Nghiên cứu đánh giá giao thức thu thập dữ liệu cho mạng lưới đồng hồ nước thông minh

i ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ THÔNG TIN VÀ TRUYỀN THÔNG NGUYỄN THỊ LOAN NGHIÊN CỨU ĐÁNH GIÁ GIAO THỨC THU THẬP DỮ LIỆU CHO MẠNG LƯỚI ĐỒNG HỒ NƯỚC THÔNG MINH CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT VIỄN THÔNG Mã số: 8520208 LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT VIỄN THÔNG Người hướng dẫn khoa học: TS Vũ Chiến Thắng Thái Nguyên – 2019 Số hóa Trung tâm Học liệu Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn ii LỜI CAM ĐOAN Tên là: Nguyễn Thị Loan, học viên lớp cao học K16 – Kỹ thuật viễn thông – Trường đại học Công nghệ thông tin Truyền thông Thái Nguyên Tôi xin cam đoan đề tài “Nghiên cứu đánh giá giao thức thu thập liệu cho mạng lưới đồng hồ nước thông minh” Thầy giáo TS Vũ Chiến Thắng hướng dẫn, công trình nghiên cứu thân tơi thực hiện, dựa hướng dẫn Thầy giáo hướng dẫn khoa học tài liệu tham khảo trích dẫn Tôi xin chịu trách nhiệm với lời cam đoan Thái Nguyên, năm 2019 Học viên Nguyễn Thị Loan Số hóa Trung tâm Học liệu Cơng nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn iii LỜI CẢM ƠN Để hồn thành luận văn này, suốt q trình thực đề tài nghiên cứu, nhận quan tâm giúp đỡ của: Thầy giáo hướng dẫn trực tiếp TS Vũ Chiến Thắng, giúp đỡ tận tình phương hướng phương pháp nghiên cứu hồn thiện luận văn Các thầy, giáo khoa Công nghệ điện tử viễn thông, Trường đại học Công nghệ thông tin Truyền thông Thái Nguyên tạo điều kiện thời gian, địa điểm nghiên cứu, phương tiện vật chất cho tác giả Tôi xin bày tỏ lời cảm ơn chân thành đến tất giúp đỡ quý báu Thái Nguyên, năm 2019 Học viên Nguyễn Thị Loan Số hóa Trung tâm Học liệu Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn iv MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN i LỜI CẢM ƠN iii MỤC LỤC iv DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU x DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ xi MỞ ĐẦU xiii Chương TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THÔNG MINH PHỤC VỤ ĐO LƯỜNG TỰ ĐỘNG TẠI CÁC NHÀ MÁY NƯỚC 1.1 Tổng quan hệ thống đo lường tự động 1.2 Mơ hình ứng dụng hệ thống đo lường tự động cho nhà máy nước 1.2.1 Mơ hình tổng thể hệ thống 1.2.2 Hệ thống quản lý liệu thiết bị đo khách hàng 1.3 Đồng hồ nước thông minh 1.3.1 Tình hình triển khai đồng hồ nước thơng minh thị trường châu Á – Thái Bình Dương 1.3.2 Tình hình triển khai đồng hồ nước thơng minh thị trường Việt Nam 1.3.3 Đồng hồ nước thông minh theo chuẩn truyền thông Zigbee/IEEE 802.15.4 1.4 Lớp vật lý theo chuẩn truyền thông IEEE 802.15.4 10 1.5 Một số yêu cầu giao thức định tuyến thu thập liệu cho mạng lưới đồng hồ nước thông minh 12 1.6 Khảo sát số giao thức định tuyến thu thập liệu 14 1.6.1 Giao thức định tuyến Flooding 14 1.6.2 Giao thức định tuyến thông tin thông qua đàm phán (SPIN) 15 1.6.3 Giao thức phân cụm LEACH 18 1.7 Kết luận chương 18 Số hóa Trung tâm Học liệu Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn v Chương GIAO THỨC ĐỊNH TUYẾN THU THẬP DỮ LIỆU HIỆU QUẢ VỀ NĂNG LƯỢNG CHO MẠNG LƯỚI ĐỒNG HỒ NƯỚC THÔNG MINH 19 2.1 Giao thức định tuyến thu thập liệu CTP 19 2.1.1 Giới thiệu giao thức CTP 19 2.1.2 Thước đo định tuyến sử dụng giao thức CTP 20 2.1.3 Cấu trúc tin giao thức CTP 21 2.1.4 Các thành phần giao thức CTP 24 2.2 Giao thức định tuyến RPL 25 2.2.1 Một số thuật ngữ 25 2.2.2 Giới thiệu giao thức 28 2.2.3 Các tin điều khiển 29 2.2.4 Quá trình xây dựng DODAG 38 2.2.5 Quản lý định thời 39 2.3 Kết luận chương 40 Chương MÔ PHỎNG VÀ ĐÁNH GIÁ GIAO THỨC ĐỊNH TUYẾN THU THẬP DỮ LIỆU CHO MẠNG LƯỚI ĐỒNG HỒ NƯỚC THÔNG MINH 41 3.1 Hệ điều hành Contiki 41 3.1.1 Giới thiệu chung 41 3.1.2 Ngăn xếp truyền thông hệ điều hành Contiki 41 3.2 Thực thi giao thức CTP hệ điều hành Contiki 45 3.2.1 Các module truyền thông sử dụng giao thức CTP 45 3.2.2 Các thành phần giao thức CTP 47 3.2.3 Hoạt động giao thức CTP 48 3.3 Thực thi giao thức RPL hệ điều hành Contiki 52 3.3.1 Cấu trúc thành phần ContikiRPL 52 3.3.2 Hoạt động nút gốc 54 3.3.3 Hoạt động nút thành viên 55 3.4 Mô đánh giá giao thức 57 3.4.1 Công cụ mô Cooja 57 Số hóa Trung tâm Học liệu Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn vi 3.4.2 Kịch mô đánh giá 60 3.4.3 Các thước đo đánh giá 63 3.4.4 Kết đánh giá 66 3.4.5 Phân tích đưa khuyến nghị 67 3.5 Kết luận chương 69 KẾT LUẬN 70 TÀI LIỆU THAM KHẢO 71 Số hóa Trung tâm Học liệu Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn vii DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT Chữ viết tắt Chữ đầy đủ AMR Automatic Meter Reading AMI Automated Metering Infrastructure ADV Advertisement MDMS Meter Data Management System BPSK Binary Phase Shift Keying CTP Collection Tree Protocol DAG Directed Acyclic Graph DAO Destination Advertisement Object DDR Data Delivery Ratio DODAG Destination Oriented DAG DIS DODAG Information Solicitation DIO DODAG Information Object DSSS Direct Sequence Spread Spectrum DTSN Destination Advertisement Trigger Sequence Number EAE Energy Aware ETX Expected Transmission IP Internet Protocol IPv6 Internet Protocol version IEEE Institute of Electrical and Electronics Engineers ICMP Internet Control Message Protocol ID Identification Số hóa Trung tâm Học liệu Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn viii GSM Global System for Mobile Communications GPRS General Packet Radio Service LBR Lossy network Border Router LLNs Low-Power and Lossy Networks MAC Medium Access Control MP2P Multi-Point to Point MOP Mode of Operation PAN Personal Area Network PLC Power Line Communication QPSK Quadrature Phase Shift Keying RAM Random Access Memory RPL IPv6 Routing Protocol for Low power and Lossy network RTMETRIC Route metric ROM Read-Only Memory SEQNO Sequence number SINR Signal to – Interference Plus Noise SICS Swedish Institute of Computer Science SPIN Sensor Protocols for Information via Negotiation EC Energy Conserving BC Broadcast Communication RL Reliable PP Point to Point REQ Request TCP Transport Control Protocol Số hóa Trung tâm Học liệu Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn ix TTL Time to live UDP User Datagram Protocol UDG Unit Disk Graph UDI UDG with Distance Interference WiFi Wireless Fidelity Số hóa Trung tâm Học liệu Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn x DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU Bảng 3.1: Kịch đánh giá mô 63 Bảng 3.2: Mơ hình lượng Tmote Sky công suất phát 0dBm 65 Số hóa Trung tâm Học liệu Cơng nghệ thơng tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn ... động cho nhà máy nước Chương 2: Giao thức định tuyến thu thập liệu hiệu lượng cho mạng lưới đồng hồ nước thông minh Chương 3: Mô đánh giá giao thức định tuyến thu thập liệu hiệu lượng cho mạng lưới. .. nghiên cứu đánh giá so sánh hiệu năng giao thức định tuyến thu thập liệu CTP RPL cho mạng lưới đồng hồ nước thông minh Các kết nghiên cứu lựa chọn giao thức định tuyến phù hợp cho mạng lưới đồng. .. Nam chưa có nhiều nghiên cứu đánh giá ứng dụng giao thức định tuyến thu thập liệu cho mạng lưới đồng hồ nước thông minh Các đồng hồ nước thông minh gắn thêm thiết bị đọc số nước tiêu thụ gửi