Đánh giá hiệu quả năng lượng một số giao thức điều khiển xâm nhập môi trường trong mạng cảm biến không dây

Đồ án tốt nghiệp MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU LỜI CẢM ƠN CHƢƠNG I: TỔNG QUAN VỀ MẠNG CẢM BIẾN KHÔNG DÂY Định nghĩa: Cấu trúc WSN: 2.1.1 Vi điều khiển 2.1.2 Sensor 2.1.3 Bộ phát radio Ứng dụng WSN Những thách thức WSN 13 CHƢƠNG II: MỘT SỐ GIAO THỨC MAC TRONG MẠNG CẢM BIẾN KHÔNG DÂY 14 I Giao Thức Mac 14 Các nguyên nhân gây nên lãng phí lƣợng 17 Các giao thức MAC mạng cảm nhận không dây 19 3.1 CSMA 19 3.2 Sensor-MAC 22 3.3 Time out-MAC 30 Chƣơng - PHẦN MỀM MÔ PHỎNG MẠNG OMNET++ 39 3.1 OMNET++ 39 3.1.1 Giới thiệu 39 3.1.2 Các thành phần OMNET++ 39 3.1.3 Ứng dụng 40 3.2 Mơ hình OMNET++ 40 3.2.1 Cấu trúc phân cấp module 40 3.2.2 Kiểu module 41 3.2.3 Message, cổng, liên kết 42 3.2.4 Mơ hình truyền gói tin 43 Sinh viên:Trần Thị Hồi Lớp: CT1002 Ngành :Cơng nghệ thông tin Đồ án tốt nghiệp 3.2.5 Tham số 44 3.3 Sử dụng OMNET++ 44 3.3.1 Xây dựng chạy thử mơ hình mô 44 3.3.2 Hệ thống file 46 3.4 Ngôn ngữ NED 48 3.4.1 Các dẫn import 48 3.4.2 Khai báo kênh 48 3.4.3 Khai báo module đơn giản 49 3.4.4 Khai báo module kết hợp 51 3.4.5 Khai báo mạng 52 Chƣơng - MÔ PHỎNG VÀ ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ NĂNG LƢỢNG 54 CỦA CSMA, S-MAC, T-MAC 54 4.1 Thiết lập mơ hình mơ 54 Các giao thức CSMA, S-MAC, T-MAC đƣợc mô sở hoạt động nút cảm biến EYES 54 4.2 Kết mô đánh giá 56 KẾT LUẬN 64 Sinh viên:Trần Thị Hoài Lớp: CT1002 Ngành :Công nghệ thông tin Đồ án tốt nghiệp LỜI NĨI ĐẦU Ngày nhờ có tiến nhanh chóng khoa học cơng nghệ phát triển mạng bao gồm cảm biến giá thành rẻ, tiêu thụ lƣợng đa chức nhận đƣợc ý đáng kể Hiện ngƣời ta tập trung triển khai mạng cảm biến để áp dụng vào sống hàng ngày Đó lĩnh vực y tế, quân sự, môi trƣờng, giao thông… Trong tƣơng lai không xa, ứng dụng mạng cảm biến trở thành phần thiếu sống ngƣời phát huy đƣợc hết điểm mạnh mà khơng phải mạng có đƣợc nhƣ mạng cảm biến Tuy nhiên mạng cảm ứng phải đối mặt với nhiều thách thức, thách thức lớn nguồn lƣợng bị giới hạn khả xử lý thấp, giá thành thấp, giải thơng bé, tín hiệu yếu hoạt động dƣới tần số chia sẻ Hiện nhiều nhà nghiên cứu tập trung vào việc cải thiện khả sử dụng hiệu lƣợng mạng cảm biến lĩnh vực khác Trong trình tìm hiểu nghiên cứu mạng cảm biến, em lựa chọn đề tài đánh giá hiệu lƣợng số giao thức điều khiển xâm nhập môi trƣờng mạng cảm biến không dây làm đồ án tốt nghiệp Đồ án gồm chƣơng: Chƣơng I: Tổng quan mạng cảm biến không dây Chƣơng II: Một số giao thức MAC mạng cảm biến không dây Chƣơng III: Phần mềm mô mạng OMNET++ Chƣơng IV: Mô đánh giá hiệu lƣợng CSMA, SMAC, TMAC Sinh viên:Trần Thị Hoài Lớp: CT1002 Ngành :Công nghệ thông tin Đồ án tốt nghiệp LỜI CẢM ƠN Để hồn thành đƣợc đồ án tốt nghiệp này, em đƣợc học hỏi kiến thức q báu từ thầy, giáo Trƣờng Đại Học Dân Lập Hải Phòng suốt bốn năm đại học Em vô biết ơn dạy dỗ, bảo tận tình thầy, cô thời gian học tập Em xin bày tỏ lòng biết ơn tới thầy Nguyễn Trọng Thể - Khoa công nghệ thông tin – Trƣờng Đại Học Dân Lập Hải Phịng tận tình bảo định hƣớng cho em nghiên cứu đề tài Thầy cho em lời khuyên quan trọng suốt trình hồn thành đồ án Cuối cùng, em xin cảm ơn gia đình bạn bè ln tạo điều kiện thuận lợi, động viên giúp đỡ em suốt thời gian học tập, nhƣ trình nghiên cứu, hoàn thành đồ án Do hạn chế thời gian thực tập, tài liệu trình độ thân, đồ án em tránh khỏi thiếu sót, mong thầy góp ý sửa chữa để đồ án tốt nghiệp em đƣợc hoàn thiện Em xin chân thành cảm ơn! Sinh viên:Trần Thị Hồi Lớp: CT1002 Ngành :Cơng nghệ thơng tin Đồ án tốt nghiệp CHƢƠNG I: TỔNG QUAN VỀ MẠNG CẢM BIẾN KHÔNG DÂY Định nghĩa: Mạng cảm biến khơng dây (WSN) hiểu đơn giản mạng liên kết node với kết nối sóng vơ tuyến, node mạng thƣờng thiết bị đơn giản, nhỏ gọn, giá thành thấp… có số lƣợng lớn, đƣợc phân bố cách khơng có hệ thống diện tích rộng, sử dụng nguồn lƣợng hạn chế hoạt động môi trƣờng khắc nghiệt (chất độc, ô nhiễm, nhiệt độ cao…) Cấu trúc WSN: Node cảm biến Một node cảm biến đƣợc cấu tạo thành phần sau: Vi điều khiển, Sensor, phát radio Ngồi cịn có cổng kết nối máy tính 2.1.1 Vi điều khiển Bao gồm: CPU; nhớ ROM, RAM; phận chuyển đổi tín hiệu tƣơng tự thành tín hiệu số ngƣợc lại 2.1.2 Sensor Chức năng: cảm nhận giới bên ngoài, sau chuyển liệu qua phận chuyển đổi để xử lý 2.1.3 Bộ phát radio Node cảm biến thành phần quan trọng WSN, việc thiết kế node cảm biến cho tiết kiệm đƣợc tối đa nguồn lƣợng vấn đề quan trọng hàng đầu Mạng cảm nhận Sinh viên:Trần Thị Hồi Lớp: CT1002 Ngành :Cơng nghệ thơng tin Đồ án tốt nghiệp Hình 1.1 Phân bố node cảm biến trường hợp cảm biến Hình 1.1 thấy, mạng cảm nhận bao gồm nhiều node cảm biến đƣợc phân bố trƣờng cảm biến Các node có khả thu thập liệu thực tế, sau chọn đƣờng (theo phƣơng pháp đa bƣớc nhảy ) để chuyển liệu node gốc Node gốc liên lạc với node quản lý nhiệm vụ thông qua Internet vệ tinh Việc thiết kế mạng cảm nhận nhƣ mơ hình 1.1 phụ thuộc vào nhiều yếu tố nhƣ: Khả chịu lỗi: Một số node cảm biến có khả khơng hoạt động thiếu lƣợng, hƣ hỏng vật lý ảnh hƣởng môi trƣờng Khả chịu lỗi thể việc mạng hoạt động bình thƣờng, trì chức số node mạng khơng hoạt động Khả mở rộng: Khi nghiên cứu tƣợng, số lƣợng node cảm biến đƣợc triển khai đến hàng trăm nghìn node, phụ thuộc vào ứng dụng mà số vƣợt q hàng trăm nghìn node Do cấu trúc mạng có khả mở rộng để phù hợp với ứng dụng cụ thể Giá thành sản xuất: Vì mạng cảm nhận bao gồm số lƣợng lớn node cảm biến phí node quan trọng Sinh viên:Trần Thị Hồi Lớp: CT1002 Ngành :Cơng nghệ thơng tin Đồ án tốt nghiệp việc điều chỉnh chi phí mạng Do chi phí node cảm biến phải giữ mức thấp Tích hợp phần cứng: Vì số lƣợng node cảm biến mạng nhiều nên node cảm biến cần phải có buộc phần cứng sau: Kích thƣớc nhỏ, tiêu thụ lƣợng ít, chi phí sản xuất ít, thích hợp với mơi trƣờng, có khả tự cấu hình hoạt động không cần giám sát Môi trƣờng hoạt động: Các node cảm biến thƣờng dày đặc phân bố trực tiếp môi trƣờng (kể môi trƣờng ô nhiễm, độc hại hay dƣới nuớc…) Node cảm biến phải thích ứng với nhiều loại mơi trƣờng thay đổi môi trƣờng Các phƣơngg tiện truyền dẫn: Ở mạng cảm nhận, node đƣợc kết nối với mơi trƣờng khơng dây, mơi trƣờng truyền dẫn sóng vơ tuyến, hồng ngoại phƣơng tiện quang học Để thiêt lập đƣợc hoạt động thống chung cho mạng phƣơng tiện truyền dẫn phải đƣợc chọn phù hợp toàn giới Cấu hình mạng cảm nhận: Mạng cảm nhận bao gồm số lƣợng lớn node cảm biến, phải thiết lập cấu hình ổn định Sự tiêu thụ lƣợng: Mỗi node cảm biến đƣợc trang bị nguồn lƣợng giới hạn Trong số ứng dụng, việc bổ sung nguồn lƣợng không thê thực đƣợc Vì thời gian sống mạng phụ thuộc vào thời gian sống node cảm biến, thời gian sống node cảm biến lại phụ thuộc vào thời gian sống pin Do vậy, nhà khoa học nỗ lực tìm giải thuật giao thức thiết kế cho node mạng nhằm tiết kiệm nguồn lƣợng hạn chế Kiến trúc giao thức mạng cảm nhận: Sinh viên:Trần Thị Hồi Lớp: CT1002 Ngành :Cơng nghệ thơng tin Đồ án tốt nghiệp Hình 1.2 Kiến trúc giao thức mạng cảm biến Kiến trúc giao thức áp dụng cho mạng cảm nhận đƣợc trình bày hình 1.2 Kiến trúc bao gồm lớp mặt phẳng quản lý Các mặt phẳng quản lý làm cho node làm việc theo cách có hiệu nhất, định tuyến liệu mạng cảm nhận di động chia sẻ tài nguyên node cảm biến +Lớp vật lý: có nhiệm vụ lựa chọn tần số, tạo tần số sóng mang,phát tín hiệu, điếu chế mã hố tín hiệu + Lớp liên kết số liệu: Có nhiệm vụ ghép luồng liệu, phát khung liệu, cách truy cập đƣờng truyền điều khiển lỗi Vì mơi trƣờng có tạp âm node cảm biến di động, giao thức điều khiển truy nhập môi trƣờng (MAC) phải xết đến vấn đề công suất phải có khả tối ƣu hố việc va cham với thông tin quảng bá node lân cận + Lớp mạng: Quan tâm đến việc chọn đƣờng số liệu đƣợc cung cấp lớp truyền tải + Lớp truyền tải: giúp trì luồng số liệu nêứu ứng dụng mạng cảm nhận yêu cầu Lớp truyền tải cần thiết hệ thống có kế hoạch đƣợc truy cập thông qua mạng Internet mạng bên ngồi khác Sinh viên:Trần Thị Hồi Lớp: CT1002 Ngành :Cơng nghệ thông tin Đồ án tốt nghiệp + Lớp ứng dụng: tuỳ theo nhiệm vụ cảm biến, loại phần mềm ứng dụng khác đƣợc xây dựng sử dụng lớp ứng dụng + Mặt phẳng quản lý công suất: Điều khiển việc sử dụng cơng suất node cảm biến Ví dụ: Node cảm biến tắt thu sau nhận tin để tránh tạo tin giống Khi mức công suất node cảm biến thấp, phát quảng bá sang node cảm biến bên cạnh thông báo mức lƣợng thấp khơng thể tham gia vào q trình định tuyến Cơng suất cịn lại đƣợc giành cho nhiệm vụ cảm biến + Mặt phẳng quản lý di chuyển: Có nhiệm vụ phát đăng ký chuyển động node Từ xác định xem hàng xóm + Mặt phẳng quản lý nhiệm vụ: Có nhiệm vụ cân xếp nhiệm vụ cảm biến node vùng thực nhiệm vụ cảm biến tai thời điểm Ứng dụng WSN WSN bao gồm node cảm biến nhỏ Thích ứng đƣợc môi trƣờng khắc nghiệt Những node cảm biến này, cảm nhận đƣợc mơi trƣờng xung quanh, sau gửi thông tin thu đƣợc đến trung tâm để xử lý theo ứng dụng Các node khơng nhừng liên lạc với node xung quanh nó, mà cịn xử lý liệu thu đƣợc trƣớc gửi đến node khác WSN cung cấp nhiều ứng dụng hữu ích nhiều lĩnh vực sống Các ứng dụng bảo vệ môi trƣờng + Phát mìn, chất độc mơi trƣờng + Giám sát lũ lụt, bão, gió, mƣa… + Phát ô nhiễm, chất thải + Phát hoạt động núi lửa + Phát độnh đất Sinh viên:Trần Thị Hoài Lớp: CT1002 Ngành :Công nghệ thông tin Đồ án tốt nghiệp + Giám sát cháy rừng Các ứng dụng y tế + Định vị theo dõi bệnh nhân + Hệ thống báo động khẩn cấp + Cảm biến gắn trực tiếp lên thể ngƣời + phân tích nồng độ chất + Chăm sóc sức khoẻ + Hỗ trợ chăm sóc bệnh nhân Hình 1.3 Ứng dụng y tế Các ứng dụng gia đình + Hệ thống giao tiếp điều khiển từ xa thiết bị + Hệ thống cảnh báo an ninh… … Sinh viên:Trần Thị Hồi Lớp: CT1002 Ngành :Cơng nghệ thông tin 10 Đồ án tốt nghiệp 3.4.3.1 Các tham số module đơn giản Các tham số biến phụ thuộc vào mơ hình Tham số module đơn giản đƣợc sử dụng hàm (hay cịn đƣợc gọi thuật tốn module) khai báo module Theo quy ƣớc tham số đƣợc đặt tên bắt đầu chữ thƣờng Các tham số đƣợc khai báo cách liệt kê tên sau từ khoá parameters Kiểu tham số kiểu số (numeric), số (numeric const hay viết gọn const), giá trị logic (bool), kiểu chuỗi (string) xml Khi tham số không khai báo rõ kiểu mặc định kiểu tham số numeric Ví dụ: simple TrafficGen parameters: interarrivalTime, numOfMessages : const, address : string; gates: // endsimple Các tham số đƣợc gán giá trị từ NED (khi module đƣợc sử dụng nhƣ khối dựng sẵn khối kết hợp lớn hơn) từ file cấu hình omnetpp.ini 3.4.3.2 Các cổng module đơn giản Cổng điểm kết nối module Điểm bắt đầu kết thúc kết nối hai module cổng OMNeT++ hỗ trợ kiểu kết nối chiều (đơn cơng) có hai loại cổng cổng vào cổng Các message đƣợc gửi từ cổng đƣợc nhận vào từ cổng vào Theo quy ƣớc, cổng đƣợc đặt tên bắt đầu chữ thƣờng Cổng đƣợc khai báo cách khai báo tên sau từ khoá gates Cặp dấu [] thể vector cổng Các thành phần vector cổng đƣợc đánh số Sinh viên:Trần Thị Hồi Lớp: CT1002 Ngành :Cơng nghệ thơng tin 50 Đồ án tốt nghiệp Ví dụ: simple NetworkInterface parameters: // gates: in: fromPort, fromHigherLayer; out: toPort, toHigherLayer; endsimple simple RoutingUnit parameters: // gates: in: output[]; out: input[]; endsimple Kích thƣớc vector cổng đƣợc xác định sau đối tƣợng cụ thể mơ hình có vector cổng có kích thƣớc khác 3.4.4 Khai báo module kết hợp Module kết hợp module chứa nhiều module Bất kỳ kiểu module (đơn giản hay kết hợp) đƣợc dùng nhƣ module Cũng giống nhƣ module đơn giản, module kết hợp có cổng, tham số chúng đƣợc sử dụng chỗ mà module đơn giản đƣợc sử dụng Theo quy ƣớc, tên module (bao gồm kiểu module kết hợp) đƣợc bắt đầu chữ hoa Các module sử dụng tham số module cha Các module kết nối với hoặc/và kết nối với module kết hợp chứa chúng Sinh viên:Trần Thị Hồi Lớp: CT1002 Ngành :Cơng nghệ thông tin 51 Đồ án tốt nghiệp Việc khai báo module kết hợp tƣơng tự nhƣ khai báo module đơn giản Phần khai báo bao gồm từ khố parameters gates, ngồi cịn sử dụng thêm hai từ khố submodules connections Cú pháp: module Tên_module parameters: // gates: // submodules: // connections: // endmodule 3.4.5 Khai báo mạng Để thực tạo mơ hình mơ chạy đƣợc ngƣời sử dụng phải khai báo mạng Việc khai báo mạng tạo mô hình mơ nhƣ đối tƣợng cụ thể kiểu module định nghĩa trƣớc Kiểu module thƣờng module kết hợp, nhiên tạo mạng module đơn giản độc lập Có thể khai báo nhiều mạng nhiều file NED Chƣơng trình mơ sử dụng file NED chạy mạng Nếu bạn muốn cụ thể mạng đƣợc thực bạn rõ file cấu hình (omnetpp.ini) Cú pháp khai báo mạng tƣơng tự nhƣ khai báo module con: network wirelessLAN: WirelessLAN parameters: numUsers=10, httpTraffic=true, Sinh viên:Trần Thị Hồi Lớp: CT1002 Ngành :Cơng nghệ thơng tin 52 Đồ án tốt nghiệp ftpTraffic=true, distanceFromHub=truncnormal(100,60); endnetwork Ở WirelessLAN tên kiểu module kết hợp định nghĩa từ trƣớc, chứa kiểu module kết hợp khác nhƣ WirelessHost, WirelessHub Một cách tự nhiên, kiểu module khơng có cổng đƣợc dùng khai báo mạng Sinh viên:Trần Thị Hồi Lớp: CT1002 Ngành :Cơng nghệ thơng tin 53 Đồ án tốt nghiệp Chƣơng - MÔ PHỎNG VÀ ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ NĂNG LƢỢNG CỦA CSMA, S-MAC, T-MAC 4.1 Thiết lập mơ hình mơ Các giao thức CSMA, S-MAC, T-MAC đƣợc mô sở hoạt động nút cảm biến EYES Hình 4.1 Nút cảm biến EYES Nút cảm biến EYES đƣợc trang bị xử lý Texas Instruments MSP430F149 với 2KB RAM 60 KB nhớ Flash; vi xử lý 16 bít chạy nhiều xung nhịp, cực đại 5MHz Nút cảm biến EYES truyền thông sử dụng sóng vơ tuyến 115kbps (RFM TR1001, 868.35 MHz, hybrid transceiver), trang bị với nhớ 2Mb EEPROM (AST 25P20V6) Nút cảm biến EYES có nhiều giao diện tƣơng tác với giới bên bao gồm JTAG, RS232, LEDs, … Năng lƣợng cung cấp cho nút cảm biến 02 pin AA hiệu điện 3V chiếm hầu hết thể tích nút Bảng 4.1 Thơng số tiêu thụ điện nút cảm biến EYES Dung lƣợng khả tiêu thụ điện nút EYES giống với nút cảm biến nguyên mẫu khác Bộ nhớ RAM 2KB lƣợng cung cấp, Sinh viên:Trần Thị Hồi Lớp: CT1002 Ngành :Cơng nghệ thơng tin 54 Đồ án tốt nghiệp hai dạng tài nguyên khan Do giao thức MAC đƣợc thiết kế cho việc sử dụng tài nguyên Để minh họa giao thức điều khiển truy nhập MAC đƣợc giới thiệu trên, thực xây dựng mơ hình mơ hoạt động thực tế nút cảm biến EYES công cụ mô OMNET++ Các giao thức MAC đƣợc cài đặt cho nút EYES để so sánh đánh giá gồm: S-MAC, T-MAC CSMA Sở dĩ cài đặt mơ CSMA xem xét đến trƣờng hợp tồi giao thức điều khiển truy nhập mạng cảm biến không dây Tồi khía cạnh CSMA khơng có đặc tính tiết kiệm lƣợng Để mô tiến hành xây dựng ma trận nút cảm biến gồm 100 nút phân bố mạng lƣới 10x10 nhƣ hình 4.2 Trong ma trận đó, chọn cơng suất phát sóng nút cho nút trung tâm ma trận có nút lân cận Ví dụ, hình 4.2, nút 55 có lân cận là: 44, 45, 46, 54, 56, 64, 65, 66 Hình 4.2 Ma trận 100 nút cảm biến phân bố Đối với nút cảm biến EYES, mức tiêu thụ điện đo đƣợc thực tế: 20µA ngủ, 4mA nhận 10mA truyền Vì nguồn điện cung cấp cho nút cảm biến hoạt động có hiệu điện khơng đổi 3V, thời gian mô xác định, dễ dàng tính đƣợc lƣợng tiêu thụ trung bình xác định đƣợc dịng điện tiêu thụ trung bình Để thuận tiện tính tốn, mơ sử dụng đại lƣợng dịng điện tiêu thụ trung bình thay cho lƣợng tiêu thụ trung bình Sinh viên:Trần Thị Hồi Lớp: CT1002 Ngành :Cơng nghệ thơng tin 55 Đồ án tốt nghiệp Trong mô phỏng, sử dụng nút cảm biến EYES có xung nhịp 32768 xung giây, thực mô giao thức S-MAC với khung thời gian có độ dài giây tƣơng ứng với 32768 xung (tick), thời gian tích cực thay đổi theo mục đích mơ Với giao thức T-MAC, sử dụng cố định độ dài khung 610ms (20000 xung nhịp), độ dài khoảng cách TA 15ms (500 xung nhịp) Với giao thức T-MAC, sử dụng kỹ thuật tránh nghe thừa (overhearing avoidance), kỹ thuật gửi RTS sớm Thời gian thực mô 30 giây Trong mơ có thơng số quan trọng để theo dõi hiệu suất giao thức thơng lƣợng Ở thay đổi thông lƣợng thông qua thay đổi tham số mô khác là: tốc độ phát sinh gói tin nút cảm biến 4.2 Kết mô đánh giá Tiến hành chạy mô với giao thức CSMA, trình hoạt động mạng nhƣ sau: Initializing 0.0000000 ( 0.00s) net.nodes[0].mac: mac=Csma 0.0000000 ( 0.00s) net.nodes[0].mac: mac1=0.000000 mac2=0.000000 mac3=0.000000 mac4=0.000000 0.0000000 ( 0.00s) net.scenario: msglen = 20 0.0000000 ( 0.00s) net.scenario: msginterval = 10.000000 0.0000000 ( 0.00s) net.prop: node is at (0.000000,0.000000) … Running simulation 0.2076919670 (207ms) net.nodes[7].idle1: generate 0.2076919670 (207ms) net.nodes[7].appsel: Queuing new msg, pattern = … 30.557766 (30.55s) net.nodes[15].radio: stats: sleep=0.0000 tx=0.0105 rx=0.1389 tx_lb=0.0008 rx_lb=30.4075 collision=0.0000 30.557766 (30.55s) net.nodes[15].idle1: stats: tx=3 rx=3 delay=0.003749 Sinh viên:Trần Thị Hoài Lớp: CT1002 Ngành :Công nghệ thông tin 56 Đồ án tốt nghiệp Initializing 0.0000000 ( 0.00s) net.nodes[0].mac: mac=Csma 0.0000000 ( 0.00s) net.nodes[0].mac: mac1=0.000000 mac2=0.000000 mac3=0.000000 mac4=0.000000 0.0000000 ( 0.00s) net.scenario: msglen = 20 0.0000000 ( 0.00s) net.scenario: msginterval = 10.000000 0.0000000 ( 0.00s) net.prop: node is at (0.000000,0.000000) … Running simulation 0.2076919670 (207ms) net.nodes[7].idle1: generate 0.2076919670 (207ms) net.nodes[7].appsel: Queuing new msg, pattern = … 30.557766 (30.55s) net.nodes[15].radio: stats: sleep=0.0000 tx=0.0105 rx=0.1389 tx_lb=0.0008 rx_lb=30.4075 collision=0.0000 Bảng 4.2 Tiến trình mơ giao thức CSMA 30.557766 (30.55s) net.nodes[15].idle1: stats: tx=3 rx=3 delay=0.003749 Sau chạy file kd.pl, kết mô đƣợc tổng hợp nhƣ sau: time=30.557766 nodes=16 app_tx=50 app_rx=50 rt_tx=50 rt_rx=50 rt_tx_drop=0 mac_tx=50 mac_rx=50 radio_sleep=0 radio_tx=0.1885 radio_rx=488.735 radio_collision=0 in_queue=0 mac_rx_data=0.1867 mac_rx_overhead=0 mac_rx_overhear=2.527 mac_tx_data=0.1867 mac_tx_overhead=0 own_sched=0 mac=Csma msglen=20 msginterval=10 mac1=0.000000 mac2=0.000000 mac3=0.000000 mac4=0.000000 time=30.557766 nodes=16 app_tx=50 app_rx=50 rt_tx=50 rt_rx=50 rt_tx_drop=0 mac_tx=50 mac_rx=50 radio_sleep=0 radio_tx=0.1885 radio_rx=488.735 radio_collision=0 in_queue=0 mac_rx_data=0.1867 mac_rx_overhead=0 mac_rx_overhear=2.527 mac_tx_data=0.1867 mac_tx_overhead=0 own_sched=0 mac=Csma msglen=20 msginterval=10 mac1=0.000000 mac2=0.000000 mac3=0.000000 Bảng 4.3 Kết mô giao thức CSMA mac4=0.000000 Tiến hành chạy mô với giao thức S-MAC, trình hoạt động mạng nhƣ sau: Sinh viên:Trần Thị Hồi Lớp: CT1002 Ngành :Cơng nghệ thơng tin 57 Đồ án tốt nghiệp Initializing 0.0000000 ( 0.00s) net.nodes[0].mac: mac=SMac 0.0000000 ( 0.00s) net.nodes[0].mac: mac1=2000.000000 mac2=20000.000000 mac3=0.000000 mac4=0.000000 0.0000000 ( 0.00s) net.scenario: msglen = 20 0.0000000 ( 0.00s) net.scenario: msginterval = 10.000000 0.0000000 ( 0.00s) net.prop: node is at (0.000000,0.000000) … Running simulation 0.2076919670 (207ms) net.nodes[7].idle1: generate 0.2076919670 (207ms) net.nodes[7].appsel: Queuing new msg, pattern = … 30.200204 (30.20s) net.nodes[15].radio: stats: sleep=26.6760 tx=0.0233 rx=0.0946 tx_lb=0.0034 rx_lb=3.4029 collision=0.0000 30.200204 (30.20s) net.nodes[15].idle1: stats: tx=3 rx=3 delay=0.398374 Initializing 0.0000000 ( 0.00s) net.nodes[0].mac: mac=SMac 0.0000000 ( 0.00s) net.nodes[0].mac: mac1=2000.000000 mac2=20000.000000 mac3=0.000000 mac4=0.000000 0.0000000 ( 0.00s) net.scenario: msglen = 20 0.0000000 ( 0.00s) net.scenario: msginterval = 10.000000 0.0000000 ( 0.00s) net.prop: node is at (0.000000,0.000000) … Running simulation 0.2076919670 (207ms) net.nodes[7].idle1: generate 0.2076919670 (207ms) net.nodes[7].appsel: Queuing new msg, pattern = … 30.200204 (30.20s) net.nodes[15].radio: stats: sleep=26.6760 tx=0.0233 rx=0.0946 tx_lb=0.0034 rx_lb=3.4029 collision=0.0000 30.200204 (30.20s) net.nodes[15].idle1: stats: tx=3 rx=3 delay=0.398374 Sinh viên:Trần Thị Hồi Lớp: CT1002 Ngành :Cơng nghệ thơng tin 58 Đồ án tốt nghiệp time=30.200204 nodes=16 app_tx=50 app_rx=50 rt_tx=50 rt_rx=50 rt_tx_drop=0 mac_tx=50 mac_rx=50 radio_sleep=426.8038 radio_tx=0.4508 radio_rx=55.9487 radio_collision=0 in_queue=0 mac_rx_data=0.1999 mac_rx_overhead=0.6686 mac_rx_overhear=0.9722 mac_tx_data=0.2 mac_tx_overhead=0.2426 own_sched=1 mac=SMac msglen=20 msginterval=10 mac1=2000.000000 mac2=20000.000000 mac3=0.000000 mac4=0.000000 Bảng 4.4 Tiến trình mơ giao thức S-MAC Sau chạy file kd.pl, kết mô đƣợc tổng hợp nhƣ sau: time=30.200204 nodes=16 app_tx=50 app_rx=50 rt_tx=50 rt_rx=50 rt_tx_drop=0 mac_tx=50 mac_rx=50 radio_sleep=426.8038 radio_tx=0.4508 radio_rx=55.9487 radio_collision=0 in_queue=0 mac_rx_data=0.1999 mac_rx_overhead=0.6686 mac_rx_overhear=0.9722 mac_tx_data=0.2 mac_tx_overhead=0.2426 own_sched=1 mac=SMac msglen=20 msginterval=10 mac1=2000.000000 mac2=20000.000000 mac3=0.000000 mac4=0.000000 Bảng 4.5 Kết mô giao thức S-MAC Tiến hành chạy mô với giao thức T-MAC, trình hoạt động mạng nhƣ sau: Initializing 0.0000000 ( 0.00s) net.nodes[0].mac: mac=TMac 0.0000000 ( 0.00s) net.nodes[0].mac: mac1=500.000000 mac2=20000.000000 mac3=1.000000 mac4=0.000000 0.0000000 ( 0.00s) net.scenario: msglen = 20 … Running simulation 0.2076919670 (207ms) net.nodes[7].idle1: generate 0.2076919670 (207ms) net.nodes[7].appsel: Queuing new msg, pattern = … 30.260765 (30.26s) net.nodes[15].idle1: stats: tx=3 rx=3 Sinhdelay=0.461452 viên:Trần Thị Hoài Lớp: CT1002 Ngành :Công nghệ thông tin 59 Đồ án tốt nghiệp Initializing 0.0000000 ( 0.00s) net.nodes[0].mac: mac=TMac 0.0000000 ( 0.00s) net.nodes[0].mac: mac1=500.000000 mac2=20000.000000 mac3=1.000000 mac4=0.000000 0.0000000 ( 0.00s) net.scenario: msglen = 20 … Running simulation 0.2076919670 (207ms) net.nodes[7].idle1: generate 0.2076919670 (207ms) net.nodes[7].appsel: Queuing new msg, pattern = … 30.260765 (30.26s) net.nodes[15].idle1: stats: tx=3 rx=3 delay=0.461452 Bảng 4.6 Tiến trình mơ giao thức T-MAC Sau chạy file kd.pl, kết mô đƣợc tổng hợp nhƣ sau: time=30.260765 nodes=16 app_tx=50 app_rx=50 rt_tx=50 rt_rx=50 rt_tx_drop=0 mac_tx=50 mac_rx=50 radio_sleep=450.4184 radio_tx=0.4578 radio_rx=33.2963 radio_collision=0.0039 in_queue=0 mac_rx_data=0.1999 mac_rx_overhead=0.6502 mac_rx_overhear=0.9694 mac_tx_data=0.2 mac_tx_overhead=0.2481 own_sched=1 mac=TMac msglen=20 msginterval=10 mac1=500.000000 mac2=20000.000000 mac3=1.000000 mac4=0.000000 time=30.260765 nodes=16 app_tx=50 app_rx=50 rt_tx=50 rt_rx=50 rt_tx_drop=0 mac_tx=50 mac_rx=50 radio_sleep=450.4184 radio_tx=0.4578 radio_rx=33.2963 radio_collision=0.0039 in_queue=0 mac_rx_data=0.1999 mac_rx_overhead=0.6502 mac_rx_overhear=0.9694 mac_tx_data=0.2 mac_tx_overhead=0.2481 own_sched=1 mac=TMac msglen=20 msginterval=10 mac1=500.000000 mac2=20000.000000 mac3=1.000000 mac4=0.000000 Sinh viên:Trần Thị Hồi Lớp: CT1002 Ngành :Cơng nghệ thơng tin 60 Đồ án tốt nghiệp Bảng 4.7 Kết mô giao thức T-MAC Chạy file nl2.pl để phân tích tổng hợp kết mơ có bảng sau: Tốc độ phát sinh gói tin (message/s) Dịng điện tiêu thụ trung bình (mA/node) CSMA S-MAC T-MACoa T-MACoa-frts 0,1 4,0023 0,4901 0,3031 0,3072 0,2 4,0047 0,4554 0,3462 0,3669 0,3 4,0069 0,4236 0,3801 0,4292 0,4 4,0091 0,3793 0,4126 0,4591 Bảng 4.8 Tổng hợp kết mô KET QUA MO PHONG DONG DIEN TIEU THU TRUNG BINH (mA/node) 4.5 3.5 2.5 CSMA S-MAC T-MAC 1.5 0.5 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35 0.4 TOC DO PHAT SINH GOI TIN (message/s) 0.45 0.5 Hình 4.3 Dịng điện tiêu thụ trung bình ứng với giao thức thay đổi theo tốc độ phát sinh gói tin Từ bảng 4.8, tiến hành dựng đồ thị mối quan hệ tốc độ phát sinh gói tin dịng điện tiêu thụ trung bình giao thức, kết cho đồ thị hình 4.3 Từ đồ thị cho thấy: với CSMA mức tiêu thụ lƣợng cao hầu nhƣ khơng đổi, đơn giản CSMA khơng có đặc tính hiệu Với S-MAC T-MAC mức tiêu thụ lƣợng nhỏ Sinh viên:Trần Thị Hoài Lớp: CT1002 Ngành :Công nghệ thông tin 61 Đồ án tốt nghiệp Đối với T-MAC cho thấy dịng điện tiêu thụ trung bình T-MAC thấp so với S-MAC nhƣng tăng tỉ lệ thuận với tốc độ phát sinh gói tin Đó khác biệt T-MAC so với S-MAC, khơng nhƣ S-MAC, T-MAC nút cảm biến trì trạng thái thức lân cận trao cịn đổi liệu Đối với S-MAC dịng điện tiêu thụ trung bình lại giảm tăng tốc độ phát sinh gói tin Điều giải thích: với S-MAC, nút cảm biến tắt thành phần vô tuyến chuyển sang trạng thái ngủ lân cận có trao đổi liệu Trong mô ta tăng tốc độ phát sinh gói tin (của tồn mạng) số lƣợng thời trao đổi liệu nút tăng Do số lƣợng thời gian nút phải trì trạng thái ngủ tăng, dịng điện tiêu thụ trung bình giảm KET QUA MO PHONG - SO SANH T-MAC-oa VA T-MAC-oa-frts DONG DIEN TIEU THU TRUNG BINH (mA/node) 0.46 0.44 0.42 0.4 0.38 0.36 0.34 0.32 0.3 0.1 T-MAC-oa T-MAC-oa-frts 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35 0.4 TOC DO PHAT SINH GOI TIN (message/s) 0.45 0.5 Hình 4.4 So sánh T-MAC-oa với T-MAC-oa-frts Tuy nhiên, tƣợng ngủ sớm (early sleeping problem) nên thông lƣợng cực đại T-MAC bị giới hạn Trong mô phỏng, thực gia tăng tốc độ phát sinh gói tin thấy sau thời điểm tăng tỉ lệ thuận với tốc độ phát sinh gói tin, dịng điện tiêu thụ trung bình mạng giảm đến “bão hịa” Đây thời điểm khơng gói tin đƣợc chuyển Để khắc phục tƣợng thông lƣợng cực đại bị giới hạn tƣợng ngủ sớm, giải Sinh viên:Trần Thị Hoài Lớp: CT1002 Ngành :Công nghệ thông tin 62 Đồ án tốt nghiệp pháp T-MAC sử dụng kỹ thuật gửi sớm RTS (Future Request to Send FRTS) Thực mô hoạt động T-MAC sử dụng kỹ thuật FRTS Hình 4.4 thể kết mô so sánh T-MAC có FRTS T-MAC khơng có FRTS Từ đồ thị cho thấy thơng lƣợng cực đại T-MAC có FRTS cao so với T-MAC khơng FRTS, nhiên dịng điện tiêu thụ trung bình mà tăng lên tƣơng ứng Kết mô cho thấy đƣợc mức độ tiêu thụ dịng điện trung bình T-MAC rõ ràng thấp nhiều so với S-MAC tất nhiên thấp nhiều so với CSMA Nhƣợc điểm T-MAC thông lƣợng lớn thấp so với S-MAC tƣợng ngủ sớm Tuy nhiên, với ứng dụng mạng cảm biến vấn đề vấn đề lớn Sinh viên:Trần Thị Hồi Lớp: CT1002 Ngành :Cơng nghệ thơng tin 63 Đồ án tốt nghiệp KẾT LUẬN Bản luận văn giới thiệu tổng quan mạng cảm biến không dây, nghiên cứu đánh giá số chế điều khiển truy nhập mơi trƣờng (MAC) điển hình nhƣ CSMA, S-MAC, T-MAC thông qua mô phần mềm OMNET++ Các kết mô cho thấy với CSMA mức tiêu thụ lƣợng cao hầu nhƣ khơng đổi Trong với giao thức T-MAC S-MAC mức tiêu thụ lƣợng nhỏ Đối với T-MAC dịng điện tiêu thụ trung bình thấp S-MAC nhƣng tăng tỉ lệ thuân với tốc độ phát sinh gói tin Tuy nhiên, tƣợng ngủ sớm nên thông lƣợng cực đại T-MAC bị giới hạn Để khắc phục tƣợng thông lƣợng cực đại bị giới hạn tƣợng ngủ sớm, giải pháp T-MAC sử dụng kỹ thuật gửi sớm RTS Trong mô cho thấy thông lƣợng cực đại T-MAC có FRTS cao so với T-MAC khơng FRTS, nhiên dịng điện tiêu thụ trung bình mà tăng lên tƣơng ứng Đối với S-MAC dịng điện tiêu thụ trung bình lại giảm tăng tốc độ phát inh gói tin Đồ án giới thiệu cách tổng quan OMNET++, phần mềm dùng để mô mạng mạnh hiệu Sinh viên:Trần Thị Hoài Lớp: CT1002 Ngành :Công nghệ thông tin 64 ... dụng hiệu lƣợng mạng cảm biến lĩnh vực khác Trong trình tìm hiểu nghiên cứu mạng cảm biến, em lựa chọn đề tài đánh giá hiệu lƣợng số giao thức điều khiển xâm nhập môi trƣờng mạng cảm biến không dây. .. chƣơng: Chƣơng I: Tổng quan mạng cảm biến không dây Chƣơng II: Một số giao thức MAC mạng cảm biến không dây Chƣơng III: Phần mềm mô mạng OMNET++ Chƣơng IV: Mô đánh giá hiệu lƣợng CSMA, SMAC, TMAC... CẢM BIẾN KHÔNG DÂY I Giao Thức Mac Mạng cảm biến không dây loại mạng đặc biệt với số lƣợng lớn nút cảm biến đƣợc trang bị vi xử lý, thành phần cảm biến thành phần quản lý sóng vơ tuyến Các nút cảm