Nghiên cứu một sô kỹ thuật định tuyến của mạng cảm biến không dây dựa trên bảng băm phân tán và ứng dụng

đại học thái nguyên Tr-ờng đại học công nghệ thông tin truyền thông Nguyễn thành trung Nghiên cứu số kỹ thuật định tuyến mạng cảm biến không dây dựa bảng băm phân tán ứng dụng luận văn thạc sĩ khoa học máy tính thái nguyên 2013 S húa bi Trung tõm Hc liu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ đại học thái nguyên Tr-ờng đại học công nghệ thông tin truyền thông Nguyễn thành trung Nghiên cứu số kỹ thuật định tuyến mạng cảm biến không dây dựa bảng băm phân tán ứng dụng Chuyên ngành: Khoa học máy tính MÃ số: 60 48 01 luận văn thạc sĩ khoa học máy tÝnh Ng-êi h-íng dÉn khoa häc: PGS TS PH¹m viƯt bình thái nguyên - 2013 S húa bi Trung tõm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM TRƢỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ Độc lập – Tự – Hạnh phúc THÔNG TIN VÀ TRUYỀN THÔNG LỜI CAM ĐOAN Luận văn thạc sỹ nghiên cứu thực dƣới hƣớng dẫn Nhà giáo ƣu tú - TS Phạm Việt Bình Để hồn thành luận văn này, ngồi tài liệu liệt kê, cam đoan không chép cơng trình thiết kế tốt nghiệp ngƣời khác Thái Nguyên, ngày 20 tháng 09 năm 2013 Nguyễn Thành Trung Số hóa Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ LỜI CẢM ƠN Trƣớc hết, vô biết ơn sâu sắc đến Nhà giáo ƣu tú - TS Phạm Việt Bình, ngƣời thầy trực tiếp dành nhiều thời gian tận tình hƣớng dẫn, cung cấp thơng tin, tài liệu q báu giúp đỡ tơi hồn thành luận văn Tôi xin chân thành cảm ơn Ban lãnh đạo Trung tâm Dự án quốc tế VLIR – Trƣờng Đại học Công nghệ thông tin Truyền thơng tạo nhiều điều kiện giúp tơi hồn thành luận văn Sau tơi xin bày tỏ lịng biết ơn đến ngƣời thân, bạn bè, đồng nghiệp quan, ngƣời cổ vũ động viên hoàn thành luận văn tốt nghiệp Thái Nguyên, ngày 20 tháng 09 năm 2013 Nguyễn Thành Trung Số hóa Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ MỤC LỤC Ở .1 CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ MẠNG CẢM BIẾN KHÔNG DÂY VÀ ĐỊNH TUYẾN SỬ DỤNG BẢNG BĂM PHÂN TÁN 1.1 Tổng quan mạng cảm biến không dây -WSN .2 1.2 Cấu trúc WSNs 1.2.1 Cấu trúc node mạng WSNs 1.2.2 Cấu trúc mạng biến không dây 1.3 Đặc trƣng mạng cảm biến không dây 11 1.3.1 Năng lƣợng tiêu thụ 11 1.3.2 Chi phí 11 1.3.3 Loại hình mạng 12 1.3.4 Tính bảo mật 12 1.3.5 Độ trễ 13 1.3.6 Tính di động 13 1.4 Những thách thức việc triển khai mạng cảm biến không dây 13 1.4.1 Giới hạn lƣợng 13 1.4.2 Giới hạn phần cứng 13 1.4.3 Ảnh hƣởng nhiễu từ môi trƣờng 14 1.4.4 Định tuyến WSNs 14 1.5 Tổng quan Bảng băm phân tán 15 1.5.1 Bảng băm (Hash Table) 15 1.5.2 Bảng băm phân tán (Distributed Hash Table) 16 1.6 Định tuyến sử dụng Bảng băm phân tán 18 1.6.1.Sử dụng ý tƣởng định tuyến mạng P2P mạng cảm biến không dây 18 1.6.2 Ánh xạ mạng ngang hàng với mạng cảm biến thông qua Bảng băm phân tán 19 CHƢƠNG 2: MỘT SỐ KỸ THUẬT ĐỊNH TUYẾN SỬ DỤNG BẢNG BĂM 22 Số hóa Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ PHÂN TÁN TRONG MẠNG CẢM BIẾN KHÔNG DÂY 22 2.1 Kỹ thuật Chord cho mạng cảm biến – CSN ( Chord for Sensor Netwworks ) 22 2.1.1 Nghiên cứu CSN 22 2.1.2 Phƣơng thức chuỗi (Chain method) 26 2.1.3 Phƣơng thức lấy trung bình (Set-Average Method) 26 2.1.4 EEmode Rmode 27 2.1.5 Lƣu đồ kỹ thuật Chord cho mạng cảm biến không dây 29 2.1.6 Nhận xét kỹ thuật Chord cho mạng cảm biến 30 2.2 Kỹ thuật định tuyến băm ô – CHR ( Cell Hash Routing) 31 2.2.1 Nghiên cứu CHR 31 2.2.2 Phần bên ô 32 2.2.3 Định tuyến CHR 34 2.2.4 Lƣu đồ kỹ thuật định tuyến băm ô 36 2.2.5 Nhận xét CHR 37 2.3 Kỹ thuật bảng băm phân tán dựa theo cấu trúc mạng 39 2.3.1 Nghiên cứu T-DHT 39 2.3.2 Cấu trúc mạng cảm biến theo định hƣớng bảng băm 40 2.3.3 Lƣu đồ kỹ thuật bảng băm phân tán dựa theocấu trúc mạng 43 2.3.4 Nhận xét T-DHT 44 2.4 Kỹ thuật định tuyến dựa theo cấu trúc vòng ảo – VRR 45 2.4.1 Nghiên cứu VRR 45 2.4.2 Định tuyến với VRR 47 2.4.3 Lƣu đồ kỹ thuật dựa theo cấu trúc vòng ảo 48 2.4.4 Nhận xét kỹ thuật dựa theo cấu trúc vòng ảo 49 2.5 Kỹ thuật bảng băm theo vị trí địa lý – GHT (Goegraphic Hash Table) 50 2.5.1.Nghiên cứu kỹ thuật bảng băm theo vị trí địa lý 50 2.5.2.GPSR 53 2.5.3 Home node Home perimetter 55 Số hóa Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 2.5.4 Giao thức làm tƣơi chu vi mạng 56 2.5.5 Lƣu đồ kỹ thuật bảng băm theo vị trí địa lý 58 2.5.6 Đánh giá kỹ thuật bảng băm theo vị trí địa lý 60 2.6 Đánh giá so sánh tổng quan kỹ thuật định tuyến 60 CHƢƠNG 3: CÀI ĐẶT, THỬ NGHIỆM VÀ ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ KỸ THUẬT ĐỊNH TUYẾN DỰA TRÊN VỊ TRÍ ĐỊA LÝ 62 3.1 Các phƣơng pháp đánh giá, thử nghiệm mạng cảm biến không dây .62 3.2 Khảo sát số mô sử dụng cho mạng cảm biến 63 3.2.1 Tiêu chí phân loại 63 3.2.2 Phân loại công cụ mô theo chức 63 3.3 Xây dựng mô theo kỹ thuật GHT 64 3.3.1 Xây dựng chƣơng trình mơ 64 3.3.2 Kết mô mạng cảm biến 66 KẾT LUẬN 69 Tài liệu tham khảo 70 Số hóa Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ DANH MỤC THUẬT NGỮ Viết tắt Viết đầy đủ Nghĩa tiếng Việt WSN Wireless Sensor Network Mạng cảm biến không dây DHT Distributed Hash Table Bảng băm phân tán GHT Goegrapphic Hash Table Bảng băm phân tán theo vị trí địa lý CSN Chord for Sensor Kỹ thuật Chord cho mạng cảm biến Network CHR Cell Hash Routting Kỹ thuật định tuyến băm ô T-DHT Topology based Kỹ thuật định tuyến bảng băm phân Distributed Hash Table tán dựa theo cấu trúc mạng Virtual Ring Routting Kỹ thuật định tuyến dựa theo cấu VRR trúc vòng ảo P2P Peer to peer Mạng ngang hàng DSC Data Store Center Lƣu trữ liệu trung tâm LEACH Low-energy adaptive Giao thức phân cấp theo cụm thích clustering hierarchy ứng lƣợng thấp Analog to Digital Chuyển đổi tín hiệu tƣơng tự sang tín Converter hiệu số Greedy Perimetter Định tuyến theo phƣơng pháp tham Statelees Routting lam chu vi ADC GPSR Số hóa Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1 Biểu tƣợng mạng cảm biến .2 Hình 1.2 Nút cảm biến không dây Zolertia Z1 .4 Hình 1.3 Các thành phần nút cảm ứng .6 Hình 1.4: Cấu trúc phẳng mạng cảm biến .7 Hình 1.5: Cấu trúc tầng mạng cảm biến khơng dây .8 Hình 1.6: Cấu trúc mạng đƣợc phân cấp theo chức .8 Hình 1.7: Mơ tả hoạt động bảng băm 15 Hình 1.8: Lƣu trữ tìm kiếm liệu DHT 17 Hình 1.9: Kiến trúc bảng băm phân tán 18 Hình 1.10: Mơ hình định tuyến DHTs 20 Hình 2.1 : Một mạng Chord với nút 23 Hình 2.2: Alpha-1 Alpha-m không thực giao tiếp trực tiếp 24 Hình 2.3: Thuật tốn mơ phƣơng thức chuỗi (Chain) 26 Hình 2.4: Thuật tốn theo phƣơng thức lấy trung bình 27 Hình 2.5: Sự giao thoa xử lý Rmode EEmode 28 Hình 2.6: Phân chia khơng gian thành với kích thƣớc cố định 32 Hình 2.7: Định nghĩa đồ thị cụm 33 Hình 2.9: Home cell Home perimetter 34 Hình 2.10: Vị trí địa lý nút 41 Hình 2.11: Không gian nút hệ toạ độ ảo 41 Hình 2.12: Kết sau phân chia khu vực nút vào hình chữ nhật đƣa thơng tin tồn mạng vào bảng băm phân tán hai chiều 42 Hình 2.13: Liên kết cấu trúc mạng vòng ảo 46 Hình 2.14: Một ví dụ GHT 52 Hình 2.15: Phƣơng pháp chuyển tiếp tham lam 54 Hình 2.16: Một ví dụ việc x khơng có hàng xóm gần đến D 55 Hình 2.17: Quy tắc bàn tay phải 55 Hình 3.1: Thử nghiệm mạng cảm biến không dây phạm vi 100x100 m 66 Số hóa Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ Hình 3.2: Hiển thị số ID liên kết nút mạng cảm biến 67 Hình 3.3: Hiển thị phạm vi phủ sóng nút cảm biến 67 Hình 3.4: Đánh giá việc tiêu thụ lƣợng tồn mạng 68 Hình 3.5: Đánh giá độ lớn trung bình đƣờng truyền định tuyến 68 Hình 3.6: Đánh giá độ xác nút mạng xảy liên kết hay di động 68 Số hóa Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 56 khơng biết vị trí điểm đến gói tin cấu trúc liên kết, tìm cách lan truyền khố khác cách đồng khu vực địa lý nơi mạng đƣợc triển khai Do khơng có nút toạ độ xác nhƣ hàm băm tạo Home node làm nút gần với điểm đến cuối gói tin mặt toạ độ Home node phục vụ nhƣ điểm đến Put() Get() khố Bởi gói tin GHT không giải nút cụ thể, mà đến địa điểm cụ thể, đƣợc xử lý GPSR nhƣ ràng buộc trƣờng hợp gói điểm đến bị ngắt kết nối, không nhận đƣợc địa mà xác định GPSR định tuyến gói tin đến home node phù hợp, sử dụng chế độ chu vi GPSR để tìm thấy home node Theo GHT chế độ chu vi đƣa gói tin trở Home node, nhƣ việc khơng có nút hàng xóm gần với điểm đích Home node Khi gói tin qua tất điểm bao quanh điểm đến, trƣớc chuyển vào Home node, cạnh bao quanh đƣợc đặt tên Home perimetter Home node xử lý gói tin sau gói tin vòng qua tất cạnh Home perimetter GHT làm việc với mạng cấu trúc tĩnh Cần lƣu ý cấu trúc mạng thay đổi sau số nút liên kết bị lỗi, nút tham gia vào mạng trƣờng hợp nút bị di động dẫn đến thay đổi Home node Home perimetter Nhƣng hình ảnh cấu trúc liên kết mạng, ln có tồn Home node Home perimetter cho vùng mạng GHT cần giao thức để tái thiết lập cặp key – value, tái kết hợp chúng với Home node cấu trúc liên kết thay đổi 2.5.4 Giao thức làm tươi chu vi mạng GHT sử dụng giao thức làm tƣơi chu vi mạng (PRP) để tái cấu trúc cặp key-value xác định vị trí Home node phù hợp mà cấu trúc mạng liên kết có thay đổi Gọi lại việc mà GHT định tuyến tất gói tin hành trình qua tất nút thuộc home perimetter bao quanh vị trí điểm đích PRP lƣu trữ cặp khóa – giá trị nút home perimetter Số hóa Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 57 PRP phân biệt home node và nút khác home perimetter Một nút trở thành home node với key đặc biệt thực Put() gói tin đến sau hồn thành hành trình qua tất nút home perimetter (điều kiện đƣợc xác định GPSR ) PRP tạo gói làm định kỳ việc sử dụng chƣơng trình hẹn đơn giản Cứ với Th giây, home node với khố tạo gói tin làm tƣơi đến vùng băm khố Việc làm tƣơi chứa liệu đƣợc lƣu trữ cho khố đó, đƣợc định tuyến cách xác nhƣ thực Put() Get() gói tin GHT Gói làm tƣơi có hành trình home perimetter khố đó, thay đổi cấu trúc liên kết mạng có từ khố đƣợc thêm vào Khi gói làm tƣơi tới nút, có hai khả năng: Hoặc bên nhận gần với điểm đích bên phát hành, trƣờng hợp bên nhận phân tích gói tin khởi tạo lại Hoặc trƣờng hợp khơng tìm thấy bên nhận, trƣờng hợp chuyển tiếp gói tin sang chế độ chu vi Trong hai trƣờng hợp trên, ngƣời nhận gắn thêm cặp khóa – giá trị, lƣu trữ lại khóa gói làm tƣơi Khi gói làm tƣơi trở lại nơi phát hành nút khơng phải nút đứng trƣớc home node Nó xử lý gói tin làm tƣơi chuyển tiếp đến home node khố Nhƣ việc, home node thiết lập đếm thời gian riêng mình, sau lại tiến hành làm khố Cơ chế cung cấp mục tiêu thiết kế mạng cách quán Nó đảm bảo nút gần đến vùng băm khoá trở thành home node với khoá liệu lƣu trữ khố sau cấu trúc mạng thay đổi Số hóa Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 58 2.5.5 Lưu đồ kỹ thuật bảng băm theo vị trí địa lý Lƣu đồ giải thuật liên kết nút mạng Kiểm tra nút hàng xóm gần Sai Có tồn nút hàng xóm gần Đúng Tạo liên kết & Lƣu trữ tuyến DHT Số hóa Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 59 Lƣu đồ giải thuật truyền tin kỹ thuật GHT Bắt đầu Bản tin Chuyển tiếp tham lam Tìm chu vi bao quanh nút đích Chuyển tiếp chu vi Xác định nút chủ Xử lý thơng tin nút chủ Nút đích nhận tin Kết thúc Số hóa Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 60 2.5.6 Đánh giá kỹ thuật bảng băm theo vị trí địa lý Ưu điểm: Đáp ứng với mạng lƣới cảm biến lớn: Qua phân tích xác nhận mơ GHT có khả hỗ trợ mạng cảm biến với số lƣợng lớn lên đến hàng nghìn nút Hỗ trợ giảm tổng tải mạng GHT thúc đẩy hệ thống định tuyến theo vị trí địa lý GPSR đạt hiệu cao Dịch vụ DCS trì tồn liệu nút mạng di động, với việc phân phối cặp (khóa, giá trị) cách đặn WSNs Đây điều quan trọng việc xác định thay đổi mật độ nút Hỗ trợ trạng thái sẵn sàng cao: Việc chuyển đổi hai chế độ hoạt động (active) không hoạt động (non-active) nút cảm biến đƣợc GHT sử dụng hợp lý Đảm bảo việc thơng tin đƣợc truyền tồn mạng, đồng thời giải đƣợc vấn đề hạn chế lƣợng Phù hợp với cấu trúc mạng thực tế: GHT yêu cầu nút biết vị trí địa lý Giả thiết hợp lý với đa số mơ hình mạng cảm biến khơng dây thực tế Hạn chế Việc trì tính bền vững mạng đối mặt với nhiều thất bại phát sinh hệ thống phân tán thách thức không nhỏ GHT triển khai thực tế 2.6 Đánh giá so sánh tổng quan kỹ thuật định tuyến Trong WSN, nút cảm biến có lƣợng thấp hạn chế tài nguyên giành cho lƣu trữ Tăng hiệu việc tổng hợp liệu thuật toán định tuyến nhằm giảm thiểu tiêu thụ lƣợng kéo dài thời gian sống mạng vấn đề mà các kỹ thuật tập trung vào nghiên cứu Với Số hóa Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 61 nhiều đề xuất, phƣơng pháp tiếp cận tập trung vào khả mở rộng mạng xử lý lƣợng hiệu Việc phân tích kỹ thuật đƣa so sánh kỹ thuật với dựa ba tiêu chí là: Khả mở rộng mạng, Hiệu lƣợng, Lƣu trữ liệu / Tra cứu hiệu Kết đánh giá dựa việc đo đạc thông số đƣợc đƣa [1] Bảng 1: So sánh kỹ thuật sử dụng bảng băm phân tán Phƣơng pháp tiếp Khả mở Hiệu Lƣu trữ liệu / cận rộng lƣợng Tra cứu hiệu GHT (WSNs) + + ++ CSN (WSNs) + 0/+ ++ T-DHT (WSNs) ++ + CHR (ad-hoc) + n/a n/a VRR (WSNs) + + ++ Từ đánh giá Bảng 1, ta thấy GHT VRR có nhiều ƣu điểm lớn kỹ thuật khác Nhƣng so sánh tổng quan GHT có thêm tính quan trọng giảm trễ việc truyền tin nhờ việc sử dụng giao thức làm tƣơi chu vi mạng, giúp cho việc loại bỏ thành phần nút gây trễ, cập nhật lại cấu hình mạng có kiện nhƣ: nút mạng bị di động, kết nối hết lƣợng, hỗ trợ trạng thái sẵn sàng cao Do luận văn lựa chọn GHT kỹ thuật tốt cho việc triển khai thử nghiệm Đồng thời coi điển hình việc áp dụng bảng băm phân tán việc định tuyến mạng cảm biến không dây Số hóa Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 62 CHƢƠNG CÀI ĐẶT, THỬ NGHIỆM VÀ ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ KỸ THUẬT ĐỊNH TUYẾN DỰA TRÊN VỊ TRÍ ĐỊA LÝ Việc xây dựng mô nhằm đánh giá kết nghiên cứu đem lại hiệu cao việc ứng dụng thực tiễn sau Nhất việc ứng dụng Bảng băm phân tán vào mạng cảm biến khơng dây cịn đề xuất cịn nghiên cứu hồn thiện Chương trình bày việc xây dựng mơ hình thử nghiệm dựa kỹ thuật GHT nhằm đánh giá kỹ thuật định tuyến sử dụng Bảng băm phân tán môi trường WSNs 3.1 Các phƣơng pháp đánh giá, thử nghiệm mạng cảm biến không dây Cộng đồng nghiên cứu WSN nói chung sử dụng ba phƣơng pháp để đánh giá, kiểm nghiệm kết nghiên cứu là: phƣơng pháp phân tích, phƣơng pháp thực nghiệm phƣơng pháp mơ Trong phƣơng pháp phân tích, ngƣời ta đánh giá mơ hình tốn học hệ thống Tuy nhiên phƣơng pháp hiệu mơ hình đơn giản mơ hình mạng cảm biến sử dụng DHTs thực tế thƣờng phức tạp Trong phƣơng pháp thực nghiệm, ngƣời ta tiến hành thử nghiệm hệ thống thật, nhiên hệ thống WSN P2P có số lƣợng nút lớn, thực nghiệm hệ thống có quy mơ nhỏ ( khoảng – 50 nodes) kết khơng có ý nghĩa Đồng thời thay đổi nhƣ thay đổi cấu trúc (topology) mạng hay thay đổi giao thức (protocol) node khó tốn nhiều thời gian Phƣơng pháp mơ có nhiều hạn chế, nhiên khắc phục đƣợc hạn chế phƣơng pháp phân tích phƣơng pháp thực nghiệm Tại thời điểm này, phƣơng pháp mơ khơng hồn toàn độc lập với phƣơng pháp Vậy nên với phạm vi nghiên cứu luận văn, định sử dụng phƣơng pháp phân tích đƣa minh chứng kết số nghiên cứu có số nhà khoa học chứng minh phƣơng pháp Số hóa Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 63 mô lựa chọn hợp lý nên làm Tƣơng tự, kết mô đƣợc chứng minh thực nghiệm hệ thống thật Hiện nay, hầu hết nghiên cứu WSN đƣợc thực dựa việc sử dụng phƣơng pháp mô 3.2 Khảo sát số mô sử dụng cho mạng cảm biến Mạng cảm biến không dây (WSN) đạt đƣợc quan tâm phát triển năm qua, kèm với đề nghị thực thử nghiệm ứng dụng Sự tiến phát triển nhanh lĩnh vực WSN địi hỏi cần thiết tạo mơ có khả cụ thể Công cụ mô nhƣ cho phép nhà nghiên cứu xác minh ý tƣởng so sánh giải pháp đề xuất môi trƣờng ảo giúp tránh tổn thất không cần thiết mặt thời gian chi phí triển khai phần cứng 3.2.1 Tiêu chí phân loại Hiện có nhiều mơ WSN dựa mã nguồn mở đƣợc xây dựng Nhằm làm giảm chi phí cho ý tƣởng thử nghiệm Nhƣng tảng mô đặc biệt khác nhiều mặt Do chọn lựa hợp lý sau phân tích mơ tiết kiệm đƣợc thời gian xây dựng thuật toán Những mơ đƣợc trình bày dƣới đƣợc chia thành loại theo tính ứng dụng Mỗi thể loại trình bày chƣơng trình theo thứ tự bảng chữ 3.2.2 Phân loại công cụ mô theo chức Mô giả lập cấp độ mã - Emulators and code level simmulator Mô theo cấu trúc điều khiển - Topology control simulator – Atarraya: Mô môi trƣờng mạng không dây cỡ trung bình - Enviroment and wireless medium simulator Mơ mạng cấp độ ứng dụng - Netword and application level simulators Mô mạng cấp độ trừu tƣợng - Cross level simulators Số hóa Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 64 Các công cụ mô dựa NS-2 - NS-2 based simulator Các công cụ mô dựa OMNet++ - OMNeT++ based simulators Các công cụ mô dựa Prolemy II - Prolemy II based simulators 3.3 Xây dựng mô theo kỹ thuật GHT Sau q trình phân tích chức công cụ thực mô cho mạng cảm biến không dây Cùng với việc sâu vào nghiên cứu kỹ thuật Lựa chọn cài đặt GHT sử dụng ngơn ngữ Java, dựa gói phần mềm mã nguồn mở Nettopo cho thử nghiệm ứng dụng DHT hệ thống WSN giải pháp có nhiều thuận lợi cho việc triển khai thực tế sau 3.3.1 Xây dựng chương trình mơ Lưu đồ tổng quát chương trình: Xây dựng mạng cảm biến ảo Cài đặt GHT Kết Số hóa Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 65 Việc xây dựng mô cần yêu cầu:  Về giao diện mạng cảm biến Mạng cảm biến cần có chức hiển thị nhƣ mạng cảm biến thực Thông tin mạng cảm biến nhƣ: Địa ID nút (ID address) Liên kết nút với (Links) Phạm vi cảm biến nút (radio range) Đồ thị dạng lƣới mô tả nút tham gia vào mạng cảm biến mặt địa lý, …  Về xây dựng GHT mạng cảm biến Dựa tƣ tƣởng mơ tả kỹ thuật có xác định đƣợc chức nhƣ: Chức kết nối với hàng xóm gần nút (GHT_ConnectNeighbors()) Chức tìm đƣờng từ nút alpha-1 đến alpha-m (GHT_FindOnePath()) Chức tìm đƣờng cho tồn nút (GHT_FindAllPath()) Chức kiểm tra lỗi kết nối đến nút liên kết với mạng (GHT_ConnectNeighborsWithUnvailable())  Về việc đánh giá kết mạng cảm biến dựa mơ Tính ƣu việt việc xây dựng mơ thực nghiệm đƣợc mạng cảm biến ảo ( Virtual WSNs) đánh giá đƣợc số thông số sau dừng mô Vậy nên kết đánh giá cần có là: Xác thực đƣợc độ xác truyền dẫn (Accuracy) Đo đạc đồ dài đƣờng truyền thời điểm thử nghiệm tính tốn đƣợc độ dài trung bình tất đƣờng truyền (Paths Length) Mức tiêu thụ lƣợng (Energy Consumption) * Số hóa Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 66 3.3.2 Kết mô mạng cảm biến Các kết thực nghiệm mô dựa việc thay đổi mật độ nút, nút có dịch chuyển, tốc độ truyền khác Một số ảnh chụp hình kết mơ phỏng: Hình 3.1: Thử nghiệm mạng cảm biến khơng dây phạm vi 100x100 m Thử nghiệm mạng cảm biến không dây phạm vi 100 m2 với 100 nút mạng trƣờng hợp có sử dụng hiển thị đồ thị dạng lƣới mạng cảm biến ảo nhƣ hình 3.1 Số hóa Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 67 Hình 3.2: Hiển thị số ID liên kết nút mạng cảm biến Hiển thị kết liên kết mạng sau chạy mô phỏng, hiển thị thông tin trạng thái liên kết nút với nút hàng xóm Ví dụ: Hiển thị hàng xóm cảm biến có ID = 17, có tọa độ 41, 90 Và có hàng xóm gần với có số ID lần lƣợt là: 40 Hình 3.3: Hiển thị phạm vi phủ sóng nút cảm biến Lấy nút cảm biến làm tâm, đƣờng trịn hình 3.3 mơ phạm vi phủ sóng cảm biến (radio range) Số hóa Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 68 Hình 3.4: Đánh giá việc tiêu thụ lượng toàn mạng Đánh giá việc tiêu thụ lƣợng toàn hệ thống Với kết mô thể việc tiêu thụ điện trạm lớn nhất, lƣợng giành cho chuyển tiếp tác động gây trễ… Hình 3.5: Đánh giá độ lớn trung bình đường truyền định tuyến Hình 3.6: Đánh giá độ xác nút mạng xảy liên kết hay di động Số hóa Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 69 KẾT LUẬN Qua trình tìm hiểu, nghiên cứu, luận văn đạt kết sau: Kết đạt  Tìm hiểu đƣợc tổng quan mạng cảm biến định tuyến sử dụng bảng băm phân tán mạng cảm biến  Nghiên cứu hệ thống hóa đƣợc quy trình kỹ thuật định tuyến sử dụng bảng băm phân tán nhƣ: GHT, CSN, CHR, T-DHT, VRR Và đánh giá đƣợc ƣu điểm hạn chế kỹ thuật  Mô kỹ thuật GHT mạng cảm biến ảo Đƣa đƣợc thông số đánh giá theo số tiêu chí nhƣ: độ xác truyền thơng mạng, độ dài đƣờng truyền, lƣợng tiêu thụ Hạn chế:  Kết nghiên cứu chƣa đƣợc triển khai ứng dụng cụ thể Hướng phát triển  Áp dụng kỹ thuật nghiên cứu vào ứng dụng cụ thể Với thông tin cảm biến về: nhiệt độ, độ ẩm, cảnh báo chuyển động,…  Nghiên cứu việc cải tiến số kỹ thuật nhƣ: CSN, VRR Số hóa Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 70 Tài liệu tham khảo [1] Vu Thanh Vinh, Pham Viet Binh, “A survey of routing using DHTs over wireless sensor networks”, Journal of Computer and Communication, USA, 2011 [2] Ian F Akyildiz, Weilian Su, Yogesh Sankarasubramaniam, and Erdal Cayirci “A survey on Sensor Networks” IEEE Communications Magazine, August 2002 [3] W R Heinzelman, A Chandrakasan and H Balakrishnan “Energy-efficient Communication Protocol for Wireless Microsensor Networks” Proceedings of the IEEE Hawaii International Conference on System Sciences (HICSS), Vol (2000) [4] R C Shah and J M Rabaey “Energy aware routing for low energy ad hoc sensor networks” Proceedings of the IEEE Wireless Communication and Networking Conference (WCNC) (2001) [5] V Rodoplu and T H Meng “Minimum Energy Mobile Wireless Networks” IEEE Journal Selected Areas in Communications, Vol 17 (2009) 1333-1344 [6] Kemal Akkaya, Mohamed Younis “A survey on routing protocols for wireless sensor networks” ELSEVIER-Adhoc Networks (2005) 325-349, 2003 [7] R Steinmetz and K Wehrle (Eds.) “P2P Systems and Applications” LNCS 3485, pp 79-93, 2005 Springer-Verlag Berlin Heidelberg 2005 [8] R Steinmetz and K Wehrle (Eds.): “P2P Systems and Applications” LNCS 3485, pp 95-117, 2005 Springer-Verlag Berlin Heidelberg 2005 [9] Thomas Zahn, Jochen Schiller “MADPastry: a DHT substrate for practicably sized MANETs” 5th Workshop on Applications and Services in Wireless Networks (ASWN2005), Paris, France, June 2005 [10] Muneeb Ali and Zartash Afzal Uzmi “CSN: A Network Protocol for Serving Dynamic Queries in Large-Scale Wireless Sensor Networks” 2nd CNSR 2004, pp 165–174, Fredericton, N.B, Canada, May 2004 [11] M Caesar, M Castro, E Nightingale, G O'Shea and A Rowstron, "Virtual Ring Routing: Network routing inspired by DHTs", Sigcomm 2006, Pisa, Italy,September 2006 Số hóa Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ ... KHÔNG DÂY VÀ ĐỊNH TUYẾN SỬ DỤNG BẢNG BĂM PHÂN TÁN Chương trình bày tổng quan mạng cảm biến không dây, thách thức triển khai mạng cảm biến Và giải pháp ứng dụng bảng băm phân tán vào việc định tuyến. .. 22 CHƢƠNG MỘT SỐ KỸ THUẬT ĐỊNH TUYẾN SỬ DỤNG BẢNG BĂM PHÂN TÁN TRONG MẠNG CẢM BIẾN KHÔNG DÂY Mạng cảm biến không dây mạng đáp ứng yêu cầu tự động hóa cao Việc sử dụng bảng băm phân tán WSN giải... lookup Hình 1.9: Kiến trúc bảng băm phân tán 1.6 Định tuyến sử dụng Bảng băm phân tán 1.6.1.Sử dụng ý tưởng định tuyến mạng P2P mạng cảm biến không dây Một mạng cảm biến khơng dây (WSN) bao gồm số