Định tuyến trong mạng cảm biến không dây Định tuyến trong mạng cảm biến không dây Định tuyến trong mạng cảm biến không dây luận văn tốt nghiệp,luận văn thạc sĩ, luận văn cao học, luận văn đại học, luận án tiến sĩ, đồ án tốt nghiệp luận văn tốt nghiệp,luận văn thạc sĩ, luận văn cao học, luận văn đại học, luận án tiến sĩ, đồ án tốt nghiệp
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI - NGUYỄN THỊ HIỀN LƯƠNG ĐỊNH TUYẾN TRONG MẠNG CẢM BIẾN KHƠNG DÂY Chun ngành: Cơng nghệ Thơng tin LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT CHUYÊN NGÀNH CÔNG NGHỆ THƠNG TIN NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC TS Ngơ Quỳnh Thu Hà Nội – 2013 LỜI CAM ĐOAN Tôi – Nguyễn Thị Hiền Lương – xin cam đoan: • Luận văn tốt nghiệp Thạc sỹ Kỹ thuật công trình nghiên cứu thân tơi hướng dẫn TS Ngơ Quỳnh Thu • Các kết luận văn trung thực, chép tồn văn cơng trình khác Hà Nội ngày 26 tháng 11 năm 2012 Nguyễn Thị Hiền Lương Học viên : Nguyễn Thị Hiền Lương-lớp 10BCNTT LỜI CẢM ƠN Để hoàn thành luận văn, cố gắng thân, em xin gửi lời cảm ơn tới cá nhân sau: 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 Em xin chân thành cảm ơn tất thầy cô giáo Viện đào tạo sau đại học, Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội giảng dạy dìu dắt em trong suốt trình học cao học trường Cuối cùng, em xin gửi lời cảm ơn tới Ban giám hiệu trường Cao đẳng Truyền hình phịng ban trường, nơi mà em làm việc tạo điều kiện thời gian cơng việc cho em suốt q trình học cao học trường Cùng lời cảm ơn đến gia đình, bạn bè người giúp đỡ cho em học tập tốt hồn thành việc học tập Học viên Nguyễn Thị Hiền Lương Học viên : Nguyễn Thị Hiền Lương-lớp 10BCNTT MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN LỜI CẢM ƠN DANH MỤC HÌNH VẼ DANH MỤC BẢNG DANH MỤC THUẬT NGỮ VIẾT TẮT LỜI MỞ ĐẦU CHƯƠNG MẠNG CẢM BIẾN KHÔNG DÂY 10 1.1 Khái niệm mạng cảm biến không dây .10 1.2 Cấu trúc mạng cảm biến 10 1.2.1 Cấu trúc phẳng 12 1.2.2 Cấu trúc tầng 13 1.3 Đặc trưng mạng cảm biến không dây .14 1.4 Ứng dụng mạng cảm biến không dây .15 1.4.1 Ứng dụng quân đội 16 1.4.2 Ứng dụng với môi trường .17 1.4.3 Ứng dụng chăm sóc sức khỏe 17 CHƯƠNG ĐỊNH TUYẾN TRONG MẠNG CẢM BIẾN KHÔNG DÂY 19 2.1 Vấn đề định tuyến 19 2.2 Phân loại giao thức định tuyến 21 2.3 Định tuyến phân nhóm 22 2.3.1 Định tuyến phân nhóm liên tục .23 2.3.2 Định tuyến phân nhóm theo kiện .24 2.3.2.1 Giao thức ARPEES 26 2.3.2.2 Giao thức OEDSR .27 2.3.2.3 Giao thức HPEQ .28 2.3.2.4 Đánh giá chung giao thức định tuyến phân nhóm theo kiện 29 2.4 Định tuyến đa tuyến đường mạng cảm biến không dây 30 2.5 Phát biểu toán 31 CHƯƠNG GIAO THỨC ĐỊNH TUYẾN MARPEES VÀ EMRP 33 3.1 Mơ hình mạng mơ hình sóng vơ tuyến .33 3.1.1 Mơ hình mạng .33 3.1.2 Mơ hình sóng vơ tuyến 34 Học viên : Nguyễn Thị Hiền Lương-lớp 10BCNTT 3.2 Giao thức MARPEES .35 3.2.1 Pha thành lập nhóm chọn nhóm trưởng 36 3.2.2 Pha tìm tuyến đường truyền tải liệu .39 3.3 Giao thức EMRP .44 3.3.1 Pha khởi tạo 46 3.3.2 Pha thành lập nhóm lựa chọn nhóm trưởng .47 3.3.3 Pha lựa chọn nút trung gian truyền liệu 49 CHƯƠNG ĐÁNH GIÁ HIỆU NĂNG 53 4.1 Giới thiệu chung OMNeT++ 53 4.1.1 Tổng quan OMNeT++ 53 4.1.2 Các thành phần OMNeT++ 53 4.1.3 Mơ hình OMNeT++ 54 4.2 Sử dụng OMNeT++ 56 4.2.1 Xây dựng chạy thử mơ hình mơ .56 4.2.2 Chạy ứng dụng OMNeT++ 58 4.3 Thông số đầu vào đầu 60 4.4 Đánh giá hiệu 63 4.4.1 Hiệu lượng .63 4.4.2 Cân tải 65 4.4.3 Thời gian sống .66 4.4.4 Tỉ lệ lỗi 67 4.4.5 Khả thích nghi 68 4.5 Đánh giá kết hướng phát triển .70 KẾT LUẬN 72 TÀI LIỆU THAM KHẢO 73 Học viên : Nguyễn Thị Hiền Lương-lớp 10BCNTT DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1 Cấu tạo nút cảm biến 11 Hình 1.2 Mơ hình triển khai nút cảm biến khơng dây 12 Hình 1.3 Location tracking .17 Hình 1.4 Ứng dụng chăm sóc sức khỏe 18 Hình 2.1 – Mơ hình mạng cảm biến sử dụng giao thức phân nhóm 26 Hình 3.1 Mơ hình lượng sóng vơ tuyến 35 Hình 3.2 – Mơ hình pha hoạt động MARPEES 36 Hình 3.3 – Lưu đồ pha thành lập nhóm MARPEES 37 Hình 3.4 – Minh họa q trình thành lập nhóm MARPEES 38 Hình 3.5– Mơ hình mạng hai mức liên kết MARPEES 40 Hình 3.6 – Lưu đồ hoạt động pha thứ hai MARPEES .44 Hình 3.7 – Mơ hình pha hoạt động EMRP 46 Hình 3.8 – Mơ hình mạng EMRP với liên kết dạng lưới sau pha thiết lập .47 Hình 3.9 – Mơ hình mạng hai mức liên kết EMRP 50 Hình 4.1 Các module đơn giản kết hợp 55 Hình 4.2 Các kết nối module 56 Hình 4.3 Lược đồ xây dựng chạy chương trình mơ OMNeT++ 59 Hình 4.4 – Mơ hình mạng hoạt động với giao thức EMRP .62 Hình 4.5 Tổng mức lượng toàn mạng sau kiện 63 Hình 4.6 So sánh mức lượng tiêu thụ sau 270 kiện 64 Hình 4.7 – Phân bố lượng nút sau 300 kiện 66 Hình 4.8 Thời gian sống thời gian xuất nút chết mạng 66 Hình 4.9– Tỉ lệ giảm thời gian sống kích thước mạng số nút tăng 69 Học viên : Nguyễn Thị Hiền Lương-lớp 10BCNTT DANH MỤC BẢNG Bảng 4.1 Các thông số mô .61 Bảng 4.2 – Tỉ lệ lỗi truyền gói tin giao thức .68 Bảng 4.3 – Thống kê thời gian sống thời gian xuất nút chết mạng phân theo kích thước mạng 68 Bảng 4.4 – Tỉ lệ lỗi gói tin giao thức theo hai kích thước mạng .70 Học viên : Nguyễn Thị Hiền Lương-lớp 10BCNTT DANH MỤC THUẬT NGỮ VIẾT TẮT Từ viết tắt Tiếng Anh Tiếng Việt BS Base Station Trạm gốc CH Cluster Head Nhóm trưởng TDMA Time division multiple access Đa truy nhập phân chia theo thời gian WSN Wireless Sensor Network Mạng cảm biến không dây ARPEES Adaptive Routing Protocol with Energy Efficiency and Event Clustering forWireless Sensor Networks Giao thức định tuyến thích ứng với hiệu lượng phân nhóm theo kiện mạng cảm biến không dây OEDSR Optimized Energy-Delay Subnetwork Routing Định tuyến tối ưu lượng tiểu mạng HPEQ Hierarchical Periodic, Eventdriven and Query-based Wireless Sensor Network Protocol Phân cấp định kỳ, Giao thức điều khiển theo kiện theo truy vấn mạng cảm biến không dây LEACH Low Energy Adaptive Clustering Hierarchy Giao thức phân cấp theo cụm thích ứng lượng thấp MARPEES Multipath Adaptive Routing Protocol with Energy Efficiency and Event Clustering forWireless Sensor Networks Giao thức định tuyến đa đường thích ứng với hiệu lượng phân nhóm theo kiện mạng cảm biến không dây EMRP Energy-Awared Meshed Routing Protocol Giao thức định tuyến nhận thức lượng OMNeT++ Objective Modular Network Tested in C++ Công cụ mô mạng thư nghiệm C++ Học viên : Nguyễn Thị Hiền Lương-lớp 10BCNTT LỜI MỞ ĐẦU Sự phát triển công nghệ thông tin, truyền thông Internet kết hợp với tiến khoa học kĩ thuật gần tạo điều kiện phát triển hệ cảm biến với giá thành thấp, khả triển khai quy mơ lớn độ xác cao Với ưu điểm vượt trội khả theo dõi thu thập thông tin, mạng cảm biến không dây ứng dụng rộng rãi quân sự, y tế, phòng chống cháy nổ nhiều mục đích thiết yếu khác Các giao thức định tuyến mạng cảm biến không dây nghiên cứu để tìm giải pháp tối ưu để định tuyến cho đường truyền Hiện nay, có hai cách tiếp cận giao thức định tuyến phân nhóm phân cấp: điều khiển theo thời gian điều khiển theo kiện Trong giao thức điều khiển thời gian, liệu cảm biến gửi định kỳ đến trạm gốc để cung cấp thông tin môi trường cách liên tục trong giao thức điều khiển kiện, liệu cảm biến gửi đến trạm gốc kiện phát Giao thức định tuyến theo thời gian thường hình thành nhóm cố định giai đoạn khởi tạo giao thức định tuyến theo kiện hình thành nhóm sau phát kiện Các giao thức định tuyến phân nhóm kiện có hiệu việc tiết kiệm lượng, giảm dư thừa liệu tăng vòng đời mạng điển OEDSR, ARPEES HPEQ Tuy nhiên giải thuật sử dụng đường truyền từ nhóm trưởng đích, độ tin cậy đường truyền không cao, đặc biệt bối cảnh nhóm trưởng khơng cịn đủ lượng để truyền Chính vậy, luận văn tập trung vào tìm hiểu phương thức truyền liệu đa tuyến đường cho giao thức định tuyến phân nhóm theo kiện với mục tiêu tăng cường khả chịu lỗi cho tuyến đường, phân bố mức lượng tiêu thụ giảm thiểu số tin điều khiển sử dụng Phương thức tìm hiểu có tên gọi Multipath Adaptive Rounting Protocol with Energy Efficiency and Event Clustering for wireless Sensor Networks (MARPEES) Energy-Awared Meshed Routing Protocol (EMRP) Nội dung luận văn tổ chức sau: Học viên : Nguyễn Thị Hiền Lương-lớp 10BCNTT CHƯƠNG 1: Mạng cảm biến khơng dây Trình bày số lý thuyết mạng cảm biến không dây, đặc trưng mạng cảm biến tổng quan định tuyến mạng cảm biến CHƯƠNG 2: Định tuyến mạng cảm biến khơng dây Trình bày sơ lược vấn đề định tuyến cho mạng cảm biến khơng dây, tìm hiểu giao thức định tuyến phân nhóm ARPEES, OEDSR HPEQ Đánh giá chung ưu, nhược điểm giao thức trình bày định tuyến đa tuyến đường mạng cảm biến khơng dây CHƯƠNG 3: Trình bày hai giao thức định tuyến MARPEES EMRP Trình bày nội dung hai giao thức định tuyến đa đường MARPEES EMRP CHƯƠNG 4: Đánh giá hiệu Giới thiệu môi trường cài đặt, phương thức mô thông số Phân tích đánh giá kết mơ Do thời gian thực luận văn có hạn, đề tài tìm hiểu vấn đề chắn cịn nhiều thiếu sót cần sửa chữa bổ sung Em mong nhận giúp đỡ ý kiến đóng góp quý báu thầy cô bạn bè để em tiếp tục hồn thiện đề tài Học viên : Nguyễn Thị Hiền Lương-lớp 10BCNTT người dùng cung cấp giao diện cho chương trình mơ OMNeT++ với phiên gần sử dụng hai kiểu giao diện giao diện giao diện dòng lệnh cmd (command) giao diện đồ họa Giao diện đồ họa trực quan nên ưa dùng Sau dịch liên kết ta chương trình mơ dựa OMNeT++ File omnetpp.ini để thiết lập giá trị khởi tạo, file người lập trình viết Nó sử dụng để chạy mơ với kịch khác Cuối file kết bao gồm file *.vec file vector, biến thay đổi theo thời gian q trình mơ phỏng, giá trị biến thời gian tương ứng lưu vào file Trong trình code xác định biến lưu File *.sca (scalar file) lưu giá trị thống kê có sau kết thúc mơ phỏng, ví dụ số tin lỗi, lượng lại nút mạng Để xử lí kết thống kê, ta sử dụng cơng cụ có sẵn OMNeT++ 4.3 Thông số đầu vào đầu Hai thuật tốn MARPEES EMRP trình bày thực công cụ mô OMNeT ++ Các giao thức định tuyến ARPEES, OSDER, sử dụng để so sánh, theo tiêu chí lượng lại, cân tải, thời gian sống mạng tỷ lệ lỗi mạng Trong mô thực hiện, nút có mức lượng ban đầu Jun 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 800x800m.Cùng với mơ hình phụ nhỏ cài đặt để so sánh khả thích nghi giao thức kích thước mạng thay đổi Mơ hình phụ gồm 60 nút cảm biến phân bố khu vực diện tích 400x400m Số lượng gói tin liệu chuyển tới trạm gốc kiện 30 Giới hạn truyền tải 150 m giới hạn cảm biến 70 m Một gói tin liệu cảm biến có kích thước 500 bytes tin điều khiển có kích thước 25 bytes Ngưỡng chuyển đổi hai nút chuyển tiếp dự trữ 0.5% Học viên: Nguyễn Thị Hiền Lương – 10BCNTT 60 mức lượng ban đầu nút cảm biến, ngưỡng thấp – ngưỡng giới hạn lượng dừng hoạt động nút đặt mức 1% lượng ban đầu Một nút cảm biến dừng hoạt động định tuyến gửi nhận liệu cảm biến nhóm mức lượng xuống 1% mức lượng ban đầu Tham số Giá trị Mức lượng ban đầu Jun Kích thước gói tin liệu 500 bytes Kích thước gói tin điều khiển 25 bytes Năng lượng truyền nhận Eelec 50nJ/bit Năng lượng khuếch đại tín hiệu Efs 10pJ/bit/m2 Giới hạn truyền tải 150 m Giới hạn cảm biến 70 m Ngưỡng chuyển 0.5% Ngưỡng thấp 1% Số vòng truyền tải/ kiện Số gói liệu gửi đi/vịng Bảng 4.1 Các thơng số mơ Chương trình mô chạy tất nút cảm biến mà có khoảng cách tới trạm gốc nhỏ giới hạn truyền tải hết lượng Khi có nghĩa khơng cịn tồn tuyến đường tryền tải liệu tới trạm gốc liên lạc trao đổi thông tin từ nút cảm biến mạng tới trạm gốc bị cắt đứt hoàn toàn Học viên: Nguyễn Thị Hiền Lương – 10BCNTT 61 Hình 4.4 – Mơ hình mạng hoạt động với giao thức EMRP Các thông số đầu bao gồm: • Tổng mức lượng tồn mạng sau vịng (đơn vị Jun) • Năng lượng nút mạng sau 270 vòng (đơn vị Jun) • Thời gian sống mạng (số vòng) • Số vòng mạng hoạt động nút hết lượng • Tổng số gói tin liệu gửi từ nhóm trưởng q trình mạng hoạt động • Tổng số lần lỗi liên kết truyền gói tin Học viên: Nguyễn Thị Hiền Lương – 10BCNTT 62 4.4 Đánh giá hiệu Trong bốn phần đầu kết mô sử dụng để so sánh kết mơ hình với 200 nút cảm biến phân bố diện tích 800x800m Trạm gốc đặt tọa độ (440,800) cách nút cảm biến gần khoảng cách 40 mét Riêng phần phân tích khả thích nghi kết mơ mơ hình phụ với 60 nút mạng sử dụng thêm để so sánh kết hai mơ hình mạng Các giao thức ARPEES, OEDSR HPEQ có phương pháp hình thành nhóm chọn nhóm trưởng khác Vì vậy, để so sánh xác em tính tốn lượng sử dụng cho q trình định tuyến bỏ qua lượng sử dụng để hình thành nhóm chọn nhóm trưởng 4.4.1 Hiệu lượng Để so sánh hiệu lượng giao thức, em tính tốn tổng số lượng lại tất nút mạng sau kiện Số lượng kiện thay đổi từ đến 400 Biểu đồ hình 4.5 mơ tả mối quan hệ Hình 4.5 Tổng mức lượng toàn mạng sau kiện Kết mô lượng lại EMRP tốt ARPEES, OEDSR, MARPEES HPEQ Trong kiện đầu tiên, EMRP sử dụng nhiều lượng giai đoạn khởi tạo so với giao thức khác để lựa Học viên: Nguyễn Thị Hiền Lương – 10BCNTT 63 chọn nút chuyển tiếp nút dự trữ Do đường tổng lượng EMRP đoạn gốc rơi xuống thấp so với đường lượng giao thức lại nhiên độ lệch khơng nhiều chấp nhận Sau nhiều kiện nhiều vòng truyền tải liệu, EMRP cho thấy tổng số lượng cịn lại cịn mức cao Rõ ràng, EMRP đạt hiệu lượng tốt so với ARPEES, OEDSR, HPEQ MARPEES tiêu thụ lượng cách làm giảm q trình phát sóng tin REQ_RELAY lưu trữ tuyến đường cho kiện Nhờ có chế lưu trữ tuyến đường mà EMRP trì mức lượng cao kéo dài thời gian sống cho mạng Đặc điểm phân tích rõ phần sau Cụ thể hơn, em đánh giá tổng số lượng tiêu thụ lượng giao thức sau 270 kiện hình 4.6 Sau 270 kiện, EMRP tổng số tiêu thụ lượng ARPEES 34,5% , OEDSR 31,5%, HPEQ 48,2% 54,3% so với MARPEES Hình 4.6 So sánh mức lượng tiêu thụ sau 270 kiện Đồ thị cho thấy tầm quan trọng việc loại bỏ trình quảng bá tin điều khiển khả tiết kiệm lượng giao thức định tuyến mạng cảm biến không dây Học viên: Nguyễn Thị Hiền Lương – 10BCNTT 64 4.4.2 Cân tải Tính EMRP khơng để giảm tiêu thụ lượng mà đạt cân tải lượng nút Hình 4.7 cho thấy lượng nút tất 200 cảm biến mô sau 300 kiện Trong hình này, trục ngang ID nút cảm biến, trục thẳng đứng giá trị lượng lại tương ứng nút cảm biến Trong EMRP, lượng tiêu thụ nút cảm biến EMRP có khác biệt nút lượng so với giao thức khác EMRP trì tất lượng nút mức thấp ARPEES, MARPEES OEDSR có nút lượng giảm thực thấp ngừng làm việc Kết phản ánh cách giao thức định tuyến giải vấn đề cân tải ARPEES, OEDSR, HPEQ MARPEES tìm đường sau khoảng định thời gian truyền hàm đánh giá sử dụng thông số lượng cho nút cảm biến với nhiều lượng để truyền Nó đạt cân tải đường dẫn tốt thời điểm dẫn đến việc sử dụng thơng điệp kiểm sốt nhiều để thực q trình phát sóng Sử dụng cách tiếp cận khác, EMRP sử dụng phương pháp giám sát lượng để chuyển đổi truyền đường dẫn động thực q trình phát sóng cần thiết Kết chứng minh EMRP cung cấp cho hiệu suất mạng tổng thể tốt Học viên: Nguyễn Thị Hiền Lương – 10BCNTT 65 Hình 4.7 – Phân bố lượng nút sau 300 kiện 4.4.3 Thời gian sống Các tính thiết kế giao thức EMRP để cân tiêu thụ lượng nút để tránh điểm nóng, gây tử vong nhanh chóng nút tải Sự cải thiện đạt thông qua EMRP minh chứng rõ cách so sánh số lượng kiện diễn mà có nút bị chết sau 500 kiện Hình 4.8 Thời gian sống thời gian xuất nút chết mạng Trong hình 4.8 cho thấy thời gian sống EMRP, ARPEES, OEDSR, HPEQ MARPEES tương ứng kiện số 423, 322, 325, 314 276 EMRP thời gian sinh sống dài ARPEES 31,4%, OEDSR 30,05%, HPEQ 34,7% 53,2% dài MARPEES Số kiện mà giao thức tiếp tục Học viên: Nguyễn Thị Hiền Lương – 10BCNTT 66 truyền nút chết EMRP gấp lần ARPEES lớn lần OEDSR Nó chứng tỏ EMRP thích ứng với mạng cịn định tuyến cách xác sử dụng lượng hiệu Nút chết EMRP 4,3% - dài 11,5% so với giao thức khác Phương pháp nhận thức lượng giúp trì lượng nút mức thấp, thời gian sống nút kéo dài lâu 4.4.4 Tỉ lệ lỗi EMRP thiết kế nhằm nâng cao độ tin cậy khả chịu lỗi pha truyền Trong phần này, em kiểm tra tỷ lệ tổn thất liên kết hỏng Để tính tốn tỷ lệ này, em ghi lại số lượng tin nhắn liệu gửi từ nhóm trưởng tổng số gói tin Khi gói gửi đến nút cảm biến, lượng nút mức ngưỡng làm việc (0,01 Joule), em đánh dấu liên kết thất bại Từ bảng 4.2 ta thấy EMRP có tỷ lệ thấp theo phương pháp nhận biết lượng giám sát lượng nút làm giảm khả hỏng liên kết EMRP đạt tỷ lệ phần trăm lỗi tương đương với MARPEES 4-7 lần so với ARPEES, HPEQ OEDSR Chúng ta kết luận phương pháp giám sát lượng làm cho EMRP đáng tin cậy lỗi ARPEES, HPEQ OEDSR Giao thức Tổng số gói liệu Số liên kết lỗi Tỉ lệ lỗi (%) HPEQ 9426 153 1.62 ARPEES 9666 104 1.08 OEDSR 8760 112 1.23 MARPEES 8201 22 0.27 EMRP 12830 31 0.24 Học viên: Nguyễn Thị Hiền Lương – 10BCNTT 67 Bảng 4.2 – Tỉ lệ lỗi truyền gói tin giao thức 4.4.5 Khả thích nghi Để so sánh khả thích nghi giao thức kích thước mạng mở rộng số lượng nút mạng tăng lên, em thực so sánh kết đầu mơ hình mạng nhỏ kích thước 400x400m gồm 60 nút cảm biến mơ hình mạng lớn 800x800m gồm 200 nút cảm biến Trong hai mơ hình lượng ban đầu nút mật độ phân bố nút mạng hai mơ hình tương đương Bảng số liệu 4.3 thể thông số thời gian sống mạng với giao thức hai mơ hình mạng Đặc điểm Kích thước mạng HPEQ OEDSR ARPEES MARPEES EMRP Nhỏ 367 385 370 334 430 Lớn 314 325 322 276 423 Nhỏ 357 376 358 326 383 Lớn 304 314 304 259 339 Tổng số kiện Sự kiện xuất nút chết Bảng 4.3 – Thống kê thời gian sống thời gian xuất nút chết mạng phân theo kích thước mạng Từ bảng thơng số 4.3 ta thấy giao thức hoạt động tốt với mơ hình mạng kích thước nhỏ cụ thể thời gian sống mạng thời gian xuất nút chết với mơ hình mạng nhỏ kéo dài so với mơ hình mạng kích thước lớn Để so sánh suy khả thích nghi giao thức mơ hình Học viên: Nguyễn Thị Hiền Lương – 10BCNTT 68 mạng thay đổi ta tiến hành xây dựng biểu đồ thể tỉ lệ suy giảm thời gian sống mạng với giao thức kích thước số nút cảm biến mạng tăng lên Hình 4.9– Tỉ lệ giảm thời gian sống kích thước mạng số nút tăng Từ biểu đồ 4.9 ta thấy kích thước mạng mở rộng số nút mạng tăng, từ đồ thị ta thấy thời gian sống mạng sử dụng giao thức EMRP, MARPEES, ARPEES, OEDSR, HPEQ giảm 1.63%, 17.37%, 12.97%, 15.58% 14.44% Với số liệu ta kết luận EMRP có khả thích nghi tốt nhiều so với giao thức lại kích thước mạng số lượng nút cảm biến tăng lên thể việc hiệu giao thức giảm khơng đáng kể trì thời gian sống dài cho mạng Tiếp theo thực so sánh tỉ lệ liên kết lỗi để phân tích hiệu phương thức nhận biết lượng giúp phòng chống lỗi MARPEES EMRP sử dụng bị ảnh hưởng kích thước số lượng nút mạng tăng Giao thức Tỉ lệ lỗi gói tin Học viên: Nguyễn Thị Hiền Lương – 10BCNTT 69 Mạng kích thước nhỏ Mạng kích thước lớn HPEQ 1.7% 1.62 % MARPEES 0.24% 0.31 % ARPEES 0.8% 1.08 % OEDSR 1.5% 1.23 % EMRP 0.15% 0.24 % Bảng 4.4 – Tỉ lệ lỗi gói tin giao thức theo hai kích thước mạng Từ bảng liệu 4.4 ta thấy chế nhận biết lượng để chống lỗi đảm bảo tin cậy tuyến đường MARPEES EMRP sử dụng đạt hiệu tốt với mơ hình mạng kích thước nhỏ mơ hình mạng kích thước lớn với số lượng số nút cảm biến tăng Tỉ lệ lỗi gói tin sử dụng giao thức EMRP MARPEES lớn từ 2-10 lần so với sử dụng giao thức lại ARPEES, OEDSR HPEQ 4.5 Đánh giá kết hướng phát triển Trên em trình bày phương thức truyền liệu đa tuyến đường cho giao thức định tuyến phân nhóm mạng cảm biến khơng dây Từ sở lý thuyết kết thực nghiệm ta đến kết luận: Phương thức trình bày đạt tiêu chí thiết kế đề ra: đảm bảo độ tin cậy cho tuyến đường, phân phối lượng nút chuyển tiếp cách đồng tiết kiệm lượng tiêu thụ trình định tuyến liệu Phương thức trình bày đạt hiệu cao thử nghiệm, cho kết tốt phương thức truyền hai giao thức phân nhóm theo kiện điển hình ARPEES OEDSR Chương trình mơ cài đặt chạy kiện xảy toàn mạng thời điểm Khi xét đến trường hợp nhiều kiện xảy Học viên: Nguyễn Thị Hiền Lương – 10BCNTT 70 thời điểm vị trí khác mạng, khả nút đồng thời nút chuyển tiếp nhiều nút xảy Khi chế cập nhật mức lượng tiêu thụ cần có thay đổi để giữ độ xác Phương án giải nút nhận gói liệu trạm gốc kiểm tra nút gửi khác với nguồn gói tin lần cuối trước (tuyến đường khác gửi tới) gửi lại tin RELAYSTATUS để cập nhật lại trạng thái Cách phải sử dụng thêm tin điều khiển nhiên số tin sử dụng giữ mức vừa phải Việc thử nghiệm phương thức tương lai cho đánh giá xác phương án giải thích hợp Một vấn đề khác chọn ngưỡng chuyển cho phù hợp đạt hiệu cao Nếu ngưỡng chuyển thấp việc chuyển qua lại hai nút truyền liệu mức xảy với tần xuất cao dẫn đến số tin RELAYSTATUS sử dụng tăng lên cách không cần thiết Ngược lại ngưỡng chuyển cao tạo chênh lệch lớn hai nút chuyển tiếp dự trữ nhiều thời điểm Ngưỡng chuyển thích nghi theo độ dài kiện tần suất chuyển hướng phát triển để giải tốt tốn Học viên: Nguyễn Thị Hiền Lương – 10BCNTT 71 KẾT LUẬN Sau trình nghiên cứu, luận em hồn thành hướng dẫn tận tình TS Ngơ Quỳnh với giúp đỡ q báu từ số bạn học lớp Luận văn trình bày nhìn tổng quan mạng cảm biến khơng dây nói chung giao thức định tuyến phân nhóm 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 giao thức định tuyến đa đường cải thiện khả chống lỗi tăng độ tin cậy dựa giao thức có sẵn Kết mơ khẳng định giao thức EMRP cho kết thử nghiệm tốt giao thức định tuyến phân nhóm theo kiện có sẵn khả tiết kiệm lượng, phân bố đồng lượng sử dụng nút kéo dài thời gian sống cho mạng Thêm vào phương thức truyền cung cấp thêm chế nhận biết lượng có khả chống lỗi tốt từ 2-10 lần so với giao thức ARPEES, OEDSR, HPEQ có sẵn.Phương thức truyền đạt tiêu chí thiết kế đề Do thời gian có hạn với trình độ thân cịn hạn chế nên 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 Học viên: Nguyễn Thị Hiền Lương – 10BCNTT 72 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Adel Gaafar A.Elrahim1, Hussein A.Elsayed2, Salwa El Ramly3, Magdy M Ibrahim4, "An Energy Aware WSN Geographic Routing Protocol", Universal Journal of Computer Science and Engineering Technology (2), 105-111, Nov 2010 [2] A Manjeshwar and D.P.Agrawal, “TEEN: A routing protocol for Enhanced efficiency in wireless sensor networks” 15 th In ’Parallel and Distributed Process Symp (IPDPS’01) Workshops, p.30189a, April 2001 [3] A Manjeshwar and D.P Agrawal, “APTEEN: A hybrid protocol for efficient routing and comprehensive information retrieval in wire-less sensor networks” Int’l Parallel and Distributed Process Symp (IPDPS’02) Workshops, p.0195b, April 2002 [4] A Boukerche, R.W.N Pazzi, and R.B Araujo, “HPEQ — A hierarchical periodic, event-driven and query-based wireless sensor net- work protocol,” IEEE Conf Local Comput Networks, pp.560–567, Nov 2005 [5] C Intanagonwiwat, R Govindan, and D Estrin, “Directed diffusion: A scalable and robust communication paradigm for sensor networks” Int’l Conf Mobile Computing and Networking (Mobi- Com’00), Aug 2000 [6] Hesong Huang and Jie Wu, "A Probabilistic Clustering Algorithm in Wireless Sensor Networks" Phil Trans Roy Soc London, vol A247, pp 529-551, Apr 1995 [7] OMNeT++, A discrete event simulation system, Version 4.2, official website: http://www.omnetpp.org/, last visited May 2012 [8] OMNeT++ User Community Wiki, websitehttp://omnetpp.org/pmwiki/ , last visited May 2012 Học viên: Nguyễn Thị Hiền Lương – 10BCNTT 73 [9] S Ratnaraj, S Jagannathan, and V Rao, “Optimal energy-delay sub- network routing protocol for wireless sensor networks” IEEE Conf on Networking, Sensing and Control, pp.787–792, April 2006 [10] Shio Kumar Singh, M P Singh, D K Singh, "A Survey of Energy-Efficient Hierarchical Cluster-Based Routing in Wireless Sensor Networks", Int J of Advanced Networking and Applications, 2010 [11] Thu Ngo Quynh, Thuy Tran Vinh, Mai Banh Thi Quynh “Multipath Routing Protocols for Cluster-based and Event-based Wireless Sensor Network”, ACM- SoICT International Conference, August 2012 [12] Vinh TRAN QUANG, Takumi MIYOSHI, “Adaptive Routing Protocol with Energy Efficiency and Event Clustering for Wireless Sensor Networks”, IEICE TRANS.COMMUN, Vol E91-B, Sep 2008 [13] V Mhatre and C Rosenberg, “Homogeneous vs heterogeneous clustered sensor networks: acomparative study”, Communications, 2004 IEEE International Conference on 6, 2004 [14] W Heinzelman, A.P Chandrakasan, and H.Balakrishnan, “An applicationspecific protocol architecture for wireless micro sensor networks”, IEEETrans WirelessCommun, vol.1, no4, pp660–670, Oct 2002 Học viên: Nguyễn Thị Hiền Lương – 10BCNTT 74 ... CHƯƠNG 1: Mạng cảm biến khơng dây Trình bày số lý thuyết mạng cảm biến không dây, đặc trưng mạng cảm biến tổng quan định tuyến mạng cảm biến CHƯƠNG 2: Định tuyến mạng cảm biến khơng dây Trình... Nguyễn Thị Hiền Lương-lớp 10BCNTT CHƯƠNG MẠNG CẢM BIẾN KHÔNG DÂY 1.1 Khái niệm 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... đề định tuyến cho mạng cảm biến khơng dây, tìm hiểu giao thức định tuyến phân nhóm ARPEES, OEDSR HPEQ Đánh giá chung ưu, nhược điểm giao thức trình bày định tuyến đa tuyến đường mạng cảm biến không