằm quan sát các hiện tượng vật lý, hay điều kiện môi trường như nhiệt độ, âm thanh, sự chấn động, áp suất, sự chuyển động, ô nhiễm ở các vị trí khác nhau.Trong tương lại không xa, các ứng dụng của mạng cảm biến sẽ trở thành một thành phần không thể thiếu trong cuộc sống con ngườiMạng cảm biến không dây là một lĩnh vực rất sâu rộng, đồ án này sẽ giới thiệu một cách khái quát nhất về các đặc điểm của mạng cảm biến. Sau đó phần cuối sẽ đưa ra giải thuật định tuyến PEGASIS nhằm cải thiện đáng kể thời gian sống của mạng.Đồ án này gồm có 4 chương:Chương 1: Tổng quan về mạng cảm biến: Chương này trình bày những khái niệm chung nhất về WSNs và đưa ra cấu trúc của mạng cảm biến. Đồng thời cũng nêu ra các ứng dụng cụ thể trong nhiều lĩnh vực cuộc sống.Chương 2: Định tuyến trong mạng cảm biến. Chương này phân loại các giao thức định tuyến ra làm ba loại: định tuyến trung tâm dữ liệu, định tuyến phân cấp và định tuyến dựa vào vị trí địa lý, đồng thời đưa ra một vài giao thức đặt trưng mỗi loại.Chương 3: Kiến trúc giao thức PEGASIS. Chương này sẽ tập trung chi tiết về giao thức PEGASIS trong mạng cảm biến, để ta có cơ sở lý thuyết để thực hiện chương mô phỏng giao thức này.Chương 4: Mô phỏng giao thức PEGASIS bằng phần mềm NS2. Chương này ta thực hiện mô phỏng giao thức PEGASIS để thấy được sự cải thiện về thời gian sống của mạng nhờ sự sử dụng năng lượng hiệu quả trong mạng.2.Giao thức PEGASIS trong mạng cảm biến không dây.Giao thức PEGASIS(PowerEfficient Gathering in Sensor Information Systems) em đưa ra ở đây thuộc giao thức phân cấp, PEGASIS có sự cải thiện đáng kể về thời gian sống và hiệu quả năng lượng. PEGASIS là giao thức dựa trên xây dựng chuỗi gần tối ưu. Tức là mỗi nút chỉ giao tiếp với một nút lân cận gần nó nhất và việc tập trung dữ liệu trong mạng dọc theo chuỗi đó. Một nút thích hợp trong chuỗi sẽ được chọn làm nút chủ, trách nhiệm của nút chủ là truyền dữ liệu tập hợp được tới trạm cơ sở, nút chủ được quay vòng trong chuỗi nhằm đảm bảo công bằng trong tiêu thụ năng lượng giữa các nút trong mạng. •Giả thiết Thời gian mô phỏng: stop = 1500sSố cluster khởi tạo: Num_cluster = 1Năng lượng khởi tạo của node là 2 JSố node mạng: 100BS đặt ở tọa độ (50; 175)Vị trí các node mạng được khởi tạo ngẫu nhiên trong phạm vi (100m;100m)

LỜI CAM ĐOAN Em tên là: Trần Thị Mai Hương Lớp: 09DT2 Em xin cam đoan nội dung đồ án chép đồ án công trình có từ trước Nếu vi phạm em xin chịu hình thức kỷ luật Khoa Đà Nẵng, ngày tháng năm 2014 Sinh viên thực Trần Thị Mai Hương MỤC LỤC Trang DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT Chữ viết tắt AC ADC BS CDMA ADV GPS ISM LEACH Chữ đầy đủ MAC Address Centric Analog- to - Digital Convert Base Station Code Division Multiple Access Advertisement Global Positioning System Industrial, Scientific and Medical Low Energy Adaptive Clustering Hierarchy Media Access Control NS2 Network Simulator version PEGASIS Power-Efficient Gathering in Sensor Information Systems QoS REQ SAR SMP Quality of System Request Sequential Assignment Routing Sensor Management Protocol SPIN Sensor Protocol for Information via Negotiation SQDDP TADAP Sensor Query and Data Dissemination Protocol Task Assignment and Data Advertisement TCP Transmission Control Protocol TDMA Time Division Multiple Access TEEN UDP Threshold – Sensitive Energy Efficient Sensor Network User Datagram Protocol WSN Wireless Sensor Network Nghĩa tiếng Việt Bộ chuyển đổi tương tự - số Trạm gốc Đa truy cập phân chia theo mã Bản tin quảng bá Hệ thống định vị toàn cầu Giao thức phân cấp theo cụm thích ứng lượng thấp Điều khiển truy nhập môi trường Mô mạng phiên Tổng hợp lượng hệ thống thông tin cảm biến Chất lượng dịch vụ Bản tin yêu cầu Định tuyến phân phối Giao thức quản lý mạng cảm biến Giao thức cho thông tin liệu thông qua đàm phán Giao thức phân phối sữ liệu truy vấn cảm biến Giao thức quảng bá liệu định nhiệm vụ cho cảm biến Gió thức điều khiển truyền dẫn Đa truy nhập phân chia theo thời gian Giao thức hiệu sử dụng lượng Giao thức gói liệu người dùng Mạng cảm biến không dây DANH MỤC HÌNH VẼ LỜI NÓI ĐẦU Ngày nhờ tiến nhanh chóng khoa học công nghệ, phát triển mạng cảm biến với giá thành rẻ, tiêu thụ lượng đa chức nhận ý đáng kể Hiện người ta tập trung triển khai mạng cảm biến để áp dụng vào sống hàng ngày Đó lĩnh vực y tế, quân sự, giao thông, môi trường…Trong tương lai không xa, ứng dụng mạng cảm biến trở thành phần thiếu sống người phát huy hết điểm mạnh mà mạng có mạng cảm biến Tuy nhiên mạng cảm biến phải đối mặt với nhiều thách thức, thách thức lớn nguồn lượng bị giới hạn va nạp lại Góp phần tìm hiểu việc cải thiện tiết kiệm lượng toàn mạng Em lựa chọn tìm hiểu giao thức định tuyến PEGASIS Phương pháp nghiên cứu em tìm hiểu tổng quan giao thức định tuyến Tập trung sâu vào tìm hiểu giao thức định tuyến PEGASIS sử dụng phần mềm NS-2 để mô WSN hệ điều hành Ubuntu Nội dung đồ án gồm chương: Chương 1: Tổng quan mạng cảm biến không dây (WSN) Chương 2: Giao thức định tuyến mạng cảm biến không dây Chương 3: Kiến trúc định tuyến PEGASIS Chương 4: Mô PEGASIS phần mềm NS-2 Tuy nhiên đề tài mẻ nước ta, hạn chế kiến thức thời gian Nên đề tài không tránh khỏi thiếu sót, cần phải phát triển thêm Em mong nhận góp ý quý thầy cô bạn bè để đề tài em hoàn thiện Em xin chân thành cảm ơn đến quý thầy cô khoa Điện tử- Viễn thông Đặc biệt em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến thầy giáo TS.Nguyễn Lê Hùng nhiệt tình giúp đỡ, tạo điều kiện để em hoàn thành đồ án CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ MẠNG CẢM BIẾN KHÔNG DÂY CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ MẠNG CẢM BIẾN KHÔNG DÂY 1.1 Giới thiệu chương Trong chương em trình bày khái quát mạng cảm biến không dây, bao gồm : + Cấu trúc mạng cảm biến không dây WSN + Các yếu tố ảnh hưởng đến mạng cảm biến không dây + Các ứng dụng định mạng cảm biến không dây 1.2 Giới thiệu mạng cảm biến không dây Sự tiến công nghệ gần hội tụ hệ thống công nghệ kỹ thuật vi điện tử, công nghệ nano, giao tiếp không dây, công nghệ mạch tích hợp, vi mạch phần cảm biến, xử lý tính toán tín hiệu…đã tạo cảm biến có kích thước nhỏ, đa chức năng, giá thành thấp, công suất tiêu thụ thấp, làm tăng khả ứng dụng rộng rãi mạng cảm biến không dây WSN Một mạng cảm biến không dây( Wireless Sensor Network) mạng liên kết nút với kết nối sóng vô tuyến Các nút giao tiếp với truyền liệu trung tâm (base station) cách trực tiếp gián tiếp kỹ thuật đa chặng Các node mạng thường thiết bị đơn giản, nhỏ gọn, giá thành thấp…và có số lượng lớn, phân bố phạm vi rộng, nguồn lượng (pin)có thời gian hoạt động hạn chế (vài tháng đến vài năm) Và hoạt động môi trường khắc nghiệt (chất độc, ô nhiễm, địa hình hiểm trở…) Kích thước cảm biến thay đổi từ to hộp giấy nhỏ hạt bụi tùy thuộc vào ứng dụng Mạng cảm biến không dây có nhiệm vụ cảm nhận, quan sát, khả tính toán nhằm mục đích thu thập tập trung liệu để đưa định toàn cục môi trường tự nhiên Trang CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ MẠNG CẢM BIẾN KHÔNG DÂY Hình 1.1 Biểu tượng mô hình mạng WSN Khi nghiên cứu mạng cảm biến không dây, đặc điểm quan trọng then chốt thời gian sống cảm biến giới hạn lượng chúng Tức nút cảm biến yêu cầu tiêu thụ công suất thấp, hạn chế thứ hai nút cảm biến thay nguồn cung cấp.Như vấn đề đặt đưa giải pháp giải vấn đề hạn chế lượng mạng cảm biến không dây WSN 1.3 Cấu trúc mạng cảm biến không dây 1.3.1 Cấu trúc node mạng Để xây dựng node cảm biến trước hết phải chế tạo node thỏa mãn số yêu cầu định tùy theo ứng dụng: Chúng phải có kích thước nhỏ, giá thành rẻ, hoạt động hiệu lượng, có thiết bị cảm biến xác cảm nhận, thu thập thông số môi trường, khả tính toán có nhớ đủ để lưu trữ, phải có khả thu phát sóng để trao đổi thông tin với nút lân cận Mỗi nút cảm ứng cấu thành thành phần : - Bộ cảm ứng (sesing unit) - Bộ xử lý (a processing unit) - Bộ thu phát vô tuyến (a transceiver unit) - Bộ nguồn (a power unit) Trang CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ MẠNG CẢM BIẾN KHÔNG DÂY - Ngoài có thêm thành phần khác tùy thuộc vào ứng dụng hệ thống định vị, phát nguồn phận di động Hình 1.2 Các thành phần nút cảm ứng Các cảm ứng (sesing unit) bao gồm cảm biến chuyển đổi tương tự sang số ADC (Analog to Digital Converter) Dựa tượng quan sát được, tín hiệu tương tự tạo cảm ứng chuyển sang tín hiệu số ADC, sau đưa vào xử lý Bộ xử lý (a processing unit) thường kết hợp với lưu trữ nhỏ (storage unit), định thủ tục cho nút kết hợp với để để thực cá nhiệm vụ định sẵn Bộ thu phát vô tuyến(a transceiver unit) nối nút vào mạng Chúng gửi nhận liệu thu từ nút lân cận tới nút khác tới sink Bộ nguồn (a power unit) thành phần quan trọng nút mạng.Bộ nguồn số loại pin Để nút có tuổi thọ lâu nguồn đóng vai trò định, phải có khả nạp điện từ môi trường lượng ánh sáng mặt trời Trang CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ MẠNG CẢM BIẾN KHÔNG DÂY Ngoài kĩ thuật định tuyến nhiệm vụ cảm ứng mạng yêu cầu có độ xác cao vị trí, cần phải có định vị Các phận di động, đôi lúc cần để dịch chuyển nút cảm ứng cần thiết để thực nhiệm vụ ấn định cảm biến theo dõi chuyển động vật Tất thành phần cần phải phù hợp với kích cỡ module.Ngoài kích cỡ nút cảm biến phải đáp ứng số tiêu chí phải tiêu thụ lượng, có giá thành thấp, tự hoạt động, thích ứng với biến đổi môi trường 1.3.2 Cấu trúc mạng cảm biến không dây Khi thiết kế mạng cảm biến không dây cần phải thiết kế cho sử dụng có hiệu nguồn lượng hạn chế mạng, kéo dài thời gian sống mạng.Vì thiết kế cấu trúc mạng kiến trúc mạng cần phải quan tâm đến yếu tố sau: - Giao tiếp không dây đa chặng: Hình 1.3 Mạng đơn chặng Hình 1.4 Mạng đa chặng Mạng đơn chặng đơn giản từ node ta gửi liệu trực tiếp node sở, nhiên mạng thường nhỏ Khi giao tiếp không dây giao tiếp trực tiếp hai nút có nhiều hạn chế khoảng cách hay vật cản Đặc biệt node phát node thu cách xa thìcần phát công suất lớn.Vì cần nút trung gian làm nút chuyển tiếp để giảm công suất tổng thể Do mạng cảm biến không dây cần phải dùng giao tiếp đa chặng Trang CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ MẠNG CẢM BIẾN KHÔNG DÂY - Tự động cấu hình: Mạng cảm biến không dây cần phải cấu hình thông số cách tự động Chẳng hạn nút xác định vị trí địa lý thông qua nút khác (gọi tự định vị) - Sử dụng hiệu lượng: Để hỗ kéo dài trợ thời gian sống toàn mạng sử dụng hiệu lượng kỹ thuật quan trọng mạng cảm biến không dây - Xử lý mạng tập trung liệu: Trong số ứng dụng nút cảm biến không thu thập đủ liệu mà cần phải có nhiều nút cộng tác hoạt động thu thập đủ liệu, mà nút thu liệu gửi đến trạm gốc tốn băng thông lượng Cần phải kết hợp liệu nhiều nút vùng gửi tới trạm gốc tiết kiệm băng thông, thời gian lượng Chẳng hạn xác định nhiệt độ trung bình, hay cao vùng Do cấu trúc mạng thiết kế phải thỏa mãn:     Kết hợp vấn đề lượng khả định tuyến Tích hợp liệu giao thức mạng Truyền lượng hiệu qua phương tiện không dây Chia sẻ nhiệm vụ nút lân cận Các nút cảm biến phân bố vùng cảm biến hình 1.3, hình 1.4 Mỗi nút cảm biến có khả thu thập liệu định tuyến lại đến trạm gốc Dữ liệu định tuyến lại trạm gốc cấu trúc đa điểm hình Các trạm gốc giao tiếp với nút quản lý nhiệm vụ (Task Manager Node) qua mạng Internet hay vệ tinh Trang 10 CHƯƠNG 3: KIẾN TRÚC GIAO THỨC PEGASIS hr: chiều cao ănten bên nhận so với mặt đất ht: chiều cao ăn ten phát so với mặt đất d : khoảng cách bên truyền bên nhận Gt : hệ số khuyêch đại anten bên truyền Gr hệ số khuyêch đại anten bên nhận Trong trường hợp tín hiệu nhận theo hai hướng, hướng trực tiếp hướng phản xạ Vì có hay nhiều đường truyền mà tín hiệu đến, nên tín hiệu suy giảm theo d4 Ví dụ : Cho Gt=Gr=1, ht=hr=1.5m, hệ thống không suy hao L=1, f=914 MHZ Suy :λ =3*108 /914*106 =0.328m, thay giá trị vào hai biểu thức Ta có: −4  6.28 x10 d , d < 86.2 m  P 2.25 t4 , d ≥86.2 m  d  Pr = Pt (3.4) Trong phần này, xem xét mô hình đơn giản áp dụng phần mô Hình 4.8 Mô hình lượng đơn giản Như thảo luận suy giảm công suất trình truyền phụ thuộc vào khoảng cách bên phát bên thu, khoảng cách tương đối ngắn, ta áp dụng mô hình tỉ lệ nghịch với d 2, ngược lại khoảng cách dài ta áp Trang 47 CHƯƠNG 3: KIẾN TRÚC GIAO THỨC PEGASIS dụng mô hình tỉ lệ với d4 Bộ điều khiển công suất đảo ngược suy hao cách thiết lập khuếch đại công suất để đảm bảo mức công suất bên nhận, để truyền tin dài l bit, khoảng cách d ta có: ETx (l, d ) = ETx-elec(l) + ETx-amp (l, d ) (3.5) ETx (l, d ) = (3.6) Bên nhận: ERx (l) =ERx-eleclec (l) (3.7) ERx (l) = lEelec (3.8) Trong lượng điện tử, Eelec phụ thuộc vào hệ số như: mã hóa số, điều chế, lọc tín hiệu trước gửi đến khuyêch đại.Thêm vào việc sử dụng kỹ thuật trải phổ lượng điện tử phải tính đến lượng trải phổ tín hiệu truyền tương quan liệu với mã trải phổ nhận Các nhà nghiên cứu thiết kế chip thu phát baseband hỗ trợ thông tin trải phổ đa người dùng hoạt động 165mW chế độ truyền 46.5 mW chế độ nhận, theo "windy", người ta tập hợp lượng tiêu thụ bit liệu thu phát E elec=50nJ/bit thu phát tốc độ 1Mpbs Điều có nghĩa phần điện tử tiêu tán 50mW hoạt động (thu phát liệu) Hai tham số: €friss-amp €two-ray-amp tùy thuộc vào độ nhạy máy thu yêu cầu, nhiễu tạp âm máy thu, công suất truyền cần phải điều chỉnh để công suất máy thu lớn mức ngưỡng PR-thresh Chúng ta làm ngược lại từ ngưỡng công suất máy thu để tính toán công suất truyền tối thiểu Nếu tốc độ truyền R b công suất truyền Pt lượng truyền bit ETx-amp(1,d) nhân với tốc độ: Trang 48 CHƯƠNG 3: KIẾN TRÚC GIAO THỨC PEGASIS Pt= ETx-amp(1,d)*Rb (3.9) Khi ta có : Pt = (3.10) Pr = (3.11) (3.12) = = (3.13) Do công suất truyền Pt hàm ngưỡng công suất bên thu khoảng cách d Pt = (3.14) Với: == (3.15) Chúng ta xác định mức ngưỡng máy thu sử dụng việc đánh giá nhiễu máy thu Nếu nhiễu sàn nhiệt 99dBm tạp âm nhiễu máy thu 17dB yêu cầu tỉ số tín hiệu nhiễu 30dB để nhận tín hiệu k nhiễu, công suất nhận tối thiểu : PR-thresh> 30 + (-82)=-52 dBm (3.16) Do công suất nhận phải -52dBm hay 6.3 nW để nhận thành công gói Thay giá trị vào (G t=Gr=1, ht=hr=1.5m, L=1, f=914 MHZ, λ=0.328m, Rb=1Mbps) Ta có: Trang 49 CHƯƠNG 3: KIẾN TRÚC GIAO THỨC PEGASIS εfriss-amp = 10 pJ / bit / m2 (3.17) εtwo-ray-amp = 0.0013 pJ / bit / m4 (3.18) Chúng ta sử dụng mô hình vô tuyến đơn giản kiểu thứ sau: Truyền tin k bit khoảng cách d sử dụng mô hình vô tuyến ETx-elec : lượng/bit truyền ERx-elec: lượng /bit nhận €amp : hệ số khuêch đại Phương trình bên truyền: ETx (k, d ) =ETx-elec(k ) + ETx-amp (k, d ) ETx (k, d ) = Eelec ∗ k + ε amp ∗ k ∗ d Phương trình bên nhận: ERx (k ) = ERx−elec (k ) ERx (k ) = Eelec ∗ k Việc nhận tin tiêu tốn lượng cao cần tối thiểu số lần truyền nhận nút 3.4 Kết luận Chương tập trung chi tiết giao thức PEGASIS mạng cảm biến Thấy ưu điển nhược điểm tồn giao thức Chương đưa giao thức PEGASIS PEGASIS cải tiến đồng thời đưa mô hình lượng giao thức làm sở để chương thực mô Trang 50 CHƯƠNG 4: MÔ PHỎNG PEGASIS BẰNG PHẦN MỀM NS-2 CHƯƠNG 4: MÔ PHỎNG PEGASIS BẰNG PHẦN MỀM NS-2 4.1 Giới thiệu chung Chương giới thiệu công cụ NS2 công cụ vẽ đồ thị XGRAPH để mô đánh giá giao thức giao thức PEGASIS, giả thiết đầu vào ban đầu cuối dựa kết đồ thị ta tiến hành đánh giá kết luận 4.2 Giới thiệu phần mềm mô NS-2 NS-2(Network Simulator version 2) phần mềm mô mạng điều khiển kiện riêng rẽ hướng đối tượng, phát triển trường đại học Califonia, Berkely NS-2 viết ngôn ngữ C++ Otcl Trong C++ dùng để xử lý liệu, thao tác gói tin, Otcl sử dụng để định dạng cấu hình mô phỏng, điều khiển mô Bốn lợi ích lớn NS-2 phải kể đến là: + Khả kiểm tra tính ổn định giao thức mạng tồn + Khả đánh giá giao thức mạng trước đưa vào sử dụng + Khả thực thi mô hình mạng lớn mà gần ta thực thi thực tế + Khả mô nhiều loại mạng khác Mặc dù NS-2 phần mềm mã nguồn mở có sẵn cho Windows 32 Linux, em nghiên cứu việc cài đặt thực thi môi trường Linux Có nhiều cách để cài đặt em chọn cách cài đặt đơn giản dễ làm sử dụng hệ điều hành Linux Ubuntu 10.04 cho việc cài đặt NS-2 NS-2 có nhiều công cụ kèm để việc mô hệ thống mạng tốt NAM, NSCRIPT, XGRAPH… 4.3 Giới thiệu công cụ XGRAPH XGRAPH công cụ vẽ đồ thị đính kèm gói NS-allinone sử dụng để đọc file trace (file.tr) NS2 Câu lệnh cấu trúc Xgraph đơn giản, hiệu dễ sử dụng Hình 4.1 mô tả cửa sổ XGRAPH Trang 51 CHƯƠNG 4: MÔ PHỎNG PEGASIS BẰNG PHẦN MỀM NS-2 Hình 4.1 Cửa sổ minh họa XGRAPH Trong giao diện đồ họa người dùng, XGRAPH dễ dùng Có thể rê chuột chọn vùng để phóng to đồ thị theo ý muốn 4.4 Mô mạng WSN NS-2 4.4.1 Giả thiết mô Tiến hành mô với giao thức định tuyến: PEGASIS với thông số đầu vào:          Tổng số node: 101( bao gồm trạm gốc) Số cluster khởi tạo: Năng lượng khởi tạo nude : 2J Trạm gốc đặt vị trí có tọa độ: (47;255) Thời gian mô phỏng: Max= 1500s Phạm vi đặt node ban đầu: 100mx100m (các node đặt ngẫu nhiên) BW = 1Mbps Data size : 500Bytes Freq: 914MHz 4.4.2 Câu lệnh -ns /home/gz/ns-allinone-2.34/ns-2.34/tcl/ex/wireless.tcl \ -sc /home/gz/ns-allinone-2.34/ns-.34/mit/uAMPS/sims/nodescen \ -rp $alg \ -x $x -y $y \ -nn $nn -stop $stop \ Trang 52 CHƯƠNG 4: MÔ PHỎNG PEGASIS BẰNG PHẦN MỀM NS-2 -eq_energy $eq_energy \ -init_energy $init_energy \ -filename $filename \ -dirname $dirname \ -topo $topology_file -num_clusters $num_clusters \ -bs_x $bs_x \ -bs_y $bs_y 2>$dirname/$filename.err 1>$dirname/$filename.out & 4.4.3 Ý nghĩa câu lệnh - $alg tên giao thức định tuyến bao gồm leach, leach-c stat-clus $nn số node mạng khởi tạo Bằng 101 bao gồm 100 nút từ 0-99 nút 100 - BS $stop thời gian mô tối đa (1500s) $eq_energy lượng cân (bằng khởi tạo lượng cho node - không nhau, khởi tạo lượng cho node nhau) $init_energy lượng khởi tạo cho node mạng (bằng 2J) $filename tên file mô tạo $dirname địa thư mục lưu trữ kết mô $topology_file địa file topo mạng $num_clusters số cụm dự tính chia (1 cụm) $bs_x $bs_y vị trí BS Trang 53 CHƯƠNG 4: MÔ PHỎNG PEGASIS BẰNG PHẦN MỀM NS-2 4.4.4 Kết mô  Topo mạng khảo tao để thực mô mạng Hình 4.2 Topo khởi tạo 100 node mạng ngẫu nhiên Trang 54 CHƯƠNG 4: MÔ PHỎNG PEGASIS BẰNG PHẦN MỀM NS-2  Phân chia cụm giao thức LEACH Hình 4.3 Sự phân chia cụm LEACH Nhận xét :Giao thức LEACH phân chia lại cụm theo vòng, chia cụm xong trước lựa chọn nút chủ cụm, hầu hết nút không hoàn toàn nằm trung tâm cụm.Dữ liệu truyền từ nut đến nút chủ,sau nút chủ tổng hợp liệu truyền đến BS Còn PEGASIS không hình thành cụm LEACH mà tạo chuỗi nút cảm biến để nút nhận truyền liệu tới nút bên cạnh Việc truyền liệu từ nút đến nút, tập hợp liệu lại sau truyền đến trạm gốc BS Trang 55 CHƯƠNG 4: MÔ PHỎNG PEGASIS BẰNG PHẦN MỀM NS-2 So sánh giao thức LEACH PEGASIS • Mô thời gian sống mạng  Hình 4.4 So sánh thời gian sống giao thức  Nhận xét :Giao thức PEGASIS có thời gian sống lâu giao thức LEACH nhiều Các node mạng LEACH có tồn thời gian khoảng 300s với PEGASIS thời gian sống nhiều gấp lần Trang 56 CHƯƠNG 4: MÔ PHỎNG PEGASIS BẰNG PHẦN MỀM NS-2 • Mô lượng tiêu thụ mạng Hình 4.5 Sự tiêu thụ lượng theo thời gian giao thức  Nhận xét: Sự tiêu tốn lượng giao thức PEGASIS cải thiện nhiều so với LEACH Ta thấy thời điểm khoảng 300s, LEACH đa tiêu tốn hết số lượng toàn mạng (200J), PEGASIS tiêu tốn hết khoảng 80J Như giao thức PEGASIS trì thời gian sống mạng lâu nữa, điều chứng tỏ vượt trội hoàn toàn mặt lượng • Mô liệu truyền tải mạng Trang 57 CHƯƠNG 4: MÔ PHỎNG PEGASIS BẰNG PHẦN MỀM NS-2 Hình 4.6 So sánh liệu truyền tải giao thức  Nhận xét: Đối với LEACH kết giống PEGASIS khoảng thời gian ngắn ban đầu, thời gian sống ngắn so với PEGASIS nên liệu truyền mạng điều tất nhiên 4.5 Kết luận Trong chương đưa kết mô PEGASIS.Các kết đánh giá mô cho thấy PEGASIS giao thức tốt nhờ vào việc tối thiểu hóa khoảng cách truyền nhận nút mạng, sử dụng lần truyền liệu hợp vòng đến trạm sở Các nút thay truyền liệu hợp đến trạm sở làm cân lượng tiêu tán mạng tăng khả chống lại lỗi nút chết vị trí ngẫu nhiên Qua đánh giá mô cho thấy PEGASIS có cải tiến đáng kể so với LEACH thời gian sống chất lượng mạng Trang 58 CHƯƠNG 4: MÔ PHỎNG PEGASIS BẰNG PHẦN MỀM NS-2 Tuy nhiên, tồng số vấn đề hạn chế PEGASIS trễ truyền, nút chủ phải đợi nhận tin liệu hợp nút sau truyền đến trạm sở Hơn thường xảy tượng nút cổ chai nút chủ Hướng nghiên cứu cần khắc phục nhược điểm Trang 59 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI Kết luận Khái niệm mạng cảm biến, đặc biệt định tuyến mạng cảm biến không dây tương đối lạ lẫm nhiều người làm việc lĩnh vực viễn thông Đề tài em trình bày cách tổng quan mạng cảm biến định tuyến mạng cảm biến không dây Với tính ưu việt khả ứng dụng đa dạng mà mạng có, tương lai không xa phát triển rộng rãi nhanh chóng Em hi vọng đề tài góp phần vào việc nghiên cứu lĩnh vực tương đối mẻ Việt Nam Trong phạm vi đề tài này, em nghiên cứu nét khái quát mạng cảm biến định tuyến mạng Đánh giá PEGASIS giao thức tốt LEACH nhiều nhờ vào việc tối thiểu hóa khoảng cách truyền dẫn PEGASIS cải tiến khắc phục được: giảm trễ, tiết kiệm lượng tập trung liệu song song thay đổi phương pháp chọn nút chủ Hướng phát triển đề tài : Nâng cao nguồn lượng khả xử lý liệu nút Xử lí thông tin độ di chuyển thay đổi cấu hình mạng điều kiện giới hạn lượng Do kiến thức hạn chế nên đề tài em không tránh khỏi thiếu sót, cần phải khắc phục phát triển Em mong nhận phê bình, góp ý quý thầy cô để đề tài em hoàn thiện Một lần em xin cảm ơn đến thầy TS Nguyễn Lê Hùng môn khoa Điện Tử - Viễn Thông – Trường Đại Học Bách Khoa Đà Nẵng tận tình hướng dẫn, giúp đỡ em thời gian qua Trang 60 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Eitan Altman and Tania Jiménez, “NS Simulator for Beginners” [2] F.L.Lewis, “Wireless Sensor Network” [3] Kazem Sohraby – Daniel Minoli – Taieb Znati, “Wireless Sensor Network Technology, Protocols, and Applications” [4] Thamakit Sriporamanont and Gu Liming, “Wireless Sensor Network Simulator” [5] Wendi Beth Heinzelman, “Application-Specific Protocol Architectures for Wireless Networks” [6] Wu Xinhua – Wang Sheng, “Performance Comparison of LEACH and LEACH-C protocol by NS2” [7] Liu yueyang, Ji Hong, Yue Gangxin, “ An Energy Efiicient PEGASIS – Based Enhance Algrithm in Wireless sensor networks” [8] Hamsad Parvin, Muhammad Sajadur Rahim, Takeo Fujii, “ Energy Efficient Routing Scheme for Wireless Sensor Network” [9] Stephanie Lindsey and Cauligi S Raghavendra, “PEGASIS : Power Efficent Gathering in senor Information Systems” www.vntelecom.org www.ieee.org www.linuxquestions.org Trang 61 [...]... những giao thức định tuyến sao cho việc tiêu thụ năng lượng cho toàn mạng là ít nhất.Chương tiếp 2 theo em sẽ trình bày về các loại giao thức định tuyến cho mạng cảm biến không dây Trang 26 CHƯƠNG 2: ĐỊNH TUYẾN TRONG MẠNG CẢM BIẾN KHÔNG DÂY CHƯƠNG 2 ĐỊNH TUYẾN TRONG MẠNG CẢM BIẾN KHÔNG DÂY 2.1 Giới thiệu chương Chương hai em sẽ trình bày về các loại giao thức định tuyến cho mạng cảm biến không dây: ... cấu trúc mạng và cơ chế họat động của giao thức (tiêu chuẩn định tuyến) Việc phân loại giao thức đinh tuyến trong WSN được thể hiện ở hình 2.2 Trang 30 CHƯƠNG 2: ĐỊNH TUYẾN TRONG MẠNG CẢM BIẾN KHÔNG DÂY Hình 2.2 Phân loại giao thức định tuyến trong WSN 2.3.1 Giao thức định tuyến ngang hàng Trong giao thức định tuyến ngang hàng, mỗi nút mạng có một chức năng giống nhau và các nút mạng cảm biến kết hợp... khăn trong việc định tuyến cho mạng cảm biến không dây + Định tuyến ngang hàng (flat based routing) + Định tuyến phân cấp (hierarechical based routing) + Định tuyến dựa vào vị trí (location based routing) 2.2 Những khó khăn trong việc phát triển mạng cảm biến không dây WSN Vì mạng cảm biến không dây có những ứng dụng vô cùng to lớn trong cuộc sống, và để tận dụng hết những thuận lợi này ta phải xác định. .. sẽ trình bày một số giao thức tiêu biểu trong giao thức định tuyến phân cấp 2.3.2.1 Giao thức định tuyến phân cấp tương thích năng lượng thấp – LEACH Trang 35 CHƯƠNG 2: ĐỊNH TUYẾN TRONG MẠNG CẢM BIẾN KHÔNG DÂY LEACH (Low Energy Adaptive Clustering Hierarchy) là giao thức phân cấp theo cụm thích ứng năng lượng thấp rất hiệu quả trong mạng cảm biến WSN Đây là giao thức thu thập dữ liệu từ các nút thành... rãi trong mạng cảm biến. Vấn đề hiệu quả năng lượng cũng • cần phải được xem xét ở lớp vật lý Lớp ứng dụng : tùy từng nhiệm vụ của mạng cảm biến mà các phần mềm ứng dụng khác nhau được xây dựng và sử dụng trong lớp ứng dụng Trong lớp ứng dụng có một số giao thức quan trọng như giao thức quản lí mạng cảm biến (SMP), giao thức quảng bá dữ liệu và chỉ định nhiệm vụ cho từng cảm biến (TADAP), giao thức. .. khai hàng nghìn nút trong mạng Trang 28 CHƯƠNG 2: ĐỊNH TUYẾN TRONG MẠNG CẢM BIẾN KHÔNG DÂY 2.2.4 Kết nối mạng không ổn định Mạng cảm ứng có ưu điểm là tính di động, nhưng mạng vẫn phải đối mặt với những nhược điểm sau: Giới hạn trong phạm vi truyền của các sensor di động (10m đến 100m), dẫn đến việc truyền thông tin giữa các nút cảm ứng trở nên khó khăn Các phương tiện truyền không dây không được bảo vệ... (production costs): Vì các mạng cảm biến bao gồm một số lượng lớn các nút cảm biến nên chi phí của mỗi nút rất quan trọng trong việc Trang 13 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ MẠNG CẢM BIẾN KHÔNG DÂY điều chỉnh chi phí của toàn mạng Nếu chi phí của toàn mạng đắt hơn việc triển khai cảm biến theo kiểu truyền thống, như vậy mạng không có giá thành hợp lý Do vậy, chi phí của mỗi nút cảm biến phải giữ ở mức thấp •... của các nút cảm biến ngược với overhead yêu cầu thích ứng với điều kiện này Trong mạng cảm biến không dây, overhead được đo chính là lượng băng thông được sử dụng, tiêu thụ công suất và yêu cầu xử lý của các nút di động Việc tìm ra chiến lược cân bằng giữa sự cạnh tranh này cần thiết tạo ra một nền tảng chiến lược định tuyến Việc thiết kế các giao thức định tuyến trong mạng cảm biến không dây phải xem... khi có yêu cầu, trong khi đối với các giao thức tương tác thì các đường được tính toán theo yêu cầu Các giao thức lai ghép kết hợp cả hai quy tắc ở trên Khi cá nút cảm biến cố định, nó thích hợp với giao thức định tuyến theo bảng hơn là với các giao thức tương tác Một lượng công suất đáng kể được sử dụng để tìm đường và thiết lập các giao thức tương tác.Một số giao thức khác dựa vào định thời và thông... QUAN VỀ MẠNG CẢM BIẾN KHÔNG DÂY Hình 1.5 Cấu trúc mạng cảm biến không dây 1.3.3 Hai cấu trúc đặc trưng của mạng cảm biến không dây 1.3.3.1 Cấu trúc phẳng (Flat Architecture) Trong cấu trúc phẳng (Flat Architecture), tất cả các nút đều ngang hàng và đồng nhất trong hình dạng và chức năng.Các nút giao tiếp với trạm gốc qua đa chặng sử dụng các nút ngang hàng làm bộ tiếp sóng Với phạm vi truyền cố định,