Nghiên cứu và mô phỏng giao thức định tuyến flooding trong WSN

giáo dục đào tạo trường đại học bách khoa hà nội  - LÊ THỊ THANH HUYỀN NGHIÊN CỨU VÀ MÔ PHỎNG GIAO THỨC ĐỊNH TUYẾN FLOODING TRONG WSN luận văn thạc sĩ kỹ thuật ngành: ®iƯn tư – viƠn th«ng NGƯỜI HƯỚNG DẪN: TS NGUYỄN VIẾT NGUN Hµ néi - 2012 LỜI CAM ĐOAN Tơi xin cam đoan luận văn "NGHIÊN CỨU VÀ MÔ PHỎNG GIAO THỨC ĐỊNH TUYẾN FLOODING TRONG WSN" tự nghiên cứu hoàn thành hướng dẫn TS NGUYỄN VIẾT NGUN Tơi xin chịu hồn tồn trách nhiệm lời cam đoan Hà Nội, Ngày 22 tháng 03 năm 2012 Học viên Lê Thị Thanh Huyền DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ CÁI VIẾT TẮT ADC Analog to Digital Converter Bộ chuyển đổi tương tự số BPSK Binary Phase Shift Keying Khóa dịch pha nhị phân CTS Clear To Send Xóa để gửi DLL Data Link Layer Lớp liên kết liệu IEEE Institute of Electrical and Electronics Engineers Viện kỹ sư điện điện tử LLC Logic Layer Control Lớp điều khiển Logic MANETs Mobile Adhoc Networks Các mạng adhoc di động MAC Medium Access Control Điều khiển truy nhập môi trường NAV Network Allocaton Vector Vector phân phối mạng QPSK Quandature Phase Shift Keying Khóa dịch pha vng góc UWB Ultrawideband Băng cực rộng RTS Request To Send Yêu cầu gửi RF Radio Frequency Tần số vô tuyến điện SYNC Synchronous Đồng TDMA Time Division Multiple Access Đa truy nhập phân chia theo thời gian WSN Wireless Sensor Network Mạng cảm biến không dây DANH MỤC CÁC BẢNG TT Bảng Tên bảng Trang Bảng 1.1 Các lĩnh vực nghiên cứu WSNs 2 Bảng 3.1 Kênh truyền tần số 36 Bảng 3.2 Băng tần tốc độ liệu 36 Bảng 3.3 Các dạng thiết bị mạng ZigBee 38 Bảng 4.1 Miêu tả interest sử dụng cặp thuộc tính giá trị 57 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ TT Hình Tên hình Trang Hình 1.1 Mơ hình mạng cảm biến thơng thường Hình 1.2 Cấu tạo nút cảm biến Hình 1.3 Kiến trúc giao thức mạng cảm biến Hình 1.4 Các giao thức dùng cho Lower – layer 10 WSNs Hình 1.5 Cấu trúc phần cứng hạt Mica 12 Hình 2.1 Dạng WSNs, liên kết multipoint-to-point, 14 multihop dùng định tuyến động Hình 2.2 Dạng WSNs, liên kết point-to-point, Star định 15 tuyến tĩnh Hình 2.3 Các node theo mơ hình hợp tác bất hợp tác 15 Hình 2.4 Ứng dụng quân 16 10 Hình 2.5 Mạng WSN cảnh báo cháy rừng 17 11 Hình 2.6 Mạng WSN cảnh báo động đất 18 12 Hình 2.7 Ứng dụng cảng 19 13 Hình 2.8 Ứng dụng giao thơng 19 14 Hình 2.9 Ứng dụng trồng trọt 20 15 Hình 2.10 Ứng dụng chăn ni 20 16 Hình 2.11 Cảm biến gắn trực tiếp thể người 21 17 Hình 2.12 Ứng dụng mạng WSNs cho nhà thông 22 minh 18 Hình 2.13 Máy bay rải node vào khu vực 22 19 Hình 2.14 Sự phân bố node 23 20 Hình 2.15 Thơng tin nhiệt độ khu vực quan sát 23 21 Hình 2.16 Các node chọn làm Cluster 23 22 Hình 2.17 Thơng tin đươc gửi máy tính 24 23 Hình 3.1 Mơ hình tham chiếu OSI cấu trúc lớp liên 26 kết liệu 24 Hình 3.2 Giao thức MAC dựa TDMA ứng dụng 27 WSNs 25 Hình 3.3 Khung thời gian làm việc node 29 26 Hình 3.4 Sự đồng lựa chọn lịch làm việc node 30 biên 27 Hình 3.5 Đồng máy thu máy phát 31 28 Hình 3.6 Mơ hình tránh đụng độ S-MAC 32 29 Hình 3.7 Q trình truyền thơng điệp S–MAC 33 30 Hình 3.8 Mơ hình tham khảo IEEE 802.15.4 ZigBee 34 31 Hình 3.9 Mơ hình tham khảo ngăn xếp ZigBee 34 32 Hình 3.10 Băng tần hoạt động lớp PYH IEEE 36 802.15.4 33 Hình 3.11 Cấu trúc khung lớp vật lý theo chuẩn IEEE 37 802.14.5 34 Hình 3.12 Cấu trúc liên kết mạng 38 35 Hình 3.13 Cấu trúc siêu khung 39 36 Hình 3.14 Khung liệu xác nhận ACK 39 37 Hình 4.1 Các ứng dụng mạng WSNs 41 38 Hình 4.2 Mơ hình truyền liệu đa chặng 42 39 Hình 4.3 Flooding gói liệu mạng thơng tin 44 40 Hình 4.4 Bùng nổ lưu lượng Flooding 45 41 Hình 4.5 Vấn đề overlap lưu lượng Flooding 45 42 Hình 4.6 Hoạt động giao thức SPIN 48 43 Hình 4.7 Thủ tục bắt tay giao thức SPIN – PP 48 44 Hình 4.8 Giao thức SPIN – BC 50 45 Hình 4.9 Mơ hình mạng LEACH 51 46 Hình 4.10 Các pha LEACH 52 47 Hình 4.11 Cấu trúc mạng hình chuỗi 56 48 Hình 4.12 Truyền interest 58 49 Hình 4.13 Hoạt động giao thức định tuyến 58 Directed Disffusion 50 Hình 4.14 Pha cài đặt gradient 59 51 Hình 4.15 Phân phối liệu theo đường chọn nâng 59 cao chất lượng 52 Hình 5.1 Các module đơn giản kết hợp 63 53 Hình 5.2 Các kết nối 63 54 Hình 5.3 Giao diện người dùng OMNet++ 4.0 65 55 Hình 5.4 Lược đồ xây dựng chạy chương trình 68 mơ OMNeT++ 56 Hình 5.5 Node[0] gửi tin cMessageFLOOD đến 69 node[3] 57 Hình 5.6 Node[0] gửi tin cMessageFLOOD đến 70 node[15] 58 Hình 5.7 Node[1] gửi tin cMessageFOOD đến 70 node[3] 59 Hình 5.8 Node[1] gửi tin cMessageFOOD đến 71 node[15] 60 Hinh 5.9 Node[3] gửi tin cMessageFLOOD đến 71 node[0] 60 Hình 5.10 Node[3] gửi tin cMessageFLOOD đến node[1] 72 62 Hình 5.11 Node[3] gửi tin cMessageFLOOD đến 72 Node[6] 63 Hình 5.12 Node[3] gửi tin cMessageFLOOD đến 72 node[7] 64 Hình 5.13 Node[3] gửi tin cMessageFLOOD đến 73 node[15] 65 Hình 5.14 Mơ tả node có liệu sau node[3] gửi 73 xong liệu 66 Hình 5.15 Quá trình gửi liệu node[9] cho 74 node[7] 67 Hình 5.16 Node[0] gửi liệu cho node[3] vịng 74 LỜI NĨI ĐẦU Trước phát triển vũ bão công nghệ thông tin truyền thông Nhu cầu trao đổi thông tin, liệu người ngày cao đa dạng Chính nhu cầu phát triển mà mạng bao gồm cảm biến giá thành rẻ, tiêu thụ lượng đa dạng chức nhận ý đáng kể Khi mạng cảm biến không dây xuất thị trường trở thành lựa chọn khả thi, mạng cảm biến không dây bắt đầu mang diện mạo Sự phát triển công nghệ nhân tố thúc đẩy giới cảm biến tìm đến giải pháp thay để giảm chi phí, độ phức tạp tăng mức độ tin cậy Trong trình tìm hiểu nghiên cứu mạng cảm biến khơng dây, lựa chọn sâu vào nghiên cứu mô giao thức định tuyến mạng cảm biến khơng dây Vì việc đưa giao thức định tuyến toán khó để giải vấn đề lượng trễ truyền dẫn Do mà tơi định chọn đề tài làm luận văn tốt nghiệp Để hồn thành luận văn tốt nghiệp này, tơi học hỏi kiến thức quý báu từ giảng viên Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội suốt trình theo học thạc sỹ trường Tôi xin chân thành cảm ơn TS Nguyễn Viết Nguyên Khoa Điện Tử Viễn Thông – Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội, tận tình bảo định hướng nghiên cứu cho đề tài Hà Nội, tháng năm 2012 Học viên Lê Thị Thanh Huyền Lu n văn t t nghiệp | Đề tài : Nghiên cứu mô giao thức định tuyến Flooding WSN CHƯƠNG : TỔNG QUAN MẠNG CẢM BIẾN KHÔNG DÂY 1.1 Giới thiệu Mạng cảm biến (sensor netwwork) cấu trúc, kết hợp khả cảm biến, xử lý thông tin thành phần liên lạc để tạo khả quan sát, phân tích phản ứng lại với kiện tượng xảy môi trường cụ thể Mơi trường mơi trường vật lý hay mơi trường sinh học Có thành phần tạo nên mạng cảm biến: • Các cảm biến phân bố theo mơ hình tập trung hay rải rác • Mạng lưới liên kết cảm biến (có dây vơ tuyến) • Điểm trung tâm tập hợp liệu (Clustering) • Bộ phận xử lý liệu trung tâm Một node cảm biến định nghĩa kết hợp cảm biến phận xử lý, hay gọi mote Mạng cảm biến không dây (WSN ) mạng cảm biến liên kết node cảm biến sóng vơ tuyến (RF connection) node mạng thường (thiết bị) đơn giản, nhỏ gọn, giá thành thấp có số lượng lớn, phân bố cách khơng có hệ thống (non – topology) diện tích rộng Khi nghiên cứu mạng cảm biến không dây, đặc điểm quan trọng then chốt thời gian sống cảm biến giới hạn lượng chúng Các node cảm biến yêu cầu tiêu thụ công suất thấp Các node cảm biến hoạt động có giới hạn nói chung khơng thể thay nguồn cung cấp Do đó, mạng truyền thơng tập trung vào mục đích đạt dịch vụ chất lượng cao, giao thức mạng cảm biến phải tập trung vào bảo tồn cơng suất Như vậy, đặc trưng để phân biệt mạng cảm biến mạng wireless khác giá thành, mật độ node mạng, phạm vi hoạt động, cấu hình mạng (topology), lưu lượng liệu, lượng tiêu thụ thời gian trạng thái hoạt động (active mode) 1.1.1 Công nghệ sensor netwwork Trong mạng cảm biến, cảm biến xem phần quan trọng phục vụ cho ứng dụng Công nghệ cảm biến điều khiển bao gồm cảm biến trường điện từ, cảm biến tần số vô tuyến, quang, hồng ngoại, radars, lasers, cảm Lê Thị Thanh Huyền 10A-ĐTVT-VH Lu n văn t t nghiệp | Đề tài : Nghiên cứu mô giao thức định tuyến Flooding WSN Tương ứng với cấu trúc phân cấp mô hình, message thường di chuyển qua loạt kết nối với điểm bắt đầu kết thúc module đơn giản Tập kết nối từ module đơn giản đến module đơn giản gọi route 5.1.2 Sử dụng OMNeT++ 5.1.2.1 Xây dựng chạy thử mơ hình mơ a Một mơ hình OMNeT++ bao gồm phần sau ● Ngơn ngữ mơ tả topology – NED (file có phần mở rộng ned): mô tả cấu trúc module với tham số, cổng… Các file.ned viết soạn thảo soạn thảo sử dụng chương trình GNED có OMNeT++ ● Định nghĩa cấu trúc message (các file có phần mở rộng msg): Người sử dụng định nghĩa nhiều kiểu message thêm trường liệu cho chúng Chương trình dịch opp_msgc OMNeT++ dịch định nghĩa sang lớp C++ đầy đủ ( file có phần mở rộng _m.cc _m.h) ● Mã nguồn module đơn giản Đây file C++ với phần mở rộng h cc.Các file định cách thức hoạt động module đơn giản b Hệ thống mô cung cấp cho ta thành phần sau ● Phần nhân mô Phần chứa code để quản lý q trình mơ thư viện lớp mơ Nó viết C++, biên dịch đặt dạng với file thư viện (các file có phần mở rộng a lib) ● Giao diện người sử dụng Giao diện sử dụng thực q trình mơ phỏng, tạo dễ dàng cho q trình sửa lỗi, biểu diễn (demonstration) thực mô theo khối (batch execution of simulations) Bản OMNet++ 4.0 cung cấp cho người dùng giao diện IDE tích hợp tất cơng cụ(GNED,Plove,scalars,trình soạn thảo C++) giúp cho việc xây dựng chương mô dễ dàng Lê Thị Thanh Huyền 10A-ĐTVT-VH Lu n văn t t nghiệp | Đề tài : Nghiên cứu mơ giao thức định tuyến Flooding WSN Hình 5.3 Giao diện người dùng OMNet++ 4.0 c Thực mơ phân tích kết Các chương trình thực mơ (the simulation executable) chương trình độc lập, tức chạy máy khác không cài đặt OMNeT++ hay file mơ hình tương ứng Khi chương trình khởi động, bắt đầu đọc file cấu hình (thơng thường file omnetpp.ini) File chứa thiết lập để điều khiển nhiều q trình mơ phỏng, trường hợp đơn giản q trình mơ thực chương trình mơ (simulation program) Đầu q trình mơ file liệu Các file file vector, file vô hướng file người sử dụng OMNeT++ cung cấp công cụ đồ họa Plove để xem vẽ nội dung file vector Tuy nhiên nên hiểu khó mà xử lý đầy đủ file kết mà dùng riêng OMNeT++; file file có định dạng để đọc gói xử lý tốn học chương trình Matlab hay Octave, đưa vào tính chương trình OpenOffice Calc, Gnumeric hay Microsoft Lê Thị Thanh Huyền 10A-ĐTVT-VH Lu n văn t t nghiệp | Đề tài : Nghiên cứu mô giao thức định tuyến Flooding WSN Excel Tất chương trình có chức chuyên dụng việc phân tích số hóa, vẽ biểu diễn (visualization) vượt qua khả OMNeT++ Các file vơ hướng biểu diễn cơng cụ Scalar Nó vẽ biểu đồ, đồ thị dựa vào tập hợp tọa độ (x,y) xuất liệu vào clipboard để sử dụng chương trình khác nhằm đưa phân tích chi tiết d Giao diện người sử dụng Mục đích giao diện người sử dụng che phần phức tạp bên cấu trúc mơ hình người sử dụng, dễ dàng điều khiển q trình mơ phỏng, cho phép người sử dụng có khả thay đổi biến hay đối tượng bên mơ hình Điều quan trọng pha phát triển sửa lỗi dự án Giao diện đồ họa sử dụng để trình diễn hoạt động mơ hình Cùng mơ hình người sử dụng nhiều giao diện khác mà không cần phải thay đổi file mơ hình Người sử dụng kiểm thử sửa lỗi dễ dàng qua giao diện đồ họa, cuối chạy dựa giao diện đơn giản nhanh chóng có hỗ trợ thực theo khối (batch execution) e Các thư viện thành phần Các kiểu module lưu vị trí độc lập với chỗ mà chúng thực sử dụng Đặc điểm cung cấp cho người sử dụng khả nhóm kiểu module lại với tạo ta thư viện thành phần f Các chương trình mơ độc lập Các chương trình thực trình mơ lưu lại nhiều lần, khơng phụ thuộc vào mơ hình, sử dụng thiết lập cho module đơn giản Người sử dụng file cấu hình mơ hình chạy Điều tạo khả cho người sử dụng xây dựng chương trình thực lớn bao gồm nhiều q trình mơ phỏng, phân phối cơng cụ mơ độc lập Khả linh hoạt ngôn ngữ mô tả topology hỗ trợ cho hướng tiếp cận Lê Thị Thanh Huyền 10A-ĐTVT-VH Lu n văn t t nghiệp | Đề tài : Nghiên cứu mô giao thức định tuyến Flooding WSN 5.1.2.2 Chạy ứng dụng OMNeT++ Như trình bày phần mở đầu, hệ thống mạng mô OMNeT++ gồm thành phần sau: ● Các file.ned mô tả topo mạng ● Các file có phần mở rộng msg chứa khai báo message ● Các file C++ (có phần mở rộng cc UNIX,LINUX cpp Windows)  Q trình xây dựng chương trình mơ ● Đầu tiên dịch file Message thành C++ (có phần mở rộng _m.cc _m.h) sử dụng message compiler (opp_msgc) ● Tiếp theo file kết hợp liên kết với file mã nguồn C++(có phần mở rộng cc h),thư viện lõi chương trình mơ phỏng,thư viện giao diện người dùng ● Quá trình tiếp tục việc kết hợp với file mơ tả topo mạng (có phần mở rơng ned) file cấu hình ( có phần mở rộng ini) để chạy chương trình mơ Q trình mơ tạo file chứa kết mô (các file có phần mở rộng vec sca sna) Lê Thị Thanh Huyền 10A-ĐTVT-VH Lu n văn t t nghiệp | Đề tài : Nghiên cứu mô giao thức định tuyến Flooding WSN Hình 5.4 Lược đồ xây dựng chạy chương trình mơ OMNeT++ File *.ned file mô tả topo mạng cấu trúc modul, dụng ngơn ngữ NED (Nework Description ), ngôn ngữ chuyên biệt dùng riêng cho OmNet++ Sự phát triển NED GNED (Graphic NED) làm cho việc mô tả topo mạng trực quan cách dùng công cụ đồ hoạ để mô tả Các file xử lý simple moduls phần cốt lõi viết chương trình mơ viết ngơn ngữ C++ cách kế thừa lớp có sẵn OmNet++, người viết triển khai hoạt động mạng định tuyến, xử lí gói tin đến đi, xác định hành vi simple modul mơ tả *.ned có kiện xảy với nó… Thư viện lõi chương trình mơ cung cấp OmNet++, bao gồm nhiều lớp hàm có sẵn phục vụ cho chương trình mơ lớp cSimplemodul, cMessage , hàm ngẫu nhiên… Thư viện giao diện người dùng cung cấp giao diện cho chương trình mơ OmNet++ với phiên Lê Thị Thanh Huyền 10A-ĐTVT-VH Lu n văn t t nghiệp | Đề tài : Nghiên cứu mô giao thức định tuyến Flooding WSN gần sử dụng hai kiểu giao diện giao diện dòng lệnh cmd (command) giao diện đồ hoạ dựa tcl/tk Giao diện đồ hoạ trực quan nên ưa dùng Sau dịch liên kết ta chương trình mơ dựa OmNet++ File omnetpp.ini để khởi động giá trị cần thiết Omnetpp.ini người lập trình viết, quan trọng để chạy chương trình mơ với tham số thay đổi để có kết thống kê mong muốn 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 viết code xác định biến lưu File *.sna phục vụ cho trình sửa lỗi File *.sca (scalar file) lưu giá trị thống kê có sau kết thúc mơ phỏng, ví dụ số gọi thực số gọi bị từ chối… Để xử lí kết thống kê đạt được, ta viết chương trình nhỏ sử dụng cơng cụ có sẵn OmNet++ cung cấp chương trình Plove để vẽ file *.vec, cịn file *.sca ta dùng chương trình tính tốn 5.2 Kết mơ giao thức định tuyến FLOODING sử dụng OMNeT++ 4.0 Mơ hình mạng đưa gồm 16 node, giả sử ban đầu node[0] có liệu tiến hành gửi tin cMessageFLOOD đến tất node hàng xóm node[1], node[3], node[15] Khi mà node có liệu node từ màu trắng chuyển sang màu đỏ thẫm, mơ tả hình 5.5 5.6 Hình 5.5 Node[0] gửi tin cMessageFLOOD đến node[3] Lê Thị Thanh Huyền 10A-ĐTVT-VH Lu n văn t t nghiệp | Đề tài : Nghiên cứu mơ giao thức định tuyến Flooding WSN Hình 5.6 Node[0] gửi tin cMessageFLOOD đến node[15] Tiếp tục node[0] gửi tin lại cho node[1] node: node[1], node[15] node[3] chuyển thành màu đỏ thẫm để chứng tỏ node có liệu Sau node[1] nhận liệu từ node[0] lại tiếp tục gửi tin cMessageFLOOD đến node lân cận kể node[0], mơ tả hình 5.7 5.8 Hình 5.7 Node[1] gửi tin cMessageFOOD đến node[3] Lê Thị Thanh Huyền 10A-ĐTVT-VH Lu n văn t t nghiệp | Đề tài : Nghiên cứu mơ giao thức định tuyến Flooding WSN Hình 5.8 Node[1] gửi tin cMessageFLOOD đến node[15] Tiếp tục node[1] gửi tin cịn lại cho node[0] Sau đó, node[3] tiến hành gửi tin cMessageFLOOD đến tất node lân cận bao gồm : node[0], node[1], node[15], node[6] node[7], mơ tả hình 5.9, hình 5.10, hình 5.11, hình 5.12, hình 5.13 Hình 5.9 Node[1] gửi tin cMessageFOOD đến node[0] Lê Thị Thanh Huyền 10A-ĐTVT-VH Lu n văn t t nghiệp | Đề tài : Nghiên cứu mô giao thức định tuyến Flooding WSN Hình 5.10 Node[3] gửi tin cMessageFLOOD đến node[1] Hình 5.11 Node[3] gửi tin cMessageFLOOD đến Node[6] Hình 5.12 Node[3] gửi tin cMessageFLOOD đến node[7] Lê Thị Thanh Huyền 10A-ĐTVT-VH Lu n văn t t nghiệp | Đề tài : Nghiên cứu mơ giao thức định tuyến Flooding WSN Hình 5.13 Node[3] gửi tin cMessageFLOOD đến node[15] Đây hình ảnh sau node[3] gửi tin cMessageFLOOD đến tất node lân cận Do đó, node có liệu lúc node có màu đỏ thẫm, mơ tả hình 5.14 Hình 5.14 Mơ tả node có liệu sau node[3] gửi xong liệu Quá trình tiếp tục diễn tất node có liệu chuyển sang màu đỏ thẫm, mơ tả hình 5.15 Lê Thị Thanh Huyền 10A-ĐTVT-VH Lu n văn t t nghiệp | Đề tài : Nghiên cứu mô giao thức định tuyến Flooding WSN Hình 5.15 Quá trình gửi liệu node[9] cho node[7] Sau mà tất node có liệu, tiếp tục trình truyền liệu vịng 2, node có liệu chuyển sang màu đỏ tươi, mô tả hình 5.16 Hình 5.16 Node[0] gửi liệu cho node[3] vòng Lê Thị Thanh Huyền 10A-ĐTVT-VH Lu n văn t t nghiệp | Đề tài : Nghiên cứu mô giao thức định tuyến Flooding WSN KẾT LUẬN CHUNG Khi công nghệ đời ln có ý kiến đánh giá khác cơng nghệ mạng cảm biến WSNs Với tính ưu việt khả ứng dụng to lớn, mạng cảm biến không dây nhanh chóng giành quan tâm nhà nghiên cứu, giáo sư toàn giới Để mang lại lợi ích tối ưu cho người sử dụng tốt tận dụng điểm mạnh riêng biệt mạng cảm ứng, sensor giá thành thấp, tiêu thụ lượng thực đa chức Những sensor có kích cỡ nhỏ thực chức thu phát liệu giao tiếp với chủ yếu thông qua kênh vơ tuyến Dựa sở người ta thiết kế mạng cảm biến nhằm phát kiện tượng, thu thập truyền liệu cảm biến đến người dùng cuối Tuy nhiên, mạng WSNs nhiều vấn đề cần hoàn thiện đặc biệt vấn đề lượng trì nguồn lượng cho nút cảm biến Trong phạm vi luận văn này, nghiên cứu nét khái quát mạng cảm biến, giao thức định tuyến hay dùng mạng mô phỏng, đánh giá FLOODING giao thức định tuyến đơn giản không yêu cầu cấu hình mức đắt tiền so với giao số giao thức định tuyến khác, qua kéo dài thời gian sống cho mạng Tuy cố gắng khơng tránh khỏi thiếu sót, tơi mong nhận nhận xét, đóng góp ý kiến giảng viên khoa để tơi hồn thiện kiến thức Tôi xin chân thành cám ơn! Lê Thị Thanh Huyền 10A-ĐTVT-VH Lu n văn t t nghiệp | Đề tài : Nghiên cứu mô giao thức định tuyến Flooding WSN MỤC LỤC Trang phụ bìa Lời cam đoan Danh mục ký hiệu, chữ viết tắt Danh mục bảng Danh mục hình vẽ, đồ thị CHƯƠNG : TỔNG QUAN MẠNG CẢM BIẾN KHÔNG DÂY 1.1 Giới thiệu 1.1.1 Công nghệ sensor netwwork 1.1.2 Ứng dụng mạng cảm biến .4 1.2 Tổng quan kĩ thuật WSN 1.2.1 Các thành phần cấu trúc mạng cảm biến 1.2.2 Các thách thức trở ngại 11 CHƯƠNG 2: ỨNG DỤNG MẠNG CẢM BIẾN KHÔNG DÂY 14 2.1 Các mơ hình phân bố 14 2.2 Các ứng dụng mạng WSNs 16 2.3 Ví dụ ứng dụng dạng WSN ( C1WSNs) 22 2.4 Ứng dụng dạng WSN (C2WSNs) 24 CHƯƠNG : GIAO THỨC ĐIỀU KHIỂN TRUY CẬP MẠNG CẢM BIẾN KHÔNG DÂY 25 3.1 Giới thiệu 25 3.2 Mơ hình giao thức cho WSNs 25 3.3 Các giao thức MAC cho mạng WSNs 26 3.3.1 Giao thức MAC dựa sở kế hoạch (Schedule-Based Protocols) 26 3.3.2 Giao thức MAC truy cập ngẫu nhiên (Random Access-Based Protocols) 28 3.4 Giao thức SENSOR MAC 28 3.4.1 Lắng nghe nghỉ theo chu kỳ (Listen and Sleep) 29 3.4.2 Sự phối hợp lựa chọn lịch làm việc .29 3.4.3 Đồng khung thời gian 30 Lê Thị Thanh Huyền 10A-ĐTVT-VH Lu n văn t t nghiệp | Đề tài : Nghiên cứu mô giao thức định tuyến Flooding WSN 3.4.4 Lắng nghe thích ứng 31 3.4.5 Điều khiển truy cập trao đổi liệu 32 3.4.6 Chuyển thông điệp .33 3.5 Chuẩn IEEE 802.15.4 LR-WPANs 34 CHƯƠNG 4: GIAO THỨC ĐỊNH TUYẾN CẢM BIẾN KHÔNG DÂY 41 4.1 Giới Thiệu 41 4.2 Giao thức định tuyến WSNs 43 4.2.1 Flooding Gossiping 43 4.2.2 Giao thức định tuyến thông tin qua thỏa thuận (SPIN – Sensor Protocols for Information via Negotiation) .46 4.2.2.1 Nguyên lý hoạt động 46 4.2.2.2 Một số loại giao thức SPIN thông dụng .48 4.2.3 Phân nhóm phân cấp thích ứng lượng thấp (LEACH - Low-Energy Adaptive Clustering Hierarchy) .51 4.2.4 PEGASIS (Power – Efficient gathering in Sensor Information System) 54 4.2.5 Directed Disffusion 56 CHƯƠNG 5: KẾT QUẢ MÔ PHỎNG GIAO THỨC ĐỊNH TUYẾN FLOODING DÙNG OMNeT++ 4.0 61 5.1 Giới thiệu chung OMNeT++ 61 5.1.1 Tổng quan OMNeT++ 61 5.1.1.1 OMNeT++ gì? .61 5.1.1.2.Các thành phần OMNeT++ 61 5.1.1.3 Ứng dụng 62 5.1.1.4 Mơ hình OMNeT++ 62 5.1.2 Sử dụng OMNeT++ 64 5.1.2.1 Xây dựng chạy thử mơ hình mơ 64 5.1.2.2 Chạy ứng dụng OMNeT++ .67 5.2 Kết mô giao thức định tuyến FLOODING sử dụng OMNeT++ 4.0 69 KẾT LUẬN CHUNG 75 Lê Thị Thanh Huyền 10A-ĐTVT-VH TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Nghiên cứu mô giao thức định tuyến Flooding WSN, Đại học Bách khoa Hà Nội, Phạm Thành Công, 2010 [2] WIRELESS SENSOR NETWORK, Đại học Bách khoa Thành phố Hồ Chí Minh, Vương Phát, 2009 [3] Anna Ha’c, Wireless Sensor Network Design, University of Hawaii at Maoa, Honolulu, USA, 2003 [4] Holger Karl – Andreas Willig, PROTOCOLS AND ARCHITECTURES FOR WIRELESS SENSOR NETWORK, University of Paderborn, GEMANY, Hasso – Planttner – Institute at the University of Postdam, GEMANY, 2005 [5] Melek ATTIA, Annis KOUBAA, Mário ALVES: Beacon schedulingin cluster – tree IEEE802.15.4/ZigBee Wireless Sensor Network, Polytechnic Intitute of Porto (ISEP-IPP) Rua Dr António Bernardino de Almeida, 431 4200-072 Porto Portugal, 2006 [6] Imad Mahgoub – Mohhamad Illyas, Wireless Sensor Protocols, Florida Alantic University, Boca Raton, Florida, USA,2006 [7] http://en.wikipedia.org/wiki/Wireless_sensor_Network Truy nhập cuối ngày 20/02/2012 [8] http://en.wikipedia.org/wiki/Zigbee Truy nhập cuối ngày 11/01/2012 [9] http://en.wikipedia.org/wiki/IEEE_802.15.4 Truy nhập cuối ngày 10/03/2012 [1] Omnetpp.org [2] Topology Control in Wireless Sensor Networks – Spinger [3] Wireless Sensor Network: Technolygy, Protocols and Aplication – KAZEM SOHRABY, DANIEL MINOLI, TAIEB ZNATI [4] Protocols and Architectures for Wireless Sensor Network - Holger Karl at University of Paderborn, GEMANY, Andreas Willig – Hasso Plattnets at the University of Postdam, GEMANY ... mức độ tin cậy Trong trình tìm hiểu nghiên cứu mạng cảm biến không dây, lựa chọn sâu vào nghiên cứu mô giao thức định tuyến mạng cảm biến khơng dây Vì việc đưa giao thức định tuyến tốn khó để... văn t t nghiệp | Đề tài : Nghiên cứu mô giao thức định tuyến Flooding WSN Hình 1.4 Các giao thức dùng cho Lower – layer WSNs Hình 1.4 nêu số giao thức thấp ứng dụng cho WSNs So sánh chuẩn, mục...LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan luận văn "NGHIÊN CỨU VÀ MÔ PHỎNG GIAO THỨC ĐỊNH TUYẾN FLOODING TRONG WSN" tơi tự nghiên cứu hồn thành hướng dẫn TS NGUYỄN VIẾT NGUYÊN Tôi xin chịu