Tìm hiểu và nghiên cứu về mạng cảm biến

Đồ án tốt nghiệp MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU LỜI CẢM ƠN CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ MẠNG CẢM BIẾN KHÔNG DÂY .5 Định nghĩa: .5 Cấu trúc WSN: 2.1.1 Vi điều khiển 2.1.2 Sensor 2.1.3 Bộ phát radio Ứng dụng WSN .9 Những thách thức WSN 13 CHƯƠNG II: MỘT SỐ GIAO THỨC MAC TRONG MẠNG CẢM BIẾN KHÔNG DÂY 14 I Giao Thức Mac .14 Các nguyên nhân gây nên lãng phí lượng 17 Các giao thức MAC mạng cảm nhận không dây 19 3.1 CSMA 19 3.2 Sensor-MAC .22 3.3 Time out-MAC 30 Chương - PHẦN MỀM MÔ PHỎNG MẠNG OMNET++ 39 3.1 OMNET++ 39 3.1.1 Giới thiệu 39 3.1.2 Các thành phần OMNET++ 39 3.1.3 Ứng dụng 40 3.2 Mô hình OMNET++ 40 3.2.1 Cấu trúc phân cấp module 40 3.2.2 Kiểu module 41 3.2.3 Message, cổng, liên kết 42 3.2.4 Mơ hình truyền gói tin 43 Sinh viên:Trần Thị Hoài Lớp: CT1002 Ngành :Công nghệ thông tin Đồ án tốt nghiệp 3.2.5 Tham số 44 3.3 Sử dụng OMNET++ 44 3.3.1 Xây dựng chạy thử mô hình mơ 44 3.3.2 Hệ thống file 46 3.4 Ngôn ngữ NED 48 3.4.1 Các dẫn import 48 3.4.2 Khai báo kênh 48 3.4.3 Khai báo module đơn giản 49 3.4.4 Khai báo module kết hợp 51 3.4.5 Khai báo mạng 52 Chương - MÔ PHỎNG VÀ ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ NĂNG LƯỢNG .54 CỦA CSMA, S-MAC, T-MAC 54 4.1 Thiết lập mơ hình mơ 54 Các giao thức CSMA, S-MAC, T-MAC mô sở hoạt động nút cảm biến EYES 54 4.2 Kết mô đánh giá 56 KẾT LUẬN 64 Sinh viên:Trần Thị Hồi Lớp: CT1002 Ngành :Cơng nghệ thơng tin Đồ án tốt nghiệp LỜI NÓI ĐẦU Ngày nhờ có tiến nhanh chóng khoa học công nghệ phát triển mạng bao gồm cảm biến giá thành rẻ, tiêu thụ lượng đa chức nhận ý đáng kể Hiện người ta tập trung triển khai mạng cảm biến để áp dụng vào sống hàng ngày Đó lĩnh vực y tế, quân sự, môi trường, giao thông… Trong tương lai không xa, ứng dụng mạng cảm biến trở thành phần thiếu sống người phát huy hết điểm mạnh mà mạng có mạng cảm biến Tuy nhiên mạng cảm ứng phải đối mặt với nhiều thách thức, thách thức lớn nguồn lượng bị giới hạn khả xử lý thấp, giá thành thấp, giải thơng bé, tín hiệu yếu hoạt động tần số chia sẻ Hiện nhiều nhà nghiên cứu tập trung vào việc cải thiện khả sử dụng hiệu lượng mạng cảm biến lĩnh vực khác Trong trình tìm hiểu nghiên cứu mạng cảm biến, em lựa chọn đề tài đánh giá hiệu lượng số giao thức điều khiển xâm nhập môi trường mạng cảm biến không dây làm đồ án tốt nghiệp Đồ án gồm chương: Chương I: Tổng quan mạng cảm biến không dây Chương II: Một số giao thức MAC mạng cảm biến không dây Chương III: Phần mềm mô mạng OMNET++ Chương IV: Mô đánh giá hiệu lượng CSMA, SMAC, TMAC Sinh viên:Trần Thị Hồi Lớp: CT1002 Ngành :Cơng nghệ thơng tin Đồ án tốt nghiệp LỜI CẢM ƠN Để hoàn thành đồ án tốt nghiệp này, em học hỏi kiến thức quí báu từ thầy, cô giáo Trường Đại Học Dân Lập Hải Phịng suốt bốn năm đại học Em vơ biết ơn dạy dỗ, bảo tận tình thầy, cô thời gian học tập Em xin bày tỏ lòng biết ơn tới thầy Nguyễn Trọng Thể - Khoa công nghệ thông tin – Trường Đại Học Dân Lập Hải Phịng tận tình bảo định hướng cho em nghiên cứu đề tài Thầy cho em lời khuyên quan trọng suốt q trình hồn thành đồ án Cuối cùng, em xin cảm ơn gia đình bạn bè tạo điều kiện thuận lợi, động viên giúp đỡ em suốt thời gian học tập, q trình nghiên cứu, hồn thành đồ án Do hạn chế thời gian thực tập, tài liệu trình độ thân, đồ án em khơng thể tránh khỏi thiếu sót, mong thầy góp ý sửa chữa để đồ án tốt nghiệp em hoàn thiện Em xin chân thành cảm ơn! Sinh viên:Trần Thị Hoài Lớp: CT1002 Ngành :Công nghệ thông tin Đồ án tốt nghiệp CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ MẠNG CẢM BIẾN KHÔNG DÂY Định nghĩa: Mạng cảm biến khơng dây (WSN) hiểu đơn giản mạng liên kết node với kết nối sóng vơ tuyến, node mạng thường thiết bị đơn giản, nhỏ gọn, giá thành thấp… có số lượng lớn, phân bố cách khơng có hệ thống diện tích rộng, sử dụng nguồn lượng hạn chế hoạt động mơi trường khắc nghiệt (chất độc, ô nhiễm, nhiệt độ cao…) Cấu trúc WSN: Node cảm biến Một node cảm biến cấu tạo thành phần sau: Vi điều khiển, Sensor, phát radio Ngồi cịn có cổng kết nối máy tính 2.1.1 Vi điều khiển Bao gồm: CPU; nhớ ROM, RAM; phận chuyển đổi tín hiệu tương tự thành tín hiệu số ngược lại 2.1.2 Sensor Chức năng: cảm nhận giới bên ngồi, sau chuyển liệu qua phận chuyển đổi để xử lý 2.1.3 Bộ phát radio Node cảm biến thành phần quan trọng WSN, việc thiết kế node cảm biến cho tiết kiệm tối đa nguồn lượng vấn đề quan trọng hàng đầu Mạng cảm nhận Sinh viên:Trần Thị Hồi Lớp: CT1002 Ngành :Cơng nghệ thơng tin Đồ án tốt nghiệp Hình 1.1 Phân bố node cảm biến trường hợp cảm biến Hình 1.1 thấy, mạng cảm nhận bao gồm nhiều node cảm biến phân bố trường cảm biến Các node có khả thu thập liệu thực tế, sau chọn đường (theo phương pháp đa bước nhảy ) để chuyển liệu node gốc Node gốc liên lạc với node quản lý nhiệm vụ thông qua Internet vệ tinh Việc thiết kế mạng cảm nhận mơ hình 1.1 phụ thuộc vào nhiều yếu tố như: Khả chịu lỗi: Một số node cảm biến có khả khơng hoạt động thiếu lượng, hư hỏng vật lý ảnh hưởng môi trường Khả chịu lỗi thể việc mạng hoạt động bình thường, trì chức số node mạng không hoạt động Khả mở rộng: Khi nghiên cứu tượng, số lượng node cảm biến triển khai đến hàng trăm nghìn node, phụ thuộc vào ứng dụng mà số vượt q hàng trăm nghìn node Do cấu trúc mạng có khả mở rộng để phù hợp với ứng dụng cụ thể Giá thành sản xuất: Vì mạng cảm nhận bao gồm số lượng lớn node cảm biến phí node quan trọng Sinh viên:Trần Thị Hoài Lớp: CT1002 Ngành :Công nghệ thông tin Đồ án tốt nghiệp việc điều chỉnh chi phí mạng Do chi phí node cảm biến phải giữ mức thấp Tích hợp phần cứng: Vì số lượng node cảm biến mạng nhiều nên node cảm biến cần phải có buộc phần cứng sau: Kích thước nhỏ, tiêu thụ lượng ít, chi phí sản xuất ít, thích hợp với mơi trường, có khả tự cấu hình hoạt động khơng cần giám sát Mơi trường hoạt động: Các node cảm biến thường dày đặc phân bố trực tiếp môi trường (kể môi trường ô nhiễm, độc hại hay nuớc…) Node cảm biến phải thích ứng với nhiều loại mơi trường thay đổi môi trường Các phươngg tiện truyền dẫn: Ở mạng cảm nhận, node kết nối với môi trường không dây, môi trường truyền dẫn sóng vơ tuyến, hồng ngoại phương tiện quang học Để thiêt lập hoạt động thống chung cho mạng phương tiện truyền dẫn phải chọn phù hợp tồn giới Cấu hình mạng cảm nhận: Mạng cảm nhận bao gồm số lượng lớn node cảm biến, phải thiết lập cấu hình ổn định Sự tiêu thụ lượng: Mỗi node cảm biến trang bị nguồn lượng giới hạn Trong số ứng dụng, việc bổ sung nguồn lượng khơng thê thực Vì thời gian sống mạng phụ thuộc vào thời gian sống node cảm biến, thời gian sống node cảm biến lại phụ thuộc vào thời gian sống pin Do vậy, nhà khoa học nỗ lực tìm giải thuật giao thức thiết kế cho node mạng nhằm tiết kiệm nguồn lượng hạn chế Kiến trúc giao thức mạng cảm nhận: Sinh viên:Trần Thị Hồi Lớp: CT1002 Ngành :Cơng nghệ thơng tin Đồ án tốt nghiệp Hình 1.2 Kiến trúc giao thức mạng cảm biến Kiến trúc giao thức áp dụng cho mạng cảm nhận trình bày hình 1.2 Kiến trúc bao gồm lớp mặt phẳng quản lý Các mặt phẳng quản lý làm cho node làm việc theo cách có hiệu nhất, định tuyến liệu mạng cảm nhận di động chia sẻ tài nguyên node cảm biến +Lớp vật lý: có nhiệm vụ lựa chọn tần số, tạo tần số sóng mang,phát tín hiệu, điếu chế mã hố tín hiệu + Lớp liên kết số liệu: Có nhiệm vụ ghép luồng liệu, phát khung liệu, cách truy cập đường truyền điều khiển lỗi Vì mơi trường có tạp âm node cảm biến di động, giao thức điều khiển truy nhập môi trường (MAC) phải xết đến vấn đề cơng suất phải có khả tối ưu hố việc va cham với thơng tin quảng bá node lân cận + Lớp mạng: Quan tâm đến việc chọn đường số liệu cung cấp lớp truyền tải + Lớp truyền tải: giúp trì luồng số liệu nêứu ứng dụng mạng cảm nhận yêu cầu Lớp truyền tải cần thiết hệ thống có kế hoạch truy cập thơng qua mạng Internet mạng bên khác Sinh viên:Trần Thị Hoài Lớp: CT1002 Ngành :Công nghệ thông tin Đồ án tốt nghiệp + Lớp ứng dụng: tuỳ theo nhiệm vụ cảm biến, loại phần mềm ứng dụng khác xây dựng sử dụng lớp ứng dụng + Mặt phẳng quản lý công suất: Điều khiển việc sử dụng công suất node cảm biến Ví dụ: Node cảm biến tắt thu sau nhận tin để tránh tạo tin giống Khi mức công suất node cảm biến thấp, phát quảng bá sang node cảm biến bên cạnh thông báo mức lượng thấp khơng thể tham gia vào q trình định tuyến Cơng suất cịn lại giành cho nhiệm vụ cảm biến + Mặt phẳng quản lý di chuyển: Có nhiệm vụ phát đăng ký chuyển động node Từ xác định xem hàng xóm + Mặt phẳng quản lý nhiệm vụ: Có nhiệm vụ cân xếp nhiệm vụ cảm biến node vùng thực nhiệm vụ cảm biến tai thời điểm Ứng dụng WSN WSN bao gồm node cảm biến nhỏ Thích ứng mơi trường khắc nghiệt Những node cảm biến này, cảm nhận môi trường xung quanh, sau gửi thơng tin thu đến trung tâm để xử lý theo ứng dụng Các node khơng nhừng liên lạc với node xung quanh nó, mà cịn xử lý liệu thu trước gửi đến node khác WSN cung cấp nhiều ứng dụng hữu ích nhiều lĩnh vực sống Các ứng dụng bảo vệ mơi trường Phát mìn, chất độc môi trường + + + + + Giám sát lũ lụt, bão, gió, mưa… Phát nhiễm, chất thải Phát hoạt động núi lửa Phát độnh đất Sinh viên:Trần Thị Hồi Lớp: CT1002 Ngành :Cơng nghệ thơng tin Đồ án tốt nghiệp + Giám sát cháy rừng Các ứng dụng y tế + Định vị theo dõi bệnh nhân + Hệ thống báo động khẩn cấp + Cảm biến gắn trực tiếp lên thể người + phân tích nồng độ chất + Chăm sóc sức khoẻ + Hỗ trợ chăm sóc bệnh nhân Hình 1.3 Ứng dụng y tế Các ứng dụng gia đình + + Hệ thống giao tiếp điều khiển từ xa thiết bị Hệ thống cảnh báo an ninh… … Sinh viên:Trần Thị Hoài Lớp: CT1002 Ngành :Công nghệ thông tin 10 Đồ án tốt nghiệp Ví dụ: simple NetworkInterface parameters: // gates: in: fromPort, fromHigherLayer; out: toPort, toHigherLayer; endsimple simple RoutingUnit parameters: // gates: in: output[]; out: input[]; endsimple Kích thước vector cổng xác định sau đối tượng cụ thể mơ hình có vector cổng có kích thước khác 3.4.4 Khai báo module kết hợp Module kết hợp module chứa nhiều module Bất kỳ kiểu module (đơn giản hay kết hợp) dùng module Cũng giống module đơn giản, module kết hợp có cổng, tham số chúng sử dụng chỗ mà module đơn giản sử dụng Theo quy ước, tên module (bao gồm kiểu module kết hợp) bắt đầu chữ hoa Các module sử dụng tham số module cha Các module kết nối với hoặc/và kết nối với module kết hợp chứa chúng Sinh viên:Trần Thị Hoài Lớp: CT1002 Ngành :Công nghệ thông tin 51 Đồ án tốt nghiệp Việc khai báo module kết hợp tương tự khai báo module đơn giản Phần khai báo bao gồm từ khoá parameters gates, ngồi cịn sử dụng thêm hai từ khoá submodules connections Cú pháp: module Tên_module parameters: // gates: // submodules: // connections: // endmodule 3.4.5 Khai báo mạng Để thực tạo mơ hình mơ chạy người sử dụng phải khai báo mạng Việc khai báo mạng tạo mơ hình mơ đối tượng cụ thể kiểu module định nghĩa trước Kiểu module thường module kết hợp, nhiên tạo mạng module đơn giản độc lập Có thể khai báo nhiều mạng nhiều file NED Chương trình mơ sử dụng file NED chạy mạng Nếu bạn muốn cụ thể mạng thực bạn rõ file cấu hình (omnetpp.ini) Cú pháp khai báo mạng tương tự khai báo module con: network wirelessLAN: WirelessLAN parameters: numUsers=10, httpTraffic=true, Sinh viên:Trần Thị Hoài Lớp: CT1002 Ngành :Công nghệ thông tin 52 Đồ án tốt nghiệp ftpTraffic=true, distanceFromHub=truncnormal(100,60); endnetwork Ở WirelessLAN tên kiểu module kết hợp định nghĩa từ trước, chứa kiểu module kết hợp khác WirelessHost, WirelessHub Một cách tự nhiên, kiểu module khơng có cổng dùng khai báo mạng Sinh viên:Trần Thị Hoài Lớp: CT1002 Ngành :Công nghệ thông tin 53 Đồ án tốt nghiệp Chương - MÔ PHỎNG VÀ ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ NĂNG LƯỢNG CỦA CSMA, S-MAC, T-MAC 4.1 Thiết lập mô hình mơ Các giao thức CSMA, S-MAC, T-MAC mô sở hoạt động nút cảm biến EYES Hình 4.1 Nút cảm biến EYES Nút cảm biến EYES trang bị xử lý Texas Instruments MSP430F149 với 2KB RAM 60 KB nhớ Flash; vi xử lý 16 bít chạy nhiều xung nhịp, cực đại 5MHz Nút cảm biến EYES truyền thơng sử dụng sóng vơ tuyến 115kbps (RFM TR1001, 868.35 MHz, hybrid transceiver), trang bị với nhớ 2Mb EEPROM (AST 25P20V6) Nút cảm biến EYES có nhiều giao diện tương tác với giới bên bao gồm JTAG, RS232, LEDs, … Năng lượng cung cấp cho nút cảm biến 02 pin AA hiệu điện 3V chiếm hầu hết thể tích nút Bảng 4.1 Thông số tiêu thụ điện nút cảm biến EYES Dung lượng khả tiêu thụ điện nút EYES giống với nút cảm biến nguyên mẫu khác Bộ nhớ RAM 2KB lượng cung cấp, Sinh viên:Trần Thị Hoài Lớp: CT1002 Ngành :Công nghệ thông tin 54 Đồ án tốt nghiệp hai dạng tài nguyên khan Do giao thức MAC thiết kế cho việc sử dụng tài ngun Để minh họa giao thức điều khiển truy nhập MAC giới thiệu trên, thực xây dựng mô hình mơ hoạt động thực tế nút cảm biến EYES công cụ mô OMNET++ Các giao thức MAC cài đặt cho nút EYES để so sánh đánh giá gồm: S-MAC, T-MAC CSMA Sở dĩ cài đặt mơ CSMA xem xét đến trường hợp tồi giao thức điều khiển truy nhập mạng cảm biến khơng dây Tồi khía cạnh CSMA khơng có đặc tính tiết kiệm lượng Để mơ tiến hành xây dựng ma trận nút cảm biến gồm 100 nút phân bố mạng lưới 10x10 hình 4.2 Trong ma trận đó, chọn cơng suất phát sóng nút cho nút trung tâm ma trận có nút lân cận Ví dụ, hình 4.2, nút 55 có lân cận là: 44, 45, 46, 54, 56, 64, 65, 66 Hình 4.2 Ma trận 100 nút cảm biến phân bố Đối với nút cảm biến EYES, mức tiêu thụ điện đo thực tế: 20µA ngủ, 4mA nhận 10mA truyền Vì nguồn điện cung cấp cho nút cảm biến hoạt động có hiệu điện không đổi 3V, thời gian mô xác định, dễ dàng tính lượng tiêu thụ trung bình xác định dịng điện tiêu thụ trung bình Để thuận tiện tính tốn, mơ sử dụng đại lượng dịng điện tiêu thụ trung bình thay cho lượng tiêu thụ trung bình Sinh viên:Trần Thị Hồi Lớp: CT1002 Ngành :Công nghệ thông tin 55 Đồ án tốt nghiệp Trong mơ phỏng, sử dụng nút cảm biến EYES có xung nhịp 32768 xung giây, thực mơ giao thức S-MAC với khung thời gian có độ dài giây tương ứng với 32768 xung (tick), thời gian tích cực thay đổi theo mục đích mơ Với giao thức T-MAC, sử dụng cố định độ dài khung 610ms (20000 xung nhịp), độ dài khoảng cách TA 15ms (500 xung nhịp) Với giao thức T-MAC, sử dụng kỹ thuật tránh nghe thừa (overhearing avoidance), kỹ thuật gửi RTS sớm Thời gian thực mô 30 giây Trong mơ có thơng số quan trọng để theo dõi hiệu suất giao thức thơng lượng Ở thay đổi thơng lượng thông qua thay đổi tham số mô khác là: tốc độ phát sinh gói tin nút cảm biến 4.2 Kết mô đánh giá Tiến hành chạy mơ với giao thức CSMA, q trình hoạt động mạng sau: Initializing 0.0000000 ( 0.00s) net.nodes[0].mac: mac=Csma 0.0000000 ( 0.00s) net.nodes[0].mac: mac1=0.000000 mac2=0.000000 mac3=0.000000 mac4=0.000000 0.0000000 ( 0.00s) net.scenario: msglen = 20 0.0000000 ( 0.00s) net.scenario: msginterval = 10.000000 0.0000000 ( 0.00s) net.prop: node is at (0.000000,0.000000) … Running simulation 0.2076919670 (207ms) net.nodes[7].idle1: generate 0.2076919670 (207ms) net.nodes[7].appsel: Queuing new msg, pattern = … 30.557766 (30.55s) net.nodes[15].radio: stats: sleep=0.0000 tx=0.0105 rx=0.1389 tx_lb=0.0008 rx_lb=30.4075 collision=0.0000 30.557766 (30.55s) net.nodes[15].idle1: stats: tx=3 rx=3 delay=0.003749 Sinh viên:Trần Thị Hồi Lớp: CT1002 Ngành :Cơng nghệ thơng tin 56 Đồ án tốt nghiệp Initializing 0.0000000 ( 0.00s) net.nodes[0].mac: mac=Csma 0.0000000 ( 0.00s) net.nodes[0].mac: mac1=0.000000 mac2=0.000000 mac3=0.000000 mac4=0.000000 0.0000000 ( 0.00s) net.scenario: msglen = 20 0.0000000 ( 0.00s) net.scenario: msginterval = 10.000000 0.0000000 ( 0.00s) net.prop: node is at (0.000000,0.000000) … Running simulation 0.2076919670 (207ms) net.nodes[7].idle1: generate 0.2076919670 (207ms) net.nodes[7].appsel: Queuing new msg, pattern = … Bảng 4.2 Tiến trình mơ giao thức CSMA Sau chạy file kd.pl, kết mô tổng hợp sau: time=30.557766 nodes=16 app_tx=50 app_rx=50 rt_tx=50 rt_rx=50 rt_tx_drop=0 mac_tx=50 mac_rx=50 radio_sleep=0 radio_tx=0.1885 radio_rx=488.735 radio_collision=0 in_queue=0 mac_rx_data=0.1867 mac_rx_overhead=0 mac_rx_overhear=2.527 mac_tx_data=0.1867 mac_tx_overhead=0 own_sched=0 mac=Csma msglen=20 msginterval=10 mac1=0.000000 mac2=0.000000 mac3=0.000000 mac4=0.000000 time=30.557766 nodes=16 app_tx=50 app_rx=50 rt_tx=50 rt_rx=50 rt_tx_drop=0 mac_tx=50 mac_rx=50 radio_sleep=0 radio_tx=0.1885 radio_rx=488.735 radio_collision=0 in_queue=0 mac_rx_data=0.1867 mac_rx_overhead=0 mac_rx_overhear=2.527 mac_tx_data=0.1867 mac_tx_overhead=0 own_sched=0 mac=Csma msglen=20 Bảng 4.3 Kết mô giao thức CSMA Tiến hành chạy mô với giao thức S-MAC, trình hoạt động mạng sau: Sinh viên:Trần Thị Hồi Lớp: CT1002 Ngành :Cơng nghệ thơng tin 57 Đồ án tốt nghiệp Initializing 0.0000000 ( 0.00s) net.nodes[0].mac: mac=SMac 0.0000000 ( 0.00s) net.nodes[0].mac: mac1=2000.000000 mac2=20000.000000 mac3=0.000000 mac4=0.000000 0.0000000 ( 0.00s) net.scenario: msglen = 20 0.0000000 ( 0.00s) net.scenario: msginterval = 10.000000 0.0000000 ( 0.00s) net.prop: node is at (0.000000,0.000000) … Running simulation 0.2076919670 (207ms) net.nodes[7].idle1: generate 0.2076919670 (207ms) net.nodes[7].appsel: Queuing new msg, pattern = … 30.200204 (30.20s) net.nodes[15].radio: stats: sleep=26.6760 tx=0.0233 rx=0.0946 tx_lb=0.0034 rx_lb=3.4029 collision=0.0000 30.200204 (30.20s) net.nodes[15].idle1: stats: tx=3 rx=3 delay=0.398374 Initializing 0.0000000 ( 0.00s) net.nodes[0].mac: mac=SMac 0.0000000 ( 0.00s) net.nodes[0].mac: mac1=2000.000000 mac2=20000.000000 mac3=0.000000 mac4=0.000000 0.0000000 ( 0.00s) net.scenario: msglen = 20 0.0000000 ( 0.00s) net.scenario: msginterval = 10.000000 0.0000000 ( 0.00s) net.prop: node is at (0.000000,0.000000) … Running simulation 0.2076919670 (207ms) net.nodes[7].idle1: generate 0.2076919670 (207ms) net.nodes[7].appsel: Queuing new msg, pattern = … 30.200204 (30.20s) net.nodes[15].radio: stats: sleep=26.6760 tx=0.0233 rx=0.0946 tx_lb=0.0034 rx_lb=3.4029 collision=0.0000 30.200204 (30.20s) net.nodes[15].idle1: stats: tx=3 rx=3 delay=0.398374 Sinh viên:Trần Thị Hồi Lớp: CT1002 Ngành :Cơng nghệ thông tin 58 Đồ án tốt nghiệp time=30.200204 nodes=16 app_tx=50 app_rx=50 rt_tx=50 rt_rx=50 rt_tx_drop=0 mac_tx=50 mac_rx=50 radio_sleep=426.8038 radio_tx=0.4508 radio_rx=55.9487 radio_collision=0 in_queue=0 mac_rx_data=0.1999 mac_rx_overhead=0.6686 mac_rx_overhear=0.9722 mac_tx_data=0.2 mac_tx_overhead=0.2426 own_sched=1 mac=SMac msglen=20 msginterval=10 mac1=2000.000000 mac2=20000.000000 mac3=0.000000 mac4=0.000000 Bảng 4.4 Tiến trình mơ giao thức S-MAC Sau chạy file kd.pl, kết mô tổng hợp sau: time=30.200204 nodes=16 app_tx=50 app_rx=50 rt_tx=50 rt_rx=50 rt_tx_drop=0 mac_tx=50 mac_rx=50 radio_sleep=426.8038 radio_tx=0.4508 radio_rx=55.9487 radio_collision=0 in_queue=0 mac_rx_data=0.1999 mac_rx_overhead=0.6686 mac_rx_overhear=0.9722 mac_tx_data=0.2 mac_tx_overhead=0.2426 own_sched=1 mac=SMac msglen=20 msginterval=10 mac1=2000.000000 mac2=20000.000000 mac3=0.000000 mac4=0.000000 Bảng 4.5 Kết mô giao thức S-MAC Tiến hành chạy mô với giao thức T-MAC, trình hoạt động mạng sau: Initializing 0.0000000 ( 0.00s) net.nodes[0].mac: mac=TMac 0.0000000 ( 0.00s) net.nodes[0].mac: mac1=500.000000 mac2=20000.000000 mac3=1.000000 mac4=0.000000 0.0000000 ( 0.00s) net.scenario: msglen = 20 … Running simulation 0.2076919670 (207ms) net.nodes[7].idle1: generate 0.2076919670 (207ms) net.nodes[7].appsel: Queuing new msg, pattern = … Sinh viên:Trần Thị Hồi Lớp: CT1002 Ngành :Cơng nghệ thông tin 59 Đồ án tốt nghiệp Initializing 0.0000000 ( 0.00s) net.nodes[0].mac: mac=TMac 0.0000000 ( 0.00s) net.nodes[0].mac: mac1=500.000000 mac2=20000.000000 mac3=1.000000 mac4=0.000000 0.0000000 ( 0.00s) net.scenario: msglen = 20 … Running simulation 0.2076919670 (207ms) net.nodes[7].idle1: generate 0.2076919670 (207ms) net.nodes[7].appsel: Queuing new msg, pattern = … 30.260765 (30.26s) net.nodes[15].idle1: stats: tx=3 rx=3 delay=0.461452 Bảng 4.6 Tiến trình mơ giao thức T-MAC Sau chạy file kd.pl, kết mô tổng hợp sau: time=30.260765 nodes=16 app_tx=50 app_rx=50 rt_tx=50 rt_rx=50 rt_tx_drop=0 mac_tx=50 mac_rx=50 radio_sleep=450.4184 radio_tx=0.4578 radio_rx=33.2963 radio_collision=0.0039 in_queue=0 mac_rx_data=0.1999 mac_rx_overhead=0.6502 mac_rx_overhear=0.9694 mac_tx_data=0.2 mac_tx_overhead=0.2481 own_sched=1 mac=TMac msglen=20 msginterval=10 mac1=500.000000 mac2=20000.000000 mac3=1.000000 mac4=0.000000 time=30.260765 nodes=16 app_tx=50 app_rx=50 rt_tx=50 rt_rx=50 rt_tx_drop=0 mac_tx=50 mac_rx=50 radio_sleep=450.4184 radio_tx=0.4578 radio_rx=33.2963 radio_collision=0.0039 in_queue=0 mac_rx_data=0.1999 mac_rx_overhead=0.6502 mac_rx_overhear=0.9694 mac_tx_data=0.2 mac_tx_overhead=0.2481 own_sched=1 mac=TMac msglen=20 msginterval=10 mac1=500.000000 mac2=20000.000000 mac3=1.000000 mac4=0.000000 Sinh viên:Trần Thị Hoài Lớp: CT1002 Ngành :Công nghệ thông tin 60 Đồ án tốt nghiệp Bảng 4.7 Kết mô giao thức T-MAC Chạy file nl2.pl để phân tích tổng hợp kết mơ có bảng sau: Tốc độ phát sinh gói tin (message/s) Dịng điện tiêu thụ trung bình (mA/node) CSMA S-MAC T-MACoa T-MACoa-frts 0,1 4,0023 0,4901 0,3031 0,3072 0,2 4,0047 0,4554 0,3462 0,3669 0,3 4,0069 0,4236 0,3801 0,4292 0,4 4,0091 0,3793 0,4126 0,4591 Bảng 4.8 Tổng hợp kết mô KET QUA MO PHONG DONG DIEN TIEU THU TRUNG BINH (mA/node) 4.5 3.5 2.5 CSMA S-MAC T-MAC 1.5 0.5 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35 0.4 TOC DO PHAT SINH GOI TIN (message/s) 0.45 0.5 Hình 4.3 Dịng điện tiêu thụ trung bình ứng với giao thức thay đổi theo tốc độ phát sinh gói tin Từ bảng 4.8, tiến hành dựng đồ thị mối quan hệ tốc độ phát sinh gói tin dịng điện tiêu thụ trung bình giao thức, kết cho đồ thị hình 4.3 Từ đồ thị cho thấy: với CSMA mức tiêu thụ lượng cao không đổi, đơn giản CSMA khơng có đặc tính hiệu Với S-MAC T-MAC mức tiêu thụ lượng nhỏ Sinh viên:Trần Thị Hồi Lớp: CT1002 Ngành :Cơng nghệ thơng tin 61 Đồ án tốt nghiệp Đối với T-MAC cho thấy dịng điện tiêu thụ trung bình T-MAC thấp so với S-MAC tăng tỉ lệ thuận với tốc độ phát sinh gói tin Đó khác biệt T-MAC so với S-MAC, khơng S-MAC, TMAC nút cảm biến trì trạng thái thức lân cận trao cịn đổi liệu Đối với S-MAC dòng điện tiêu thụ trung bình lại giảm tăng tốc độ phát sinh gói tin Điều giải thích: với S-MAC, nút cảm biến tắt thành phần vô tuyến chuyển sang trạng thái ngủ lân cận có trao đổi liệu Trong mơ ta tăng tốc độ phát sinh gói tin (của toàn mạng) số lượng thời trao đổi liệu nút tăng Do số lượng thời gian nút phải trì trạng thái ngủ tăng, dòng điện tiêu thụ trung bình giảm DONG DIEN TIEU THU TRUNG BINH (mA/node) 0.46 KET QUA MO PHONG - SO SANH T-MAC-oa VA T-MAC-oa-frts 0.44 0.42 0.4 0.38 0.36 0.34 0.32 0.3 0.1 T-MAC-oa T-MAC-oa-frts 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35 0.4 TOC DO PHAT SINH GOI TIN (message/s) 0.45 0.5 Hình 4.4 So sánh T-MAC-oa với T-MAC-oa-frts Tuy nhiên, tượng ngủ sớm (early sleeping problem) nên thông lượng cực đại T-MAC bị giới hạn Trong mô phỏng, thực gia tăng tốc độ phát sinh gói tin thấy sau thời điểm tăng tỉ lệ thuận với tốc độ phát sinh gói tin, dịng điện tiêu thụ trung bình mạng giảm đến “bão hịa” Đây thời điểm khơng gói tin chuyển Để khắc phục tượng thông lượng cực đại bị giới hạn tượng ngủ sớm, giải Sinh viên:Trần Thị Hồi Lớp: CT1002 Ngành :Cơng nghệ thơng tin 62 Đồ án tốt nghiệp pháp T-MAC sử dụng kỹ thuật gửi sớm RTS (Future Request to Send FRTS) Thực mô hoạt động T-MAC sử dụng kỹ thuật FRTS Hình 4.4 thể kết mơ so sánh T-MAC có FRTS T-MAC khơng có FRTS Từ đồ thị cho thấy thơng lượng cực đại T-MAC có FRTS cao so với T-MAC khơng FRTS, nhiên dịng điện tiêu thụ trung bình mà tăng lên tương ứng Kết mô cho thấy mức độ tiêu thụ dịng điện trung bình T-MAC rõ ràng thấp nhiều so với S-MAC tất nhiên thấp nhiều so với CSMA Nhược điểm T-MAC thông lượng lớn thấp so với S-MAC tượng ngủ sớm Tuy nhiên, với ứng dụng mạng cảm biến vấn đề vấn đề lớn Sinh viên:Trần Thị Hoài Lớp: CT1002 Ngành :Công nghệ thông tin 63 Đồ án tốt nghiệp KẾT LUẬN Bản luận văn giới thiệu tổng quan mạng cảm biến không dây, nghiên cứu đánh giá số chế điều khiển truy nhập môi trường (MAC) điển CSMA, S-MAC, T-MAC thơng qua mơ phần mềm OMNET++ Các kết mô cho thấy với CSMA mức tiêu thụ lượng cao không đổi Trong với giao thức T-MAC S-MAC mức tiêu thụ lượng nhỏ Đối với T-MAC dòng điện tiêu thụ trung bình thấp S-MAC tăng tỉ lệ thuân với tốc độ phát sinh gói tin Tuy nhiên, tượng ngủ sớm nên thông lượng cực đại T-MAC bị giới hạn Để khắc phục tượng thông lượng cực đại bị giới hạn tượng ngủ sớm, giải pháp T-MAC sử dụng kỹ thuật gửi sớm RTS Trong mô cho thấy thông lượng cực đại T-MAC có FRTS cao so với T-MAC khơng FRTS, nhiên dịng điện tiêu thụ trung bình mà tăng lên tương ứng Đối với S-MAC dòng điện tiêu thụ trung bình lại giảm tăng tốc độ phát inh gói tin Đồ án giới thiệu cách tổng quan OMNET++, phần mềm dùng để mô mạng mạnh hiệu Sinh viên:Trần Thị Hồi Lớp: CT1002 Ngành :Cơng nghệ thơng tin 64 ... tần số chia sẻ Hiện nhiều nhà nghiên cứu tập trung vào việc cải thiện khả sử dụng hiệu lượng mạng cảm biến lĩnh vực khác Trong trình tìm hiểu nghiên cứu mạng cảm biến, em lựa chọn đề tài đánh... SỐ GIAO THỨC MAC TRONG MẠNG CẢM BIẾN KHÔNG DÂY Giao Thức Mac I Mạng cảm biến không dây loại mạng đặc biệt với số lượng lớn nút cảm biến trang bị vi xử lý, thành phần cảm biến thành phần quản lý... cảm ơn! Sinh viên:Trần Thị Hồi Lớp: CT1002 Ngành :Cơng nghệ thơng tin Đồ án tốt nghiệp CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ MẠNG CẢM BIẾN KHƠNG DÂY Định nghĩa: Mạng cảm biến khơng dây (WSN) hiểu đơn giản mạng