Đánh giá vấn đề năng lượng trong mạng cảm biến không dây

MỤC LỤC DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1 Một ví dụ mạng cảm biến không dây theo dõi lượng mưa Hình Biểu tượng mạng mô hình Hình Thiết bị “mote” Berkeley Hình Mô hình nude cảm biến vùng cảm biến phân tán Hình Giao thức ngăn xếp mạng cảm biến Hình Các thành phần nút Sensor Hình Kịch triển khai mạng cảm biến không dây theo dõi ô nhiễm hoá học thực tế Hình Kịch mạng cảm biến Hình Hệ thống mạng Ad-hoc Hình Hiệu lượng định tuyến Hình 2 Ví dụ tập hợp số liệu Hình Giao thức SPIN Hình Ví dụ truyền tin định hướng Hình Tổng quan NS-2 góc độ người dùng Hình 2: Luồng kiện cho file Tcl chạy NS Hình 3 Tính đối ngẫu C++ Tcl Hình Kiến trúc tổng quan NS-2 Hình Sơ đồ bổ sung chỉnh sửa NS-2 Hình Đồ thị suy hao lượng node Hình Đồ thị tốc độ giảm lượng mạng nhận liệu Hình Đồ thị tốc độ giảm lượng mạng nhận gửi liệu Hình 3.9 Đồ thị thể tốc độc giảm lượng hoạt động xử lý nút mạng Hình 3.10 Năng lượng tiêu tốn trình hoạt động nút mạng gói tin bị Hình 3.11 Tổng lượng tiêu tốn nút LỜI MỞ ĐẦU Đất nước ta ngày hội nhập vào kinh tế giới, khoa học kỹ thuật công nghệ thông tin ngày phát triển nhanh chóng ngày, đặc biệt công nghệ vi mạch điên tử viễn thông đặc biệt lĩnh vực vô tuyến đem lại nhiều ứng dụng mới, cho phép dễ dàng thu thập thông tin điều kiện vùng địa lý Công nghệ cảm biến không dây “Wireless Sensor Network” hẳn biết đến nhiều tạo nên ứng dụng thật quan trọng, phục vụ trực tiếp đời sống sản xuất Có nhiều phương pháp khác cho phép thu thập thông tin, mạng Wireless Sensor dùng phổ biến giới dần áp dụng rộng dãi đời sống, sản xuất thay người môi trường đặc thù, độc hại Năng lượng để hoạt động cho mạng cảm biến không dây quan trọng, việc tiếp nhiên liệu vô khó khăn, em thấy vấn đề tìm hiểu lượng mạng cảm biến không dây đề tài hay nhiều vấn đề để tìm hiểu nên em chọn đề tài này: “ Đánh giá vấn đề lượng mạng cảm biến không dây” Mục đích đồ án tìm hiểu vấn đề liên quan tới lượng mạng Wireless Sensor, từ đưa giải pháp tiết kiệm lượng mạng tận dụng nguồn lượng tự nhiên Đồ án gồm chương: - Chương I : Tổng quan mạng cảm biến không dây - Chương II : Năng lượng mạng cảm biến không dây - Chương III : Mô đánh giá mạng cảm biến không dây Mặc dù cố gắng chắn vấn đề nêu phạm vi đồ án chưa thể hoàn chỉnh Nội dung đồ án vấn đề cần phải xem xét thêm tránh khỏi sai sót Do hạn chế kiến thức lực nên đồ án không tránh khỏi thiếu sót Mong góp ý thầy cô bạn bè CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ MẠNG CẢM BIẾN KHÔNG DÂY 1.1 Giới thiệu mạng cảm biến không dây Mạng cảm biến không dây (Wireless Sensor Network) bao gồm tập hợp thiết bị cảm biến sử dụng liên kết không dây (vô tuyến, hồng ngoại quang học) để phối hợp thực nhiệm vụ cảm biến phân tán đối tượng mục tiêu Các thiết bị cảm biến không dây (Sensor) kết nối thành mạng kết hợp với để thực nhiệm vụ quy mô lớn Thông tin thu từ nút cảm biến truyền trạm gốc (base station hay gateway) thông qua nút cảm biến khác, cuối thông qua Internet truyền trung tâm liệu để lưu trữ, phân tích xử lý Hình 1 Một ví dụ mạng cảm biến không dây theo dõi lượng mưa Mạng cảm biến không dây công nghệ thông tin phát triển nhanh chóng nhất, với nhiều ứng dụng nhiều lĩnh vực: điều khiển trình công nghiệp, bảo mật giám sát, cảm biến môi trường, kiểm tra sức khỏe… Hình Biểu tượng mạng mô hình Các mạng vô tuyến khác bao gồm mạng cellular, mạng WLAN, mạng phạm vi nhà (Bluetooth) Các gói chuyển từ mạng qua mạng khác hỗ trợ internet không dây Mạng cellular đích đến người sử dụng với tính di động cao Tốc độ liệu cho tính di động mức bị giới hạn dịch tần Doppler Mặt khác, WLAN có tốc độ liệu cao Bluetooth Home RF đích đến nhà Tốc độ liệu mong muốn có dải radio thấp ngắn nhiều, tính di động thấp Một nút cảm biến thông thường bao gồm thành phần sau: Bộ vi xử lý nhỏ sử dụng lượng (low power processor); Bộ nhớ (Memory); Radio để truyền liệu không dây; nguồn điện/pin (power source); cảm biến (sensors) Mạng cảm biến không dây (WSN) ứng dụng rộng rãi nhiều lĩnh vực như: giám sát kết cấu công trình (cầu, tòa nhà ); theo dõi sống loài thú hoang dã; cảnh báo cháy rừng; phát rò rỉ hóa chất nhà máy; giám sát tòa nhà thông minh… Các nhà nghiên cứu Berkeley phát triển thiết bị mạng cảm nhận không dây, gọi hạt bụi “motes”, tạo thành cách công khai, sẵn sàng để thương mại hóa, với TinyOS hệ điều hành kết nối nhúng để dễ dàng sử dụng thiết bị Hình minh họa thiết bị “mote”của Berkeley Sự tiện ích thiết bị chương trình dễ sử dụng, hoạt động đầy đủ, với giá tương đối rẻ, cho thí nghiệm triển khai thực tế mang lại vai trò đầy đủ cách mạng vàng mạng cảm nhận không dây Hình Thiết bị “mote” Berkeley 1.2 Cấu trúc mạng cảm biến không dây Các node mạng cảm biến thường phân tán khu vực cảm biến hình 1.4 Mỗi nút cảm biến phân tán có khả thu thập truyền liệu góp (sink) đến người dùng cuối thông qua truyền thông multi-hop Khi giao tiếp không dây kĩ thuật chính, giao tiếp trực tiếp hai nút có nhiều hạn chế khoảng cách hay vật cản Sink giao tiếp với người dùng cuối thông qua internet vệ tinh loại mạng không dây (như WiFi, mạng lưới, hệ thống di động, WiMAX, vv), kết nối trực tiếp đến người dùng Hoạt động hiệu lượng: để hỗ trợ kéo dài thời gian sống toàn mạng, hoạt động hiệu lượng kĩ thuật quan trọng mạng cảm biến không dây Tự động cấu hình: Mạng cảm biến không dây cần phải cấu hình thông số tự động Chẳng hạn nút xác định vị trí địa lý thông qua nút khác (gọi tự định vị) 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 sink tốn băng thông lượng Cần phải kết hợp liệu nhiều nút vùng gửi tới sink tiết kiệm băng thông lượng Do , cấu trúc mạng sẽ:  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 ứng phân bố sensor field hình 1.4 Mỗi nút cảm ứng có khả thu thập liệu định tuyến lại đến sink Dữ liệu định tuyến lại đến sink cấu trúc đa điểm Các sink giao tiếp với nút quản lý nhiệm vụ (task manager node) qua mạng Internet vệ tinh Hình Mô hình nude cảm biến vùng cảm biến phân tán Trong mạng cảm ứng, liệu sau thu thập nút định tuyến gửi đến sink Sink gửi liệu đến người dùng đầu cuối thông qua internet hay vệ tinh Kiến trúc giao thức sử dụng nút gốc nút cảm biến (hình 1.5) Kiến trúc giao thức kết hợp công suất chọn đường, kết hợp số liệu với giao thức mạng, sử dụng công suất hiệu với môi trường vô tuyến tương tác nút cảm biến Kiến trúc giao thức bao gồm lớp vật lý, lớp liên kết liệu, lớp mạng, lớp truyền tải, lớp ứng dụng, phần quản lý công suất, phần quản lý di động phần quản lý nhiệm vụ Hình Giao thức ngăn xếp mạng cảm biến 1.3 Hệ thống mạng cảm biến không dây Hệ thống tổng quát Các nút Sensor triển khai trường Sensor (Sensor field) minh họa hình 1.6 Mỗi nút Sensor phát tán có khả thu thập thông số liệu, định tuyến số liệu thu nhân (Sink) để chuyển tới người dùng (User) định tuyến tin mang theo lệnh hay yêu cầu từ nút Sink đến nút Sensor Số liệu định tuyến phía thu nhân (nút Sink) theo cấu trúc đa liên kết sở hạ tầng tảng (Multihop Infrastructureless Architecture) Bộ thu nhân liên lạc trực tiếp với trạm điều hành (Task Manager Node) người dùng gián tiếp thông qua Internet hay vệ tinh Một nút Sensor tạo lên từ bốn thành phần là: cảm biến, xử lý, thu phát không dây nguồn Tuỳ theo ứng dụng cụ thể, nút Sensor có thành phần bổ xung Hệ thống tìm vị trí, sinh lượng thiết bị di động Các thành phần nút Sensor minh hoạ hình 1.6 Bộ cảm biến thường thường gồm hai đơn vị thành phần thiết bị cảm biến (Sensor) chuyển đổi tương tự / số (ADC) Các tín hiệu tương tự có từ Sensor sở cảm biến tượng chuyển sang tín hiêu số chuyển đổi ADC, đưa tới xử lý Bộ xử lý mạng cảm biến thường kết hợp với nhớ nhỏ, phân tích thông tin cảm biến quản lý thủ tục công tác với nút khác để phối hợp thực nhiệm vụ Bộ thu phát mạng cảm biến đảm bảo thông tin nút Sensor mạng kết nối không dây, vô tuyến, hồng ngoại tín hiệu quang Một thành phần quan trọng nút Sensor nguồn Bộ nguồn, pin acquy, cung cấp lượng cho nút Sensor không thay nên nguồn lượng nút thường giới hạn Bộ nguồn hỗ trợ thiết bị sinh lượng, ví dụ pin mặt trời nhỏ Hầu hết công nghệ định tuyến mạng Sensor nhiêm vụ cảm biến yêu cầu phải có nhận biết vị trí với độ xác cao Do đó, nút Sensor thường phải có hệ thống tìm vị trí Các thiết bị di động cần thiết để di chuyển nút Sensor theo yêu cầu để đảm bảo nhiêm vụ phân công Hình Các thành phần nút Sensor 1.4 Các ứng dụng mạng cảm biến không dây Mạng cảm biến không dây bao gồm nhiều loại khác cảm biến bao gồm động đất, từ trường, nhiệt điện, thị giác, hồng ngoại, rađa âm thanh, mà giám sát loạt điều kiện môi trường xung quanh bao gồm: nhiệt độ, độ ẩm, áp lực, tốc độ, hướng, chuyển động, ánh sáng… 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 ví dụ điển hình:  Cảm biến môi trường:  Quân sự: phát mìn, chất độc, dịch chuyển quân địch…  Công nghiệp: hệ thống chiếu sáng, độ ẩm, phòng cháy, rò rỉ…  Dân dụng: hệ thống điều hòa nhiệt độ, chiếu sáng…  Điều khiển:  Quân sự: kích hoạt thiết bị, vũ khí quân sự…  Công nghiệp: điều khiển tự động thiết bị, robot…  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 vị phương, trợ giúp điều khiển tự động phương 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,…) 1.5 Một số mô hình mô mạng cảm biến không dây Trong phần em đưa số ví dụ mô hình mạng cảm biến mà em đọc qua nguồn tài liệu đê có nhìn tổng quan 1.5.1 Mô hình SWAN Mô hình xây dựng để mô hoạt động mạng cảm biến không dây với ứng dụng theo dõi ô nhiễm hoá chất rò rỉ từ đường ống dẫn Mô hình xây dựng viện công nghệ bảo mật, trường cao đẳng Dartmouth (Institute for Security Technology Studies (ISTS) Dartmouth College) kết hợp với viện công nghệ BBN Hình 1.7 minh họa việc triển khai kịch node cảm biến Nút giám sát (Monitor) đặt trường cảm biến Trong đồ này, màu biểu thị mức độ ô nhiễm hoá chất thể cường độ tín hiệu cảm biến 10 Hình Sơ đồ bổ sung chỉnh sửa NS-2 Một số sửa đổi khác thực mac / mac.cc, tcl / lib / ns-namsupp.tcl queue / priqueue.cc Một số sửa chữa thủ tục định màu nút, bổ sung kiểu gói Phenom vào tổ chức NS-2 thực để đơn giản hoá giao diện đến kênh Phenomenon nút Sensor 51 3.3 Mô mạng cảm biến không dây 3.3.1 Mục đích Mục đích việc mô em đề tài là: khảo sát số liệu thu xem xét mối quan hệ hoạt động node mạng với lượng dự trữ Ban đầu, nút Sensor định cấu hình với khối lượng xác định Mỗi nút Sensor thực hành động nhân tín hiệu cảm biến, thu phát gói tin vô tuyến, xử lý tín hiệu, nguồn lượng dự trữ nút bị khấu trừ theo công suất định nghĩa trước cho thành phần Khi nút Sensor hành động nào, lượng khấu trừ theo công suất rỗi Mô hình mạng thiết kế khuôn dạng hình vuông với 27 node cấu thành, 25 node tạo nên hình dạng mạng ô vuông, node động di chuyển mạng node sink đóng vai trò thu thập liệu Toàn trình mô việc cài đặt gói mô (gói hỗ trợ) khó khăn định kết mô Các gói cài đặt cho phiên hỗ trợ cũ bị nhà cung cấp ngừng cung ứng nên việc cài đặt khó khăn, thân em trình phải chắp ghép gói hộ trợ từ nhiều nguồn khác thời gian Tiếp theo trình bày trình cài đặt gói thực thi mô 3.3.2 Download install NS-2, NAM Nrlsensorsim Trong trình thực đồ án phần khó nhất, để mô thành công NS-2 mạng cảm biến không dây định NS-2 phải cài đặt gói hỗ trợ nrlsensorsim Trong gói định nghĩa tham số thay đổi dựa thực tế mạng cảm biến Quá trình cài đặt thực sau đây: Bước 1: Tải hai gói cài đặt Download ns-allinone-2.26.tar.gz Download nrlsensorsim-2.26.tgz Bước 2: Giải nén hai file vừa tải về, dùng cách sau: Extract file Bật sổ Terminal thực nhập lệnh sau: $ tar -xzvf ns-allinone-2.26.tar.gz tar -xzvf ns-nrlsensorsim-2.26.tgz 52 Bước 3: Tải gói vá ns226.patch ns226nrl226.patch sau coppy gói ns226nrl226.patch vào thư mục ns-nrlsensorsim vừa giải nén Tương tự coppy gói ns226.patch vào thư mục ns-allinone-2.26 vừa giải nén Thực vá vá cho gói nrlsensorsim lệnh thực thi sau: Cd / home / anhhanh / opt / nrlsensorsim-2.26 / patch -p1 -t < ns226nrl226.patch Cd / home / anhhanh / opt / nrlsensorsim-2.26 / /patch_script.sh Thực vá vá cho gói nrlsensorsim lệnh thực thi sau: Cd / home / anhhanh / opt / ns-allinone-2.26 / patch -p1 -t < ns226.patch Thực cài đặt gói na-allinone-2.26 lệnh sau: Cd / home / anhhanh / opt / nrlsensorsim-2.26/ $ /install $ cd ns-allinone-2.29 Thực lệnh với $ sudo apt-get install libx11-dev libxmu-dev libxmu-headers libxt-dev libtool g++-4.1 $ sudo apt-get install build-essential autoconf automake libxmu-dev Trong trình cài đặt bạn thư mục tạo hiển thị sổ Terminal sau : Ns-allinone package has been installed successfully Here are the installation places: tcl8.3.2:/home/anhhanh/ns-allinone-2.26/{bin,include,lib} tk8.3.2: /home/anhhanh/ns-allinone-2.26/{bin,include,lib} otcl: /home/anhhanh/ns-allinone-2.26/otcl-1.0a8 tclcl: /home/anhhanh/ns-allinone-2.26/tclcl-1.0b13 ns: /home/anhhanh/ns-allinone-2.26/ns-2.26/ns nam:/home/anhhanh/ns-allinone-2.26/nam-1.9/nam xgraph: /home/anhhanh/ns-allinone-2.26/xgraph-12.1 gt-itm:/home/anhhanh/ns-allinone-2.26/itm, edriver, sgb2alt, sgb2ns, sgb2comns, sgb2hierns Ta thực công việc sau: Please put /home/anhhanh/ns-allinone-2.26/bin:/home/anhhanh/ns-allinone2.26/tcl8.3.2/unix:/home/anhhanh/ns-allinone-2.26/tk8.3.2/unix into your PATH environment; so that you’ll be able to run itm/tclsh/wish/xgraph 53 Thiết lập biến môi trường đường dẫn “IMPORTANT NOTICES”: (1) You MUST put /home/anhhanh/ns-allinone-2.26/otcl-1.0a8, /home/anhhanh/ns-allinone-2.26/lib, into your LD_LIBRARY_PATH environment variable If it complains about X libraries, add path to your X libraries into LD_LIBRARY_PATH If you are using csh, you can set it like: setenv LD_LIBRARY_PATH If you are using sh, you can set it like: export LD_LIBRARY_PATH= (2) You MUST put /home/anhhanh/ns-allinone-2.26/tcl8.3.2/library into your TCL_LIBRARY environmental variable Otherwise ns/nam will complain during startup (3) [OPTIONAL] To save disk space, you can now delete directories tcl8.3.2 and tk8.3.2 They are now installed under /home/anhhanh/ns-allinone-2.26/ {bin,include,lib} After these steps, you can now run the ns validation suite with cd ns-2.26; /validate For trouble shooting, please first read ns problems page http://www.isi.edu/nsnam/ns/ns-problems.html Also search the ns mailing list archive for related posts [root@localhost ns-allinone-2.26] Bước 5: Bước cuối “ Thiết lập đường dẫn cho gói cài đặt” sử dụng lệnh sau cửa sổ Terminal : cd /etc lệnh gedit ~/.bashrc Thêm đường dẫn theo hướng dẫn đây, công việc chất ta định địa cho thư mục làm việc file thực thi chương trình mô Source global definitions if [ -f /etc/bashrc ]; then /etc/bashrc fi 54 LD_LIBRARY_PATH OTCL_LIB=/home/anhhanh/ns-allinone-2.26/otcl-1.0a8 NS2_LIB=/home/anhhanh/ns-allinone-2.26/lib USR_LOCAL_LIB=/usr/local/lib export LD_LIBRARY_PATH=$LD_LIBRARY_PATH:$OTCL_LIB:$NS2_LIB: $USR_LOCAL_LIB TCL_LIBRARY TCL_LIB=/home/anhhanh/ns-allinone-2.26/tcl8.3.2/library USR_LIB=/usr/lib export TCL_LIBRARY=$TCL_LIB:$USR_LIB PATH XGRAPH=/home/anhhanh/ns-allinone-2.26/bin:/home/anhhanh/ns-allinone2.26/tcl8.3.2/unix:/home/anhhanh/ns-allinone-2.26/tk8.3.2/unix NS=/home/anhhanh/ns-allinone-2.26/ns-2.26/ NAM=/home/anhhanh/ns-allinone-2.26/nam-1.9/ PATH=$PATH:$XGRAPH:$NS:$NAM Cuối ta lưu lại thoát thực lệnh NS sổ Terminal kết hiển thị là: % tức trình cài đặt thành công 3.3.3 Thang lượng cấu hình cho mạng Trong mô hình mô triển khai theo mô hình đám mây với node di chuyển tọa độ xác định, thang lượng sử dụng cấu hình cho node quy định sau: - rx Power 17 175mW tiêu thụ cho việc nhân gói kích thước - tx Power 17 175mW tiêu thụ cho việc phát gói kích thước - Sensor Power 000 00175 1.75^W tiêu thụ nhận gói quảng bá cho nút Phenom - Inctial Energy 0.5 tổng lượng dự trữ 0.5J (hay 0.5 W/s) Tham số mô Giá trị 55 Giao thức định tuyến Số node tham gia mô Diện tích mô Thời gian mô Tốc độ di chuyển node Dạng truyền thông Thời gian dừng Vị trí node AODV 27 451 x 451 20.0 "stop" 0s CBR Cố định Bảng 3.1 Mô tả hệ thống thiết kế 3.3.4 Chương trình viết sau: Khai báo thư viện biến môi trường: set val(chan) Channel/WirelessChannel ; set val(prop) Propagation/TwoRayGround; set val(netif) Phy/WirelessPhy; set val(mac) Mac/802_11; set val(ifq) Queue/DropTail/PriQueue; set val(ll) LL; set val(ant) Antenna/OmniAntenna; set val(ifqlen) 50; set val(nn) 26; set val(rp) AODV; set val(x) 451; set val(y) 451; set val(engmodel) EnergyModel set val(txPower) 0.175 ; set val(rxPower) 0.175; set val(sensePower) 0.00000175; set val(idlePower) 0.0; set val(initeng) 0.5; Thiết lập chương trình node tọa độ nó: $node_(0) set X_ 50.0 $node_(0) set Y_ 50.0 $node_(1) set X_ 1.0 56 $node_(1) set Y_ 1.0 $node_(2) set X_ 1.0 …………………………………………………… Tọa độ node phạm vi mà node di chuyển vùng khảo sát đó, giới hạn hoạt động mạng 3.3.5 Phân tích kết khảo sát Chúng ta tiến hành khảo sát truy xuất kết thực file.tr thực lệnh sổ Terminal Tính tiêu hao nượng lệnh sau: $ cat file.tr I grep "_|_" I awk ' { printf ("%c\t%f\t%s\t%s\t%s\t%f\n", $1, $2, $3, $4, $7, $14)} ' >NLnode.txt Tính lượng cần để gửi liệu node lệnh sau: $ cat NLnode.txt awk ' { dif = old2-$2 ; if (dif>0) printf ("%c\t%f\t%f\n", $1, $2, dif)} ' >NLsh.txt Tính tốc độ giảm lượng: Tốc độ giảm lượng = Tổng lượng tiêu tốn/ thời gian khảo sát 3.3.6 Kết thu Kết trình truy xuất “ Giả sử khảo sát node 1” sau: Tính tiêu hao nượng lệnh sau: $ cat file.tr I grep "_|_" I awk ' { printf ("%c\t%f\t%s\t%s\t%s\t%f\n", $1, $2, $3, $4, $7, $14)} ' >NLnode.txt Ta nhận file tạo với tên NLnode.txt sau việc thực lệnh trên, kết cụ thể tạo sau: Sự kiện r r Thời gian 0.000531 0.090815 Số tt node _1_ _1_ Mức trace MAC MAC 57 Kiểu gói PHENOM PHENOM Năng lượng lại 0.500000 0.500000 r r r r r r r r r r s r s r r r r s r r r r s r 0.181576 0.274765 0.371434 0.462776 0.554014 0.645642 0.739349 0.834496 0.932756 1.025269 1.025294 1.025294 1.025294 1.027420 1.027445 1.028410 1.028435 1.029232 1.035203 1.035228 1.036073 1.036098 1.036579 1.036983 _1_ _1_ _1_ _1_ _1_ _1_ _1_ _1_ _1_ _1_ _1_ _1_ _1_ _1_ _1_ _1_ _1_ _1_ _1_ _1_ _1_ _1_ _1_ _1_ MAC MAC MAC MAC MAC MAC MAC MAC MAC MAC AGT RTR RTR MAC RTR MAC RTR RTR MAC RTR MAC RTR RTR MAC PHENOM PHENOM PHENOM PHENOM PHENOM PHENOM PHENOM PHENOM PHENOM PHENOM udp udp AODV AODV AODV AODV AODV AODV AODV AODV AODV AODV AODV AODV 0.500000 0.500000 0.500000 0.500000 0.500000 0.500000 0.500000 0.500000 0.500000 0.500000 0.500000 0.500000 0.500000 0.499720 0.499720 0.499580 0.499580 0.499440 0.498600 0.498600 0.498460 0.498460 0.498320 0.498320 Bảng 3.1 Kết truy xuất node Tính lượng cần để gửi liệu node lệnh sau: $cat NLnode.txt awk'{ dif=old2-$2; if(dif>0)printf ("%c\t%f\t%f\n", $1, $2, dif)} ' >NLsh.txt Ta nhận file tạo với tên NLsh.txt sau việc thực lệnh trên, kết cụ thể tạo sau: Sự kiện Thời gian Kiểu gói r r D r r r r r r 1.077506 1.079347 1.105864 1.123311 1.218885 1.278229 1.316936 2.074491 2.173186 AODV AODV AODV PHENOM PHENOM ARP PHENOM PHENOM PHENOM 58 Năng lượng suy hao 0.000280 0.000280 0.003273 0.002272 0.006101 0.006448 0.003086 0.005813 0.000711 r 3.001035 AODV 0.000140 Bảng 3.2 Truy xuất mức lượng suy hao Thực lọc kết với tất node ta bảng cho biết thông tin việc node cảm biến bảng Sự suy hao lượng node cảm biến không dây: Số thứ Năng lượng Năng lượng Tổn hao Năng lượng Tổng tự nút nhân liêu gửi liêu lượng cảm biến lượng tiêu gói tốn 0.0193 0.0462 0.0035 0.0938 0.1628 0.0653 0.0334 0.0153 0.113 0.2269 0.0569 0.0557 0.0024 0.1133 0.2284 0.1607 0.0231 0.0047 0.0263 0.2148 0.1396 0.0231 0.0004 0.0196 0.1826 0.0384 0.0468 0.0013 0.1087 0.1953 0.1091 0.0405 0.0183 0.0745 0.2424 0.1306 0.0213 0.0105 0.0714 0.2337 0.0749 0.028 0.0139 0.1176 0.2344 10 0.1539 0.024 0.0057 0.0388 0.2225 11 0.0475 0.0331 0.0004 0.1523 0.2332 12 0.1376 0.0349 0.0228 0.0494 0.2447 13 0.0744 0.0373 0.0056 0.1192 0.2364 14 0.1898 0.0288 0.0103 0.0173 0.2462 15 0.1646 0.0105 0.006 0.0412 0.2223 16 0.2177 0.0071 0.006 0.2308 17 0.2011 0.0317 0.0103 0.0155 0.2585 18 0.133 0.0206 0.0108 0.0334 0.1978 19 0.2154 0.0195 0.0165 0.009 0.2603 20 0.221 0.0221 0.0055 0.0004 0.2489 21 0.1934 0.0221 0 0.2154 22 0.1633 0.0038 0.0016 0.2432 23 0.2193 0.0284 0.0023 0.0025 0.2525 24 0.1469 0.0202 0.0024 0.0216 0.1911 25 0.0409 0.0035 0.0027 0.0471 Bảng 3.3 Sự huy hao lượng node cảm biến Với hoạt động node cảm biến mạng cảm biến có tác động nhiều hay đến mát lượng Ta thấy với mạng cố định lượng cho việc nhân liệu chiếm tỉ lệ lớn nhất, tiếp đến lượng cho việc cảm biến liệu lượng cho việc gửi liệu chiếm tỉ lệ thấp 59 3.4 Mô tả đánh giá kết Dựa vào ứng dụng excell em xin mô tả đánh giá kết mô nhận được, xuất từ file trace.tr mô Hình Đồ thị suy hao lượng node Dựa vào đồ thị hình 3.6 thấy rõ lượng cảm biến suy hao nhiều tùy theo hoạt động mạng Với mạng cảm biến mô thực lượng cho việc nhận liệu chiếm tỉ lệ lớn nhất, tiếp đến lượng cho việc gửi liệu lượng cho phục vụ cho hoạt động cảm biến tốn vị chí thứ cuối lượng cho việc điều chỉnh trình gói tin chiếm tỉ lệ thấp Cũng từ bảng số liệu đánh giá hoạt động mạng cảm biến tương ứng với mức suy hao trung bình lượng Sau em xin đánh giá qua bốn hoạt động mạng: lượng tiêu tốn nhận liệu, lượng tiêu tốn trình gửi chuyển tiếp liệu, lượng để trì hoạt động cảm biến cuối lượng việc xử lý việc mát liệu 3.4.1 Năng lượng tiêu tốn trình nhận liệu 60 Hình Đồ thị tốc độ giảm lượng mạng nhận liệu Trên hình 3.7 đồ thị mô tả tốc độ giảm lượng trung bình node mạng cảm biến không dây (WSN) Trong trình truyền liệu từ nút cảm biến tiếp nhận nút sink (về trạm điều khiển) phải thông qua loạt nút chuyển tiếp Trong trình nhận liệu để chuyển tiếp (có thể nhận dự liệu trực tiếp cần truyền nhận tín hiểu quảng bá) nút tốn phần lượng định Trong mạng cảm biến trình tiêu tốn nhiều lượng Trong hệ thống mô nút nút giả lập liệu đầu vào (C0 2) nút nhận liệu ban đầu theo mô hình nút 1, 2, 6, (các nút hàng xóm gần tiếp nhận tín hiệu nhận nút 0) khởi phát trình định tuyến truyền liệu nút sink Nhìn vào đồ thị ta thấy nút gần nút giả lập nút sink tiêu tốn lượng nhất, nguyên nhân đơn giản nút trực tiếp nhận tín hiệu cảm biến chuyển theo hướng xác định Mặt khác nút trung gian phải trải qua nhiều trình nhận tín hiệu quảng bá xác định hướng chuyền hợp lý nên tốn nhiều lượng hoạt động 3.4.2 Năng lượng tiêu tốn trình gửi liệu Hình Đồ thị tốc độ giảm lượng mạng nhận gửi liệu Sau nhận thông tin định tuyến, xây dựng đường truyền hiệu để truyền gói tin, trình gửi liệu thực thi (việc gửi liệu bao gồm việc truyền gói tin quảng bá) Gửi liệu trình truyền tin thiết bị truyền gởi bit liệu lên kênh truyền để lan truyền sang thiết bị nhận liệu truyền Cũng trình nhận liệu, việc gửi liệu tiêu tốn mức lượng lớn, theo khảo sát gửi liệu tiêu tốn lượng tốn thứ node mạng cảm biến sau trình nhận liệu Với mức lượng tiêu tốn việc gửi liệu ta thấy rằng, lượng gửi liệu tốn nhiều với node xa trạm nơi mà liệu cần thu thập, cụ thể ta thấy đồ thị hình trên, nút xa trạm cần tốn với mức lượng nói chung nhiều Cụ thể node tốn nhiều lượng rõ ràng thấy node 25 cần tốn lượng cho việc gửi liệu 61 3.4.3 Năng lượng tiêu tốn trình hoạt động nút mạng Hình 3.9 Đồ thị thể tốc độc giảm lượng hoạt động xử lý nút mạng Trên hình 3.9 đồ thị mô tả mức độ suy giảm lượng thân nút mạng thời gian hoạt động Việc tiêu tốn lượng cho xử lý với node tọa độ khác khác nhau, phụ thuộc vào vị trí khoảng cách node so với trạm điều khiển Dễ để nhận thấy nút xa tiêu tốn nhiều lượng hơn, nguyên nhân chúng phải xử lý nhiều cho trình cảm nhận truyền liệu Các nút gần, gần trạm điều khiển lượng tiêu tốn việc xử lý trình 3.4.4 Năng lượng tiêu tốn gói tin bị Hình 3.10 Năng lượng tiêu tốn trình hoạt động nút mạng gói tin bị Trong trình truyền nhận việc truyền gói tin lúc truyền thành công Các gói tin thường bị nhiều nguyên nhân, tràn số biến đổi dị thường chế… Trong mạng cảm biến vậy, việc bảo toàn khó trình truyền gói tin bị bị hao hụt điều sảy thường xuyên Điều dễ mà lúc em chạy file mô với gói tin bị rơi khỏi đường truyền Trên nút mạng có liên kết đặc trưng, sảy việc gói tin bị Các nút phải có động thái xử lý công việc này, yêu cầu truyền lại Công việc góp phần tiêu tốn lượng cảm biến Hình 3.10 mô ta mát lượng trình xử lý 3.4.5 Tổng lượng tiêu tốn nút Hình 3.11 Tổng lượng tiêu tốn nút 62 Xét cách tổng quát tiêu tốn lượng mạng cảm biến với nút trình hoạt động hình 3.11 Với nút trung gian tiêu tốn nhiều lượng nhiều trình xử lý phải thực nhiều nhiệm vụ yêu cầu nhiều hơn, dẫn đến suy hao nhiều lượng Còn nút gần trạm công việc xử lý nên lượng tiêu tốn Đối với mạng cảm biến việc cung cấp lượng bảo trì khó khăn, việc thay nguồn lượng lại khó khăn Vậy thời gian sống mạng phụ thuộc nhiều vào nguồn lượng việc suy hao lượng nút Mục đích mô đánh giá mức độ suy hao lượng vị trí phạm vi mạng cảm biến cụ thể, qua để thiết kế mạng cách phù hợp Tránh trường hợp mạng cảm biến nút đầu cuối lượng nhiều nút trung gian cạn kiệt trình truyền liệu nhận khó khăn Khi mạng khả hoạt động tốt, tính khả thi 63 KẾT LUẬN Trong tương lai mạng sensor hoàn toàn áp dụng nước ta, việc nghiên cứu tìm hiểu vấn đề liên quan tới mạng cần thiết Ai biết tầm quan trọng mạng cảm biến không dây thiếu Các mạng Sensor với giá thành thấp, có khả triển khai nhiều điều kiên địa lý khí hậu phức tạp, đặc biệt khả xử lý công tác chịu hư hỏng cố đem lại cách mạng lĩnh vực cảm biến thu thập thông tin Điều mạng lại nhiều lợi ích thiết thực cho cuôc sống, cho sản xuất cho khoa học Trong tương lai, mạng Sensor phương tiện cần thiết thông dụng máy tính cá nhân điện thoại di động Kết thu đồ án: - Khái quát tổng quan mạng cảm biến không dây tầm quan trọng - Sự quan trọng vấn đề lượng mạng cảm biến không dây - Những ý kiến quý giá thu việc tìm tòi sử dụng gói mô ns-2 - Tiến hành mô thu kết đánh giá Khả mở rộng: Hiện mạng sensor triển khai rộng, nhiên chúng tiếp tục nghiên cứu Do việc nắm bắt công nghệ giải pháp phát triển mạng cần thiết 64 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Đinh Văn Dũng , Sensor Network Intallation Guide, Viện khoa học kỹ thuật bưu điên [2] Edgar H Callaway, Wireless Sensor Network — Architectures and Protocol, Nhà suất CRC [3] Q.Hao, D.J.Holding, Y.Peng, K.J.Blow (Aston university), "Energy Efficiency, Design Challenge in Sensor Network: A survey" [4] Kavin Fall, Kannan Varadhan “The ns Manual” The VINT Project, A Collaboration between researchers at UC Berkeley, LBL, USC/ISI, and Xerox PARC December 13, 2003 [5] The MIT uAMPS ns Code Extensions Version 1.0 – Massachusetts Institute of Technology – Cambridge MA 02139 [6] Application Specific Protocol Architectures for Wireless Networks by Wendi Beth Heinzelman [7] http://www.isi.edu/nsnam/ns/ [8] http://nrlsensorsim.pf.itd.nrl.navy.mil/ 65