Luận văn Thạc sĩ Học Viên Công Nghệ Bưu Chính Viễn Thông Giới thiệu đề tài " ĐỊNH TUYẾN TRONG MẠNG CẢM BIẾN KHÔNG DÂY ẢO HÓA" Hiện nay, rất nhiều mạng cảm biến không dây (Wireless Sensor Network WSN) đã và đang được phát triển và chiếm vai trò rất quan trọng trong nhiều ứngdụng như: quản lý ngôi nhà thông minh, chăm sóc sức khỏe và tự động hóa trongcông nghiệp….Tuy nhiên các WSN truyền thống chỉ cho phép chạy một ứng dụng trên nó và không thể kết hợp trong WSN với các bộ cảm biến không đồng nhất để thực hiệnmột nhiệm vụ chung. Vì vậy để khắc phục nhược điểm này người ta đưa ra kháiniệm mới là ảo hóa mạng cảm biến không dây (VSN).Ảo hóa mạng cảm biến không dây là việc cho phép nhiều mạng cảm biến không đồng nhất có thể cùng tồn tại trên một hạ tầng vật lý, khiến cho các mạng trởnên linh hoạt, đáp ứng được mục tiêu đa dạng khác nhau của nhiều loại dịch vụ.Cho tới thời điểm hiện nay, những nghiên cứu về vấn đề ảo hóa trong mạng cảmbiến không dây chưa có nhiều. Đây là một đề tài tương đối mới, nhưng lại có tầmquan trọng không hề nhỏ vì những lợi ích thiết thực mà ảo hóa có thể mang lại. Việc cho phép nhiều mạng cảm biến không đồng nhất có thể cùng tồn tại trên một hạ tầng vật lý sẽ đem lại hiệu quả về mặt tiết kiệm chi phí phần cứng ,chi phí quản lý… cho các ứng dụng triển khai. Việc ảo hóa mạng cảm biến không dây còn tạo ra sự linh hoạt, đa dạng và được ứng dụng trong nhiều trường hợp tương đối phức tạp mà mạng cảm biến không dây thông thường khó có thể đáp ứng được.Vấn đề định tuyến trong ảo hóa mạng cảm biến không dây sao cho phù hợpvới các yêu cầu như khả năng mở rộng, tiết kiệm năng lượng… đặt ra những thách thức không nhỏ bởi các giao thức định tuyến cần có thêm một số yêu cầu riêng so với các giao thức định tuyến không có ảo hóa để đáp ứng được những yêu cầu mà ảo hóa đặt ra. Chính vì vậy, cần phải có những thay đổi nhất định trên các giao thức định tuyến để chúng có thể được sử dụng trong mạng cảm biến không dây ảo hóa.Do đó trong luận văn này, em sẽ dựa vào giao thức định tuyến EMRP – là giao thức định đường đa kênh có tối ưu năng lượng, cải tiến nó để đáp ứng được các yêu cầu của mạng cảm biến không dây ảo hóa.
HỌC VIỆN CƠNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THƠNG - PHẠM MINH TUẤN ĐỊNH TUYẾN TRONG MẠNG CẢM BIẾN KHÔNG DÂY ẢO HĨA Chun Chuy ên ngành: ngành: Hệ thống thơng tin Mã số: 60.48.01.04 LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT NGƯ Ờ ỜII H HƯỚNG ƯỚNG DẪN KHOA HỌC : PGS.TS ĐẶNG ĐẶNG VĂN CHUYẾT HÀ NỘI - 201 0144 i LỜI CAM ĐOAN Tôi - Phạm Minh Tuấn - cam đoan cơng trình nghiên cứu thân hướng dẫn PGS.TS Đặng Văn Chuyết Các số liệu, kết nêu luận văn trung thực chưa công bố cơng tr ình khác Tác giả luận văn Phạm Minh Tuấn ii LỜI CẢM ƠN Để hoàn thành luận văn , nghiên cứu cố gắng thân, em xin gửi lờ i cảm ơn tới PGS.TS Đặng Văn Chuyết (Viện Công nghệ Thông tin v Truyền thông thông – trường trường đại đại học học B Bách ách Khoa Khoa Hà Nội) giáo viên trực tiếp hướng dẫn ận ình t ình ch ỉ bảo định hướng cho em tr ong suốt tr ình thực luận văn t Em xin gửi lời cảm ơn tới T S Ngô Quỳnh Thu (bộ môn Truyền thông tính – Viện Cơng nghệ Thơng tin Truyền thơng, trường đại học Bách Mạng máy tính – Khoa Hà Nội) giúp đỡ em tr ình nghiên cứu lờii cảm cảm ơn chân thành cảm ơn tất tất thầy thầy cô giáo giáo Học Em xin gửi lờ viện Cơng nghệ Bưu Viễn thơng giảng dạy dìu dắt em trong su ốt ường từ học đại học sau đại học trình học tập tr lời ccảm ảm ơn ttới ới lãnh đạo VNPT Cao Bằng, gia đ ình, Cuối cùng, em xin gửi lời bạn bè người bên cổ vũ tinh thần, tạo điều kiện thuận lợi cho em để em học tập tốt Em xin chân thành cảm ơn! iii MỤC LỤC DANH M ỤC ỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT v ỤC CÁC BẢNG DANH M ỤC vi .vi DANH M ỤC ÌNH .vii vii ỤC CÁC H ÌNH M Ở ĐẦ U .1 C HƯƠNG 1: ẢO HĨA TRONG MẠNG CẢM BIẾN KHƠNG DÂY .3 d ây (WSN) 1.1 Tổng quan mạng cảm biến không dây .3 1.1.1 Giới thiệu chu ng 1.1.2 Đặc điểm mạng cảm biến không dây 1.1.3 Ứng dụng mạng cảm biến không dây 1.2 Ảo hóa mạng cảm biến không dây 8 1.2.1 Khái niệm .8 ục tiêu ảo hóa 1.2.2 M ục .9 1.2.3 Kiến trúc mạng cảm biến khơng dây ảo hóa .10 1.3 Một số lớp ứng dụng mạng cảm biến khơng dây ảo hóa 13 ỨC ĐỊNH TUYẾN DÙNG CHO M ẠNG CẢM BIẾN C HƯƠNG 2: GIAO TH ỨC KHƠNG DÂY ẢO HĨA 18 18 .18 18 2.1 Định tuyến mạng cảm biến không dây 2.1.1 Thách thức định tuyến mạng cảm biến không dây 18 2.1.2 Các giao thức định tuyến mạng cảm biến không dây .20 2.2 Giao thức EMRP 23 23 2.2.1 Pha thiết lập 23 23 2.2.2 Pha thành lập nhóm chọn nhóm trưởng 25 .25 2.2.3 Pha truyền tải liệu 26 26 khơn g dây ảo hóa .30 2.3 Định tuyến mạng cảm biến không 2.4 Cải tiến EMRP dùng cho mạng cảm biến khơng dây ảo hóa 34 2.4.1 Pha khởi tạo 35 35 2.4.2 Pha thành lập nhóm 36 36 iv 2.4.3 Pha truyền liệu 36 .36 C HƯƠNG 3: CÀI Đ ẶT, ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ MƠ PHỎNG 38 3.1 Cơng cụ mô OMNeT++ 38 .38 3.1.1 Mơ hình mơ OMNeT++ 39 39 ựng chạy thử mơ hình mơ p hỏng .41 41 3.1.2 Xây d ựng 3.2 Kịch mô .42 42 3.2.1 Thiết kế kich mô 43 43 3.2.2 Thiết kế kich mô 43 43 3.3 Cài đặt mô 44 44 ặt OMNeT++: 3.3.1 Cài đ ặt 44 44 ình mơ phỏng ựng chương tr ình 3.3.2 Xây d ựng .46 .46 3.4 Thử nghiệm đánh giá kết 49 49 3.4.1 Mô thử nghiệm 49 49 3.4.2 Phân tích k ết ết mơ phỏng 51 51 ết hướng phát triển 3.4.3 Đánh giá k ết 53 53 K ẾT LUẬN .55 .55 DANH M Ụ 57 .57 ỤC CÁC TÀI LI Ệ U THAM KH Ả O v DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT Từ viết tắt Viết đầy đủ BS CH Base Station Cluster Head EMRP Energygy-Awared Meshed Routing Protocol GPS Global Positioning System HEED A hybrid, Energy-efficient, Distributed Clustering Approach for Ad-hoc Networks LEAC LE ACH H Low Low Ener Energy gy Adap Adapttiv ivee Clust uster eriing Hi Hier eraarc rchy hy LLNs Low power and lossy networks OEDS OE DSR R Opt Optimi imized zed Ene Energ rgyy-Del -Delay ay SubSub-ne netw twor orkk R Rou outting ing OMNeT+ OMN eT++ + Object Objective ive Modula Modularr Ne Netwo twork rk Test Tested ed iinn C+ C++ + PEGASI PEG ASISS PowerPower-Effi Efficie cient nt Gather Gathering ing in Sen Sensor sor Inf Inform ormat ation ion Sys System temss SGR Sensor Gateway Router SInP Sensor Infrastructure Provider TEEN Threshol oldd-S -Seensitive Ener nergy Effi fficient Protocols VSGR Vitual Sensor Gateway Router VSN Virtual Sensor Network VITRO Virtualized ddIIsTribut buted pl platform of sm smaart Object SVNS SV NSPP Senso ensorr Vir Virtu tuaaliza lizattio ionn Net Netwo work rk Serv Serviice Prov Provid ideer WSN Wireless Sensor Network vi DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 3.1 – Thời gian sống toàn mạng thời gian nút hết lượng kịch mô 51 .51 Bảng 3.2 – Tỉ lệ lỗi truyển gói tin mạng ảo kịch mô 52 Bảng 3.3 – Thời gian sống toàn mạng thời gian nút hết lượng kịch mô 52 .52 Bảng 3.4 – Tỉ lệ lỗi truyển gói tin mạng ảo kịch mơ 52 vii DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 1.1 - Kiến trúc mạng VSN 11 11 Hình Hì nh 1.2 1.2 - Ứng dụng bao phủ không gian địa lý, nút khác bao phủ vùng địa lý hợp tác với để truyền liệu từ nguồn (A1) đích (S) .13 .13 Hình 1.3 – Sự hợp tác đối tượng thông minh tr ên ên domain quản lý WSN khác mạng phân tán địa lý 14 14 Hình 1.4 – Mạng cảm biến ảo h ình thành theo yêu c ầu theo dõi phân bố khơng gian luồng hóa chất 15 .15 Hình Hì nh 1.55 - Ứng dụng phân tách logic mạng cảm biến đa mục đích với mạng 16 16 ảo giám sát thơng số khác Hình 2.1 Hình 2.1 - Mơ hì hình nh mạng EMRP với liên kết dạng lưới sau pha thiết lập .24 Hình Hì nh 2.2 2.2 - Mơ hì hình nh mạng hai mức liên kết EMRP 27 27 Hình Hì nh 2.3 2.3 - Lưu đồ hoạt động pha truyền tải liệu EMRP .29 Hình 3.1 – Cấu trúc module NED .40 40 Hình 3.2 – Start OMNet ++ .45 .45 Hình 3.3 – Giao diện IDE OMNeT++ 45 45 50 .50 Hình 3.4 – Thơng số cấu h ình file omnetpp.ini Hình 3.5 – Q trình mơ 50 50 MỞ ĐẦU Hiện nay, nhiều mạng cảm biến không dây ( Wir Wirele eless ss Sensor Sensor Network Network WSN) phát triển chiếm vai tr ò quan trọng nhiều ứng dụng như: quản lý ngơi nhà thơng minh, chăm sóc sức khỏe v tự động hóa cơng nghiệp… ên Tuy nhiên WSN truyền thống cho phép chạy ứng dụng tr ên không kết hợp tr tron ongg WSN WSN với cảm biến không đồng để thực nhiệm vụ chung V ì để khắc phục nhược điểm người ta đưa khái niệm ảo hóa mạng cảm biến khơng dây (VSN) Ảo hóa mạng cảm biến không dây việc cho phép nhiề u mạng cảm biến khơng đồng đồng tồn tr ên ên hạ tầng vật lý, khiến cho mạng trở nên linh hoạt, đáp ứng mục tiêu đa dạng khác nhiều loại dịch vụ Cho tới thời điểm nay, nghiên cứu vấn đề ảo hóa mạng cảm nhiều Đây biến khơng dây chưa có nhiều đề tài tương đối mới, lại có tầm quan trọng khơng nhỏ v ì lợi ích thiết thực mà ảo hóa mang lại V iệc cho phép nhiều mạng cảm biến khơng đồng c ùng tồn tr ên ên hạ tầng vật lý đem lại hiệu mặt tiết kiệm chi phí phần cứng , chi phí quản lý… cho ứng dụng triển khai Việc ảo hóa mạng cảm biến khơng dây cịn tạo linh hoạt, đa dạng ứng dụng nhiều trường hợp tương đối phức tạp mà mạng cảm biến không dây th ông thường khó đáp ứng Vấn đề định tuyến ảo hóa mạng cảm biến khơn khơngg dây cho phù phù hợp với yêu c ầu khả mở rộng, tiết kiệm lượng… đặt thách thức không nhỏ giao thức định tuyến cần có thêm số yêu c ầu riêng so với giao thức định tuyến khơng có ảo hóa để đáp ứng yêu c ầu mà ên giao thức ảo hóa đặt Chính v ì vậy, cần phải có thay đổi định tr ên định tuyến để chúng sử dụng mạng cảm biến khơng dây ảo hóa Do luận văn này, em dựa vào giao thức định tuyến EMRP – là giao thức định đường đa k ênh ênh có tối ưu nă ng lượn lượngg , cải tiến để đáp ứng yêu cầu mạng cảm biến không dây ảo hóa Nội dung luận văn tổ chức sau: CHƯƠNG 1: ẢO HĨA TRONG MẠNG CẢM BIẾN KHƠNG DÂY Chương tr ình bày số lý thuyết mạng cảm biến không ặc điểm mạng cảm biến không dây ứng dụng mạng cảm biến dây, đđặc không dây Trên sở sở đó, tr ình bày số lý thuyết ảo hóa mạng cảm biến không dây, kiến trúc chung mạng cảm biến khơng dây ảo hóa, mục tiêu ảo dụn g mạng cảm biến khơng dây ảo hóa hóa số ứng dụng ỨC ĐỊNH TUYẾN DÙNG CHO MẠNG CẢM CHƯƠNG 2: GIAO TH BIẾN KHÔNG DÂY ẢO HĨA Chương tr ình bày đặc điểm khác biệt c yêu cầu định tuyến tuyến mạng thông thường mạng cảm biến không dây so với định tuyến thường Trình bày yêu cầu định tuyến mạng cảm biến không dây ảo hóa Giới thiệu giao thức định tuyến EMRP cải tiến EMRP dùng cho ảo hóa CHƯƠNG 3: CÀI ĐẶT, ĐẶT, ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ MÔ PHỎNG Thiết kế kịch mô phỏng, thiết lập mạng, thông số định tuyến v xây dựng hàm mục tiêu cho kịch mô Lựa chọn công cụ mô cài đặt thử nghiệm đánh giá kết Do thời gian thực có hạn, đề tài nghiên cứu vấn đề tương đối đối chắn c ịn nhiều thiếu sót cần sửa chữa bổ sung Em mong nhận giúp đỡ ý kiến đóng góp q báu thầy bạn bè để em tiếp tục hồn thiện đề tài 44 Tương tự, h àm chọn nhóm nhóm tr trưởn ưởngg ứng dụng dụng F1 CH F2CH, nút chọn làm nhóm trưởng nút có giá trị F1 CH F2CH lớn Hàm chọn nút chuyển tiếp ứng dụng dụng F1, F2, nút nút chọn làm nút chuyển tiếp nút dự trữ nút có giá trị hàm F1 F2 lớn lớn thứ Điểm khác biệt trường hợp so với trường hợp thứ nút thuộc VSN1 VSN2 đều cài đặt ứng dụng nên chọn đường theo hàm F1 F2, F2, tức VS VSN1 N1 và VSN2 VSN2 có có khả truyền liệu cho kiện thuộc VSN1 VSN2 3.3 Cài đặt mô 3.3.1 3.3 Cài đ ặt OMNeT++: trênn tran trangg cchhủ vớ i phiên Để cài đặt OMNeT++, ta phải tải phần mềm trê mớ i nh ất (hiện 4.3.1): 4.3.1): http://www http://www.omnet omnetpp.org pp.org/ / Sau giải nén ổ gốc C (không nên giải vào Program File có chứa dấu cách) Chạy file: mingwenv.cmd sau chạy lệnh theo hướ ng ng dẫn file INSTALL.txt $ setenv $ /configure $ make Sau cài đặt xong để sta start rt IDE chạy lệnh omnetpp hình hình 3.2 3.2 45 Hình 3.2 – Start OMNet ++ Sau chọn thư mục làm việc, ta có th ể tạo project mơ Giao diện sau tạo project h ình 3.3 Hình 3.3 – Giao diện IDE OMNeT++ 46 ựng c hương ình mơ 3.3.2 Xây d ựng hương tr ình Chương tr ình mơ đượ c xây dựng bao gồm thành phần bản: File EMRP_VSN.ned mơ tả module mơ hình mạng Các file mã nguồn Sen Sensor sor.h, h, Sen Sensor sor.cc cc,, BaseSta BaseStatio tion.h n.h,, BaseSt BaseStatio ation.c n.ccc xử lý hoạt động module simple đượ c khai báo EMRP_VSN.ned File RoutingDef.h khai báo số được sử dụng chương tr ình bao gồm: giá trị kiểu số phân loại gói tin, độ dài loại tin… File Message.msg khai báo loại gói tin trườ ng ng d ữ liệu n ằm tin File omnetpp.ini khai báo tham số đầu vào cho mô kích thướ c mạng, số nút cảm biến, mức lượng ban đầ u, giớ i hạn truyền tải, giớ i hạn cảm biến… File Result.txt lưu kết đầu chương tr ình t lượ ng ng toàn mạng, mức lượ ng ng nút, thờ i gian sống mạng, tổng số gói tin gửi đi, tổng số gói tin bị lỗi… Sau mơ tả chi tiết cấu trúc hai thành phần quan trọng cấu tr trúc chương tr ình mô ph ỏng OMNeT++ 3.3.2.1 File File mô tả topo mạ ng EMRP_VSN.n EMRP_VSN.ned ed Ngôn ngữ NED đượ đượ c sử dụng để mơ tả topology mơ hình OMNeT++ NED s dụng phương phương pháp pháp mô tả module module hố hố Điều có ngh ĩa mạng đư ợc mơ t ả tậ p hợ p mô tả thành phầ n (các kênh, kiểu module đơn giả n hay kết hợ p) p) Các kênh, ki ểu module đơn gi ản k ết hợp đượ c sử dụng để mô tả mạng có đượ c sử dụng lạ i mô tả m ạng khác Nội dung file EMRP_VSN.ned khai báo lần lượ t module sau: simple module Sensor: module đơn đại diện cho nút cảm biến simple module BaseStation: module đơn đại diện cho trạm gốc 47 simple module Event: module đơn đại diện ch cho kiện module mạng EMRP_VSN : bao gồm module đơn BaseStaion, tập hợ p modunle đơn Event tập hợp module đơn Sensor Mỗi module đơn bao gồm khai báo sau: khai báo tham số: vị trí xpos, xpos, ypos – module BS cố định module Sensor ngẫu nhiên khoảng nhỏ hơn kích kích th thướ ướ c mạng, tham số giớ i hạn truyền tải, giớ i hạn cảm biến, mức lượ ng, ng, chuỗi hiển thị… khai báo cổng: module đơn có t ập h ợ p c đầu vào in[] tập hợ p cổng đầu out[] Module mạng EMRP_VSN bao gồm submodule nói ở trên, khai báo module mạng EMRP_VSN tiến hành gán giá trị cho tham số submodule thườ ng ng lấy từ khai báo giá trị tham số file omnetpp.ini Source file EMRP_VSN.ned: network EMRP_VSN { parameters: int numberOfSensor; int numberOfEvents; int trRange; int ssRange; int frameNumber; int roundNumber; int xMax; int yMax; energy; double double switchLevel; "bgb=1000,500,#C6C6FF,#0000 ,#C6C6FF,#0000FF,2;bgg=500,1,#0000FF FF,2;bgg=500,1,#0000FF" "); @display("bgb=1000,500 submodules: s[numberOfSensor]: s[numberOfSens or]: Sensor { parameters: numberOfSensor numberOfSenso r = numberOfSen numberOfSensor; sor; numberOfEvents numberOfEvent s = numberOfEve numberOfEvents; nts; trRange = trRange; ssRange = ssRange; frameNumber = frameNumber; roundNumber = roundNumber; energy = energy; switchLevel = switchLevel; xPos yPos = = intuniform (0 0, , xMax); yMax); intuniform( 48 "p=$xPos,$yPos"); ); @display ("p=$xPos,$yPos" } e[numberOfEvents]: Event { e[numberOfEvents]: parameters: numberOfSensors numberOfSenso rs = numberOfSensor; numberOfSensor; numberOfEvents numberOfEvent s = numberOfEve numberOfEvents; nts; ssRange = ssRange; xPos = intuniform(0, xMax); yPos = intuniform(0, yMax); "p=$xPos,$yPos"); ); @display ("p=$xPos,$yPos" } bs: BaseStation { parameters: numberOfSensor numberOfSenso r = numberOfSen numberOfSensor; sor; numberOfEvents = numberOfEvent numberOfEvents; s; trRange = trRange; ssRange = ssRange; frameNumber = frameNumber; roundNumber = roundNumber; xPos = xMax/2 xMax/ 2; yPos = yMax; "p=$xPos,$yPos"); @display ("p=$xPos,$yPos"); } connections allowunconnec allowunconnected ted: } 3.3.2.2 Các file mã ng ngu uồ n Các file mã nguồn bao gồm Sensor.h, Sensor.cc, BaseStation.h, BaseStation.cc Mã nguồn đượ c viết ngôn ngữ C++ C++ để xây dựng lớp tương ứng mớ i simple module khai báo file EMRP_VSN.ned Nội dung file lâp trình cách thức thực kiện module, hay nói khác thực hoạt động (behaviour) mơ mơ hình hình Các Các mod modul ulee Sensor BaseStation lớ p kế thừa từ lớ p cSimpleModule thư viện OMNeT++ Khai báo class Sensor BaseStation: Sensor: : public cSimpleModule class Sensor { …… } class BaseStation : public cSimpleModule { …… } 49 Cấu trúc mã nguồn module gồm có hàm sau: void initialize(): hàm khở i tạo lớ p p Trong trình khở i tạo, OMNeT++ xây dựng mạng: tạo module đơn module kế t hợp (compound module) Sau kết nối chúng theo khai báo định ngh ĩa file NED, đ ồng thờ i với khai báo gán giá trị cho biến module void handleMessage(cMessage *msg): hàm đượ c gọi trình xử lý kiện Như hầu hết hoạt động hệ thống đượ c mơ được lập trình hàm Hàm handleMessage() được nhân mô (simulation kernel) gọi module nhận đượ c gói tin ết 3.4 Thử nghiệm đánh giá k ết 3.4.1 Mô ph thử nghiệ nghi ệm Giao thức EMRP cải tiến cho ảo hóa đề xuất phần cài đặt thử nghiệm với công cụ mô OMNeT++ Đánh giá giao thức thức EMRP cải tiến cho ảo hóa tập trung vào việc so sánh k chịu lỗi hai mạng ảo VSN1 VSN2 khía cạnh quan trọng kh khả tiết kiệm lượng Do mục tiêu đưa thiết kế mạng ảo đảm bảo cho mạng VSN1 có chất lượng thời gian sống lâu hơ n VSN2 nên hiệu mạng đánh giá qua thời gian sống mạng tỉ lệ lỗi gói tin Trong mô thực mức lượng ban đầu l 1Jun trình hoạt động mạng khơng có can thiệp để tiếp thêm lượng Mơ hình mơ sử dụng để so sánh mạng cảm biến gồm 200 nút cảm biến với kích thước 1000x5 00m, gồm mạng ảo VSN1 VSN2 Mỗi mạng ảo có vị trí cố định trước với số nút cảm biến 100 nút kích thước mạng ảo 500x500m Số lượng gói tin liệu chuyển tới trạm gốc kiện 30 Giới hạn truyền tải 150m giới hạn cảm biến 70m Ngưỡng chuyển đổi nút chuyển tiếp dự trữ 0.5% mức lượng ban đầu nút cảm biến, ngưỡng ngưỡng giới hạn hạn lượng lượng dừng hoạt động nút đặt mức 1% 50 lượng ban đầu Một nút cảm biến dừng hoạt động định tuyến gửi nhận liệu cảm biến nhóm mức l ượng xuống 1% mức lượng ban đầu Các thơng số cấu h ình file omnetpp.ini h ình 3.4 Hình 3.4 – Thơng số cấu h ình file omnetpp.ini ình mơ chạy tất nút cảm biến m Chương tr có khoảng cách tới trạm gốc nhỏ giới hạn truyền tải hết lượng Khi có ngh ĩa khơng k hơng cịn tồn tuyến đường truyền tải liệu tới trạm gốc liên lạc trao đổi thông tin từ nút cảm biến mạng tới trạm gốc bị cắt đứt hồn tồn Q trình mơ diễn h ình 3.5 Hình 3.5 – Q trình mơ Sau kết thúc q trình mơ phỏng, kết c ác thông số đầu ghi lại file Result.txt bao gồm: 51 Thời gian sống mạng ảo (số v òng) Số vòng mạng ảo hoạt động nút mạng hết lượng Tổng số gói tin liệu gửi từ nhóm trưởng trưởng mạng ảo trình mạng hoạt động tru yền gói tin mạng Tổng số gói tin bị lỗi liên kết tr ình truy ảo 3.4.2 Phân tích kết mơ ịch mơ 3.4.2.1 K ịch Thời gian sống mạng: thời gian sống mạng đo thông số Thứ thời gian hoạt động thực mạng lúc mạng hết lượng ợc đo tổng số vòng truyền liệu kiện mạng gốc Thứ hai thời đư gian hoạt động mạng nút mạng hết lượ ng, đo bằng số vòng truyền liệu trạm gốc nút đầu ti ên mạng hết lượng Kết mô bảng 3.1 cho thấy thời gian sống toàn mạng VSN1 kéo dài VSN2 khoảng 50 vòng thời gian nút hết lượng lượng VSN1 kéo dài VSN2 khoảng 30 vịng Bảng 3.1 – Thời gian sống tồn mạng thời gian nút hết lượng kịch mô Mạng ian s ng Thời gian Node đ u tiên h t VSN1 tồn mạng (vịng) 294 lượng lượng (vòng) 267 VSN2 240 236 Tỉ lệ lỗi liên kết đo số gói liệu thất bại (không truyền tới trạm gốc) tổng số gói liệu đ ược truyền Một liên kết coi thất bại ìm nút chuyển tiếp liệu truyền tới nút hết lượng khơng thể t ìm Theo bảng 3.2, trường hợp mơ thứ nhất, VSN1 có tỉ lệ lỗi truyền gói tin tương đối đối thấp thấp so với VSN2 52 Bảng 3.2 – Tỉ lệ lỗi truyển gói tin mạng ảo kịch mô Mạng Tổng số gói liệu Số liên kết lỗi Tỉ lệ lỗi (%) VSN1 8783 44 0.50 VSN2 7125 45 0.63 ịch mô 3.4 3.4.2 2.22 K ịch Thời gian sống mạng: Theo kết mơ bảng 3.3 cho thấy vịng ng thời gian thời gian sống toàn mạng VSN1 kéo dài VSN2 khoảng vò nút hết lượng VSN1 kéo dài VSN2 khoảng 20 v ịng So với trường hợp mơ thứ th ì thời gian sống trường hợp ngắn đối trường với mạng ảo độ chênh lệch mạng ảo thấp Bảng 3.3 – Thời gian sống toàn mạng thời gian nút hết lượng kịch mô Thời gian sống Node hết tồn mạng (vịng) lượng lượng (vòng) VSN1 257 254 VSN2 253 232 Mạng Tỉ lệ lỗi liên kết: theo kết mô có bảng 3.4, trường hợp mơ thứ hai VSN1 có tỉ lệ lỗi truyền tin tương đối thấp v thấp so với ường hợp mô thứ th ì t ỉ lệ cao VSN2 Tuy vậy, so với tr ường mạng ảo Bảng 3.4 – Tỉ lệ lỗi truyển gói tin c mạng ảo kịch mô Mạng gói ddữữ liệ liệuu T ng s gói S liên k t l i Tỉ lệ l i (%) VSN1 7789 126 1.66 VSN2 7564 281 3.79 Trong hai trường hợp mô ta thấy việc sử dụng tài nguyên nút không đồng khu vực địa lý sử dụng giao thức EMRP cải tiến để địn địnhh tuyến tuyến Trong hai kịch mô nút cảm biến cài đặt 53 nhiều ứng dụng Tùy theo kiện cảm biến mà nút cảm biến giao tiếp với định tuyến theo thông số khác Hay n ói khác, khác, ggiao iao thức định tuyến EMRP cải tiến đáp ứng yêu cầu ảo hóa nhằm tạo phương phương thức giao tiếp trực tiếp trao đổi thông tin liên quan đến tài nguyên ảo nút không đồng khu vực địa lý, nhằm nguồn tài nguyên có sẵn mục tiêu sử dụng hiệu nguồn Với hai kịch mô đưa ra, giao thức định tuyến EMRP cải tiến đáp ứng việc định tuyến cho ứng dụng khác Do kịch cài đặt ứng dụng khác nên kết thời gian sống, tỉ lệ lỗi khác cho mạng ảo Qua ta kết luận giao thức định tuyến EMRP cải tiến kịch định tuyến khác khác đáp ứng đượ đượcc yêu cầu riêng thích nghi với nhiều kịch dụn g nhấ t định biệt mạng ảo hóa ứng dụng và hướng 3.4.3 Đ ánh giá gi k ết phát tr trii ển Luận văn nghiên cứu việc ứng dụng giao thức đinh tuyến EMRP cho ảo hóa mạng cảm biến không dây Từ sở lý thuyết kết mơ thực nghiệm ta đến kết luận: Giao thức định tuyến EMRP cải tiến đáp ứng yêu cầu cơ ảo hóa nhằm tạo phương thức giao tiếp trực tiếp trao đổi thông tin liên quan đến tài nguyên ảo nút không đồng khu vực địa lý, nhằm mục tiêu sử dụng hiệu cá c nguồn tài nguyên có sẵn Qua q trình mơ thử nghiệm cho thấy giao thức định tuyến cải yêu tiến thích nghi với nhiều kịch định tuyến khác đáp ứng cầu riêng biệt mạng ảo hóa ứng dụng định Bên cạnh đ ó, số vấn đề cịn tồn cần giải để giao thức linh hoạt hiệu Đây coi hướng phát triển tương lai cho giao thức cải tiến Đó là: Chương tr ình mô cài đặt chạy nhiều kiện xảy lúc ên mạng ảo có kiện sảy ra, trong mạng Tại thời điểm tr ên nút thời điểm tham gia v việc truyền liệu cho mạng 54 ảo Nếu một nút được cài cài đặt nhiều nhiều ứng dụng tức tham gia định tuyến cho nhiều nhiệm vụ khác Điều dẫn đến trường hợp sảy xung đột thời điểm nút nhận liệu truyền đến từ hai hay nhiều mạng ảo khác Tuy tr ường hợp sảy cần phải có thêm cơ chế để tránh xung đột truyền liệu mạng ảo, tránh l àm mát gói tin q trình định tuyến Việc xây dựng hàm mục tiêu để phù hợp với thông số định tuyến mà mạng ảo hỗ trợ toán đáng quan tâm, mà cách xây dựng hàm mục tiêu khác lại dẫn đến tr ình định tuyến hiệu định tuyến khác Do thời gian l àm luận văn có hạn nên luận văn chưa đánh giá khác hàm mục tiêu với loại thông số ảnh hưởng việc chọn hà m mục tiêu đến kết định tuyến Trong giới hạn luận văn thực hiện, thông số dùng cho giao thức EMRP cải tiến cho ảo hóa dừng lại thơng số số lượng hop lượng nút cảm biến Ngồi cịn nhiều loại thơng số định tu yến khác bà y mục 2.3 luận văn sử dụng cho việc thể tr ình bày mục tiêu khác loại ứng dụng Việc xây dựng hàm mục tiêu cho thông số định tuyến đưa chúng vào sử dụng định tuyến l hướng để phát triển giao thức 55 KẾT LUẬN Sau tr ình nghiên cứu, luận văn em hoàn thành hướng dẫn tận t ình hướng ình PGS.TS Đặng Văn Chuyết giúp đỡ TS Ngô Quỳnh Thu (Viện Công nghệ Thông tin Truyền thông – trường đại học Bách Khoa Hà Nội) Luận văn trình bày lý thuyết tổng quan mạng cảm biến không dây, ảo hóa mạng cảm biến khơng dây, vấn đề định tuyến ảo hóa mạng cảm biến khơng dây Qua thấy tầm quan t rọng l ợi ích ảo hóa định tuyến mạng cảm biến ảo thực đề tài đáng quan tâm Với ìm hiểu giao thức định tuyến lý vậy, Luận văn vào nghiên cứu t ìm dành cho mạng cảm biến khơng dây ảo hóa, cải tiến giao thức EMRP có để phù hợp với ảo hóa mạng cảm biến khơng dây ìm hiểu ứng dụng ảo hóa để xây dựng Bên cạnh đó, em sâu t ìm kịch mơ ph ù hợp với nhu cầu thực tế địa phương, đơn vị em công tác tác dùng cho cho giao giao thức EMRP cải tiến Kết mô khẳng định giao thức EMRP cải tiến sử dụng để định tuyến cho nhiều mạng ảo khác hạ tầng vật lý, với dịch vụ khác chúng đáp ứng chọn,, ưu yêu cầu riêng biệt mạng ảo tiêu chí lựa chọn tiênn ch tiê choo q trì trình nh định tuyến Từ đạt mục đích đề chất lượng dịch vụ cung cấp Với tác dụng thấy r õ việc ảo hóa mang lại, tương lai ãi nhanh chóng Em hi vọng khơng xa mạng cảm biến ảo phát triển rộng r ãi luận văn góp phần vào việc nghiên cứu lĩnh vực tương đối mẻ Việt Nam Do thời gian có hạn c ùng với tr ình độ thân cịn hạn chế nên ên nhiều mơ h ình mạng thuật tốn chưa thực hồn thiện chưa thứ nghiệm tr ên với kích thước mật độ nút mạng khác Trong tương lai, em mong sẽ phát triển giải pháp để tối ưu với nhiều loại mơ h ình mạng, nhiều kịch ứng dụng 56 khác đồng thời cài đặt tr ên ên thiết bị phần phần cứng cứng để thu được kết kết hoạt động giao thức thực tế Học viên thực Phạm Minh Tuấn 57 DANH MỤC CÁC TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Anura PP.Jaya Jayasumana sumana,, Tissa H Illanga Illangasekare sekare (2007), (2007), “Virtual Sensor Networks – A Resource Efficient Approach for concurrent Applications”, Colorado School of Mines,, Internatio Mines International nal Conference Conference on Information Information Techn Technology ology [2] A Abbasi and M Younis (2007), “ A survey on clustering algorithms for wireless sensor networks”, Computer Communications, Vol 30, 2007, pp 2826 - 2841 [3] Javier Lucio Ruiz-Andino, Panos Trakadas, Lambros Sarakis, Theodore Zahariadis, Nelly Leligou, Terpsichori Velivasaki, Kyriakos Georgouleas (2012) ,, “D6.1 Trials/Demonstration Specification and setup”, Information and Commnication Technologies Programme, VITRO [4] Luis Javier Javier García García Villalba, Villalba, Ana Lucila Lucila Sandoval Sandoval Orozco, Alicia Alicia Triv Triviño iño Cabrera Cabre and Cláudia Cláudia Jacy Jacy Barenco Barenco Abbas Abbas (2009), “ Routing Protocol in Wireless Sensor Network ”, Sensors 2009,9, pp 8399-8421 8399-8421 [5 [5]] Mar Marce cell lloo Anto Antonu nucc ccii (2 (201 010) 0), “ D2.1-VITRO Application Domain and Vi Virt rtua uali liza zati tion on Requ Requir irem emen ents ts”, information and commnicatio n Technologies Programme, VITRO [6] Marjan Radi, Radi, Behnam Dezfouli, Kamalrulnizam Kamalrulnizam Abu Bakar and Malrey Lee (2012), “ Multipath Routing in Wireless Sensor Networks: Survey and Research Challenges”, Sens Sensor orss 2012 2012,, 12, 12, pp pp 650 650-6 -685 85 [7] Md Mota Motaharul harul Islam, Islam, Eui-Nam Eui-Nam Huh (2012), “Virtualization in Wireless Sensor Network: Challenges and Opportunities”, Journal of network s, s, 7(3 7(3), ), pp pp 4412 12-4 -418 18 [8] Nelly Leligou, Lambros Sarakis, Panos Trakadas, Vicent Gay, Kyriakos Geor Ge orgo goul ulea eass (2 (2011 011), ),“ D4.1 – VITRO Design Principles of trust-aware Routing Protocol Supporting Virtualization”, Information and Commnication Technologies Programme, VITRO 58 [9] Sw Swad ades es De, De, Chun Chunmi ming ng Qia Qiaoo and and Hongy Hongyii Wu (2003 (2003), ), “ Meshed Multipath Routing: An Efficient E fficient Strategy in Sensor Sens or Networks ”, Wire Wireless less Communi Communicati cations ons and Networking, 3(1), pp 1912-1917 [10] Vicent Gay,Theodore Zahariadis, Zahariadis, Nelly Leligou, Panos Karzis, Terpsichori Terpsichori Velivasaki, Nikos Pappas, Monica Navarro, Mischa Dohler, Marcello Antonucci (2011), “ D2.2 VITRO System Requirements”, information and commnication Technologies Programme, VITRO [11] Thu Ng Ngoo Quynh, Quynh, Thuy Tran Vinh, Vinh, Mai Banh Banh Thi Thi Quynh Quynh (2012) (2012). “Multipath Routing Routi ng for cluster-based cluster-based and EventEvent- based protocol protocols in Wireless Sensor Network”, International Symposium on Information and Communication Technology (SoICT 2012), Halong, Vietnam [12] Thuy Tra Trann Vinh, Vinh, Thu Ngo Quynh, Quynh, Mai Ban Banhh Thi Thi Quy Quynh nh (2012) (2012) – “EMRP: ENERGY – AWARE AWARE MESH ROUTING PROTOCOL FOR WIRELESS SENSOR NETWORKS”, International Conference on Advanced Technologies for Communications (ATC), Hanoi, Viet Nam [13] OMNeT+ OMNeT++, +, versio versionn 4.2, 4.2, a discr discrete ete event event sim simula ulatio tionn sy syste stem, m, http://www.omnetpp.org [14]] VITR [14 VITRO O - Virt Virtual ualiz ized ed dI dIsT sTri ribut buted ed pl plat atfor form m of sm smar artt Ob Obje ject ct,, http http:/ ://w /www ww.v vit itro ro-fp7.eu ... cầu mạng cảm biến không dây ảo hóa Nội dung luận văn tổ chức sau: CHƯƠNG 1: ẢO HĨA TRONG MẠNG CẢM BIẾN KHƠNG DÂY Chương tr ình bày số lý thuyết mạng cảm biến không ặc điểm mạng cảm biến không dây. .. chế định tuyến cho mạng ảo khác Vì định tuyế n có vai trị vơ quan trọng then chốt trong việc ảo hóa mạng cảm biến không dây Vấn đề định tuyến mạng cảm biến khơng dây vào việc ảo hóa mạng cảm biến. .. dụng mạng cảm biến dây, đđặc không dây Trên sở sở đó, tr ình bày số lý thuyết ảo hóa mạng cảm biến không dây, kiến trúc chung mạng cảm biến khơng dây ảo hóa, mục tiêu ảo dụn g mạng cảm biến