Mô hình mạng cảm nhận không dây – WSN

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC DÂN LẬP HẢI PHÒNG -o0o - TÌM HIỂU KIẾN TRÚC INTERNET MỞ RỘNG CHO MẠNG CẢM NHẬN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC HỆ CHÍNH QUY NGÀNH CƠNG NGHỆ THƠNG TIN Sinh viên thực hiên: Giáo viên hƣớng dẫn: Mã số sinh viên: Phạm Văn Nam Ths Nguyễn Trọng Thể 110778 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, 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 khun quan trọng suốt q 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 q trình nghiên cứu, hồn thành đồ án Do hạn chế thời gian thực tập, tài liệu trình độ thân, đồ án em khơng thể 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 Phạm Văn Nam MỤC LỤC DANH MỤC HÌNH VẼ GIỚI THIỆU CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ MẠNG CẢM NHẬN KHÔNG DÂY 1.1 Giới thiệu 1.2 Cấu trúc WSN 10 1.2.1 Các yếu tố ảnh hƣởng đến cấu trúc mạng cảm biến 10 1.2.2 Cấu tạo Node cảm biến 11 1.2.3 Đặc điểm cấu trúc mạng cảm biến: 11 1.3 Kiến trúc giao thức mạng cảm nhận 12 1.4 Đặc điểm WSN 13 1.5 Sự khác WSN mạng truyền thống 14 1.6 Những thách thức WSN 14 1.7 Ứng dụng WSN 14 1.7.1 Ứng dụng quân đội 15 1.7.2 Ứng dụng môi trƣờng 16 1.7.3 Ứng dụng chăm sóc sức khỏe 17 1.7.4 Ứng dụng gia đình 17 1.8 Tại phải sử dụng Sensornets IP 17 1.9 Kết luận: 19 CHƢƠNG 2: GIAO THỨC IPV6 20 2.1 Sự đời IPv6 20 2.2 Khác biệt IPv4 header IPv6 header 21 2.3 Chức header mở rộng (extension header) IPv6 23 2.4 Khung giao thức IPv6 26 2.5 Đánh địa IPv6 27 2.6 Đặc điểm Ipv6 28 2.6.1 Tăng kích thƣớc tầm địa 28 2.6.2 Tăng phân cấp địa 28 2.6.3 Đơn giản hóa việc đặt địa Host 28 2.6.4 Việc tự cấu hình địa đơn giản 29 2.6.5 Tính động 29 2.6.6 Hiệu suất 30 2.7 Nén datagram IPv6 30 2.8 Vận chuyển datagram IPv6 IEEE 802.15.4 31 CHƢƠNG 3: NÉN HEADER CỦA IPv6 ÁP DỤNG CHO WSN 32 3.1 Giới thiệu 32 3.1.1 Nén Flow-based 32 3.1.2 Nén Stateless 33 3.1.3 Nén shared-context 33 3.1.4 Nén kết hợp 34 3.1.5 Nén Header IPv6 34 3.1.6 Nén Next Header 35 3.2 Bối cảnh 36 3.3 Nén header IPv6 37 3.4 Nén header thuật toán mở rộng 41 CHƢƠNG 4: ĐỊNH TUYẾN IPV6 CHO WSN 46 4.1 Đồ thị kết nối 46 4.2 Nền tảng 48 4.3 Tuyến đƣờng mặc định 50 4.4 Khám phá tuyến đƣờng tiềm 51 4.5 Quản lý bảng định tuyến 52 4.6 Lựa chọn tuyến Mặc định 54 4.7 Duy trì ổn định tuyến 56 4.8 Tuyến đƣờng chủ 59 4.8.1 Nghiên cứu tuyến đƣờng chủ 59 4.8.2 Định tuyến biên giới 60 4.9 Kết luận 61 Các tài liệu tham khảo 62 DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1 Phân bố node cảm biến trƣờng cảm biến 10 Hình 2.1: IPv4 Header 21 Hình 2.2: IPv6 Header 22 Hình 2.3 Cấu trúc Header Ipv6 26 Hình 2.4: Header UDP/IPv6 31 Hình 3.1: Nén shared-context 34 Hình 3.2: Nén Header Ipv6 35 Hình 3.3:Nén Header UDP 36 Hình 4.1: Quản lý bảng định tuyến 53 Hình 4.2: Tái định tuyến 55 Từ viết tắt Từ tiếng anh WSN Wireless Sensor Network TDOA Time difference of arrival AOA Angle of arrival TOA Time of arrival ES Evolution Strategies RSSI Received Signal Strength Indicator TOF Time of flight AHLoS Ad-Hoc Localization System RF Radio frequency MAC Media Access Control LESS Localization Using Evolution Strategies in Sensornets ADC Analog to Digital Converter ID Identification GPS Global Positioning System GIỚI THIỆU Ngày dƣới phát triển mạnh mẽ khoa học kĩ thuật nói chung cơng nghệ thơng tin nói riêng, mạng cảm nhận không dây đời thành tựu cao công nghệ chế tạo công nghệ thông tin Một lĩnh vực mạng cảm nhận không dây ( Wireless Sensor Network – WSN ) kết hợp việc cảm nhận, tính tốn truyền thông vào thiết bị nhỏ gọn đáp ứng nhu cầu ngày cao ngƣời nhƣ phục vụ ngày tốt cho lợi ích ngƣời, làm cho ngƣời không nhiều sức lực, nhân công nhƣng hiệu công việc cao Sức mạnh WSN nằm chỗ khả triển khai số lƣợng lớn thiết bị nhỏ có khả tự thiết lập cấu hình hệ thống Sử dụng thiết bị để theo dõi theo thời gian thực, để giám sát điều kiện môi trƣờng, theo dõi cấu trúc tình trạng thiết bị Trong nghiên cứu hầu hết ứng dụng WSN giám sát mơi trƣờng từ xa mang theo thiết bị nhỏ gọn nhƣng có sức mạnh làm việc hiệu khơng hệ thống thiết bị cồng kềnh Ví dụ nhƣ ứng dụng WSN vào cơng việc phịng cháy rừng nhiều nút cảm biến tự động kết nối thành hệ thống mạng khơng dây để phát vùng có khả cháy gây cháy đƣa cảnh báo báo động cần thiết Một ƣu điểm lớn mạng khơng dây WSN chi phí chiển khai lắp đặt đƣợc giảm thiểu, dễ dàng lắp đặt kích thƣớc nhỏ gọn, dễ sử dụng.Thay hàng ngàn km dây dẫn thơng qua ống dẫn bảo vệ, ngƣời lắp đặt làm công việc đơn giản đặt thiết bị đƣợc lắp đặt nhỏ gọn vào vị trí cần thiết Mạng đƣợc mở rộng theo ý muốn mục đích sử dụng WSN, đơn giản ta việc thêm vào thiết bị, linh kiện không cần thao tác phức tạp Trƣớc xu phát triển nhanh chóng mạng cảm nhận khơng dây, vào tình hình thực tế nƣớc ta cần hệ thống giám sát thông số môi trƣờng để phục vụ cho nhiều nghành, nhiều lĩnh vực đồ án chọn hƣớng nghiên cứu Mơ hình mạng cảm nhận không dây – WSN Đồ án gồm phần sau: Chƣơng 1: Cho nhìn tổng quan sensornet ƣu nhƣợc điểm việc ứng việc triển khai nhƣ ứng dụng chúng Chƣơng 2: Tổng quan khung giao thức Ipv6 kiến trúc sensornet Nêu số đặc điểm nhƣ cách đánh địa ứng dụng IEEE 802.15.4 Chƣơng 3: Trình bày số kiểu nén header thuật tốn nén header Ipv6 Chƣơng 4: Tìm hiểu định tuyến Ipv6 kiến trúc sensornet CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ MẠNG CẢM NHẬN KHÔNG DÂY 1.1 Giới thiệu Trong năm gần đây, nhiều mạng cảm biến không dây đƣợc phát triển triển khai cho nhiều ứng dụng khác nhƣ: theo dõi thay đổi mơi trƣờng, khí hậu, giám sát mặt trận quân sự, phát thám việc cơng hạt nhân, sinh học hố học, chuẩn đốn hỏng hóc máy móc, thiết bị, theo dấu giám sát bác sỹ, bệnh nhân nhƣ quản lý thuốc bệnh viên, theo dõi điều khiển giao thông, phƣơng tiện xe cộ Hơn với tiến công nghệ gần hội tụ hệ thống công nghệ nhƣ kỹ thuật vi điện tử, công nghệ nano, giao tiếp khơng dây, cơng nghệ mạch tích hợp, vi mạch phần cảm biến, xử lý tính tốn tín hiệu tạo cảm biến có kích thƣớc nhỏ, đa chức năng, giá thành thấp, cơng suất tiêu thụ thấp, làm tăng khả ứng dụng rộng rãi 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 lƣợng ít, giao tiếp thơng qua kết nối khơng dây, có nhiệm vụ cảm nhận, đo đạc, tính tốn nhằm mục đích thu thập, tập trung liệu để đƣa định toàn cục mơi trƣờng tự nhiên Mạng cảm biến có số đặc điểm sau: -Truyền thông không tin cậy, quảng bá phạm vi hẹp định tuyến multihop - Cấu hình mạng dày đặc khả kết hợp nút cảm biến thay đổi thƣờng xuyên phụ thuộc vào fading hƣ hỏng nút - Các giới hạn mặt lƣợng, công suất phát, nhớ cơng suất tính tốn Chính đặc tính đƣa chiến lƣợc yêu cầu thay đổi thiết kế mạng cảm biến 10 1.2 Cấu trúc WSN 1.2.1 Các yếu tố ảnh hƣởng đến cấu trúc mạng cảm biến Các cấu trúc cho mạng Internet mạng adhoc không dây không dùng đƣợc cho mạng cảm biến không dây, số lý sau: nút cảm biến mạng cảm biến lớn gấp nhiều lần số lƣợng mạng adhoc Các nút cảm biến chủ yếu sử dụng truyền thông kiểu quảng bá, hầu hết mạng adhoc dựa việc truyền điểm-điểm Các nút cảm biến bị giới hạn lƣợng, khả tính tốn nhớ.Các nút cảm biến khơng có số nhận dạng tồn cầu (global identification) (ID) chúng có số lƣợng lớn mào đầu số lƣợng lớn nút cảm biến Các nút cảm biến đƣợc phân bố sensor field nhƣ hình 1.1 Mỗi nút cảm biến có khả thu thập liệu định tuyến lại đến sink Hình 1.1 Phân bố node cảm biến trường cảm biến Dữ liệu đƣợc định tuyến lại đến sink cấu trúc đa điểm nhƣ hình vẽ Các sink giao tiếp với nút quản lý nhiệm vụ (task manager node) qua mạng Internet vệ tinh Sink thực thể, thơng tin đƣợc u cầu Sink thực thể bên mạng (là nút cảm biến ) mạng Thực thể ngồi mạng thiết bị thực ví dụ nhƣ máy tính xách tay mà tƣơng tác với mạng cảm biến, đơn gateway mà nối với mạng khác lớn nhƣ 48 4.2 Nền tảng Giao thức định tuyến đáp ứng việc phát đƣờng tới đích mong muốn Phƣơng pháp truyền thống router cung cấp thông tin đƣờng truyền chuyển tiếp tới bảng chuyển tiếp, nhƣng router cung cấp thơng tin đƣờng truyền gói liệu Ví dụ router gồm danh sách nút mà truyền tới đích để phát tuyến Các giao thức định tuyến động phải sử dụng danh sách thiết lập đƣịng liên kết thuộc tính cần thiết đƣờng liên kết tới láng riềng Các nút đƣợc lan rộng tới tồn hình trạng mạng nút chọn đƣờng tối ƣu số phép đo Giao thức định tuyến động hoạt động miền phân bố cung cấp tinh chất mở rộng tốt nhƣng gây khó khăn cho việc tì độ bền định tuyến qua mạng định định tuyến cách rõ ràng ` Giao thức định tuyến chia làm lớp: khoảng cách vector trạng thái liên kết Khoảng cách vector thực toán nguời bán hàng Mỗi kết nối nút bảng định tuyến cho phép láng riềng tính tốn giá định tuyến thơng qua nút quảng cáo tới đích Các nút lựa chọn láng riềng với giá cực tiểu Bài toán ngƣời bán hàng hình thức đơn giản nhƣng kéo dài thời gian trạng thái định tuyến, gây cho việc lặp truyền vấn đề khởi tạo điểm Cơ chế đơn giản đƣợc phát triển để phát tuyến bất ổn nút Cơ chế phức tạp phát triển để đảm bảo trì trạng thái định tuyến nhƣng độ tin định tuyến không theo trật tự Trạng thái liên kết giao thức đựơc phát triển để giải toán phủ thời gian đựơc hiểu giao thức vector khoảng cách Các trạng thái kiên kết có nut tạo thành đồ toàn mạng độ suốt tuyến đƣờng ngắn Mỗi nút phát đƣờng liên kết tới nút láng riềng tràn thơng tin tới nút khác chúng tạo thành topo Các giải thuậtvề thơng tin liên kết thƣờng đƣợc sử dụng phổ biến mạng có dây độ liên kết chặt chẽ khơng có vấn đề đếm lặp, bị trạng thái thông tin phát thông qua mạng cắt bỏ số thuộc tính có ý nghĩa trạng thái yêu cầu truyền mà mở rộng đƣờng liên kết mạng đƣờng truyền mạnh với nhớ băng thông lớn điều có ý nghĩa Cả giao thức định tuyên vector định tuyến trạng thái đƣợc đề xuất cho mạng Manet không giống việc thiết kế giao diện cho mạng có dây Giao thức 49 manet đƣợc thiết kế cụ thể cho việc phát quảng bá cách đặc biệt cho mạng không dây mạng với khả di động cao Kết giao thức manet đặt thông tin định tuyến làm tràn tuyến đƣợc phát Sử dụng số đảm bảo tràn kết thúc Các giao thức vector định tuyến dựa số trạng thái lặp dựa trên liên kết ngƣợc tuyến đƣờng đƣợc tính tốn đẻ cung cấp đƣờng dẵn cho việc phát giao thức manet Dựa phép tràn để phân bố thông tin topo phân tán tới tất nút tƣơng tự nhƣ mạng dây Tuy nhiên giao thức manet giảm trạng thái yêu cầu truyền lựa chọ động với lớp nút để hoạt động nhƣ nút chuyển tiếp, Những nút chuyển tiếp trì thơng tin topo thơng điệp chuyển tiếp có khả cung cấp mật độ mạng tốt Các giao thức manet không phù hợp cho nhu cầu mạng cảm nhận Giao thức manet tối ƣu chuyển tiếp đƣờng ngắn nút khơng mang tính chất truyền đƣợc nút di động Những giả thiết khiến giao thức manet dựa phép tràn để phát trì tuyến để đạt đƣờng ngắn Khi kích thƣớc tăng giao thức manet không khả thi với mạng cảm nhận Thay vào mạng cảm nhận phải có cấu trúc khả mở rộng tính chất có ý nghĩa giảm yêu cầu tài nguyên cho giao thức định tuyến động Giao thức định tuyến động cho mạng cảm nhận thƣờng tập trung vào việc tối ƣu trạng thái định tuyến, giao thức định tuyến lựa chọn để đạt đựơc yêu cầu trạng thái tối ƣu chuyển tiếp truyền tới đích đơn Việc tối ƣu cho phép giao thức định tuyến đánh giá tập liên kết hội lớn nhất, cung cấp tuyến đƣờng tới đích Các giao thức định tuyến phân cấp thƣờng trì trạng thái láng riềng việc định tuyến theo topo hình Phƣong pháp tiếp cận phân cấp nút IP sử dụng biến độ dài cố định để hỗ trợ tổ chức mạng phân cấp Tuy nhiên việc dựa phát đơn phân cấp dẫn tới căng thẳng tuyến trạnh thái tồi mở rộng bán kính mạng Các giao thức định tuyến dựa nút điều phối cố gắng tối ƣu tuyến cặo nút với Giao thức định tuyến đồ thị dựa thông tin vị trí nút phải trì trạng thái thông tin láng riềng Các giao thức định tuyến điều phối ảo sinh điều phối dựa liên kết nhƣng yêu cầu tài nguyên cho việc xây dựng cấu trúc Thách thức điều phối chúng đƣợc giấu tên nút cho topo định tuyến Việc cực khó điều khiển việc thay đổi nút di động Việc tối ƣu hoá 50 chất lƣợng đƣờng truyền, giá đƣờng truyền phần quan trọng trọng mạng cảm nhận Một số giao thức đơn giản dựa phép tầng vật lý nhƣ số tín hiệu RSSI giá trị phối hợp chip Phƣơng pháp đo liên kết tầng vật lí đƣợc thực chúng tính tốn thơng qua khung radio nhận đƣợc nhƣng có nhiều tỉ lệ lỗi bit đôi lớn Các giao thức khác tinh tốn lỗi gói tin trực tiếp trì trạng thái trao đổi thất bại Mỗi phƣơng pháp dựa thông điệp quảng bá với số thứ tự cho phép nút láng riềng tính tốn tỉ lệ lỗi gói tin hƣớng đơn gần ngƣời ta ứơc lƣợng đƣờng liên kết sử dụng tấng xác nhận liên kết liệu để tính tốn tỉ lệ lỗi gói tin Tỉ lệ lỗi gói tin nghĩa cung cấp liệu liên quan nhƣng yêu cầu nhiều thời gian lƣợng để tính tốn trạng thái ƣớc lƣợng phép đo trực tiếp lớp vật lí, kết đo tỉ lệ lỗi hạn chế tài nguyên mạng cảm nhận tác động tới giao thức định tuyến nhƣ hạn chế nhớ, khả định tuyến,thực phần chức Trong phần trạng thái định tuyến vào router tối ƣu tới số đích chấp nhận tuyến đƣờng tập nút Trong giao thức định tuyến tìm kiếm trì cấu trúc tồn cục cách nhanh chóng việc cố gắng trì trạng thái định tuyến qua nút mạng Các nút nên tối ƣu định giải bất ổn xuất Tóm lại việc lựa chọn bỏ điều cần thiết trình phân tán để phù hợp với tài nguyên hạn chế cần thiết 4.3 Tuyến đƣờng mặc định Trong phần này, mô tả làm để giao thức định tuyến lựa chọn trì tuyến đƣờng mặc định Các cấu hình giao thức định tuyến trì tuyến đƣờng mặc định thiết bị định tuyến biên giới, sử dụng quảng cáo ICMPv6 để khám phá định tuyến lân cận truyền đạt thông tin định tuyến Các định tuyến trì bảng định tuyến để quản lý tuyến đƣờng mặc định xếp chúng dựa chi phí tuyến đƣờng ƣớc lƣợng liên kết tin cậy Bộ định tuyến thƣờng lựa chọn mục để sử dụng nhƣ tuyến đƣờng mặc định, nhƣng chọn mục khác để hỗ trợ tái định tuyến tìm kiếm tuyến đƣờng tốt Trong tuyến đƣờng đƣợc lựa chọn dựa số liệu khác,phát trạng thái cách sử dụng đếm hot Bộ đếm hop 51 cung cấp số ổn định giảm thiểu phụ thuộc vào đƣờng liên kết cá nhân Bởi vận chuyển lƣợng liệu mơi trƣờng xung quanh, router địi hỏi chi phí truyền thơng khơng u cầu kiểm sốt thông điệp Trạng thái yêu cầu không đổi 4.4 Khám phá tuyến đƣờng tiềm Router sử dụng thông điệp thông báo diện định tuyến cho phép nút phát định tuyến lân cận IPv6 sử dụng giao thức định tuyến truyền thống để định tuyến liệu, định tuyến thông tin sử dụng giao thức Các thơng tin có u cầu phát láng riềng giao thức định tuyến, hai cần phải tìm nút lân cận truyền thơng tin qua nhiều bƣớc nhảy Truyền tải theo giai đoạn cách sử dụng thuật toán gián tiếp Bộ định tuyến cho phép thiết lập lại khoảng thời gian truyền dẫn Để nhanh chóng phát nút, định tuyến truyền tải thơng điệp ICMPv6 để tìm hiểu yêu cầu từ nút lân cận Các định tuyến tìm nút biến cố xảy bên tham gia vào mạng số lƣợng mục bảng định tuyến thấp số ngƣỡng Các giao thức định tuyến mang giao thức định tuyến để quảng cáo Các giao thức định tuyến bao gồm số hop với định tuyến biên giới gần đƣờng dẫn số liệu để lựa chọn tuyến đƣờng Các đếm đƣợc sử dụng để phát mâu thuẫn làm cho chế để phát mâu thuẫn độc lập với đƣờng truyền số liệu Trong chƣơng này, tìm hiểu đƣờng đơn giản: số lƣợng dự kiến đƣợc truyền (ETX) để đến định tuyến biên giới Các số liệu ETX hữu ích nắm bắt đƣợc liên kết dọc theo đƣờng hƣớng tới điểm đến nhƣ số lƣợng hop Trong giao thức truyền thống quan tâm chủ yếu tính liên kết, nút nguồn (ví dụ nhƣ nhớ lƣợng) khác sensornets giao thức định tuyến cần tận dụng nguồn lực bổ sung Hỗ trợ cho cấu trúc liên kết với nhiều số liệu khác cách thêm nhiều tùy chọn định tuyến quảng cáo Bộ định tuyến khơng giới hạn cấu hình tuyến đƣờng mặc định bổ sung thơng tin cho tuyến đƣờng đến điểm khác.Tập trung phát triển đƣờng sở để giải chế phức tạp 52 4.5 Quản lý bảng định tuyến Các định tuyến lƣu trữ trạng thái tuyến đƣờng tiềm mà phát bảng định tuyến Trong số tuyến đƣờng tiềm chọn một tuyến đƣờng mặc định bảng chuyển tiếp Sự khác biệt định tuyến bảng đặc biệt quan trọng mạng không dây - định tuyến phải dành thời gian để đánh giá liên kết so sánh với khả khác trƣớc sử dụng để định tuyến gói tin Khi thêm tuyến đƣờng tiềm vào bảng định tuyến liên kết với láng riềng bảng Nhƣ lớp liên kết trì chất lƣợng liên kết để kkét nối, điều cần thiết để đƣa chi phí lựa chọn tuyến đƣờng đƣờng mặc định Đối với ngƣời hàng xóm đƣợc phát hiện, liên kết cung cấp thơng tin liên kết: mẫu RSSI tƣơng quan chip cho quảng cáo nhận đƣợc Cả hai có phƣơng sai cao khơng phải số thực gói tin lỗi Với lần truyền liên kết, lớp liên kết tính tốn lƣợng liên kết xác cao Bộ định tuyến đƣa liên kết xác hơn, định tuyến chấp nhận liên kết trƣờng hợp tìm đƣợc định tuyến chi phí thấp Giới hạn nhớ có nghĩa định tuyến khỏi mục bảng tạo định tuyến liên kết nhiều thời gian lƣợng Quản lý bảng định tuyến bao gồm ba hoạt động bản: (i) chèn vào bảng định tuyến, xúc tiến bảng định tuyến, loại bỏ từ bảng định tuyến Mục đƣợc đƣa vào cuối danh sách thông tin lớp vật lý (RSSI tƣơng quan chip) ngƣỡng mà có khả cung cấp liên kết chấp nhận đƣợc Ngƣỡng đƣợc thích nghi dựa thơng tin thu thập đƣợc môi trƣờng Nếu bảng định tuyến đầy, định tuyến lựa chọn có hay khơng trục xuất mục cuối Hình 4.1: Quản lý bảng định tuyến Trong định tuyến nên thích ghi với lƣợng liên kết, định tuyếnr nên đƣợc chấp nhận liên kết cung cấp đƣờng chi phí thấp Các bảng định tuyến cách tin tƣởng vào lƣợng liên kết chi phí đƣờng dẫn quảng cáo Các router chèn mục dƣới danh sách tuyến đƣờng liên kết tốt với chất lƣợng cao đƣa lên 53 danh sách Bảng định tuyến phục vụ nhƣ lọc để chấp nhận tuyến đƣờng Hình 4.1: Quản lý bảng định tuyến - Chi phí quảng cáo cho tuyến đƣờng đáng kể so với chi phí quảng cáo đƣờng mục cuối - Chi phí đƣờng quảng cáo cho tuyến đƣờng mới, nhập dƣới tƣơng tự liên kết tốt đáng so với mục cuối Các mục bảng định tuyến cách di chuyển chúng lên vị trí danh sách, nhƣng mục có tỷ lệ liên kết thành cơng đƣờng dẫn với chi phí thấp Lƣu ý chi phí đƣờng dẫn kết hợp chi phí quảng cáo liên kết thành số liệu Phƣơng pháp thống kê kết hợp độ lệch chuẩn để tính tốn khoảng tin cậy đƣợc sử dụng với chi phí cao u cầu tính tốn Router đánh giá việc thúc đẩy mục lần xảy cố gắng truyền tải liên kết, khiến cho lớp liên kết để cập nhật liên kết thành công tỷ lệ ƣớc tính Định tuyến đƣợc thực nếu: -Có đƣờng chi phí thấp thành công liên kết so với mục 54 - Có đƣờng tƣơng tự nhƣ chi phí so với mục tỷ lệ thành công ngƣỡng chấp nhận đƣợc 4.6 Lựa chọn tuyến Mặc định Router thƣờng chọn mục đầu bảng định tuyến để sử dụng nhƣ tuyến đƣờng mặc định bảng chuyển tiếp Đôi định tuyến chọn mục khác hai lý do: (i) để hỗ trợ tái định tuyến truyền tải liên tiếp (ii) để thăm dò ứng cử viên khác, tăng tỷ lệ thành công liên kết Các định tuyến phát cố lặp lặp lại cách theo dõi tỷ lệ thành công liên kết tuyến đƣờng mà cấu hình Nếu tỷ lệ thành cơng xuống sau vài lần liên tiếp, router chuyển hƣớng cách chọn mục thay bảng định tuyến để phục vụ nhƣ tuyến đƣờng mặc định, nhƣ hình 4.2 55 Cơ chế tái định tuyến thể ví dụ nơi mà định tuyến đƣợc phép đƣa định trƣớc định tối ƣu tồn Vịng lặp định tuyến khơng xảy lựa chọn mục với hop nhỏ với mục đầu Định tuyến vịng xảy thông tin định tuyến không phù hợp Lựa chọn mục tái định tuyến giúp giảm thiểu xuất vòng lặp định tuyến Các tìm kiếm tuyến đƣờng chi phí thấp giữ liên kết up-to-date cho mục bảng định tuyến Rõ ràng việc gửi tin nhắn nhận đƣợc thừa nhận tỷ lệ thành công liên kết Thăm dị cung cấp thêm thơng tin liên kết, nhƣng tốn Tỷ lệ liên kết thành công phụ thuộc thời gian liên kết không đƣợc sử dụng tƣơng lai Hình 4.2: Tái định tuyến Nếu router phát cố tuyến đƣờng mặc định tại, router bắt đầu chọn mục khác nỗ lực để tiếp nhận chuyển tiếp gói tin Hình 4.2: Tái định tuyến Thay dựa vào thơng điệp điều khiển rõ ràng, định tuyến tạo lƣợng ƣớc tính liên kết động thay đổi tuyến đƣờng mặc định bảng chuyển tiếp Cấu hình tuyến đƣờng mặc định với mục khác để tiếp tục tìm kiếm tuyến với chi phí tƣơng tự thấp hơn, ứng cử viên hàng đầu thực tốt Nếu ứng viên nhiều lần tồn tại, định tuyến xoay chuyển 56 chúng Tuy nhiên, router tiếp tục sử dụng truyền thất bại đến nút đó, cho phép đƣờng với chi phí thấp đƣợc quảng cáo để nhanh chóng lên danh sách liên kết tốt Chỉ có mục thử nghiệm với số hop thấp vịng lặp định tuyến khơng xảy Hình 4.3: Cập nhật lƣợng liên kết Nếu nhiều mục định tuyến có số hop nhỏ với mục hàng đầu, định tuyến lựa chọn tuyến đƣờng mặc định để chuyển tiếp gói tin Bằng cách đó, định tuyến cập nhật tính liên kết liên tục tìm kiếm tuyến đƣờng tốt mà khơng cần thơng báo thăm dị rõ ràng Hình 4.3: Cập nhật lượng liên kết Các định tuyến không tạo thơng báo thêm để trì lƣợng liên kết tìm kiếm tuyến đƣờng chi phí thấp Có thể cho định tuyến ngừng việc đánh giá liên kết có lƣu lƣợng truy cập không, nhƣng hy vọng ứng dụng sensornet tạo số lƣu lƣợng truy cập tối thiểu cho mục đích quản lý Giao thức kiểm soát khác yêu cầu lƣu lƣợng truy cập định kỳ để trì trạng thái mềm 4.7 Duy trì ổn định tuyến Thơng tin định tuyến trở nên khơng phù hợp thay đổi chƣa nút khác mạng định tuyến thông tin khơng phù hợp phải sử dụng tuyến đƣờng chi phí cao Trong trƣờng hợp xấu nhất, định tuyến thông tin không phù hợp dẫn đến vịng lặp Một số giao thức định tuyến có cách tiếp cận 57 tích cực chủ động giao tiếp thay đổi thông tin định tuyến, nhƣng nhƣ liên quan đến tốc độ liệu thấp hạn chế sensornets Thay vào đó, giao thức định tuyến có cách tiếp cận thụ động, nơi nút giao tiếp cập nhật thông tin định tuyến phát không thống Nguyên tắc thiết kế sau cho phép nút định khả quan sát địa phƣơng giải mâu thuẫn chúng xảy Các định tuyến phát đƣờng khơng hiệu chọn tuyến đƣờng cách quan sát khác biệt đáng kể chi phí đƣờng Các đƣờng làm tăng chi phí liên kết tuyến đƣờng bị tỷ lệ so với trƣớc Tƣơng tự nhƣ vậy, chi phí đƣờng giảm tìm tuyến đƣờng dọc theo đƣờng (ví dụ, cách loại bỏ chƣớng ngại vật) Tiếp nhận tin nhắn với chi phí khác cho thấy việc lựa chọn tuyến đƣờng mặc định đƣợc tối ƣu, kể từ ngƣời gửi sử dụng thông tin định tuyến cũ, nhƣ hình Sử dụng thơng tin tuyến đƣờng mặc định đƣợc cung cấp nút sensornet, thiết bị định tuyến biên giới tạo bao trùm toàn mạng sử dụng để tạo tuyến đƣờng chủ quay trở lại nút Khi định tuyến biên nhận đƣợc gói tin đến nút sensornet, thực tra cứu bao trùm để xác định tuyến đƣờng đến đích Nếu đích đến định tuyến biên giới phạm vi vô tuyến, định tuyến biên giới chuyển tiếp gói tin nhƣ bình thƣờng cách thiết lập địa đích tiêu đề liên kết đến đích Nếu điểm đến đƣợc nhiều bƣớc nhảy xa, biên định tuyến giới chèn có chứa danh sách địa gói tin để đạt đến đích cuối Các nút chuyển tiếp gói tin cách xử lý tiêu đề định tuyến để xác định điểm đến cho gói tin Hình 4.4: Bộ định tuyến tuyến biên giới Nhiều thiết bị định tuyến biên giới hỗ trợ mạng lƣới tuyến đƣờng cách chia sẻ máy chủ IP chúng Bởi nút sensornet chọn tuyến đƣờng đến định tuyến biên giới gần nhất, chuyển datagrams đến định tuyến biên giới gần đích, dựa mạng lƣới có khả kết nối nhiều thiết bị định tuyến biên giới 58 Hình 4.4: Bộ định tuyến tuyến biên giới Danh sách địa bao gồm tiêu đề IPv6 giao nhận tầng mạng 6LoWPAN giao nhận lớp liên kết Trong hai trƣờng hợp, mục địa tƣơng đƣơng với 16-bit địa liên kết lớp ngắn Các kỹ thuật sử dụng để nén tiêu đề IPv6 đƣợc sử dụng tiêu đề định tuyến Trong sử dụng địa ngắn làm cho danh sách địa nhỏ gọn hơn, yêu cầu nút sensornet gán địa ngắn với giao diện khơng dây Các tiền tố định tuyến tồn cầu đƣợc giả định giống cho tất địa danh sách Các tiêu đề định tuyến bị loại bỏ lý an ninh thừa nhận quan ngại an ninh cách tạo loại định tuyến cho phép sử dụng tiêu đề định tuyến sensornet Thiết bị định tuyến biên giới không nên chuyển định tuyến datagrams Hỗ trợ định tuyến IP định tuyến biên giới dùng nhiều tiêu chuẩn IP-based Thiết bị định tuyến biên giới đơn giản cần trao đổi tuyến đƣờng máy chủ Các định tuyến biên giới kết nối trực tiếp liên kết có khả cao (ví dụ Ethernet), trƣờng hợp chúng đơn giản quảng cáo tuyến đƣờng chủ Phát láng riềng dựa chế Proxy đƣợc sử dụng có hiệu tuyến đƣờng hình thiết bị định tuyến biên giới đáp ứng với truy vấn,router chuyển tiếp gói tin đến router biên giới thích hợp Khi định tuyến biên giới không kết nối với liên kết đó, mạng lƣới vận chuyển để cấu hình tuyến đƣờng chủ cho sensornet định 59 tuyến biên giới phải đƣợc kết nối trực tiếp dùng đƣờng hầm để hình thành mạng lƣới che phủ mà giả lập liên kết IP Tất cấu hình cho phép mạng xung quanh để chuyển tiếp gói tin đến router biên giới thích hợp trƣớc đƣa vào sensornet 4.8 Tuyến đƣờng chủ Các tuyến đƣờng mặc định cung cấp khả đến nút sensornet để định tuyến biên giới thiết bị IP khác có kết nối với mạng IP khác Giao thức định tuyến hình thành tuyến đƣờng chủ cho nút sensornet cá nhân Để có hiệu trì tuyến đƣờng chủ, giao thức định tuyến tập trung định tuyến biên giới Liên kết ngƣợc tuyến đƣờng mặc định đƣợc lựa chọn dựa kết nối hai chiều.Các định tuyến biên giới chuyển tiếp datagram nút sensornet cách chèn tiêu đề có chứa tuyến đƣờng Sử dụng nguồn dựa định tuyến định tuyến biên giới, nút sensornet khơng cần phải trì trạng thái cho tuyến đƣờng chủ Sự kết hợp tuyến đƣờng mặc định tuyến đƣờng lƣu trữ định tuyến biên giới cho phép lớp mạng kết hợp nút sensornet thiết bị IP bất kỳ, bao gồm nút sensornet sensornet, sensornet sensornets khác, thiết bị IP khác có kết nốivới mạng IP khác.Lƣu ý tuyến đƣờng đến từ thiết bị IP bên tối ƣu, nhƣ tuyến đƣờng mặc định lựa chọn số liệu để giảm thiểu chi phí chuyển tiếp gói tin Giao tiếp với thiết bị bên ngồi điển hình cho nhiều ứng dụng sensornet.Ứng dụng thu thập liệu thƣờng chuyển tiếp liệu đến máy chủ trung tâm.Ứng dụng điều khiển thƣờng đƣợc hƣớng dẫn kiểm soát từ máy chủ trung tâm Trong phần sau, mô tả cấu hình giao thức định tuyến chúng tơi nhƣ trì tuyến đƣờng chủ 4.8.1 Nghiên cứu tuyến đƣờng chủ Sensornet cung cấp thông tin tuyến đƣờng mặc định cách định thời gian gửi tin nhắn đến tuyến đƣờng định tuyến biên giới cách sử dụng tuyến đƣờng mặc định Các định tuyến cập nhật lƣợng liên kết tinh chỉnh định định tuyến cho tuyến đƣờng mặc định 60 Lựa chọn IPv6 chuyển tiếp tầng mạng tiêu đề 6LoWPAN để chuyển tiếp.Khi có lƣu lƣợng truy cập liệu môi trƣờng xung quanh, giao nhận piggybacks gửi tin nhắn để tuyến đƣờng datagrams đáp ứng thời gian đăng ký quảng cáo.Nếu tỷ lệ thấp so với thời gian đăng ký quảng cáo, nút phải tạo datagrams riêng đơn giản để giao tiếp thông tin tuyến đƣờng 4.8.2 Định tuyến biên giới Tuyến đƣờng mặc định sử dụng thông tin đƣợc cung cấp nút sensornet, thiết bị định tuyến biên giới tạo bao trùm tồn mạng sử dụng để tạo tuyến đƣờng chủ Khi định tuyến biên giới nhận đƣợc gói tin đến nút sensornet, thực tra cứu bao trùm để xác định tuyến đƣờng đích.Nếu khơng có tuyến đƣờng hợp lệ có sẵn cho nút đó, định tuyến biên giới tạo lỗi ICMP Host Unreachable.Các định tuyến biên giới chuyển tiếp gói tin nhƣ bình thƣờng cách thiết lập tiêu đề liên kết địa đích Nếu điểm đến nhiều bƣớc nhảy, định tuyến biên giới chèn tiêu đề định tuyến có chứa danh sách địa gói tin để đạt đến đích cuối Các nút chuyển tiếp gói tin cách xử lý định tuyến tiêu đề để xác định điểm đến cho gói tin Hình 4.4: Nhiều thiết bị định tuyến biên giới hỗ trợ mạng lƣới cách chia sẻ tuyến đƣờng Host IP chúng.Bởi sensornet chọn tuyến đƣờng đến định tuyến biên giới gần nhất, lợi dụng mạng có khả kết nối định tuyến biên giới Danh sách địa bao gồm tiêu đề định tuyến IPv6 chuyển tiếp tầng mạng tiêu đề 6LoWPAN chuyển tiếp lớp liên kết.Trong hai trƣờng hợp, mục địa tƣơng đƣơng 16-bit địa lớp liên kết ngắn.Các kỹ thuật đƣợc sử dụng để nén tiêu đề IPv6 đƣợc sử dụng tiêu đề định tuyến Trong sử dụng địa ngắn làm cho danh sách địa nhỏ gọn hơn, địi hỏi nút gán địa ngắn với giao diện không dây Tiền tố định tuyến toàn cầu đƣợc giả định giống cho tất địa danh sách.Ttiêu đề định tuyến bị phản đối lý an ninh tạo loại định tuyến cho phép sử dụng tiêu đề định tuyến sensornet Các định 61 tuyến biên giới không nên chuyển tiếp datagrams bao gồm tiêu đề định tuyến Trong nhiều trƣờng hợp sensornet sử dụng nhiều thiết bị định tuyến biên giới, nhƣ thể hình 4.4.Bằng cách thêm vào định tuyến biên giới, quản trị mạng tăng hiệu lƣợng, giảm sử dụng kênh, giảm độ trễ thông tin liên lạc cách sử dụng định tuyến biên giới để giảm số lƣợng bƣớc nhảy nút sensornet định tuyến biên giới gần Nếu định tuyến biên giới không, nút định tuyến thông định tuyến biên giới cấu hình lại tuyến đƣờng mặc định họ đăng ký vào định tuyến biên giới khác IP trivially hỗ trợ định tuyến định tuyến biên giới nhiều cách sử dụng chế dựa tiêu chuẩn IP Thiết bị định tuyến biên giới phải trao đổi tuyến chủ với Các định tuyến biên giới đƣợc kết nối trực tiếp liên kết (ví dụ Ethernet), trƣờng hợp cần phải quảng cáo tuyến đƣờng chủ liên kết.Phát láng riềng theo chế Proxy đƣợc sử dụng có hiệu để hình thành tuyến đƣờng định tuyến biên giới Thiết bị định tuyến biên giới sử dụng Proxy để đáp ứng với truy vấn cho tất nút sensornet đƣợc liên kết.Kết là, router chuyển tiếp gói tin để thích hợp với định tuyến biên giới Khi định tuyến biên giới khơng kết nối với liên kết đó, mạng cảnh cần phải cấu hình tuyến đƣờng chủ cho nút sensornet thiết bị định tuyến biên giới phải đƣợc kết nối trực tiếp cách sử dụng đƣờng hầm để hình thành mạng lƣới che phủ mà giả lập liên kết IP Tất cấu hình cho phép mạng xung quanh chuyển tiếp gói tin để định tuyến biên giới thích hợp trƣớc đƣa vào sensornet 4.9 Kết luận Trong chƣơng trình bày sở giao thức định tuyến đƣợc thiết kế cho sensornet điển hình Sơ sở giao thức định tuyến tập trung định tuyến trạng thái định tuyến biên giới để giảm thiểu yêu cầu tài nguyên nút sensornet Chỉ trì trạng thái cho tập cố định tuyến đƣờng mặc định tiềm cho định tuyến biên giới gần nhất, sở giao thức định tuyến không khởi tràn, đòi hỏi trạng thái nhỏ liên tục, hỗ trợ phục hồi địa 62 phƣơng.Giao thức đòi hỏi trạng thái nút định tuyến chi phí truyền thơng mạng Sự phát triển lớp mạng IPv6 cho sensornets bao gồm cấu hình quản lý, giao nhận, định tuyến.Sử dụng kiến trúc chế thực nó, lớp mạng cung cấp khả tạo lập với datagram tốt nút sensornet thiết bị IP khác (ví dụ, nút sensornet thiết bị truyền thống IP bên ngoài) Các tài liệu tham khảo [1] Wireless Sensoe Network design and implement [2] The IPv6 architecture for WSN [3] http://www.wsn.com [4] Networking Wireless Sensors, Bhaskar Krishnamachari, Cambridge University Press 2005 [5] Wireless communications,Andrea Goldsmith, 2005 ... nói riêng, mạng cảm nhận không dây đời thành tựu cao công nghệ chế tạo công nghệ thông tin Một lĩnh vực mạng cảm nhận không dây ( Wireless Sensor Network – WSN ) kết hợp việc cảm nhận, tính tốn... thiết kế mạng cảm biến 10 1.2 Cấu trúc WSN 1.2.1 Các yếu tố ảnh hƣởng đến cấu trúc mạng cảm biến Các cấu trúc cho mạng Internet mạng adhoc không dây không dùng đƣợc cho mạng cảm biến không dây, ... rộng rãi 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 lƣợng ít, giao tiếp thơng qua kết nối khơng dây, có nhiệm vụ cảm nhận,