Tìm hiểu về mạng cảm biến không dây

Trình bày về kỹ thuật cảm biến không dây. Giao thức định tuyến trong mạng cảm biến không dây. Giới thiệu giao thức OPEAS. Cài đặt thử nghiệm và đánh giá hiệu năng của giao thức so với các giao thức khác cùng loại.

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI ──────── * ─────── LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT TÌM HIỂU VỀ MẠNG CẢM BIẾN KHƠNG DÂY (WSN) – ĐÁNH GIÁ HIỆU NĂNG CỦA GIAO THỨC ĐỊNH TUYẾN OPEAS NGÀNH: CƠNG NGHỆ THƠNG TIN MÃ SỐ: ĐỒN THỊ NGA Người hướng dẫn khoa học: TS NGÔ QUỲNH THU HÀ NỘI 06-2013 Tên đề tài: Tìm hiểu mạng WSN GVHD: TS Ngô Quỳnh Thu Page PHIẾU GIAO NHIỆM VỤ LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP Thông tin học viên Họ tên học viên: Đoàn Thị Nga Điện thoại liên lạc: 0934357246 Email: nga.fpt.bkpro@gmail.com Lớp: 10B-CNTT Hệ đào tạo: Cao học quy Luận văn tốt nghiệp thực tại: Thời gian làm LVTN: Từ ngày /0 /2012 đến 26 /04 /2013 Mục đích nội dung LVTN • Tìm hiểu mạng cảm biến không dây, đánh giá hiệu giao thức định tuyến OPEAS thuộc nhóm định tuyến phân nhóm Các nhiệm vụ cụ thể LVTN • Tìm hiểu kiến thức tảng mạng cảm biến không dây • Tìm hiểu vấn đề định tuyến giao thức cảm biến sử dụng mạng cảm biến khơng dây • Định hướng tìm hiểu giao thức định tuyến OPEAS đánh giá hiệu giao thức so với giao thức khác nhóm • Cài đặt, thử nghiệm đánh giá giải thuật tìm hiểu • Nhận xét kết đạt đề xuất hướng phát triển Lời cam đoan học viên: SVTH: Đoàn Thị Nga – Lớp 10B-CNTT - VĐT SĐH Trường ĐH Bách Khoa HN Tên đề tài: Tìm hiểu mạng WSN GVHD: TS Ngơ Quỳnh Thu Page Tơi – Đồn Thị Nga - cam kết LVTN cơng trình nghiên cứu thân hướng dẫn TS Ngô Quỳnh Thu Các kết nêu LVTN trung thực, chép tồn văn cơng trình khác Hà Nội, ngày 10 tháng 06 năm 2013 Tác giả LVTN Đoàn Thị Nga Xác nhận giáo viên hướng dẫn mức độ hoàn thành LVTN cho phép bảo vệ: Hà Nội, ngày tháng 06 năm 2013 Giáo viên hướng dẫn TS Ngô Quỳnh Thu SVTH: Đoàn Thị Nga – Lớp 10B-CNTT - VĐT SĐH Trường ĐH Bách Khoa HN Tên đề tài: Tìm hiểu mạng WSN GVHD: TS Ngơ Quỳnh Thu Page MỞ ĐẦU Mạng cảm biến không dây hướng tiếp cận đầy triển vọng cho nhiều ứng dụng theo theo dõi môi trường, quân sự, y tế, nông nghiệp Vấn đề định tuyến mạng cảm biến đặt thách thức không nhỏ giao thức cần đơn giản có khả thích nghi tốt, tiết kiệm lượng hiệu để hoạt động với số lượng nút cảm biến lớn có lượng giới hạn đồng thời giao thức định tuyến cần tự điều chỉnh trường hợp số nút cảm biến gặp lỗi gây thay đổi cấu trúc mạng Gần có nhiều nghiên cứu tập trung vào phát triển giao thức định tuyến phân cấp cho mạng cảm biến Kết cho thấy số giao thức định tuyến phân cấp sử dụng cách thức phân nhóm theo kiện ARPEES, OEDSR, HPEQ đạt nhiều ưu điểm việc giảm thiểu liệu dư thừa truyền tải số lượng tin điều khiển sử dụng Tuy nhiên giao thức bộc lộ nhược điểm vể khả chống lỗi sử dụng tuyến đường truyền tải liệu dẫn tới khả gói tin nút truyền tải hết lượng Trong khuôn khổ luận văn em xin giới thiệu phương thức định tuyến cho giao thức định tuyến phân nhóm có tên Optimal Path and Energy Aware Sensor routing protocol (OPEAS) với đặc điểm sau: • Giảm số tin điều khiển, qua tiết kiệm lượng tiêu hao tồn mạng • Sử dụng hàm đánh giá giúp lựa chọn tuyến đường ngắn mà cân lượng tiêu hao nút Giải thuật sinh viên Trần Trung Hiếu – trường ĐH Bách Khoa xây dựng cài đặt OMNeT++ với hai giải thuật loại khác ARPEES MLEACH Hiếu chạy thử nghiệm thành cơng với SVTH: Đồn Thị Nga – Lớp 10B-CNTT - VĐT SĐH Trường ĐH Bách Khoa HN Tên đề tài: Tìm hiểu mạng WSN GVHD: TS Ngơ Quỳnh Thu Page nhiều kịch bản, mơ hình mạng Kết mô Hiếu ban đầu cho thấy phương thức truyền tiêu thụ lượng qua kéo dài thời gian sống mạng so với giải thuật định tuyến phân nhóm khác SVTH: Đoàn Thị Nga – Lớp 10B-CNTT - VĐT SĐH Trường ĐH Bách Khoa HN Tên đề tài: Tìm hiểu mạng WSN GVHD: TS Ngô Quỳnh Thu Page LỜI CẢM ƠN Để hoàn thành luận văn, nghiên cứu cố gắng thân, em xin gửi lời cảm ơn chân thành tới thầy cô giảng dạy trường Đại Học Bách Khoa HN trang bị cho em kiến thức bổ ích thiết thực nhằm mở mang tầm hiểu biết em ngành công nghệ thông tin Em xin cảm ơn TS Ngô Quỳnh Thu (bộ môn Truyền Thông Mạng – viện Công nghệ thông tin truyền thông, trường đại học Bách Khoa Hà Nội) giáo viên trực tiếp hướng dẫn tận tình bảo định hướng cho em suốt trình thực luận văn Trong thời gian thực luận văn, em đón nhận góp ý, hướng dẫn tận tình Nguyễn Thanh Nguyệt giúp em hoàn thiện hồ sơ bảo vệ, thời gian, lịch trình bảo vệ luận văn Em xin cảm ơn người bạn lớp giúp đỡ em tài liệu tham khảo, cổ vũ tinh thần nhiệt tình giúp đỡ em có khó khăn luận văn Cuối cùng, em xin gửi lời cảm ơn tới bố mẹ, gia đình, người tạo điều kiện thuận lợi cho em học tập tốt trưởng thành SVTH: Đoàn Thị Nga – Lớp 10B-CNTT - VĐT SĐH Trường ĐH Bách Khoa HN Tên đề tài: Tìm hiểu mạng WSN GVHD: TS Ngô Quỳnh Thu Page MỤC LỤC PHIẾU GIAO NHIỆM VỤ LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP MỞ ĐẦU LỜI CẢM ƠN DANH MỤC HÌNH ẢNH 11 DANH MỤC BẢNG 13 DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT 14 PHẦN 1: LÝ THUYẾT 16 CHƯƠNG 1: KỸ THUẬT CẢM BIẾN KHÔNG DÂY 16 1.1 KHÁI QUÁT VỀ NODE CẢM BIẾN: 16 1.1.1 Khái niệm: 16 1.1.2 Cấu Tạo: 18 1.1.3 Phân loại cảm biến: 20 1.1.4 Xu hướng phát triển Node cảm biến: 22 1.2 Đặc điểm WSNs: 23 1.2.1 Kích thước vật lý nhỏ 23 1.2.2 Hoạt động đồng thời với độ tập trung cao 23 1.2.3 Khả liên kết vật lý phân cấp điều khiển hạn chế 23 1.2.4 Tính đa dạng thiết kế sử dụng 24 1.2.5 Hoạt động tin cậy 24 CHƯƠNG 2: GIAO THỨC ĐỊNH TUYẾN TRONG MẠNG CẢM BIẾN KHÔNG DÂY 25 2.1 Đặc điểm chung: 25 SVTH: Đoàn Thị Nga – Lớp 10B-CNTT - VĐT SĐH Trường ĐH Bách Khoa HN Tên đề tài: Tìm hiểu mạng WSN GVHD: TS Ngô Quỳnh Thu Page 2.2 Những thách thức định tuyến mạng WSNs: 27 2.3 Phân loại: 30 2.3.1 Flooding biến thể: 32 2.3.2 Giao thức định tuyến thông tin qua thỏa thuận: 35 2.3.3 Định tuyến phân nhóm: 42 2.3.4 Tập trung hiệu công suất hệ thống thông tin cảm biến: 54 2.3.5 Truyền tin trực tiếp: 56 2.3.6 Định tuyến theo vị trí 59 PHẦN II: MÔ TẢ GIẢI THUẬT – CÀI ĐẶT THỬ NGHIỆM VÀ ĐÁNH GIÁ GIẢI THUẬT 68 CHƯƠNG 3: GIỚI THIỆU GIAO THỨC OPEAS: 68 3.1 Vấn đề đặt giải thuật là: 68 3.2 Mơ hình mạng cảm biến mơ hình sóng vơ tuyến sử dụng nghiên cứu giải thuật: 69 3.2.1 Mơ hình mạng cảm biến: 69 3.2.2 Mơ hình sóng vô tuyến: 70 3.3 Nội dung giải thuật: 71 3.3.1 Pha khởi tạo: 71 3.3.2 Pha thành lập nhóm lựa chọn nhóm trưởng 72 3.3.3 Pha lựa chọn nút trung gian truyền liệu 75 CHƯƠNG 4: CÀI ĐẶT THỬ NGHIỆM VÀ ĐÁNH GIÁ HIỆU NĂNG CỦA GIAO THỨC SO VỚI CÁC GIAO THỨC KHÁC CÙNG LOẠI 82 4.1 Giới thiệu chung công cụ mô OMNET++: 82 4.1.1 Mô hình mơ OMNeT++ 83 4.1.2 Xây dựng chạy thử mô hình mơ 86 4.2 Mô giải thuật OPEAS: 90 4.2.1 Các thông số đầu vào mô 92 4.2.2 Các thông số đầu 94 4.2.3 Đánh giá hiệu 94 SVTH: Đoàn Thị Nga – Lớp 10B-CNTT - VĐT SĐH Trường ĐH Bách Khoa HN Tên đề tài: Tìm hiểu mạng WSN GVHD: TS Ngô Quỳnh Thu Page 10 KẾT LUẬN 101 TÀI LIỆU THAM KHẢO 102 SVTH: Đoàn Thị Nga – Lớp 10B-CNTT - VĐT SĐH Trường ĐH Bách Khoa HN Tên đề tài: Tìm hiểu mạng WSN GVHD: TS Ngơ Quỳnh Thu Page 11 DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1.1: Sự phát triển cơng nghệ chế tạo cảm biến 17 Hình 1.2a: thành phần phần cứng node (WSNs) 19 Hình 1.2b: thành phần phần mềm node (WSNs) 20 Hình 2.1: ứng dụng mạng WSNs 25 Hình 2.2: Truyền liệu đa chặng 27 Hình 2.3 :Flooding gói liệu mạng thơng tin 33 Hình 2.4 : bùng nổ lưu lượng flooding 34 Hình 2.5 : Vấn đề chồng lấn flooding 35 Hình 2.6 : Hoạt động giao thức SPIN 38 Hình 2.7: Thủ tục bắt tay giao thức SPIN-PP 39 Hình 2.8: Giao thức SPIN-BC 41 Hình 2.9– Mơ hình mạng cảm biến sử dụng giao thức phân nhóm 44 Hình 2.10: Phân Chia Cluster 50 Hình 2.12: trạng thái pha LEACH 50 Hình 2.13: Cấu trúc mạng hình chuỗi 55 Hình 2.14: Truyền thơng điệp interest 57 Hình 2.15: Pha cài đặt gradient 58 Hình 2.16: Phân phối liệu theo tuyến đường chọn nâng cao chất lượng 59 Hình 2.17:Quyết địnhchuyển tiếp mang tính cục tồn hệ thống 62 Hình 2.18: Các chiến lược chuyển tiếp gói 63 Hình 2.19: Giải thuật địnhtuyến không hiệu 64 Hình 2.20: Cải thiện chất lượng giao thức địnhtuyến 66 SVTH: Đoàn Thị Nga – Lớp 10B-CNTT - VĐT SĐH Trường ĐH Bách Khoa HN Tên đề tài: Tìm hiểu mạng WSN GVHD: TS Ngô Quỳnh Thu Page 90 thống kê q trình mơ Trong hàm finish() module thường thực việc ghi thông tin liệu thường giá trị thời tham số vào file kết wsn.sca Hình cho hình ảnh q trình xử lý mơ hình xây dựng hoạt động Hình 4.2 Lược đồ xây dựng chạy chương trình mơ OMNeT++ 4.2 Mơ giải thuật OPEAS: Chương trình mơ xây dựng bao gồm thành phần sau:  Mô tả topo mạng – file network.net Nội dung file network.net khai báo module mạng cảm biến SVTH: Đoàn Thị Nga – Lớp 10B-CNTT - VĐT SĐH Trường ĐH Bách Khoa HN Tên đề tài: Tìm hiểu mạng WSN GVHD: TS Ngô Quỳnh Thu Page 91 Module Sensor: module đại diện cho nút cảm biến, bao gồm thuộc tính vị trí xpos, ypos, lượng lại energy, trạng thái status, tập hợp cổng đầu vào in[] cổng đầu out[] Moduel BaseStation: module đại diện cho trạm gốc thu thập liệu, có vị trí đặt cố định tọa độ (400,610) Module WSN: gồm nhiều module đơn Sensor module đơn BaseStation  Thiết lập cấu hình chạy mơ – file omnetpp.ini Là file quy định giá trị cho tham số với lần chạy mô phỏng, cách sử dụng file omnetpp.ini, tiến hành chạy mơ với kích thước mạng, lượng ban đầu nút cảm biến, loại giao thức (MLEACH, ARPEES hay OPEAS) khác  Các file mã nguồn BaseStation.cpp Sensor.cpp Chứa mã nguồn viết ngôn ngữ C++ để xây dựng cách thức hoạt động module BaseStation hay module Sensor Các module Sensor BaseStation lớp kế thừa từ lớpcSimpleModule thư viện OMNeT++  Ghi lại giá trị thông số đo đạc – file General-0.sca Là file ghi lại giá trị tham số mà người sử dụng mong muốn Trong phần mơ mình, em sử dụng file để lưu lại mức lượng nút cảm biến, số nút lượng sau vòng, tỉ lệ gói tin bị lỗi Dưới hình ảnh minh họa topo mạng mơi trường OMNeT++ SVTH: Đồn Thị Nga – Lớp 10B-CNTT - VĐT SĐH Trường ĐH Bách Khoa HN Tên đề tài: Tìm hiểu mạng WSN GVHD: TS Ngơ Quỳnh Thu Page 92 Hình 4.3 Mơ hình mạng cảm biến khơng dây gồm 100 nút, diện tích 500x500 m2 4.2.1 Các thơng số đầu vào mơ Sau cài đặt thành cơng chương trình mô phỏng, người xây dựng giải thuật OPEAS tiến hành chạy mô với bảng tham số sau: SVTH: Đoàn Thị Nga – Lớp 10B-CNTT - VĐT SĐH Trường ĐH Bách Khoa HN Tên đề tài: Tìm hiểu mạng WSN GVHD: TS Ngô Quỳnh Thu Page 93 Tham số Giá trị Năng lượng ban đầu 1J Kích thước tin liệu 500 byte Kích thước tin điều khiển 25 byte Số frame round E fs 10pJ/bit/m2 Số gói liệu vịng 15 Bảng 4.1 Bảng tham số mơ Mơ mạng cảm biến diện tích 800x600 m 2, gồm 200 nút cảm biến phân bố đồng Năng lượng ban đầu nút cảm biến 1J Các nút cảm biến xem nút chết tiêu thụ hết 90% lượng Các nút cảm biến hết lượng không tham gia vào hoạt động mạng Thiết lập tin liệu kích thước 500 byte, lớn nhiều so với tin điều khiển 25 byte Các tham số lượng dùng để gửi nhận k bit liệu E elec , lượng khuếch đại tín hiệu truyền dẫn E fs có giá trị 50nJ/bit 10pJ/bit/m2 Số lần nhóm trưởng truyền liệu trạm gốc 15 lần/round Bên cạnh đó, người xây dựng giải thuật cài đặt giao thức MLEACH, ARPEES để tiến hành so sánh với giao thức OPEAS Các giao thức ARPEES, MLEACH, OPEAS thực phân nhóm lựa chọn nhóm trưởng theo phương thức khác nhau, để đánh giá xác hiệu lượng pha truyền người xây dựng giải thuật thực tình tốn SVTH: Đồn Thị Nga – Lớp 10B-CNTT - VĐT SĐH Trường ĐH Bách Khoa HN Tên đề tài: Tìm hiểu mạng WSN GVHD: TS Ngô Quỳnh Thu Page 94 lượng sử dụng hoạt động tìm kiếm tuyến đường truyền liệu trạm gốc mà bỏ qua lượng tiêu thụ q trình thiết lập nhóm bầu chọn nhóm trưởng 4.2.2 Các thông số đầu Giao thức OPEAS tập trung vào tối ưu lượng mạng qua giúp cân lượng, kéo dài thời gian sống cho mạng, cải thiện tỉ lệ lỗi gói tin Để đánh giá yếu tố trên, em lựa chọn đo thơng số:  Số nút cịn lượng sau vòng  Mức lượng nút tồn mạng sau số vịng định  Tổng lượng lại mạng  Tỉ lệ tin lỗi 4.2.3 Đánh giá hiệu 4.2.3.1 Sự ảnh hưởng tham số K Với giao thức OPEAS, tham số K hàm đánh giá thể trọng số yếu tố lượng Để đạt hiệu lượng, ta tiến hành chạy mô 300 round với K=1,10,20,30 Khi nút nhiều lượng, ảnh hưởng tham số K đến tổng lượng tồn mạng khơng nhiều Sự khác thể rõ từ round 250 đến round 350 Đồ thị bên thể lượng lại toàn mạng 50 round cuối: SVTH: Đoàn Thị Nga – Lớp 10B-CNTT - VĐT SĐH Trường ĐH Bách Khoa HN Tên đề tài: Tìm hiểu mạng WSN GVHD: TS Ngô Quỳnh Thu Page 95 150 148 Residual Energy (J) 146 144 142 140 ARPEES 138 K=1 136 K=10 134 K=20 132 K=30 130 250 260 270 280 290 300 Round Hình 4.4 Năng lượng tồn mạng với hàm đánh giá khác Từ đồ thị ta thấy, giá trị K nhỏ, hàm đánh giá phần nhiều dựa lượng Khi tuyến đường lựa chọn có xu hướng theo hình ziczac, từ làm tăng độ dài quãng đường đến trạm gốc, gây tiêu tốn lượng Khi giá trị K lớn K>30, hàm đánh giá chủ yếu dựa vào khoảng cách khơng dựa lượng, từ làm lượng phân bố không đồng Cần lựa chọn giá trị K thích hợp, đảm bảo cân lượng lựa chọn tuyến đường không bị zigzac Từ đồ thị trên, ta thấy giá trị K=20 cho kết tối ưu nhất, lượng lại mạng nhiều Khi giá trị K tăng lên, hệ số yếu tố lượng hàm đánh giá giảm, giúp lựa chọn tuyến đường ngắn tiết kiệm lượng lại làm cân lượng mạng Bảng ghi lại round xảy nút chết với hàm đánh giá SVTH: Đoàn Thị Nga – Lớp 10B-CNTT - VĐT SĐH Trường ĐH Bách Khoa HN Tên đề tài: Tìm hiểu mạng WSN GVHD: TS Ngô Quỳnh Thu Page 96 First Node Death ARPEES 293 K=1 306 K=10 268 K=20 248 K=30 212 Bảng 4.2 Bảng thống kê kiện xuất nút hết lượng Từ bảng 4.2, ta nhận thấy giá trị K tăng lên, số round xuất First Node Death giảm, chứng tỏ mạng cân lượng mạng giảm Do đó, cần lựa chọn giá trị K cho mối quan hệ lượng tiết kiệm cân lượng mức hợp lý Từ đồ thị bảng trên, giá trị K=20 có tổng lượng lên tồn mạng cao thời điểm xảy First Node Death mức vừa phải 4.2.3.2 Sự phân bố lượng mạng Tiếp theo, thiết lập giá trị K=20, cho thực mô với giao thức MLEACH ARPEES, tiến hành đo lượng nút cảm biến round 60 Ta có đồ thị sau: SVTH: Đoàn Thị Nga – Lớp 10B-CNTT - VĐT SĐH Trường ĐH Bách Khoa HN Tên đề tài: Tìm hiểu mạng WSN Page 97 MLEACH Nút's Energy (J) GVHD: TS Ngô Quỳnh Thu ARPEES OPEAS 0.8 0.6 0.4 0.2 0 50 100 150 200 Nút ID Hình 4.5 Phân bố lượng 200 nút mạng sau 60 round Trên đồ thị, trục hoành biểu thị ID nút cảm biến Trục tung biểu thị lượng lại nút Ta thấy giao thức round 60, giao thức MLEACH xuất nút hết lượng, nút cịn 90% lượng nhiều Chứng tỏ lượng mạng phân bố không Nguyên nhân MLEACH lựa chọn nút trung gian gần trạm gốc để truyền liệu, làm cho lượng tiêu hao tập trung chủ yếu nút này, dẫn đến việc nhanh chóng hết lượng Trong hai giao thưcs ARPEES OPEAS có chế giúp phân bố lượng thông qua việc đưa tham số lượng lại vào hàm đánh giá lựa chọn nút trung gian Sau 60 round, ARPEES OPEAS chưa có nút bị hết lượng, số lượng nút cịn 20%- 70% nhiều Kết mơ chứng minh ARPEES OPEAS tối ưu việc giải toán phân phối lượng từ làm tăng hiệu hoạt động tồn mạng 4.2.3.3 Năng lượng cịn lại tồn mạng SVTH: Đoàn Thị Nga – Lớp 10B-CNTT - VĐT SĐH Trường ĐH Bách Khoa HN Tên đề tài: Tìm hiểu mạng WSN GVHD: TS Ngô Quỳnh Thu Page 98 Cho mô chạy đến phần ba số nút mạng bị hết lượng, tiến hành đo tổng lượng toàn mạng, ta thu biểu đồ sau: 200 MLEACH Residual Energy (J) 180 ARPEES 160 OPEAS 140 120 100 80 60 50 100 150 200 250 300 Round Hình 4.6 Tổng lượng toàn mạng 1/3 số nút hết lượng Trên đồ thị, trục hoành biểu thị số round mà mơ chạy, trục tung biểu thị lượng lại 200 nút cảm biến Từ biểu đồ ta thấy, với vòng (round), lượng tồn mạng OPEAS ln cao hai giao thức cịn lại Bởi OPEAS hạn chế số tin quảng bá tìm kiếm tuyến đường, nguyên nhân gây nhiều lượng Trong vùng phủ sóng nút cảm biến có nhiều nút hàng xóm, đồng thời tuyền đường từ nhóm trưởng trạm gốc lại qua nhiều hop, tổng số tin ACK_RELAY tiết kiệm nhiều, giúp tối ưu lượng băng thông cho mạng Bên cạnh đó, từ đồ thị cho thấy OPEAS chạy tới 300 round 1/3 số nút mạng hết lượng, chứng tỏ OPEAS kéo dài thời gian sống cho mạng 4.2.3.4 Số nút lượng sau 160 rounds SVTH: Đoàn Thị Nga – Lớp 10B-CNTT - VĐT SĐH Trường ĐH Bách Khoa HN Tên đề tài: Tìm hiểu mạng WSN GVHD: TS Ngơ Quỳnh Thu Page 99 Vì giao thức MLEACH chạy đến round thứ 160 nên ta thực ghi nhận lại số nút lượng giao thức từ thời điểm bắt đầu round 160 200 Number of alive nút 190 180 170 160 MLEACH 150 ARPEES 140 130 OPEAS 50 100 150 Round Hình 4.7 Số nút mạng cịn lượng sau 160 round So sánh số nút mạng sống (chưa hết lượng) sau 160 round, OPEAS có 183 nút cảm biến cịn lượng, với ARPEES 144 MLEACH 132 Chứng tỏ giao thức OPEAS tối ưu lượng hai giao thức lại 4.2.3.5 Tỷ lệ lỗi truyền Để minh họa cho việc cân lượng ảnh hưởng đến độ tin cậy mạng cảm biến Em tiến hành đo tỉ lệ tin lỗi, tỉ lệ tin lỗi đo cách chia tỉ lệ số tin liệu không đến trạm gốc tổng số tin gửi từ nhóm trưởng Kết thu thể đồ thị hình 4.8: SVTH: Đồn Thị Nga – Lớp 10B-CNTT - VĐT SĐH Trường ĐH Bách Khoa HN Tên đề tài: Tìm hiểu mạng WSN GVHD: TS Ngô Quỳnh Thu Page 100 99% OPEAS ARPEES 97% MLEACH 95% 0% 20% 40% PacketLoss 60% 80% 100% SuccessPacket Hình 4.8 Tỉ lệ tin lỗi Việc để nút cảm biến hết lượng làm giảm tính liên kết mạng, có kiện xảy vùng mà nút cảm biến quanh vùng hết lượng thơng tin kiện truyền trạm gốc Chứng tỏ việc cân lượng quan trọng với mạng cảm biến khơng dây, giúp giữ tính liên kết mạng Từ biểu đồ ta thấy, MLEACH có tỉ lệ tin thất lạc cao nhất, sau đến ARPEES OPEAS Chứng tỏ phân bố lượng đồng mạng giúp truyền liệu tin cậy mạng cảm biến không dây Trên ghi nhận em tìm hiểu trình tiến hành chạy mô ba giao thức MLEACH, ARPEES, OPEAS Kết mô cho thấy giao thức định tuyến tiết kiệm lượng, qua kéo dài thời gian sống cho mạng, cải thiện tỉ lệ gói tin SVTH: Đoàn Thị Nga – Lớp 10B-CNTT - VĐT SĐH Trường ĐH Bách Khoa HN Tên đề tài: Tìm hiểu mạng WSN GVHD: TS Ngô Quỳnh Thu Page 101 KẾT LUẬN Sau trình nghiên cứu, luận văn em hoàn thành hướng dẫn tận tình q báu TS Ngơ Quỳnh, với giúp đỡ nhiệt tình từ bạn nhóm nghiên cứu mạng cảm biến Luận văn trình bày nhìn tổng quan mạng cảm biến khơng dây nói chung giao thức định tuyến cho mạng cảm biến Qua ta thấy giao thức định tuyến phân nhóm theo kiện vượt trội khả tiết kiệm lượng giảm thiểu liệu dư thừa mạng Với ưu điểm em định vào nghiên cứu giao thức định tuyến phân nhóm theo kiện tìm hiểu sâu giao thức OPEAS để đưa đánh giá hiệu cụ thể có sức thuyết phục mặt ứng dụng Do thời gian có hạn với trình độ thân cịn hạn chế nên việc tìm hiểu thuật tốn chưa thực hồn thiện chưa thử nghiệm nhiều mơ hình mạng với kích thước mật độ nút mạng khác Trong tương lại gần, em mong phát triển giải pháp để tối ưu với nhiều loại mơ hình mạng khác đồng thời cài đặt thử nghiệm thiết bị phần cứng để thu kết hoạt động giao thức thực tế SVTH: Đoàn Thị Nga – Lớp 10B-CNTT - VĐT SĐH Trường ĐH Bách Khoa HN Tên đề tài: Tìm hiểu mạng WSN GVHD: TS Ngơ Quỳnh Thu Page 102 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Luis Javier García Villalba, Ana Lucila Sandoval Orozco, Alicia Triviđo Cabrera and Cláudia Jacy Barenco Abbas, “Routing Protocol in Wireless Sensor Network” , 2009 IEEE [2] Marjan Radi, Behnam Dezfouli, Kamalrulnizam Abu Bakar and Malrey Lee, “Multipath Routing in Wireless Sensor Networks: Survey and Research Challenges”, 2012 IEEE [3] Swades De, Chunming Qiao and Hongyi Wu, “Meshed Multipath Routing: An Efficient Strategy in Sensor Networks”, 2003 IEEE [4] Debnath Bhattacharyya , Tai-hoon Kim and Subhajit Pal, “A Comparative Study of Wireless Sensor Networks and Their Routing Protocols” , 2010 [5] Jamal N Al-Karaki, Ahmed E Kamal, “Routing Techniques In Wireless Sensor Networks: A Survey” , December 2004 IEEE [6] Shio Kumar Singh, M P Singh, D K Singh, “A Survey of Energy-Efficient Hierarchical Cluster-Based Routing in Wireless Sensor Networks”, Int Journal of Advanced Networking and Applications, Volume: 02, Issue: 02, Pages: 570-580 (2010) [7] W R Heinzelman, J Kulik and H Balakrishnan, “Adaptive protocol for information dissemination in wireless sensor networks”, Proc Fifth Annual ACM/IEEE Internation Conference on Mobile Computing and Networking (MobiCom), Aug 1999 [8] D Braginsky, D Estrin, “Rumor routing algorithm for sensor networks”, Proceedings of the First Workshop on Sensor Networks and Applications (WSNA), Atlanta, GA, October 2002 SVTH: Đoàn Thị Nga – Lớp 10B-CNTT - VĐT SĐH Trường ĐH Bách Khoa HN Tên đề tài: Tìm hiểu mạng WSN [9] GVHD: TS Ngô Quỳnh Thu Page 103 K Sohrabi et al., “Protocols for self-organization of a wireless sensor network”, IEEE Personal Communications (5) (2000) 16–27 [10] K Akkaya, M Younis, “An energy-aware QoS routing protocol for wireless sensor networks”, in: Proceedings of the IEEE Workshop on Mobile and Wireless Networks (MWN 2003), Providence, RI, May 2003 [11] T He, J A Stankovic, C Lu and T Abdulzaher, “SPEED: A stateless protocol for real-time communication in sensor networks” Proc of International Conference on Distributed Computing Systems, pp.46-55, May 2003 [12] W.R Heinzelman, A Chandrakasan, and H Balakrishnan, “Energyefficient Communication Protocol for Wireless Microsensor Networks”, in IEEE Computer Society Proceedings of the Thirty Third Hawaii International Conference on System Sciences (HICSS '00), Washington, DC, USA, Jan 2000, vol 8, pp 8020 [13] A Manjeshwar, D.P Agrawal, “TEEN: A Routing Protocol for Enhanced Efficiency in Wireless Sensor Networks”, ipdps, vol 3, pp.30189a, 15th International Parallel and Distributed Processing Symposium (IPDPS'01) Workshops, 2001 [14] Ossama Younis and Sonia Fahmy, “HEED: A hybrid, Energy-efficient, Distributed Clustering Approach for Ad-hoc Networks”, IEEE Transactions on Mobile Computing, vol 3, no 4, Oct.-Dec 2004, pp 366-369 [15] A Abbasi and M Younis (2007), “A survey on clustering algorithms for wireless sensor networks”, Computer Communications, Vol 30, 2007, pp 2826-2841 SVTH: Đoàn Thị Nga – Lớp 10B-CNTT - VĐT SĐH Trường ĐH Bách Khoa HN Tên đề tài: Tìm hiểu mạng WSN GVHD: TS Ngô Quỳnh Thu Page 104 [16] S Lindsey and C.S Raghavendra, “PEGASIS: Power efficient Gathering in Sensor Information System”, Proceedings IEEE Aerospace Conference, vol 3, Big Sky, MT, Mar 2002, pp 1125-1130 [17] Sibila Ratnaraj, Sarangapani Jagannathan, and Vittal Rao, “OEDSR: Optimized Energy-Delay Sub-network Routing in Wireless Sensor Network”, 2006 [18] Vinh TRAN QUANG and Takumi MIYOSHI, “Adaptive Routing Protocol with Energy Efficiency and Event Clustering for Wireless Sensor Networks”, IEICE Trans Commun., Vol.E91–B, No.9 September 2008 [19] Azzedine Boukerche, Richard Werner N Pazzi, Regina B Araujo2, “HPEQ - A Hierarchical Periodic, Event-driven and Query-based Wireless Sensor Network Protocol”, IEEE Conference on Local Computer Networks 30th Anniversary (LCN’05), 2005 [20] OMNeT++, version 4.2, a discrete event simulation system, http://www.omnetpp.org SVTH: Đoàn Thị Nga – Lớp 10B-CNTT - VĐT SĐH Trường ĐH Bách Khoa HN ... • Tìm hiểu mạng cảm biến khơng dây, đánh giá hiệu giao thức định tuyến OPEAS thuộc nhóm định tuyến phân nhóm Các nhiệm vụ cụ thể LVTN • Tìm hiểu kiến thức tảng mạng cảm biến khơng dây • Tìm hiểu. .. thức cảm biến sử dụng mạng cảm biến khơng dây • Định hướng tìm hiểu giao thức định tuyến OPEAS đánh giá hiệu giao thức so với giao thức khác nhóm • Cài đặt, thử nghiệm đánh giá giải thuật tìm hiểu. .. Thu Page 16 PHẦN 1: LÝ THUYẾT CHƯƠNG 1: KỸ THUẬT CẢM BIẾN KHÔNG DÂY 1.1 KHÁI QUÁT VỀ NODE CẢM BIẾN: 1.1.1 Khái niệm: Mạng WSNs gồm nhiều cảm biến phân bố phân tán bao phủ vùng địa lý Các node