GIAO THỨC TRUY CẬP ĐA KÊNH KIỂM SOÁT NĂNG LƯỢNG CHO MẠNG ADHOC (có code)

GIAO THỨC TRUY CẬP ĐA KÊNH KIỂM SOÁT NĂNG LƯỢNG CHO MẠNG ADHOC (có code) GIAO THỨC TRUY CẬP ĐA KÊNH KIỂM SOÁT NĂNG LƯỢNG CHO MẠNG ADHOC (có code) GIAO THỨC TRUY CẬP ĐA KÊNH KIỂM SOÁT NĂNG LƯỢNG CHO MẠNG ADHOC (có code) GIAO THỨC TRUY CẬP ĐA KÊNH KIỂM SOÁT NĂNG LƯỢNG CHO MẠNG ADHOC (có code) GIAO THỨC TRUY CẬP ĐA KÊNH KIỂM SOÁT NĂNG LƯỢNG CHO MẠNG ADHOC (có code)

GIAO THỨC TRUY CẬP ĐA KÊNH KIỂM SOÁT NĂNG LƯỢNG CHO MẠNG ADHOC MỤC LỤC DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VII DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU .IX DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT X CHƯƠNG GIỚI THIỆU CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ MẠNG ADHOC 1.1 GIỚI THIỆU 1.2 ỨNG DỤNG 1.3 VẤN ĐỀ CHUNG TRONG MẠNG DI ĐỘNG ADHOC .6 CHƯƠNG TIÊU CHUẨN TRONG GIAO THỨC 802.11 2.1 TIÊU CHUẨN 802.11 DCF 2.1.1 Giới thiệu 2.1.2 Cảm nhận sóng mang 802.11 10 2.1.3 Vectơ phân bổ mạng (NAV) 802.11 11 2.1.4 Binary Exponnential Backoff (BEB) .11 2.1.5 Vấn đề thiết bị đầu cuối 802.11 12 2.2 TIÊU CHUẨN 802.11 PSM .13 2.2.1 Giới thiệu 13 2.2.2 Cơ chế thiết kiệm lượng 14 2.2.3 Cơ chế tiết kiệm lượng bất đồng .17 CHƯƠNG GIAO THỨC MMAC POWER CONTROL 20 3.1 GIỚI THIỆU 20 3.2 GIAO THỨC ĐỀ XUẤT MMAC-PC 22 3.2.1 Cửa sổ ATIM 22 3.2.2 Điều khiển công suất .22 3.2.3 Danh sách sử dụng kênh thông tin kênh lân cận .24 3.2.4 Nguyên tắc tạo danh sách kênh ưu tiên 25 3.2.5 Hoạt động giao thức MMAC-PC .26 CHƯƠNG KẾT QUẢ MÔ PHỎNG 28 4.1 LƯU ĐỒ GIẢI THUẬT .28 4.1.1 Chuẩn IEEE 802.11 28 4.1.2 Giao thức MMAC-PC .30 4.1.3 Quá trình chọn kênh tốt 32 4.2 MƠ HÌNH MƠ PHỎNG 34 4.3 KẾT QUẢ MÔ PHỎNG .35 4.3.1 Hệ số truyền gói tin PDR 35 4.3.2 Thông lượng 38 4.3.3 Độ trễ trung bình 41 CHƯƠNG KẾT LUẬN 44 5.1 KẾT LUẬN .44 5.2 ỨNG DỤNG 44 5.3 HƯỚNG PHÁT TRIỂN .44 TÀI LIỆU THAM KHẢO 46 PHỤ LỤC 47 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ HÌNH 1-1: MẠNG ADHOC [1] HÌNH 2-1: HOẠT ĐỘNG CỦA TIÊU CHUẨN DCF [2] .8 HÌNH 2-2: KHUNG THỜI GIAN IFS [2] HÌNH 2-3: VẤN ĐỀ ĐẦU CUỐI ẨN [3] 12 HÌNH 2-4: VẤN ĐỀ ĐẦU CUỐI HIỆN [3] 13 HÌNH 2-5: CƠ CHẾ TIẾT KIỆM NĂNG LƯỢNG PSM [4] .15 HÌNH 2-6: THIẾT KẾ ĐÁNH THỨC NGẪU NHIÊN CỦA PSM [4] .17 HÌNH 3-1: VẤN ĐỀ ĐẦU CUỐI ẨN ĐA KÊNH [3] 21 HÌNH 3-2: TÍNH CÔNG SUẤT TRUYỀN [5] 23 HÌNH 3-3: BẢNG CUL VÀ NIL CỦA MỘT NODE [5] 24 HÌNH 3-4: THUẬT TOÁN TẠO DANH SÁCH PCL [5] 25 HÌNH 3-5: THUẬT TỐN CHỌN KÊNH TRUYỀN TỐT NHẤT [5] .25 HÌNH 3-6: HOẠT ĐỘNG CỦA GIAO THỨC MMAC – PC [5] .26 HÌNH 4-1: LƯU ĐỒ GIẢI THUẬT CHUẨN IEEE 802.11 28 HÌNH 4-2: LƯU ĐỒ GIẢI THUẬT CHUẨN MMAC-PC 30 HÌNH 4-3: LƯU ĐỒ GIẢI THUẬT QUÁ TRÌNH CHỌN KÊNH TỐT NHẤT 32 HÌNH 4-4: PDR KHI NODE THAY ĐỔI .35 HÌNH 4-5: PDR 20 NODE KHI PACKET RATE THAY ĐỔI 36 HÌNH 4-6: PDR 50 NODE KHI PACKET RATE THAY ĐỔI 37 HÌNH 4-7: THÔNG LƯỢNG KHI NODE THAY ĐỔI .38 HÌNH 4-8: THƠNG LƯỢNG 20 NODE KHI PACKET RATE THAY ĐỔI 39 HÌNH 4-9: THƠNG LƯỢNG 50 NODE KHI PACKET RATE THAY ĐỔI 40 HÌNH 4-10: ĐỘ TRỄ TRUNG BÌNH KHI NODE THAY ĐỔI 41 HÌNH 4-11: ĐỘ TRỄ 20 NODE KHI PACKET RATE THAY ĐỔI 42 HÌNH 4-12: ĐỘ TRỄ 50 NODE KHI PACKET RATE THAY ĐỔI 43 DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU BẢNG 1-1: SO SÁNH MẠNG TẾ BÀO VÀ MẠNG ADHOC [1] BẢNG 4-1: THÔNG SỐ MÔ PHỎNG CHÍNH [5] 34 Trang 1/55 CHƯƠNG GIỚI THIỆU Trong năm gần với phát triển công nghệ mạng nhu cầu cần thiết sống, mạng di động không dây adhoc quan tâm trở thành hướng phát triển cho tương lai Mạng adhoc hoạt động dựa tập hợp node di động không dây mà không cần sở hạ tầng thiết lập sẵn Sự độc lập khiến mạng adhoc có ứng dụng thực tiễn khu vực hoạt động khơng có sở hạ tầng Sử dụng hiệu tài nguyên mạng quan trọng để trì chất lượng yêu cầu dịch vụ kéo dài tuổi thọ mạng Việc sử dụng tài nguyên băng thông lượng phụ thuộc vào số điều kiện kích thước mạng, mật độ node, phân bố tải Những điều kiện khơng thể kiểm sốt thường thay đổi suốt trình hoạt động mạng Để sử dụng có hiệu tài nguyên, giao thức xác định hành vi mạng nên tự động thích ứng với điều kiện thay đổi Để trì chất lượng hoạt động, mạng phải thiết để đảm bảo tiêu chí như: tính cơng truyền tải liệu cho node tham gia mạng; băng thông mạng phải sử dụng hiệu quả, cân để khơng bị lãng phí hiệu suất mạng cao với thời gian trễ việc truyền tải thấp Một đặc điểm thiết bị mạng không dây lượng pin sử dụng hữu hạn, giới hạn thời gian hoạt động Vì vậy, có nhu cầu cần thiết chế tiết kiệm lượng, kéo dài thời gian sử dụng pin Dung lượng pin hạn chế tài nguyên băng thông hữu hạn ràng buộc quan trọng thiết kế mạng adhoc Vì vậy, hầu hết nghiên cứu mạng adhoc tập trung vào thuật toán làm giảm tiêu hao lượng tăng hiệu sử dụng băng thông Cũng tương tự hệ thống mạng đơn kênh, hệ thống mạng đa kênh gặp phải toán lượng Cơ chế tiết kiệm lượng PSM dựa việc cấp nguồn cho node không dây khơng có hoạt động truyền tải sử dụng phương pháp giải vấn đề lượng Giao Thức Truy Cập Đa Kênh Kiểm Sốt Năng Lượng Cho Mạng Adhoc Trang 2/55 Mục đích đề tài nghiên cứu cách xây dựng giao thức điều khiển đa kênh với khả tối ưu lượng sử dụng mạng cách hiệu nhất, từ tăng thời gian hoạt động thiết bị mạng Kết hợp giao thức MAC đa kênh chế tiết kiệm lượng PSM để cải thiện hiệu suất cho mạng: tăng tổng thông lượng ra, giảm thiểu độ trễ trung bình tăng hệ số truyền thành công Đồ án phân bố thành chương:      Chương 1: Tổng quan mạng adhoc Chương 2: Giới thiệu tiêu chuẩn giao thức 802.11 Chương 3: Giao thức MMAC – Power Control Chương 4: Kết mô Chương 5: Kết luận CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ MẠNG ADHOC 1.1 Giới thiệu Giao Thức Truy Cập Đa Kênh Kiểm Soát Năng Lượng Cho Mạng Adhoc Trang 3/55 Mạng adhoc tập hợp node di động không dây (hoặc định tuyến) thành lập mạng lưới tạm thời mà không cần sử dụng sở hạ tầng mạng có quản lý tập trung Các định tuyến tự di chuyển ngẫu nhiên tự tổ chức tùy ý; đó, cấu trúc khơng dây mạng thay đổi nhanh chóng khơng thể đốn trước Một mạng lưới hoạt động độc lập kết nối với internet Hình 1-1 Multihop, tính di động, kích thước mạng lớn kết hợp với không đồng thiết bị, băng thông hạn chế lượng làm cho việc thiết kế giao thức định tuyến phù hợp thách thức lớn Một số hình thức giao thức định tuyến nói chung cần thiết kênh truyền vậy, hai máy chủ muốn trao đổi gói liệu khơng giao tiếp trực tiếp với Hình 1-1: Mạng adhoc [1] Mạng adhoc yếu tố quan trọng trình phát triển truyền thông không dây Một mạng tự tổ chức thiết bị di động sử dụng trường hợp cứu trợ thiên tai, hội thảo vùng chiến trường Các mạng kế thừa vấn đề truyền thống truyền thông không dây di động, chẳng hạn Giao Thức Truy Cập Đa Kênh Kiểm Soát Năng Lượng Cho Mạng Adhoc Trang 4/55 tối ưu hóa băng thơng, điều khiển cơng suất, nâng cao truyền dẫn chất lượng Ngoài ra, chất tự nhiên multihop thiếu hụt sở hạ tầng cố định đưa vấn đề nghiên cứu cấu hình mạng, khám phá thiết bị bảo trì liên kết cấu trúc mạng, địa adhoc tự định tuyến Sự khác mạng tế bào mạng adhoc thể qua Bảng 1-1 Bảng 1-1: So sánh mạng tế bào mạng adhoc [1] Mạng tế bào Mạng không dây adhoc Mạng cần sở hạ tầng Mạng không cần sở hạ tầng Cố định, vùng phủ sóng trạm gốc định sẵn Khơng cần trạm gốc, khai nhanh chóng Kênh truyền tương đối ổn định Kênh truyền khó khăn (nhiễu, suy hao) kết nối ổn định kết nối không ổn định Được kế hoạch chi tiết trước Mạng tự động thiết lập tương thích với trạm gốc lắp đặt thay đổi Chi phí thiết lập cao Hiệu chi phí Thời gian lắp đặt lớn Thời gian lắp đặt thấp Cấu hình mạng tĩnh Cấu hình mạng linh động cao với multihop 1.2 Ứng dụng Mạng di động adhoc MANET hệ thống truyền thơng tự định cấu hình sử dụng node nguồn truyền mà định tuyến Các node MANET thường thiết bị chạy pin với phạm vi hoạt động hạn chế, sử dụng sóng vô tuyến bán song công để truyền thông MANET dễ dàng thiết lập Giao Thức Truy Cập Đa Kênh Kiểm Sốt Năng Lượng Cho Mạng Adhoc Trang 37/55 Hình 4-7: Thơng lượng node thay đổi Hình 4-7 cho thấy thơng lượng tính tốn chuẩn IEEE 802.11 giao thức MMAC-PC Theo kết đạt thông lượng giao thức MMAC-PC cao nhiều so với chuẩn IEEE 802.11 Điều thể giao thức MMAC-PC truyền nhiều gói tin thành cơng trung bình theo thời gian chuẩn IEEE 802.11 Giao Thức Truy Cập Đa Kênh Kiểm Soát Năng Lượng Cho Mạng Adhoc Trang 38/55 Hình 4-8: Thơng lượng 20 node packet rate thay đổi Thông lượng giao thức MMAC-PC cao nhiều so với chuẩn IEEE 802.11 với packet rate thay đổi cố định 20 node Hình 4-8 Chuẩn IEEE 802.11 có thơng lượng đồng suốt q trình mơ phỏng, giao thức MMAC-PC thấp packet rate thấp tăng lên packet rate tăng, nhiên đến packet rate khoảng 1000 thơng lượng MMAC-PC đạt giá trị gần bảo hòa Giao Thức Truy Cập Đa Kênh Kiểm Sốt Năng Lượng Cho Mạng Adhoc Trang 39/55 Hình 4-9: Thơng lượng 50 node packet rate thay đổi Tương tự đồ thị cố định 20 node, Hình 4-9 thể thông lượng giao thức MMAC-PC so với IEEE 802.11 với 50 node Kết đạt tương tự kết 20 node nhiên thông lượng giao thức MMAC-PC có thay đổi khơng đồng packet rate thay đổi 4.3.3 Độ trễ trung bình Giao Thức Truy Cập Đa Kênh Kiểm Soát Năng Lượng Cho Mạng Adhoc Trang 40/55 Hình 4-10: Độ trễ trung bình node thay đổi Độ trễ trung bình chuẩn IEEE 802.11 so với giao thức MMAC-PC thể qua Hình 4-10 Dựa vào kết đồ thị giao thức MMAC-PC có độ trễ trung bình thấp đáng kể so với chuẩn IEEE 802.11, với MMAC-PC khoảng 1.3 us, 7.4 us chuẩn IEEE 802.11 Cà hai có độ trễ thấp vị trí mười node, sau giá trị tăng lên node tham gia vào mạng tăng lên Giao Thức Truy Cập Đa Kênh Kiểm Soát Năng Lượng Cho Mạng Adhoc Trang 41/55 Hình 4-11: Độ trễ 20 node packet rate thay đổi Độ trễ trung bình hai chuẩn với 20 node thể qua Hình 4-11 Theo kết đạt độ trễ trung bình tăng packet rate tăng Sau khoảng packet rate 2000 giá trị thay đổi khơng đáng kể Giao Thức Truy Cập Đa Kênh Kiểm Soát Năng Lượng Cho Mạng Adhoc Trang 42/55 Hình 4-12: Độ trễ 50 node packet rate thay đổi Tương tự kết với 20 node, độ trễ trung bình mơ với 50 node tăng lên theo packet rate Hình 4-12 Sau khoảng packet rate 3000 độ trễ trung bình đạt giá trị gần bảo hòa CHƯƠNG KẾT LUẬN Giao Thức Truy Cập Đa Kênh Kiểm Soát Năng Lượng Cho Mạng Adhoc Trang 43/55 5.1 Kết luận Dựa kết mô tính tốn theo lý thuyết giao thức MMAC-PC có hiệu suất sử dụng mạng cao so với chuẩn IEEE 802.11, điều thể qua số PDR, độ trễ trung bình thơng lượng mạng Giao thức MMAC-PC tối ưu chuẩn IEEE 802.11 nhờ sử dụng thuật toán chọn kênh mạng đa kênh truyền, điều giúp giảm xung đột cải thiện thời gian chờ để truyền tải liệu Trong chuẩn IEEE 802.11 sử dụng đơn kênh nên liệu phải chờ để truyền Tuy nhiên, hiệu suất giao thức MMAC-PC bị giảm đáng kể số node sử dụng mạng tăng cao Mô không tránh khỏi sai số bao gồm toàn đặc điểm mạng MMAC-PC xác nhìn chung mô cho kết gần với kết mong đợi 5.2 Ứng dụng Giao thức MMAC-PC mơ để thực q trình truyền tải liệu nhằm mục đích áp dụng kiến thức lý thuyết vào mơ hình để hình dung giao thức hoạt động Từ mơ hình dùng để nghiên cứu ảnh hưởng yếu tố bên ngồi thuật tốn tính tốn bên cho kết gần giống với mơ hình thực tế Từ triển khai thành mơ hình thực tế để áp dụng thay mơ hình mạng lỗi thời, hiệu khác để cải thiện nhu cầu truyền thông cho khoa học cho đời sống ngày 5.3 Hướng phát triển Tuy giao thức MMAC-PC có phần vượt trội chuẩn IEEE 802.11 PDR, độ trễ trung bình thơng lượng, nhiên giá trị thay đổi theo số node diện mạng tăng cao Khi số lưu lượng node tăng lên đáng kể chất lượng mạng giảm xuống đáng kể Giao thức MMAC-PC phải trải qua q trình xung đột gói tin cửa sổ ATIM để đặt kênh truyền cho liệu, node khác phải chờ đến beacon tiếp theo, điều dẫn đến độ trễ trung bình gói tin tăng lên Nhưng thời điểm bảo hòa giao thức MMAC-PC có độ trễ trung bình thấp so với Giao Thức Truy Cập Đa Kênh Kiểm Soát Năng Lượng Cho Mạng Adhoc Trang 44/55 mạng khác, dù độ trễ trước điểm bảo hòa cải thiện mạng tốt Đây trở thành hướng phát triển cho hệ thống mạng sử dụng giao thức MMAC-PC PHỤ LỤC Code MatLab thực mô giao thức MMAC-PC  Khởi tạo giá tri số: Giao Thức Truy Cập Đa Kênh Kiểm Soát Năng Lượng Cho Mạng Adhoc Trang 45/55 function para (numNode, numChannel)%Khoi tao thong so numNode = numNode; numChannel=numChannel; retryLim = 7; CWmin = 16; CWmax = 1024; pktRate=1e6/500; basicRate = 1; dataRate = 2; timeSlot = 9; sifs = 16; difs = sifs+2*timeSlot; beaIntv=50000; atimWinIntv=5000; rtsLength = 20*8; dataLength = 2048*8; ackLength = 14*8; atimLength=27*8; atimAckLength=16*8; atimResLength=16*8; rtsTX = rtsLength/basicRate; dataTX = dataLength/dataRate; ackTX = ackLength/basicRate; atimTX = atimLength/basicRate; atimAckTX = atimAckLength/basicRate; atimResTX = atimResLength/basicRate; atimAckRes=atimTX+sifs+atimAckTX+sifs+atimResTX+sifs;%t truyen atim transDur = rtsTX + sifs+dataTX + sifs + ackTX;%t truyen du lieu Gt = 1; Gr = 1; ht = 1.5; hr =1.5; L = 1; PTx = 1.65; Pmax = 250e-3; PrCons = 1.4; PidleCons = 1.15; PdozeCons = 0.045; PrThres = 3.25e-10; Giao Thức Truy Cập Đa Kênh Kiểm Soát Năng Lượng Cho Mạng Adhoc Trang 46/55 Plv1 = 0.07935; Plv2 = 1.2695; Plv3 = 6.427; save parameter.mat;  Khởi tạo ma trận buffer truyền liệu: function init()%Khoi tao ma tran lien quan load parameter.mat; delay = []; save delay.mat delay; pcl = zeros (numNode, numChannel); save pcl.mat pcl; pkt=pktGen(numNode,5); nodeSTAT=zeros(numNode,7); %1.ThuLai/2.SoBackoff/3.SoCW/4.ThatBai/5.ThanhCong/6.TongPkt/7.NodeNhan / 8.ViTri nodeSTAT(:,3)=(CWmin-1); nil=zeros(numNode,4,numNode); %1.Kenh/ 2.CS/3.TrangThai/4.Nhieu cul=zeros(numChannel,1,numNode); nodeSTAT(:,8)=randperm(750,numNode)'; TSn=zeros(numNode,numNode); CSn=zeros(numNode,numNode); for i=1:numNode nodeSTAT(i,2)=(randi([0,nodeSTAT(i,3)])); nodeSTAT(i,7) = numNode-i+1; for j=1:numNode di=abs(nodeSTAT(j,8)-nodeSTAT(i,8)); pw=PrThres/((1.5^4)/di^4); if pw =0 totalCNTR(ch,1)=pcl(dest,ch)+pcl(transNode,ch); [~,bestCH]=min(totalCNTR); nodeSTAT(transNode,5)=nodeSTAT(transNode,5)+1; nodeSTAT(transNode,6)=nodeSTAT(transNode,6)+1; else nodeSTAT(transNode,5)=nodeSTAT(transNode,6)+1; end end for i=1:numNode if CSn(transNode,i)==1 nil(transNode,2,i) = bestCH; nil(transNode,1,i) = 1; cul(bestCH,1,i)=cul(bestCH,1,i)+1; end if CSn(dest,i)==1 nil(dest,2,i) = bestCH; nil(dest,1,i) = 1; cul(bestCH,1,i)=cul(bestCH,1,i)+1; end end timeStamp=timeStamp+atimAckRes+timeSlot; save nodeSTAT.mat nodeSTAT; save pcl.mat pcl; save cul.mat cul; save nil.mat nil; end  Tính tốn thơng số PDR, độ trễ trung bình thơng lượng: Giao Thức Truy Cập Đa Kênh Kiểm Soát Năng Lượng Cho Mạng Adhoc Trang 50/55 function [pdr, delayAvrg, thrput]=resultCal(simTime)%Tinh toan ket qua load nodeSTAT.mat nodeSTAT;load delay.mat delay;load parameter.mat; load result.mat result; pdr=100*sum(nodeSTAT(:,5))/sum(nodeSTAT(:,6)); delayAvrg=sum(delay)/sum(nodeSTAT(:,5)); thrput=(dataLength*sum(nodeSTAT(:,5)))/simTime; result = [result;numNode dataLength sum(nodeSTAT(:,5)) sum(nodeSTAT(:,6)) pdr delayAvrg thrput numChannel]; save result.mat result; xlswrite('result_mmacPC.xlsx',result);  Hàm cho giao thức MMAC-PC: function mmacPC(simTime)%Giao thuc chinh init(); load parameter.mat; load pkt.mat pkt; load delay.mat delay; if simTime