Nghiên cứu xây dựng mạng cảm biến không dây dựa theo giao thức LEACH và ZIGBEE

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TRẦN HỒNG HẢI NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG MẠNG CẢM BIẾN KHÔNG DÂY DỰA TRÊN GIAO THỨC LEACH VÀ ZIGBEE LUẬN VĂN THẠC SĨ CÔNG NGHỆ THÔNG TIN Hà Nội – Năm 2018 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TRẦN HỒNG HẢI NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG MẠNG CẢM BIẾN KHÔNG DÂY DỰA TRÊN GIAO THỨC LEACH VÀ ZIGBEE Ngành: Công nghệ thông tin Chuyên ngành: Truyền DL & MMT Mã số: LUẬN VĂN THẠC SĨ CÔNG NGHỆ THÔNG TIN NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS Nguyễn Hoài Sơn Hà Nội – Năm 2018 LỜI CAM ĐOAN Tơi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng Các số liệu, kết nêu luận văn trung thực chưa công bố cơng trình khác Nếu khơng nêu trên, tơi xin hồn tồn chịu trách nhiệm đề tài Học viên Trần Hồng Hải LỜI CẢM ƠN Được trường Đại học Quốc Gia Hà Nội Khoa Công Nghệ Thông Tin cho phép nghiên cứu, viết luận văn đề tài : “Nghiên cứu xây dựng mạng cảm biến không dây dựa giao thức LEACH Zigbee” Đầu tiên xin chân thành cảm ơn quý thầy cô giảng dạy, dẫn thời gian học tập trường Những kiến thức quý báu thầy cô giúp nhiều học tập sống Tiếp theo xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến thầy Nguyễn Hoài Sơn Cảm ơn thầy gắn bó, dạy tận tình tơi q trình tơi nghiên cứu viết luận văn Một lần xin cảm ơn quý thầy quý cô khoa nhà trường Luận văn thạc sỹ thực dưới tài trợ từ đề tài NCKH cấp ĐHQGHN, mã số đề tài: QG.16.30 Học viên Trần Hồng Hải MỤC LỤC MỞ ĐẦU .1 CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ MẠNG CẢM BIẾN 1.1 Giới thiệu mạng cảm biến: 1.2 Cấu trúc mạng cảm biến: 1.3 Kiến trúc giao thức mạng cảm biến không dây 1.4 Ứng dụng mạng cảm biến: CHƯƠNG II: CÁC GIAO THỨC ĐỊNH TUYẾN MẠNG CẢM BIẾN 12 2.1 Tổng quan: .12 2.2 Giao thức LEACH: 12 2.3 Giao thức cải tiến LEACH-C: 16 2.4 ZigBee: 17 Chương III XÂY DỰNG MẠNG CẢM BIẾN DỰA TRÊN LEACH VÀ ZIGBEE .21 3.1 Đặt vấn đề: 21 3.2 Giải pháp đề xuất: 22 3.3 Cách thức triển khai giai pháp: .23 Chương IV XÂY DỰNG HỆ THỐNG VÀ ĐÁNH GIÁ GIẢI PHÁP .30 4.1 Tổng quan hệ thống: .30 4.2 Các thiết bị phần cứng: 30 4.2.1 Thiết bị truyền thông Xbee: .30 4.2.2 Bo mạch Arduino Nano: 32 4.2.3 Cài đặt hệ thống 33 4.3 Xây dựng nút SINK: .39 4.4 Xây dựng nút Cluster Head: 41 4.5 Lắp đặt chạy thử hệ thống: .41 4.6 Lắp đặt hệ thống đo mức tiêu thụ điện: 41 Chương V KẾT LUẬN .53 TÀI LIỆU THAM KHẢO 55 DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1.1 : Cấu trúc mạng cảm biến khơng dây (https://www.researchgate.net) Hình 1.2 Sensor node Hình 1.3 Kiến trúc giao thức mạng cảm biến không dây .7 Hình 1.4 SmartHouse(www.vietnamnet.vn) .9 Hình 2.1 Phân loại so sánh giao thức chọn đường WSN [6] .12 Hình 2.2 : Mơ hình giao thức LEACH (http://www.spiroprojects.com) 13 Hình 2.3 : Ngưỡng thiết lập Cluster Head 15 Hình 2.4 : Lưu đồ thuật tốn cài đặt LEACH(www.slideshare.net) 15 Hình 2.5 : Lưu đồ thuật toán giai đoạn ổn định LEACH(www.slideshare.net) .16 Hình 2.6 : Giai đoạn cài đặt LEACH-C (www.slideshare.net) 17 Hình 2.7 : Cấu trúc mạng ZigBee(adlt.com.au) 18 Hình 2.8 : Mơ hình mạng ZigBee (http://arduino.vn/) 19 Hình 3.1 Sơ đồ chức nút chủ SINK 25 Hình 3.2 Khung liệu nút SINK nhận 25 Hình 3.3 Khung liệu nút SINK gửi 26 Hình 3.4 Sơ đồ chức nút thành phần .27 Hình 3.5 Khung liệu Broad Cast Cluster Head 28 Hình 3.6 Khung liệu gửi từ nút thành phần đến Cluster Head 28 Hình 4.1 Sơ đồ hệ thống 30 Hình 4.2 : Thiết bị Xbee (http://arduino.vn/) 31 Hình 4.3 : Bộ kết hợp Xbee Arduino (http://arduino.vn/) 31 Hình 4.4 : Cấu trúc Xbee (http://arduino.vn/) 32 Hình 4.5 : Arduino Nano (http://arduino.vn/) 32 Hình 4.6: Sơ đồ cấu trúc Arduino Nano (http://arduino.vn/) 33 Hình 4.7 : Đế chuyển đổi từ 2.0 sang 2.5 (http://arduino.vn/) 33 Hình 4.8 : Xbee Arduino Nano Bread Board 34 Hình 4.9 : Bộ cấu hình cho Xbee 34 Hình 4.10 : Nhận diện Xbee 35 Hình 4.11 : Cấu hình Xbee 36 Hình 4.12 : Sơ đồ mạch kết nối Xbee Arduino Nano (http://arduino.vn/) 37 Hình 4.13 : Code cho nút SINK ( Coordinator ) .38 Hình 4.15 : Giao diện Arduino IDE 40 Hình 4.19: Pin sạc dự phòng .42 Hình 4.19 Gói tin ZigBee 42 Hình 4.20 Gói tin phương pháp mới tơi 43 Hình 4.21 Mơ hình node ZigBee 43 Hình 4.22 Mơ hình mạng phương pháp mới với node 44 CÔNG THỨC TRONG LUẬN VĂN Công thức (1) : Xác định Cluster Head giao thức LEACH Trang 15 Công thức (2) : Tính hiệu suất truyền liệu thành cơng …… Trang 29 MỞ ĐẦU Lý chọn đề tài: Hiện khoa học kỹ thuật đưa vào áp dụng cho công nông nghiệp nhiều Với nhu cầu tiêu thụ thực phẩm an toàn ngày cao vườn trồng hay trang trại có quy mô mở Nhằm giúp cho người trồng quản lý môi trường vườn trồng nhanh xác thiết bị cảm biến sử dụng Tính cấp thiết đối với thực tế, tơi tìm hiểu nghiên cứu đề tài xây dựng mạng cảm biến với mong muốn mang lại hiệu cho người sử dụng Mạng cảm biến không dây hệ thống tập hợp, liên kết nhiều cảm biến với sử dụng liên kết không dây để phối hợp thực nhiệm vụ thu thập thông tin liệu với quy mô lớn điều kiện vùng địa lý Mạng cảm biến khơng dây liên kết trực tiếp với nút quản lý giám sát trực tiếp hay gián tiếp thông qua điểm thu phát môi trường mạng công cộng Internet hay vệ tinh Mỗi cảm biến chịu nhiều nhiệm vụ khác tùy thuộc vào ứng dụng Hiện mạng cảm biến không dây áp dụng nhiều lĩnh vực ví dụ như: y tế, cơng nghiệp, nơng nghiệp, nghiên cứu,… Các thiết bị cảm biến không dây liên kết thành mạng tạo nhiều khả mới cho người Các đầu đo với vi xử lý nhỏ gọn tạo nên thiết bị cảm biến khơng dây có kích thước nhỏ, tiết kiệm khơng gian Chúng hoạt động môi trường dày đặc với khả xử lý tốc độ cao Ngày nay, mạng cảm biến không dây ứng dụng nhiều lĩnh vực nghiên cứu vi sinh vật biển, giám sát việc chuyên chở chất gây ô nhiễm, kiểm tra giám sát hệ sinh thái môi trường sinh vật phức tạp, điều khiển giám sát công nghiệp lĩnh vực quân sự, an ninh quốc phòng hay ứng dụng đời sống hàng ngày Công nghệ kỹ thuật phát triển mạnh mạng cảm biến không dây cải tiến liên tục mang lại hiểu to lớn cho nhiều ngành nghề nhiều lĩnh vực Đi kèm với công nghệ 4.0 công nghệ IOT phát triển vượt bậc cho ta thấy tương lai tươi sáng mạng cảm biến không dây Xbee thiết bị truyền thông không dây sử dụng rộng rãi mạng cảm biến khơng dây Xbee có mạnh cần thiết như: tin cậy, tính mở rộng, dễ sử dụng, tiết kiệm lượng,… Xbee sử dụng giao thức Zigbee để hình thành mạng cảm biến không dây Với mạnh Xbee nêu đề tài lựa chọn Xbee thiết bị để xây dựng mạng cảm biến không dây ZigBee Đề tài giúp tơi tìm hiểu vận dụng kiến thức vào thực tế, với tích lũy thêm kinh nghiệm chun môn [2] Mục tiêu nghiên cứu: Hiện nhiều thiết bị cảm biến nhiều mạng cảm biến thiết kế Mỗi mạng cảm biến lại mạnh riêng, cách thức sử dụng riêng Vì đề tài chọn hai giao thức mạng cảm biến dùng nhiều phù hợn với điều kiện Việt Nam LEACH Zigbee Mục tiêu đưa phương pháp để kết hợp mạnh hai giao thức mạng cảm biến lại với nhằm xây dựng mạng cảm biến hoạt động hiệu Đề tài tập trung nghiên cứu thay đổi phương thức định tuyến mơ hình mạng cảm biến ZigBee theo phương thức định tuyến giao thức LEACH Hệ thống áp dụng thiết bị truyền phát liệu Xbee, sử dụng Arduino để định tuyến đường truyền gói tin Phân tích hiệu mơ hình mang lại ba mặt : hiệu truyền tin, kéo dài sống mạng, hiệu suất tiêu thụ lượng Kiến thức mạng cảm biến khơng dây tơi có học chương trình đào tạo cao học nhà trường Tài liệu nghiên cứu chủ yếu lấy từ báo nước kiến thức thu nhặt từ trang chia thông tin mạng Internet Đi sâu tìm hiểu cách thức đóng gói, định tuyền gói tin mạng cảm biến khơng dây nhằm thay đổi theo cách thức mong muốn 4.4 Xây dựng nút Cluster Head: Tiếp theo xây dựng nút thành phần Nút thành phần có chức đảm nhận cơng việc truyền thơng tin mạng Như giao thức LEACH nói trên, chức nút thành phần chuyển tiếp gói tin cụm nút đến cho nút SINK Ở mạng Zigbee đơn nút đảm nhận cơng việc chuyển tiếp gói tin nút ZR ( Zigbee Router ) Như thấy áp dụng LEACH vào Zigbee khơng cần đến nút ZR mà thay vào nút thành phần thay phiên làm công việc chuyển tiếp gói tin mạng Câu lệnh if(roundNow != roundOld) dùng để kiểm tra vòng lặp mới Khi có vịng lặp mới ta đặt hai biến checkRoad getCluster giá trị mặc định Chức nút khơng phải ClusterHead đóng gói liệu thu thập từ cảm biến xung quanh thêm vào trường liệu để xác định gói tin thứ gửi Biến hieusuatX dùng đễ lưu trữ hiệu suất truyền lượng từ nút xét đến nút gửi liệu Như trình bày phần trước nút thành phần chọn nút có giá trị hiệu suất tốt thành nút Cluster Head quản lý 4.5 Lắp đặt chạy thử hệ thống: Như trình bày bước xây dựng nút SINK nút thành phần Chúng ta tiến hành lắp đặt Xbee vào Arduino Nano vừa mới nạp code Phải phân biện rõ đâu Xbee dành cho nút SINK Xbee dành cho nút thành phần Sau tiến hành cấp nguồn cho hệ thống cách cắm cáp USB thiết kệ nguồn riêng cho từng nút Khởi động nút SINK để Xbee nút SINK xây dựng mạng Zigbee Như nút thành phần khởi động tự động tham gia ( join ) vào mạng Zigbee vừa 4.6 Lắp đặt hệ thống đo mức tiêu thụ điện: Do chưa đủ điều kiện để xây dựng hệ thống đo mức tiêu thu điện riêng cho thiết bị nên sử dụng pin sạc dự phịng có hình LCD theo dõi dung lượng pin 41 Hình 4.19: Pin sạc dự phịng Màn hình LCD pin hiển thị phần trăm lượng pin, qua thiết bị sử dụng pin thời gian ta xác định khoảng thời gian thiết bị tiêu thụ pin Pin tơi có dung lượng 10000 mAh sạc đầy trước lần đo Nội dung phần đo mức lượng thiết bị so sánh ưu điểm phương pháp mới đề xuất Cho nên so sánh mạng cảm biến không dây ZigBee thuần, giao thức LEACH mạng cảm biến ZigBee cải tiến theo phương pháp tôi, ba mạng cảm biến sử dụng thiết bị truyền thông không dây Xbee Khi thực việc đo đạc so sánh tập trung vào ba số chính: thời gian hoạt động, dung lượng thông tin, mức lượng tiêu thụ Mạng cảm biến không dây thực tế thường thiết lập hoạt động mức độ thấp thời gian hoạt động hệ thống dài Cho nên muốn đánh giá mạng cảm biến không dây cụ thể phải cần có thời gian Do thời gian khơng nhiều nên tơi tăng cường độ hoạt động dung lượng thông tin truyền tải hệ thống nhằm rút ngắn thời gian thí nghiệm, đo đạc tơi byte 100 bytes IDNode IDNode Content Content 102 bytes Hình 4.19 Gói tin ZigBee 42 byte byte bytes 100 bytes NumSen NumSen Vsetup IDNode Content Vsetup IDNode Content dd 108 bytes Hình 4.20 Gói tin phương pháp Như giới thiệu phần trước, thiết kế cấu trúc gói tin ZigBee khác với cấu trúc gói tin phương pháp mới để so sánh dung lượng thông tin truyền tải mạng tơi tính dung lượng nội dung gói tin Nội dung gói tin thí nghiệm : “anhsang:205;nhietdokhongkhi:25;nhietdogiathe:30;doamkhongkhi:70;no ngdoco2:4.84;nongdoph:6.54” Tổng dung lượng nội dung gói tin 108 Byte Chu kỳ gửi gói tin nút thành phần 2s Hệ thống tơi gồm có node (mỗi node gồm thiết bị truyền thông Xbee bo mạch arduino), lắp đặt mạng truyền thông không dây ZigBee ta có mơ hình mạng sau : C R E E E E E Hình 4.21 Mơ hình node ZigBee Mơ hình gốm có nút chủ C (codinator), nút router R nút thành phần Khi tính tốn đo lường ta đo cho hai thiết bị R E đánh giá phần mức độ tiêu thụ lượng tồn mạng Dưới mơ hình mạng cảm biến theo phương pháp đặt với node 43 SINK Nút thành phần Cluster Head Cluster Head Nút thành phần Cụm Cụm Hình 4.22 Mơ hình mạng phương pháp với node Mơ hình gồm nút chủ (SINK) nút thành phần Ở mơ hình mạng phương pháp mới ta cần đo nút thành phần mạng đánh giá mức tiêu thụ điện cho mạng Mơ hình cho giao thức LEACH thiết kế tương tự với phương pháp mới Tôi thực nghiệm nhiều lần ba hệ thống có kết cụ thể thơng kê phía dưới:  Thời gian hệ thống hoạt động tiếng: Với hệ thống ZigBee bản: Thiết bị sử Tổng số gói Tổng số gói Thời gian hệ Dung lượng dụng Pin tin gửi tin nhận đươc thống hoạt động pin lại(%) 7841 Giờ Giờ 91 98 Nút Router Nút ZED 1800 Dung lượng Pin tiêu thụ (%) Hệ thống bao gồm nút Coordinator, nút router nút ZED tính số sau: Tổng điện tiêu thụ hệ thống khơng tính nút Coordinator : + 2*5 = 19 % (Pin sạc) Tỷ lệ gói tin nhận : 44 ((7841/5)*100)/1800 = 87% Với giao thức LEACH: Thiết bị sử dụng Pin Nút SINK Nút thành phần Tổng số Tổng số gói Thời gian gói tin gửi tin nhận hệ thống đươc hoạt động Chu kỳ Dung lượng chọn pin Cluster lại(%) Head Dung lượng Pin tiêu thụ (%) 9381 1800 Giờ 20 Phút 97 Hệ thống bao gồm nút SINK nút thành phần tính số sau: Tổng điện tiêu thụ hệ thống khơng tính nút SINK : 3*6 = 18 % (Pin sạc) Tỷ lệ gói tin nhận : ((9381/6)*100)/1800 = 86.8% Với hệ thống ZigBee áp dụng phương pháp mới: Thiết bị sử dụng Pin Nút thành phần Nút thành phần Chu kỳ Dung lượng Dung Tổng số Tổng số gói Thời gian gói tin gửi tin nhận hệ thống đươc hoạt động 1800 1593 Giờ 10 Phút 96 1800 1585 Giờ 20 Phút 97 chọn pin Cluster lại(%) Head lượng Pin tiêu thụ (%) Hệ thống bao gồm nút SINK nút thành phần tính số sau: Tổng điện tiêu thụ hệ thống khơng tính nút SINK : (4*6 + 3*6)/2 = 21 % (Pin sạc) Tỷ lệ gói tin nhận : 1590*100/1800 = 88.3%  Thời gian hệ thống hoạt động tiếng: Với hệ thống ZigBee bản: Thiết bị sử Tổng số gói Tổng số gói tin 45 Thời gian hệ Dung lượng Dung lượng dụng Pin tin gửi Nút Router Nút ZED nhận đươc 15640 3600 thống hoạt pin Pin tiêu thụ động Giờ Giờ lại(%) 76 95 (%) 24 Hệ thống bao gồm nút Coordinator, nút router nút ZED tính số sau: Tổng điện tiêu thụ hệ thống khơng tính nút Coordinator : 24 + 5*5 = 49 % (Pin sạc) Tỷ lệ gói tin nhận : ((15640/5)*100)/3600 = 86.8% Với giao thức LEACH: Thiết bị sử dụng Pin Nút SINK Nút thành phần Tổng số Tổng số gói Thời gian gói tin gửi tin nhận hệ thống đươc hoạt động Chu kỳ chọn Cluster Head Dung lượng pin lại(%) Dung lượng Pin tiêu thụ (%) 18760 3600 Giờ 20 Phút 93 Hệ thống bao gồm nút SINK nút thành phần tính số sau: Tổng điện tiêu thụ hệ thống khơng tính nút SINK : 8*6 = 48 % (Pin sạc) Tỷ lệ gói tin nhận : ((18760/6)*100)/3600 = 86.8% 46 Với hệ thống ZigBee áp dụng phương pháp mới: Thiết bị sử dụng Pin Nút thành phần Nút thành phần Chu kỳ Dung lượng Dung Tổng số Tổng số gói Thời gian gói tin gửi tin nhận hệ thống đươc hoạt động 3600 3241 Giờ 10 Phút 91 3600 3199 Giờ 20 Phút 92 chọn pin Cluster lại(%) Head lượng Pin tiêu thụ (%) Hệ thống bao gồm nút SINK nút thành phần tính số sau: Tổng điện tiêu thụ hệ thống khơng tính nút SINK : (9*6 + 8*6)/2 = 51 % (Pin sạc) Tỷ lệ gói tin nhận : 3199*100/3600 = 88.8%  Thời gian hệ thống hoạt động tiếng: Với hệ thống ZigBee bản: Thiết bị sử Tổng số gói Tổng số gói tin dụng Pin tin gửi nhận đươc Nút Router Nút ZED 7200 30931 Thời gian hệ Dung lượng Dung lượng thống hoạt pin Pin tiêu thụ động Giờ Giờ lại(%) 53 89 (%) 47 11 Hệ thống bao gồm nút Coordinator, nút router nút ZED tính số sau: Tổng điện tiêu thụ hệ thống khơng tính nút Coordinator : 47 + 11*5 = 102 % (Pin sạc) Tỷ lệ gói tin nhận : ((30931/5)*100)/7200 = 85.9% 47 Với giao thức LEACH: Thiết bị sử dụng Pin Nút SINK Nút thành phần Tổng số Tổng số gói Thời gian gói tin gửi tin nhận hệ thống đươc hoạt động Chu kỳ chọn Cluster Head Dung lượng pin lại(%) Dung lượng Pin tiêu thụ (%) 37149 7200 Giờ 20 Phút 83 17 Hệ thống bao gồm nút SINK nút thành phần tính số sau: Tổng điện tiêu thụ hệ thống khơng tính nút SINK : 17*6 = 102 % (Pin sạc) Tỷ lệ gói tin nhận : ((37149/6)*100)/7200 = 86% Với hệ thống ZigBee áp dụng phương pháp mới: Thiết bị sử dụng Pin Nút thành phần Nút thành phần Chu kỳ Tổng số gói Thời gian gói tin gửi tin nhận hệ thống đươc hoạt động 7200 6539 Giờ 10 Phút 82 18 7200 6544 Giờ 20 Phút 83 17 chọn Cluster Head Dung lượng Dung Tổng số pin lại(%) lượng Pin tiêu thụ (%) Hệ thống bao gồm nút SINK nút thành phần tính số sau: Tổng điện tiêu thụ hệ thống khơng tính nút SINK : (18*6 + 17*6)/2 = 105 % (Pin sạc) Tỷ lệ gói tin nhận : 6502*100/7200 = 90.3% 48  Thời gian hệ thống hoạt động tiếng: Với hệ thống ZigBee bản: Thiết bị sử Tổng số gói Tổng số gói tin dụng Pin tin gửi nhận đươc Nút Router Nút ZED 12600 Thời gian hệ Dung lượng Dung lượng thống hoạt pin Pin tiêu thụ động Giờ Giờ lại(%) 28 79 (%) 72 21 52359 Hệ thống bao gồm nút Coordinator, nút router nút ZED tính số sau: Tổng điện tiêu thụ hệ thống khơng tính nút Codinator : 72 + 21*5 = 177 % (Pin sạc) Tỷ lệ gói tin nhận : ((52359/5)*100)/12600 = 83.1% Với giao thức LEACH: Thiết bị sử dụng Pin Nút SINK Nút thành phần Tổng số Tổng số gói Thời gian gói tin gửi tin nhận hệ thống đươc hoạt động Chu kỳ chọn Cluster Head Dung lượng pin lại(%) Dung lượng Pin tiêu thụ (%) 62975 12600 Giờ 20 Phút 71 29 Hệ thống bao gồm nút SINK nút thành phần tính số sau: Tổng điện tiêu thụ hệ thống không tính nút SINK : 29*6 = 174 % (Pin sạc) Tỷ lệ gói tin nhận : ((62975/6)*100)/12600 = 83.3% 49 Với hệ thống ZigBee áp dụng phương pháp mới: Thiết bị sử dụng Pin Nút thành phần Nút thành phần Chu kỳ Tổng số gói Thời gian gói tin gửi tin nhận hệ thống đươc hoạt động 12600 11619 Giờ 10 Phút 70 30 12600 11621 kB Giờ 20 Phút 72 28 chọn Cluster Head Dung lượng Dung Tổng số pin lại(%) lượng Pin tiêu thụ (%) Hệ thống bao gồm nút SINK nút thành phần tính số sau: Tổng điện tiêu thụ hệ thống khơng tính nút SINK : (30*6 + 28*6)/2 = 174 % (Pin sạc) Tỷ lệ gói tin nhận : 11621*100/12600= 92.2% Với dung lượng pin 10000 mhA cho nút thành phần ta ước tính thời gian sống mạng biểu đồ sau: 30 25 20 15 Giờ Giờ 10 Xbee Thuần LEACH Phương pháp Giờ Dung lượng pin 23 10000 mhA 24 Hình 4.23 Biểu đồ so sánh thời gian sống mạng Như thực nghiệm nút Router mạng ZigBee hoạt động tiêu tốn hết 72% pin sạc ước tính nút Router ngừng hoạt động Tương tự với nút thành phần LEACH ZigBee áp dụng phương pháp mới thời gian sống nút thành phần 23 24 50 Tổng hợp kết ta có biểu đồ so sánh tổng mức tiêu thụ điện năng: giờ Hình 4.24 Biểu đồ so sánh mức tiêu thụ điện Giá trị tổng mức tiêu thụ điện tổng hợp từ thực nghiệm cụ thể thực Tổng mức tiêu thụ điện phương pháp mới tối ưu dần theo thời gian Phương pháp mới cần thời gian cài đặt thu thập liệu hiệu suất truyền liệu nên khoảng thời gian đầu tiêu thụ nhiều điên Nhưng bước vào giai đoạn ổn định phương pháp mới tiêu thụ lượng Nếu hệ thống hoạt động thời gian dài phương pháp mới chứng minh hiệu 51 Biểu đồ dưới thể việc mát gói tin ba hệ thống: Hình 4.25 Biểu đồ so sánh tỷ lệ mát gói tin hệ thống Biểu đồ thể độ mát gói tin ba hệ thống hoạt động Với điều kiện địa lý giống thực nghiệm ba hệ thống phương pháp mới có tỷ lệ mát gói tin thấp hẳn 52 Chương V KẾT LUẬN Khoa học công nghệ mang lại cho nhân loại bước tiến vượt bậc công nghệ Mỗi công nghệ đời người dùng cảm nhận kiểm chứng khắt khe Công nghệ tiếp cận với người dùng nhiều chứng tỏ ưu điểm công nghệ với cơng nghệ khác lĩnh vực Mạng cảm biến không dây đời kết hợp thành công loạt thành tựu khoa học cơng nghệ mạng máy tính Hiện mạng cảm biến không dây vào nhiều lĩnh vực sống nghiên cứu nhằm phục vụ người Với nhiều ưu điểm mang lại nên mạng cảm biến không dây khẳng định vị cơng nghệ mạng truyền thơng Để mang lại lợi ích tối ưu cho người sử dụng tốt tận dụng điểm mạnh riêng biệt mạng cảm ứng, sensor giá thành thấp, tiêu thụ lượng thực đa chức Tuy nhiên, WSN nhiều vấn đề cần hoàn thiện đặc biệt vấn đề lượng trì nguồn lượng cho nút cảm biến Đã nhiều nhà nghiên cứu đem nhiều giải pháp hệ thống với mong muốn khắc phục dần điểm yếu mạng cảm biến không dây Sau nghiên cứu xây dựng mạng cảm biến không dây sử dụng phương thức LEACH ZigBee rút ưu điểm vấn đề gặp phải sau: - Ưu điểm : o Thời gian hoạt động mạng kéo dài o Tiết kiệm lượng o Tiết kiệm tài nguyên mạng o Hiệu suất truyền tin tốt - Vấn đề gặp phải : o Theo dõi, đối sánh cần thực thời gian dài mới đảm bảo độ xác cao o Lượng cơng việc khối điều khiển nhiều 53 o Số lượng chất lượng thiết bị bị hạn chế Trong thời gian nghiên cứu học tập cố gắng khắc phục vấn đề gặp phải đến mức thấp Khi hồn thành nghiên cứu tơi thu kiến thức kinh nghiệm mà đề tài mang lại Tôi nhận thấy ưu điểm tốt để cải thiện mạng cảm biến không dây ZigBee Tơi hi vọng nghiên cứu đóng góp phần vào cơng phát triển mạng cảm biến không dây giới 54 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt [1] [2] www.arduino.vn Website giới thiệu hướng dẫn sử dụng Arduino http://automation.net.vn Tiếng Anh [3] [4] [5] [6] [7] [8] Robert Faludi (2011), “Building Wireless Sensor Networks: with ZigBee, XBee, Arduino, and Processing”, O’Reilly Media-Inc.-1005 Gravenstein HighWay North – Sebastopol – CA 95472 Vongsagon Boonsawat, Jurarat Ekchamanonta, Kulwadee Bumrungkhet, and Somsak Kittipiyakul (June 2012), “XBee Wireless Sensor Networks for Temperature Monitoring”, Thammasat University, Pathum-Thani, Thailand 12000 Nejla Rouissi, Hamza Gharsellaoui (2017), “Improved Hybrid LEACH Based Approach for Preserving Secured Integrity in Wireless Sensor Networks”, Carthage University, Tunisia Geetha V , Pranesh.V Kallapur , Sushma Tellajeera (2012), “Clustering in Wireless Sensor Networks: Performance Comparison of LEACH & LEACH-C Protocols Using NS2”, Department of Information Technology, NITK, Surathkal, Karnataka, India I.F Akyildiz, W Su*, Y Sankarasubramaniam, E Cayirci (2011), “Wireless sensor networks: a survey”, Georgia Institute of Technology, Atlanta, GA 30332, USA Yawei Zhao, Guohua Zhang, Zhongwu Xia, and Xinhua Li (2011), “Improved ZigBee Network Routing Algorithm Based on LEACH”, School of Information Science & Engineering, Shenyang Ligong University, 110159 Shenyang, China 55 ... tổng quan mạng cảm biến : Chương tập trung giới thiệu mạng cảm biến không dây, số mạng cảm biến áp dụng - Chương hai mạng cảm biến liên quan: Giới thiệu mạng cảm biến ZigBee hai giao thức liên... cho mạng cảm biến không dây Để thiết kế giao thức định tuyến cho mạng cảm biến không dây cần phải nắm rõ vấn đề liên quan đến mạng cảm biến Trong mạng cảm biến khơng dây có ba giao thức định... III XÂY DỰNG MẠNG CẢM BIẾN DỰA TRÊN LEACH VÀ ZIGBEE 3.1 Đặt vấn đề: Mạng cảm biến không dây mang lại hiệu lớn nhiều lĩnh vực sống nghiên cứu Hiện có nhiều chuyên gia nghiên cứu đưa nhiều giao thức