TÌM HIỂU KIẾN TRÚC INTERNET MỞ RỘNG CHO MẠNG CẢM NHẬN

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC DÂN LẬP HẢI PHÒNG -o0o - TÌM HIỂU KIẾN TRÚC INTERNET MỞ RỘNG CHO MẠNG CẢM NHẬN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC HỆ CHÍNH QUY NGÀNH CƠNG NGHỆ THƠNG TIN Sinh viên thực hiên: Giáo viên hướng dẫn: Mã số sinh viên: Phạm Văn Nam Ths Nguyễn Trọng Thể 110778 LỜI CẢM ƠN Để hồn thành đồ án tốt nghiệp này, em học hỏi kiến thức q báu từ thầy, giáo Trường Đại Học Dân Lập Hải Phòng suốt bốn năm đại học Em vô biết ơn dạy dỗ, bảo tận tình thầy, thời gian học tập Em xin bày tỏ lòng biết ơn tới thầy Nguyễn Trọng Thể - Khoa công nghệ thơng tin – Trường Đại Học Dân Lập Hải Phịng tận tình bảo định hướng cho em nghiên cứu đề tài Thầy cho em lời khun 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 MỤC LỤC DANH MỤC HÌNH VẼ GIỚI THIỆU CHƯƠNG 1:TỔNG QUAN VỀ MẠNG CẢM NHẬN KHÔNG DÂY 1.1 Giới thiệu 1.2 Cấu trúc WSN .10 1.2.1 Các yếu tố ảnh hưởng đến cấu trúc mạng cảm biến 10 1.2.2 Cấu tạo Node cảm biến 11 1.2.3 Đặc điểm cấu trúc mạng cảm biến: 11 1.3 Kiến trúc giao thức mạng cảm nhận 12 1.4 Đặc điểm WSN 13 1.5 Sự khác WSN mạng truyền thống .14 1.6 Những thách thức WSN 14 1.7 Ứng dụng WSN 14 1.7.1 Ứng dụng quân đội 15 1.7.2 Ứng dụng môi trường 16 1.7.3 Ứng dụng chăm sóc sức khỏe 17 1.7.4 Ứng dụng gia đình .17 1.8 Tại phải sử dụng Sensornets IP 17 1.9 Kết luận: 19 CHƯƠNG 2:GIAO THỨC IPV6 20 2.1 Sự đời IPv6 .20 2.2 Khác biệt IPv4 header IPv6 header 21 2.3 Chức header mở rộng (extension header) IPv6 23 2.4 Khung giao thức IPv6 26 2.5 Đánh địa IPv6 27 2.6 Đặc điểm Ipv6 .28 2.6.1 Tăng kích thước tầm địa 28 2.6.2 Tăng phân cấp địa 28 2.6.3 Đơn giản hóa việc đặt địa Host 28 2.6.4 Việc tự cấu hình địa đơn giản 29 2.6.5 Tính động 29 2.6.6 Hiệu suất .30 2.7 Nén datagram IPv6 30 2.8 Vận chuyển datagram IPv6 IEEE 802.15.4 .31 CHƯƠNG 3:NÉN HEADER CỦA IPv6 ÁP DỤNG CHO WSN 32 3.1 Giới thiệu 32 3.1.1 Nén Flow-based 32 3.1.2 Nén Stateless .33 3.1.3 Nén shared-context .33 3.1.4 Nén kết hợp 34 3.1.5 Nén Header IPv6 34 3.1.6 Nén Next Header 35 3.2 Bối cảnh .36 3.3 Nén header IPv6 37 3.4 Nén header thuật toán mở rộng 41 CHƯƠNG 4:ĐỊNH TUYẾN IPV6 CHO WSN 46 4.1 Đồ thị kết nối .46 4.2 Nền tảng .48 4.3 Tuyến đường mặc định 50 4.4 Khám phá tuyến đường tiềm 51 4.5 Quản lý bảng định tuyến 52 4.6 Lựa chọn tuyến Mặc định 54 4.7 Duy trì ổn định tuyến 56 4.8 Tuyến đường chủ .59 4.8.1 Nghiên cứu tuyến đường chủ 59 4.8.2 Định tuyến biên giới 60 4.9 Kết luận .61 Các tài liệu tham khảo 62 DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1 Phân bố node cảm biến trường cảm biến .10 Hình 2.1: IPv4 Header 21 Hình 2.2: IPv6 Header 22 Hình 2.3 Cấu trúc Header Ipv6 26 Hình 2.4: Header UDP/IPv6 31 Hình 3.1: Nén shared-context 34 Hình 3.2: Nén Header Ipv6 35 Hình 3.3:Nén Header UDP 36 Hình 4.1: Quản lý bảng định tuyến .53 Hình 4.2: Tái định tuyến 55 Từ viết tắt Từ tiếng anh WSN Wireless Sensor Network TDOA Time difference of arrival AOA Angle of arrival TOA Time of arrival ES Evolution Strategies RSSI Received Signal Strength Indicator TOF Time of flight AHLoS Ad-Hoc Localization System RF Radio frequency MAC Media Access Control LESS Localization Using Evolution Strategies in Sensornets ADC Analog to Digital Converter ID Identification GPS Global Positioning System GIỚI THIỆU Ngày phát triển mạnh mẽ khoa học kĩ thuật nói chung cơng nghệ thơng tin nói riêng, mạng cảm nhận khơng dây đời thành tựu cao công nghệ chế tạo công nghệ thông tin Một lĩnh vực mạng cảm nhận không dây ( Wireless Sensor Network – WSN ) kết hợp việc cảm nhận, tính tốn truyền thơng vào thiết bị nhỏ gọn đáp ứng nhu cầu ngày cao người phục vụ ngày tốt cho lợi ích người, làm cho người không nhiều sức lực, nhân công hiệu công việc cao Sức mạnh WSN nằm chỗ khả triển khai số lượng lớn thiết bị nhỏ có khả tự thiết lập cấu hình hệ thống Sử dụng thiết bị để theo dõi theo thời gian thực, để giám sát điều kiện mơi trường, theo dõi cấu trúc tình trạng thiết bị Trong nghiên cứu hầu hết ứng dụng WSN giám sát mơi trường từ xa mang theo thiết bị nhỏ gọn có sức mạnh làm việc hiệu không hệ thống thiết bị cồng kềnh Ví dụ ứng dụng WSN vào cơng việc phịng cháy rừng nhiều nút cảm biến tự động kết nối thành hệ thống mạng khơng dây để phát vùng có khả cháy gây cháy đưa cảnh báo báo động cần thiết Một ưu điểm lớn mạng khơng dây WSN chi phí chiển khai lắp đặt giảm thiểu, dễ dàng lắp đặt kích thước nhỏ gọn, dễ sử dụng.Thay hàng ngàn km dây dẫn thông qua ống dẫn bảo vệ, người lắp đặt làm công việc đơn giản đặt thiết bị lắp đặt nhỏ gọn vào vị trí cần thiết Mạng mở rộng theo ý muốn mục đích sử dụng WSN, đơn giản ta việc thêm vào thiết bị, linh kiện không cần thao tác phức tạp Trước xu phát triển nhanh chóng mạng cảm nhận khơng dây, vào tình hình thực tế nước ta cần hệ thống giám sát thông số môi trường để phục vụ cho nhiều nghành, nhiều lĩnh vực đồ án chọn hướng nghiên cứu Mơ hình mạng cảm nhận khơng dây – WSN Đồ án gồm phần sau: Chương 1: Cho nhìn tổng quan sensornet ưu nhược điểm việc ứng việc triển khai ứng dụng chúng Chương 2: Tổng quan khung giao thức Ipv6 kiến trúc sensornet Nêu số đặc điểm cách đánh địa ứng dụng IEEE 802.15.4 Chương 3: Trình bày số kiểu nén header thuật toán nén header Ipv6 Chương 4: Tìm hiểu định tuyến Ipv6 kiến trúc sensornet CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ MẠNG CẢM NHẬN KHÔNG DÂY 1.1 Giới thiệu Trong năm gần đây, nhiều mạng cảm biến không dây phát triển triển khai cho nhiều ứng dụng khác như: theo dõi thay đổi mơi trường, khí hậu, giám sát mặt trận quân sự, phát thám việc công hạt nhân, sinh học hoá học, chuẩn đoán hỏng hóc máy móc, thiết bị, theo dấu giám sát bác sỹ, bệnh nhân quản lý thuốc bệnh viên, theo dõi điều khiển giao thông, phương tiện xe cộ Hơn với tiến công nghệ gần hội tụ hệ thống công nghệ kỹ thuật vi điện tử, công nghệ nano, giao tiếp khơng dây, cơng nghệ mạch tích hợp, vi mạch phần cảm biến, xử lý tính tốn tín hiệu tạo cảm biến có kích thước nhỏ, đa chức năng, giá thành thấp, công suất tiêu thụ thấp, làm tăng khả ứng dụng rộng rãi mạng cảm biến không dây Một mạng cảm biến không dây mạng bao gồm nhiều nút cảm biến nhỏ có giá thành thấp, tiêu thụ lượng ít, giao tiếp thông qua kết nối không dây, có nhiệm vụ cảm nhận, đo đạc, tính tốn nhằm mục đích thu thập, tập trung liệu để đưa định tồn cục mơi trường tự nhiên Mạng cảm biến có số đặc điểm sau: -Truyền thông không tin cậy, quảng bá phạm vi hẹp định tuyến multihop - Cấu hình mạng dày đặc khả kết hợp nút cảm biến thay đổi thường xuyên phụ thuộc vào fading hư hỏng nút - Các giới hạn mặt lượng, công suất phát, nhớ cơng suất tính tốn Chính đặc tính đưa chiến lược yêu cầu thay đổi thiết kế mạng cảm biến 10 1.2 Cấu trúc WSN 1.2.1 Các yếu tố ảnh hưởng đến cấu trúc mạng cảm biến Các cấu trúc cho mạng Internet mạng adhoc không dây không dùng cho mạng cảm biến không dây, số lý sau: nút cảm biến mạng cảm biến lớn gấp nhiều lần số lượng mạng adhoc Các nút cảm biến chủ yếu sử dụng truyền thông kiểu quảng bá, hầu hết mạng adhoc dựa việc truyền điểm-điểm Các nút cảm biến bị giới hạn lượng, khả tính tốn nhớ.Các nút cảm biến khơng có số nhận dạng tồn cầu (global identification) (ID) chúng có số lượng lớn mào đầu số lượng lớn nút cảm biến Các nút cảm biến phân bố sensor field hình 1.1 Mỗi nút cảm biến có khả thu thập liệu định tuyến lại đến sink Hình 1.1 Phân bố node cảm biến trường cảm biến Dữ liệu định tuyến lại đến sink cấu trúc đa điểm hình vẽ Các sink giao tiếp với nút quản lý nhiệm vụ (task manager node) qua mạng Internet vệ tinh Sink thực thể, thơng tin u cầu Sink thực thể bên mạng (là nút cảm biến ) ngồi mạng Thực thể ngồi mạng thiết bị thực ví dụ máy tính xách tay mà tương tác với mạng cảm biến, đơn gateway mà nối với mạng khác lớn 48 4.2 Nền tảng Giao thức định tuyến đáp ứng việc phát đường tới đích mong muốn Phương pháp truyền thống router cung cấp thông tin đường truyền chuyển tiếp tới bảng chuyển tiếp, router cung cấp thơng tin đường truyền gói liệu Ví dụ router gồm danh sách nút mà truyền tới đích để phát tuyến Các giao thức định tuyến động phải sử dụng danh sách thiết lập đưòng liên kết thuộc tính cần thiết đường liên kết tới láng riềng Các nút lan rộng tới tồn hình trạng mạng nút chọn đường tối ưu số phép đo Giao thức định tuyến động hoạt động miền phân bố cung cấp tinh chất mở rộng tốt gây khó khăn cho việc tì độ bền định tuyến qua mạng định định tuyến cách rõ ràng ` Giao thức định tuyến chia làm lớp: khoảng cách vector trạng thái liên kết Khoảng cách vector thực toán nguời bán hàng Mỗi kết nối nút bảng định tuyến cho phép láng riềng tính tốn giá định tuyến thơng qua nút quảng cáo tới đích Các nút lựa chọn láng riềng với giá cực tiểu Bài toán người bán hàng hình thức đơn giản kéo dài thời gian trạng thái định tuyến, gây cho việc lặp truyền vấn đề khởi tạo điểm Cơ chế đơn giản phát triển để phát tuyến bất ổn nút Cơ chế phức tạp phát triển để đảm bảo trì trạng thái định tuyến độ tin định tuyến không theo trật tự Trạng thái liên kết giao thức đựơc phát triển để giải toán phủ thời gian đựơc hiểu giao thức vector khoảng cách Các trạng thái kiên kết có nut tạo thành đồ toàn mạng độ suốt tuyến đường ngắn Mỗi nút phát đường liên kết tới nút láng riềng tràn thông tin tới nút khác chúng tạo thành topo Các giải thuậtvề thông tin liên kết thường sử dụng phổ biến mạng có dây độ liên kết chặt chẽ khơng có vấn đề đếm lặp, bị trạng thái thông tin phát thông qua mạng cắt bỏ số thuộc tính có ý nghĩa trạng thái yêu cầu truyền mà mở rộng đường liên kết mạng đường truyền mạnh với nhớ băng thơng lớn điều có ý nghĩa Cả giao thức định tuyên vector định tuyến trạng thái đề xuất cho mạng Manet không giống việc thiết kế giao diện cho mạng có dây Giao thức 49 manet thiết kế cụ thể cho việc phát quảng bá cách đặc biệt cho mạng không dây mạng với khả di động cao Kết giao thức manet đặt thông tin định tuyến làm tràn tuyến phát Sử dụng số đảm bảo tràn kết thúc Các giao thức vector định tuyến dựa số trạng thái lặp dựa trên liên kết ngược tuyến đường tính tốn đẻ cung cấp đường dẵn cho việc phát giao thức manet Dựa phép tràn để phân bố thông tin topo phân tán tới tất nút tương tự mạng dây Tuy nhiên giao thức manet giảm trạng thái yêu cầu truyền lựa chọ động với lớp nút để hoạt động nút chuyển tiếp, Những nút chuyển tiếp trì thơng tin topo thơng điệp chuyển tiếp có khả cung cấp mật độ mạng tốt Các giao thức manet không phù hợp cho nhu cầu mạng cảm nhận Giao thức manet tối ưu chuyển tiếp đường ngắn nút khơng mang tính chất truyền nút di động Những giả thiết khiến giao thức manet dựa phép tràn để phát trì tuyến để đạt đường ngắn Khi kích thước tăng giao thức manet khơng khả thi với mạng cảm nhận Thay vào mạng cảm nhận phải có cấu trúc khả mở rộng tính chất có ý nghĩa giảm yêu cầu tài nguyên cho giao thức định tuyến động Giao thức định tuyến động cho mạng cảm nhận thường tập trung vào việc tối ưu trạng thái định tuyến, giao thức định tuyến lựa chọn để đạt đựơc yêu cầu trạng thái tối ưu chuyển tiếp truyền tới đích đơn Việc tối ưu cho phép giao thức định tuyến đánh giá tập liên kết hội lớn nhất, cung cấp tuyến đường tới đích Các giao thức định tuyến phân cấp thường trì trạng thái láng riềng việc định tuyến theo topo hình Phưong pháp tiếp cận phân cấp nút IP sử dụng biến độ dài cố định để hỗ trợ tổ chức mạng phân cấp Tuy nhiên việc dựa phát đơn phân cấp dẫn tới căng thẳng tuyến trạnh thái tồi mở rộng bán kính mạng Các giao thức định tuyến dựa nút điều phối cố gắng tối ưu tuyến cặo nút với Giao thức định tuyến đồ thị dựa thơng tin vị trí nút phải trì trạng thái thơng tin láng riềng Các giao thức định tuyến điều phối ảo sinh điều phối dựa liên kết yêu cầu tài nguyên cho việc xây dựng cấu trúc Thách thức điều phối chúng giấu tên nút cho topo định tuyến Việc cực khó điều khiển việc thay đổi nút di động Việc tối ưu hoá 50 chất lượng đường truyền, giá đường truyền phần quan trọng trọng mạng cảm nhận Một số giao thức đơn giản dựa phép tầng vật lý số tín hiệu RSSI giá trị phối hợp chip Phương pháp đo liên kết tầng vật lí thực chúng tính tốn thơng qua khung radio nhận có nhiều tỉ lệ lỗi bit đơi lớn Các giao thức khác tinh tốn lỗi gói tin trực tiếp trì trạng thái trao đổi thất bại Mỗi phương pháp dựa thông điệp quảng bá với số thứ tự cho phép nút láng riềng tính tốn tỉ lệ lỗi gói tin hướng đơn gần người ta ứơc lượng đường liên kết sử dụng tấng xác nhận liên kết liệu để tính tốn tỉ lệ lỗi gói tin Tỉ lệ lỗi gói tin nghĩa cung cấp liệu liên quan yêu cầu nhiều thời gian lượng để tính tốn trạng thái ước lượng phép đo trực tiếp lớp vật lí, kết đo tỉ lệ lỗi hạn chế tài nguyên mạng cảm nhận tác động tới giao thức định tuyến hạn chế nhớ, khả định tuyến,thực phần chức Trong phần trạng thái định tuyến vào router tối ưu tới số đích chấp nhận tuyến đường tập nút Trong giao thức định tuyến tìm kiếm trì cấu trúc tồn cục cách nhanh chóng việc cố gắng trì trạng thái định tuyến qua nút mạng Các nút nên tối ưu định giải bất ổn xuất Tóm lại việc lựa chọn bỏ điều cần thiết trình phân tán để phù hợp với tài nguyên hạn chế cần thiết 4.3 Tuyến đường mặc định Trong phần này, mô tả làm để giao thức định tuyến lựa chọn trì tuyến đường mặc định Các cấu hình giao thức định tuyến trì tuyến đường mặc định thiết bị định tuyến biên giới, sử dụng quảng cáo ICMPv6 để khám phá định tuyến lân cận truyền đạt thông tin định tuyến Các định tuyến trì bảng định tuyến để quản lý tuyến đường mặc định xếp chúng dựa chi phí tuyến đường ước lượng liên kết tin cậy Bộ định tuyến thường lựa chọn mục để sử dụng tuyến đường mặc định, chọn mục khác để hỗ trợ tái định tuyến tìm kiếm tuyến đường tốt Trong tuyến đường lựa chọn dựa số liệu khác,phát trạng thái cách sử dụng đếm hot Bộ đếm hop 51 cung cấp số ổn định giảm thiểu phụ thuộc vào đường liên kết cá nhân Bởi vận chuyển lượng liệu môi trường xung quanh, router địi hỏi chi phí truyền thơng khơng u cầu kiểm sốt thơng điệp Trạng thái yêu cầu không đổi 4.4 Khám phá tuyến đường tiềm Router sử dụng thông điệp thông báo diện định tuyến cho phép nút phát định tuyến lân cận IPv6 sử dụng giao thức định tuyến truyền thống để định tuyến liệu, định tuyến thông tin sử dụng giao thức Các thông tin có yêu cầu phát láng riềng giao thức định tuyến, hai cần phải tìm nút lân cận truyền thông tin qua nhiều bước nhảy Truyền tải theo giai đoạn cách sử dụng thuật toán gián tiếp Bộ định tuyến cho phép thiết lập lại khoảng thời gian truyền dẫn Để nhanh chóng phát nút, định tuyến truyền tải thơng điệp ICMPv6 để tìm hiểu u cầu từ nút lân cận Các định tuyến tìm nút biến cố xảy bên tham gia vào mạng số lượng mục bảng định tuyến thấp số ngưỡng Các giao thức định tuyến mang giao thức định tuyến để quảng cáo Các giao thức định tuyến bao gồm số hop với định tuyến biên giới gần đường dẫn số liệu để lựa chọn tuyến đường Các đếm sử dụng để phát mâu thuẫn làm cho chế để phát mâu thuẫn độc lập với đường truyền số liệu Trong chương này, tìm hiểu đường đơn giản: số lượng dự kiến truyền (ETX) để đến định tuyến biên giới Các số liệu ETX hữu ích nắm bắt liên kết dọc theo đường hướng tới điểm đến số lượng hop Trong giao thức truyền thống quan tâm chủ yếu tính liên kết, nút nguồn (ví dụ nhớ lượng) khác sensornets giao thức định tuyến cần tận dụng nguồn lực bổ sung Hỗ trợ cho cấu trúc liên kết với nhiều số liệu khác cách thêm nhiều tùy chọn định tuyến quảng cáo Bộ định tuyến khơng giới hạn cấu hình tuyến đường mặc định bổ sung thơng tin cho tuyến đường đến điểm khác.Tập trung phát triển đường sở để giải chế phức tạp 52 4.5 Quản lý bảng định tuyến Các định tuyến lưu trữ trạng thái tuyến đường tiềm mà phát bảng định tuyến Trong số tuyến đường tiềm chọn một tuyến đường mặc định bảng chuyển tiếp Sự khác biệt định tuyến bảng đặc biệt quan trọng mạng không dây - định tuyến phải dành thời gian để đánh giá liên kết so sánh với khả khác trước sử dụng để định tuyến gói tin Khi thêm tuyến đường tiềm vào bảng định tuyến liên kết với láng riềng bảng Như lớp liên kết trì chất lượng liên kết để kkét nối, điều cần thiết để đưa chi phí lựa chọn tuyến đường đường mặc định Đối với người hàng xóm phát hiện, liên kết cung cấp thơng tin liên kết: mẫu RSSI tương quan chip cho quảng cáo nhận Cả hai có phương sai cao khơng phải số thực gói tin lỗi Với lần truyền liên kết, lớp liên kết tính tốn lượng liên kết xác cao Bộ định tuyến đưa liên kết xác hơn, định tuyến chấp nhận liên kết trường hợp tìm định tuyến chi phí thấp Giới hạn nhớ có nghĩa định tuyến khỏi mục bảng tạo định tuyến liên kết nhiều thời gian lượng Quản lý bảng định tuyến bao gồm ba hoạt động bản: (i) chèn vào bảng định tuyến, xúc tiến bảng định tuyến, loại bỏ từ bảng định tuyến Mục đưa vào cuối danh sách thông tin lớp vật lý (RSSI tương quan chip) ngưỡng mà có khả cung cấp liên kết chấp nhận Ngưỡng thích nghi dựa thông tin thu thập môi trường Nếu bảng định tuyến đầy, định tuyến lựa chọn có hay khơng trục xuất mục cuối Hình 4.1: Quản lý bảng định tuyến Trong định tuyến nên thích ghi với lượng liên kết, định tuyếnr nên chấp nhận liên kết cung cấp đường chi phí thấp Các bảng định tuyến cách tin tưởng vào lượng liên kết chi phí đường dẫn quảng cáo Các router chèn mục danh sách tuyến đường liên kết tốt với chất lượng cao đưa lên 53 danh sách Bảng định tuyến phục vụ lọc để chấp nhận tuyến đường Hình 4.1: Quản lý bảng định tuyến - Chi phí quảng cáo cho tuyến đường đáng kể so với chi phí quảng cáo đường mục cuối Chi phí đường quảng cáo cho tuyến đường mới, nhập tương tự liên kết tốt đáng so với mục cuối Các mục bảng định tuyến cách di chuyển chúng lên vị trí danh sách, mục có tỷ lệ liên kết thành cơng đường dẫn với chi phí thấp Lưu ý chi phí đường dẫn kết hợp chi phí quảng cáo liên kết thành số liệu Phương pháp thống kê kết hợp độ lệch chuẩn để tính tốn khoảng tin cậy sử dụng với chi phí cao yêu cầu tính tốn Router đánh giá việc thúc đẩy mục lần xảy cố gắng truyền tải liên kết, khiến cho lớp liên kết để cập nhật liên kết thành cơng tỷ lệ ước tính Định tuyến thực nếu: -Có đường chi phí thấp thành cơng liên kết so với mục 54 - Có đường tương tự chi phí so với mục tỷ lệ thành công ngưỡng chấp nhận 4.6 Lựa chọn tuyến Mặc định Router thường chọn mục đầu bảng định tuyến để sử dụng tuyến đường mặc định bảng chuyển tiếp Đơi định tuyến chọn mục khác hai lý do: (i) để hỗ trợ tái định tuyến truyền tải liên tiếp (ii) để thăm dò ứng cử viên khác, tăng tỷ lệ thành công liên kết Các định tuyến phát cố lặp lặp lại cách theo dõi tỷ lệ thành công liên kết tuyến đường mà cấu hình Nếu tỷ lệ thành công xuống sau vài lần liên tiếp, router chuyển hướng cách chọn mục thay bảng định tuyến để phục vụ tuyến đường mặc định, hình 4.2 55 Cơ chế tái định tuyến thể ví dụ nơi mà định tuyến phép đưa định trước định tối ưu tồn Vịng lặp định tuyến không xảy lựa chọn mục với hop nhỏ với mục đầu Định tuyến vịng xảy thơng tin định tuyến không phù hợp Lựa chọn mục tái định tuyến giúp giảm thiểu xuất vịng lặp định tuyến Các tìm kiếm tuyến đường chi phí thấp giữ liên kết up-to-date cho mục bảng định tuyến Rõ ràng việc gửi tin nhắn nhận thừa nhận tỷ lệ thành cơng liên kết Thăm dị cung cấp thêm thông tin liên kết, tốn Tỷ lệ liên kết thành công phụ thuộc thời gian liên kết không sử dụng tương lai Hình 4.2: Tái định tuyến Nếu router phát cố tuyến đường mặc định tại, router bắt đầu chọn mục khác nỗ lực để tiếp nhận chuyển tiếp gói tin Hình 4.2: Tái định tuyến Thay dựa vào thông điệp điều khiển rõ ràng, định tuyến tạo lượng ước tính liên kết động thay đổi tuyến đường mặc định bảng chuyển tiếp Cấu hình tuyến đường mặc định với mục khác để tiếp tục tìm kiếm tuyến với chi phí tương tự thấp hơn, ứng cử viên hàng đầu thực tốt Nếu ứng viên nhiều lần tồn tại, định tuyến xoay chuyển 56 chúng Tuy nhiên, router tiếp tục sử dụng truyền thất bại đến nút đó, cho phép đường với chi phí thấp quảng cáo để nhanh chóng lên danh sách liên kết tốt Chỉ có mục thử nghiệm với số hop thấp vịng lặp định tuyến khơng xảy Hình 4.3: Cập nhật lượng liên kết Nếu nhiều mục định tuyến có số hop nhỏ với mục hàng đầu, định tuyến lựa chọn tuyến đường mặc định để chuyển tiếp gói tin Bằng cách đó, định tuyến cập nhật tính liên kết liên tục tìm kiếm tuyến đường tốt mà không cần thông báo thăm dị rõ ràng Hình 4.3: Cập nhật lượng liên kết Các định tuyến không tạo thông báo thêm để trì lượng liên kết tìm kiếm tuyến đường chi phí thấp Có thể cho định tuyến ngừng việc đánh giá liên kết có lưu lượng truy cập khơng, hy vọng ứng dụng sensornet tạo số lưu lượng truy cập tối thiểu cho mục đích quản lý Giao thức kiểm sốt khác yêu cầu lưu lượng truy cập định kỳ để trì trạng thái mềm 4.7 Duy trì ổn định tuyến Thơng tin định tuyến trở nên không phù hợp thay đổi chưa nút khác mạng định tuyến thơng tin khơng phù hợp phải sử dụng tuyến đường chi phí cao Trong trường hợp xấu nhất, định tuyến thông tin khơng phù hợp dẫn đến vịng lặp Một số giao thức định tuyến có cách tiếp cận 57 tích cực chủ động giao tiếp thay đổi thơng tin định tuyến, liên quan đến tốc độ liệu thấp hạn chế sensornets Thay vào đó, giao thức định tuyến có cách tiếp cận thụ động, nơi nút giao tiếp cập nhật thông tin định tuyến phát không thống Nguyên tắc thiết kế sau cho phép nút định khả quan sát địa phương giải mâu thuẫn chúng xảy Các định tuyến phát đường không hiệu chọn tuyến đường cách quan sát khác biệt đáng kể chi phí đường Các đường làm tăng chi phí liên kết tuyến đường bị tỷ lệ so với trước Tương tự vậy, chi phí đường giảm tìm tuyến đường dọc theo đường (ví dụ, cách loại bỏ chướng ngại vật) Tiếp nhận tin nhắn với chi phí khác cho thấy việc lựa chọn tuyến đường mặc định tối ưu, kể từ người gửi sử dụng thông tin định tuyến cũ, hình Sử dụng thơng tin tuyến đường mặc định cung cấp nút sensornet, thiết bị định tuyến biên giới tạo bao trùm tồn mạng sử dụng để tạo tuyến đường chủ quay trở lại nút Khi định tuyến biên nhận gói tin đến nút sensornet, thực tra cứu bao trùm để xác định tuyến đường đến đích Nếu đích đến định tuyến biên giới phạm vi vô tuyến, định tuyến biên giới chuyển tiếp gói tin bình thường cách thiết lập địa đích tiêu đề liên kết đến đích Nếu điểm đến nhiều bước nhảy xa, biên định tuyến giới chèn có chứa danh sách địa gói tin để đạt đến đích cuối Các nút chuyển tiếp gói tin cách xử lý tiêu đề định tuyến để xác định điểm đến cho gói tin Hình 4.4: Bộ định tuyến tuyến biên giới Nhiều thiết bị định tuyến biên giới hỗ trợ mạng lưới tuyến đường cách chia sẻ máy chủ IP chúng Bởi nút sensornet chọn tuyến đường đến định tuyến biên giới gần nhất, chuyển datagrams đến định tuyến biên giới gần đích, dựa mạng lưới có khả kết nối nhiều thiết bị định tuyến biên giới 58 Hình 4.4: Bộ định tuyến tuyến biên giới Danh sách địa bao gồm tiêu đề IPv6 giao nhận tầng mạng 6LoWPAN giao nhận lớp liên kết Trong hai trường hợp, mục địa tương đương với 16-bit địa liên kết lớp ngắn Các kỹ thuật sử dụng để nén tiêu đề IPv6 sử dụng tiêu đề định tuyến Trong sử dụng địa ngắn làm cho danh sách địa nhỏ gọn hơn, yêu cầu nút sensornet gán địa ngắn với giao diện không dây Các tiền tố định tuyến toàn cầu giả định giống cho tất địa danh sách Các tiêu đề định tuyến bị loại bỏ lý an ninh thừa nhận quan ngại an ninh cách tạo loại định tuyến cho phép sử dụng tiêu đề định tuyến sensornet Thiết bị định tuyến biên giới không nên chuyển định tuyến datagrams Hỗ trợ định tuyến IP định tuyến biên giới dùng nhiều tiêu chuẩn IPbased Thiết bị định tuyến biên giới đơn giản cần trao đổi tuyến đường máy chủ Các định tuyến biên giới kết nối trực tiếp liên kết có khả cao (ví dụ Ethernet), trường hợp chúng đơn giản quảng cáo tuyến đường chủ Phát láng riềng dựa chế Proxy sử dụng có hiệu tuyến đường hình thiết bị định tuyến biên giới đáp ứng với truy vấn,router chuyển tiếp gói tin đến router biên giới thích hợp Khi định tuyến biên giới khơng kết nối với liên kết đó, mạng lưới vận chuyển để cấu hình tuyến đường chủ cho sensornet định 59 tuyến biên giới phải kết nối trực tiếp dùng đường hầm để hình thành mạng lưới che phủ mà giả lập liên kết IP Tất cấu hình cho phép mạng xung quanh để chuyển tiếp gói tin đến router biên giới thích hợp trước đưa vào sensornet 4.8 Tuyến đường chủ Các tuyến đường mặc định cung cấp khả đến nút sensornet để định tuyến biên giới thiết bị IP khác có kết nối với mạng IP khác Giao thức định tuyến hình thành tuyến đường chủ cho nút sensornet cá nhân Để có hiệu trì tuyến đường chủ, giao thức định tuyến tập trung định tuyến biên giới Liên kết ngược tuyến đường mặc định lựa chọn dựa kết nối hai chiều.Các định tuyến biên giới chuyển tiếp datagram nút sensornet cách chèn tiêu đề có chứa tuyến đường Sử dụng nguồn dựa định tuyến định tuyến biên giới, nút sensornet không cần phải trì trạng thái cho tuyến đường chủ Sự kết hợp tuyến đường mặc định tuyến đường lưu trữ định tuyến biên giới cho phép lớp mạng kết hợp nút sensornet thiết bị IP bất kỳ, bao gồm nút sensornet sensornet, sensornet sensornets khác, thiết bị IP khác có kết nốivới mạng IP khác.Lưu ý tuyến đường đến từ thiết bị IP bên tối ưu, tuyến đường mặc định lựa chọn số liệu để giảm thiểu chi phí chuyển tiếp gói tin Giao tiếp với thiết bị bên ngồi điển hình cho nhiều ứng dụng sensornet.Ứng dụng thu thập liệu thường chuyển tiếp liệu đến máy chủ trung tâm.Ứng dụng điều khiển thường hướng dẫn kiểm soát từ máy chủ trung tâm Trong phần sau, chúng tơi mơ tả cấu hình giao thức định tuyến trì tuyến đường chủ 4.8.1 Nghiên cứu tuyến đường chủ Sensornet cung cấp thông tin tuyến đường mặc định cách định thời gian gửi tin nhắn đến tuyến đường định tuyến biên giới cách sử dụng tuyến đường mặc định Các định tuyến cập nhật lượng liên kết tinh chỉnh định định tuyến cho tuyến đường mặc định 60 Lựa chọn IPv6 chuyển tiếp tầng mạng tiêu đề 6LoWPAN để chuyển tiếp.Khi có lưu lượng truy cập liệu mơi trường xung quanh, giao nhận piggybacks gửi tin nhắn để tuyến đường datagrams đáp ứng thời gian đăng ký quảng cáo.Nếu tỷ lệ thấp so với thời gian đăng ký quảng cáo, nút phải tạo datagrams riêng đơn giản để giao tiếp thông tin tuyến đường 4.8.2 Định tuyến biên giới Tuyến đường mặc định sử dụng thông tin cung cấp nút sensornet, thiết bị định tuyến biên giới tạo bao trùm tồn mạng sử dụng để tạo tuyến đường chủ Khi định tuyến biên giới nhận gói tin đến nút sensornet, thực tra cứu bao trùm để xác định tuyến đường đích.Nếu khơng có tuyến đường hợp lệ có sẵn cho nút đó, định tuyến biên giới tạo lỗi ICMP Host Unreachable.Các định tuyến biên giới chuyển tiếp gói tin bình thường cách thiết lập tiêu đề liên kết địa đích Nếu điểm đến nhiều bước nhảy, định tuyến biên giới chèn tiêu đề định tuyến có chứa danh sách địa gói tin để đạt đến đích cuối Các nút chuyển tiếp gói tin cách xử lý định tuyến tiêu đề để xác định điểm đến cho gói tin Hình 4.4: Nhiều thiết bị định tuyến biên giới hỗ trợ mạng lưới cách chia sẻ tuyến đường Host IP chúng.Bởi sensornet chọn tuyến đường đến định tuyến biên giới gần nhất, lợi dụng mạng có khả kết nối định tuyến biên giới Danh sách địa bao gồm tiêu đề định tuyến IPv6 chuyển tiếp tầng mạng tiêu đề 6LoWPAN chuyển tiếp lớp liên kết.Trong hai trường hợp, mục địa tương đương 16-bit địa lớp liên kết ngắn.Các kỹ thuật sử dụng để nén tiêu đề IPv6 sử dụng tiêu đề định tuyến Trong sử dụng địa ngắn làm cho danh sách địa nhỏ gọn hơn, địi hỏi nút gán địa ngắn với giao diện khơng dây Tiền tố định tuyến tồn cầu giả định giống cho tất địa danh sách.Ttiêu đề định tuyến bị phản đối lý an ninh tạo loại định tuyến cho phép sử dụng tiêu đề định tuyến sensornet Các định 61 tuyến biên giới không nên chuyển tiếp datagrams bao gồm tiêu đề định tuyến Trong nhiều trường hợp sensornet sử dụng nhiều thiết bị định tuyến biên giới, thể hình 4.4.Bằng cách thêm vào định tuyến biên giới, quản trị mạng tăng hiệu lượng, giảm sử dụng kênh, giảm độ trễ thông tin liên lạc cách sử dụng định tuyến biên giới để giảm số lượng bước nhảy nút sensornet định tuyến biên giới gần Nếu định tuyến biên giới không, nút định tuyến thông định tuyến biên giới cấu hình lại tuyến đường mặc định họ đăng ký vào định tuyến biên giới khác IP trivially hỗ trợ định tuyến định tuyến biên giới nhiều cách sử dụng chế dựa tiêu chuẩn IP Thiết bị định tuyến biên giới phải trao đổi tuyến chủ với Các định tuyến biên giới kết nối trực tiếp liên kết (ví dụ Ethernet), trường hợp cần phải quảng cáo tuyến đường chủ liên kết.Phát láng riềng theo chế Proxy sử dụng có hiệu để hình thành tuyến đường định tuyến biên giới Thiết bị định tuyến biên giới sử dụng Proxy để đáp ứng với truy vấn cho tất nút sensornet liên kết.Kết là, router chuyển tiếp gói tin để thích hợp với định tuyến biên giới Khi định tuyến biên giới không kết nối với liên kết đó, mạng cảnh cần phải cấu hình tuyến đường chủ cho nút sensornet thiết bị định tuyến biên giới phải kết nối trực tiếp cách sử dụng đường hầm để hình thành mạng lưới che phủ mà giả lập liên kết IP Tất cấu hình cho phép mạng xung quanh chuyển tiếp gói tin để định tuyến biên giới thích hợp trước đưa vào sensornet 4.9 Kết luận Trong chương trình bày sở giao thức định tuyến thiết kế cho sensornet điển hình Sơ sở giao thức định tuyến tập trung định tuyến trạng thái định tuyến biên giới để giảm thiểu yêu cầu tài nguyên nút sensornet Chỉ trì trạng thái cho tập cố định tuyến đường mặc định tiềm cho định tuyến biên giới gần nhất, sở giao thức định tuyến không khởi tràn, đòi hỏi trạng thái nhỏ liên tục, hỗ trợ phục hồi địa 62 phương.Giao thức đòi hỏi trạng thái nút định tuyến chi phí truyền thông mạng Sự phát triển lớp mạng IPv6 cho sensornets bao gồm cấu hình quản lý, giao nhận, định tuyến.Sử dụng kiến trúc chế thực nó, lớp mạng cung cấp khả tạo lập với datagram tốt nút sensornet thiết bị IP khác (ví dụ, nút sensornet thiết bị truyền thống IP bên ngoài) Các tài liệu tham khảo [1] Wireless Sensoe Network design and implement [2] The IPv6 architecture for WSN [3] http://www.wsn.com [4] Networking Wireless Sensors, Bhaskar Krishnamachari, Cambridge University Press 2005 [5] Wireless communications,Andrea Goldsmith, 2005 ... thay đổi thiết kế mạng cảm biến 10 1.2 Cấu trúc WSN 1.2.1 Các yếu tố ảnh hưởng đến cấu trúc mạng cảm biến Các cấu trúc cho mạng Internet mạng adhoc không dây không dùng cho mạng cảm biến không... thi với mạng cảm nhận Thay vào mạng cảm nhận phải có cấu trúc khả mở rộng tính chất có ý nghĩa giảm yêu cầu tài nguyên cho giao thức định tuyến động Giao thức định tuyến động cho mạng cảm nhận thường... yếu tố ảnh hưởng đến cấu trúc mạng cảm biến 10 1.2.2 Cấu tạo Node cảm biến 11 1.2.3 Đặc điểm cấu trúc mạng cảm biến: 11 1.3 Kiến trúc giao thức mạng cảm nhận 12 1.4 Đặc điểm