Tìm hiểu các phương pháp định tuyến tập trung dữ liệu trong mạng cảm biến không dây

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI - NGUYỄN THANH LÂM TÌM HIỂU CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐỊNH TUYẾN TẬP TRUNG DỮ LIỆU TRONG MẠNG CẢM BIẾN KHÔNG DÂY LUẬN VĂN THẠC SỸ CÔNG NGHỆ THÔNG TIN NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS TRƯƠNG THỊ DIỆU LINH HÀ NI, 2010 LI CM N Để hoàn thành luận văn đà nhận đợc giúp đỡ nhiều tổ chức, cá nhân Trớc hết xin gửi lời cảm ơn sâu sắc chân thành tới TS Trơng Thị Diệu Linh Giảng viên Bộ môn Truyền thông mạng máy tính Viện công nghệ thông tin truyền thông thuộc Trờng đại học bách khoa Hà Nội ngời đà tận tình hớng dẫn nghiên cứu, chỉnh lý hoàn thành luận văn Tôi xin gửi lời cảm ơn tới thầy, cô giáo Viện công nghệ thông tin truyền thông cán Viện đào tạo sau đại học thuộc Trờng đại học bách khoa Hà Nội đà tạo điều kiện cho hoàn thành thủ tục trình bảo vệ luận văn Cuối cùng, xin gửi lời cảm ơn tới Bố Mẹ gia đình, bạn bè, ngời thân ngời đà quan tâm giúp đỡ, động viên hoàn thành luận văn Tác giả luận văn: Nguyễn Thanh Lâm LI CAM ĐOAN Tôi – Nguyễn Thanh Lâm – cam kết Luận văn tốt nghiệp cơng trình nghiên cứu thân hướng dẫn TS Trương Thị Diệu Linh Các kết nêu Luận văn tốt nghiệp trung thực, chép tồn văn cơng trình khác Hà Nội, tháng 04 năm 2010 Tác giả luận văn Nguyễn Thanh Lâm MỤC LỤC MỞ ĐẦU Chương TỔNG QUAN VỀ MẠNG CẢM BIẾN KHÔNG DÂY 1.1 Giới thiệu mạng cảm biến 1.1.1 Các tham số mạng cảm biến 1.1.1.1 Giai đoạn tiền triển khai triển khai 1.1.1.2 Giai đoạn sau triển khai 10 1.1.1.3 Giai đoạn triển khai lại nốt phụ thêm 10 1.1.2 Kiến trúc mạng cảm biến 11 1.1.2.1 Tầng vật lý 13 1.1.2.2 Tầng liên kết liệu 13 1.1.2.3 Tầng mạng 18 1.1.2.4 Tầng giao vận 27 1.1.2.5 Tầng ứng dụng 29 1.1.3 Directed Diffusion 30 1.2 Tổng quan mạng cảm biến không dây 37 1.2.1 Giới thiệu 37 1.2.2 Mạng cảm biến không dây quy mô lớn 38 1.2.3 Các thách thức thiết kế 40 1.2.4 Phần cứng 42 1.2.4.1 Các ràng buộc lượng không dây 42 1.2.4.2 Đặc tả nút cảm biến 43 1.2.5 Truyền thông không dây 46 1.2.5.1 Liên kết không dây 46 1.2.5.2 Chất lượng đường truyền 47 1.2.5.3 Tính tốn so với Truyền thơng 47 1.2.5.4 Định tuyến đa điểm Short Hops 48 1.2.5.5 Định tuyến Multi-hop Long Hops 49 1.2.5.6 Điều khiển truy cập thiết bị (MAC) 49 1.2.6 Clustering nhằm làm giảm chi phí truyền thơng 49 1.2.6.1 Xử lý In-network 50 1.2.6.2 Tổng hợp liệu 52 1.2.7 Định tuyến 52 1.2.8 Xử lý truy vấn 54 1.2.9 Thiết kế mạng cảm biến không dây 55 Chương PHƯƠNG PHÁP ĐỊNH TUYẾN TẬP TRUNG DỮ LIỆU TRONG MẠNG CẢM BIẾN KHÔNG DÂY 57 2.1 Định tuyến tập trung liệu 57 2.1.1 Các giao tác one-shot 57 2.1.2 Các giao tác lặp 59 2.2 Phương pháp định tuyến Directed Diffusion 61 2.2.1 Phương pháp đặt tên 62 2.2.2 Interest Gradient 65 2.2.3 Truyền bá liệu 70 2.2.4 Tăng cường cho trình khởi tạo lược bớt đường 72 2.2.4.1 Khởi tạo đường cách sử dụng tăng cường khẳng định 72 2.2.4.2 Khởi tạo đường cho đa nguồn sink 74 2.2.4.3 Khôi phục cục đường lỗi 76 2.2.4.4 Loại bỏ lặp sử dụng tăng cường phủ định 78 2.2.5 Ngắt lặp cách sử dụng tăng cường phủ định 79 Chương ĐÁNH GIÁ PHƯƠNG PHÁP ĐỊNH TUYẾN TRUYỀN TIN TRỰC TIẾP VÀ CÁC MÔ PHỎNG 82 3.1 Đánh giá phân tích 82 3.1.1 Flooding 83 3.1.2 Omniscient Multicast 84 3.1.3 Directed Diffusion 86 3.1.4 So sánh 87 3.2 Mô 90 DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT P2P : Point-to-Point ID : Identification QoS : Quality of Service LAN : Local Area Network WLAN : Wireless LAN ISM : Industrial, Scientific and Medical MHz : Mega Hertz GHz : Giga Hertz kHz : kilo Hertz MAC : Media Access Control S-MAC : Sensor-MAC B-MAC : Berkeley-MAC MANET : Mobile Ad hoc Network IEEE : Institute of Electrical and Electronics Engineers SMACS : Self-Organizing Medium Access Control for Sensor EAR : Eavesdrop-And-Register CSMA : Carrier Sense Multiple Access CDMA : Code Division Multiple Access PA : Power Available ME : Minimum Energy MH : Minimum Hop SPIN : Sensor protocol for Information via Negotiation SAR : Sequential Asignment Routing LEACH : Low-Energy Adaptive Clustering Hierarchy TCP : Tranmission Control Protocol UDP : User Datagram Protocol ESRT : Event-to-Sink Reliable Transport SMP : Sensor Management protocol TADAP : Task Assignment and Data Advertisement Protocol SQDDP : Sensor Query and Data Dissemination Protocol SQTL : Sensor Query and Tasking Language GPS : Global Positioning System PDA : Personal Digital Assistant WSN : Wireless Sensor Network MEMS : Micro-Electro Mechanical System MIPS : Million of Instructions Per Second SRAM : Static Random Access Memory Kbps : Kilobits per second CMOS : Complementary Metal-Oxide-Semiconductor ADC : Analog-to-Digital Converter I/O : Input/Output UART : Universal Asynchronous Receiver/Transmiter RAM : Random Access Memory SNR : Signal to Noise Ratio RF : Radio Frequency SQL : Structure Query Language ACQUIRE : Active Query forwarding In sensoR nEtworks NS : Network Simulator DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU Bảng 1.1 Dải tần số dành cho ứng dụng ISM 11 Bảng 1.2 Phân loại giao thức MAC 14 ... biến không dây - Chương Phương pháp định tuyến tập trung liệu mạng cảm biến không dây - Chương Đánh giá phương pháp định tuyến Directed Diffusion mô 3 Chương TỔNG QUAN VỀ MẠNG CẢM BIẾN KHÔNG DÂY... hợp liệu 52 1.2.7 Định tuyến 52 1.2.8 Xử lý truy vấn 54 1.2.9 Thiết kế mạng cảm biến không dây 55 Chương PHƯƠNG PHÁP ĐỊNH TUYẾN TẬP TRUNG DỮ LIỆU TRONG MẠNG CẢM... tiễn mạng cảm biến không dây vào lĩnh vực sống y học, môi trường, quân sự… Đối tượng phạm vi nghiên cứu - Đối tượng nghiên cứu: Mạng cảm biến không dây phương pháp định tuyến tập trung liệu - Phạm