Nâng cấp hiệu năng mạng cảm nhận thông qua việc tích hợp MAC và các giao thức định tuyến

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 lượng đa chức nhận ý đáng kể Hiện người ta tập trung triển khai mạng cảm biến để áp dụng vào sống hàng ngày Đó lĩnh vực y tế, quân sự, môi trường, giao thông… Trong tương lai không xa, ứng dụng mạng cảm biến trở thành phần thiếu sống người phát huy hết điểm mạnh mà khơng phải mạng có mạng cảm biến Tuy nhiên mạng cảm ứng phải đối mặt với nhiều thách thức, thách thức lớn nguồn lượng bị giới hạn khả xử lý thấp, giá thành thấp, giải thong bé, tín hiệu yếu hoạt động tần số chia sẻ Hiện nhiều nhà nghiên cứu tập trung vào việc cải thiện khả sử dụng hiệu lượng mạng cảm biến lĩnh vực khác Trong trình tìm hiểu nghiên cứu mạng cảm biến, em lựa chọn tìm hiểu việc nâng cấp hiệu mạng để khai thác hiệu thong qua việc lựa chọn phương pháp xâm nhập môi trường MAC phù hợp kết hợp lựa chọn phương pháp định tuyến để phương pháp tối ưu nhất, em định lựa chọn đề tài làm đồ án tốt nghiệp Hải Phòng tháng năm 2010 Sinh viên Vũ Văn Hưng Đồ án tốt nghiệp – Vũ Văn Hưng – CT1002 MỤC LỤC L ỜI N ÓI Đ ẦU GI ỚI THI ỆU CHƢƠNG : TỔNG QUAN VỀ MẠNG CẢM BIẾN KHÔNG DÂY (WIRELESS SENSOR NETWORK - WSN) Định nghĩa Động lực phát triển Cấu trúc WSN 3.1 Node cảm biến 3.2 Mạng cảm nhận Những thách thức WSN 11 Sự khác WSN mạng truyền thống 12 Ứng dụng WSN 12 CHƢƠNG : MỘT SỐ GIAO THỨC MAC VÀ ĐỊNH TUYẾN TRONG MẠNG CẢM BIẾN KHÔNG DÂY 17 2.1 Giao Thức Mac 17 2.1.1 Yêu cầu thiết kế giao thức MAC cho mạng cảm biến không dây 18 2.1.2 Các nguyên nhân gây nên lãng phí lượng 21 2.1.3 Các giao thức MAC mạng cảm nhận không dây 22 2.2 Định tuyến mạng cảm biến 42 2.2.1 Giới thiệu 42 2.2.2 Thách thức vấn đề định tuyến 42 2.2.3 Các vấn đề thiết kế giao thức định tuyến 43 2.2.4 Phân loại so sánh giao thức định tuyến 45 2.2.5 Giao thức trung tâm liệu 47 2.2.6 Giao thức phân cấp 53 2.2.7 Giao thức dựa vị trí 57 2.2.8 Kết luận 61 CHƢƠNG 3: KẾT HỢP GIỮA MAC VÀ GIAO THỨC ĐỊNH TUYẾN MERLIN 62 3.1 Giới Thiệu 62 Đồ án tốt nghiệp – Vũ Văn Hưng – CT1002 3.2 Thiết kế 64 3.3 Thiết Lập 72 3.4 Kết Luận 76 CHƢƠNG 4: MÔ PHỎNG VÀ ĐÁNH GIÁ 77 4.1 :Mô Phỏng giao thức MERLIN viết công cụ prowler môi trường Matlab 77 4.2 Đánh giá giao thức Mac giao thức định tuyến 78 Kết Luận 85 Tài liệu tham khảo 86 Đồ án tốt nghiệp – Vũ Văn Hưng – CT1002 GIỚI THIỆU Ngày nhờ tiến vượt bậc khoa học công nghệ, mạng cảm biến trở thành đề tài nghiên cứu nóng bỏng nhận tiến đáng kể vài năm qua Mạng cảm biến mạng vô tuyến bao gồm thiết bị cảm biến phân bố cách ngẫu nhiên không gian, nhằm quan sát tượng vật lý, hay điều kiện môi trường nhiệt độ, âm thanh, chấn động, áp suất, chuyển động, nhiễm vị trí khác Sự phát triển mạng cảm biến mở đầu ứng dụng quân đội ví dụ giám sát chiến trường Tuy nhiên mạng cảm biến sử dụng nhiều lĩnh vực dân dụng bao gồm: quan sát mơi trường sống, chăm sóc sức khỏe, nhà tự động hay điều khiển giao thông Các cảm biến thiết bị điện tử nhỏ, thông thường trang bị thu phát vô tuyến thiết bị không dây khác, vi xử lý nhỏ nguồn lượng Các cảm biến có khả thu thập, xử lý truyền thông thong tin đến nút khác giới bên Mạng cảm biến lĩnh vực sâu rộng, đồ án giới thiệu cách khái quát đặc điểm mạng cảm biến, giao thức Mac định tuyến.Sau phần cuối nghiên cứu đưa giải thuật việc nâng cấp hiệu mạng để khai thác hiệu hiệu thong qua lựa chọn phương pháp xâm nhập môi trường Mac phù hợp, kết hợp lựa chọn phương pháp định tuyến để phương pháp tối ưu Đồ án gồm có chương: Chƣơng 1: Tổng quan mạng cảm biến Chương trình bày khái niệm chung WSNs đưa cấu trúc mạng cảm biến Đồng thời nêu ứng dụng cụ thể nhiều lĩnh vực sống Chƣơng 2: Các giao thức đặc trưng giao Mac định tuyến mạng cảm biến khơng dây Chương trình bày giao thức Mac, định tuyến mạng cảm biến nguyên nhân gây lãng phí lượng xâm nhập môi trường Đồ án tốt nghiệp – Vũ Văn Hưng – CT1002 Chƣơng 3: Kết hợp giao thức Mac giao thức định tuyến < MERLIN> Chương giới thiệu MERLIN ,nêu phương pháp kết hợp giao thức Mac giao thức định tuyến Chƣơng 4: Mô đánh giá thủ tục đơn giản, thơng qua chương trình Prowler mơ giao thức mạng cảm nhận không dây matlab Và cuối phần kết luận trình bầy tóm tắt lại kết đạt đưa hướng phát triển tương lai Đồ án tốt nghiệp – Vũ Văn Hưng – CT1002 LỜI CẢM ƠN Để hồn thành đồ án tốt nghiệp này, em học hỏi kiến thức q báu từ thầy, giáo Trường 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 thơng tin – Trường Đại Học Dân Lập Hải Phịng tận tình bảo định hướng 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 tạo điều kiện thuận lợi, động viên giúp đỡ em suốt thời gian học tập, 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 hoàn thiện Em xin chân thành cảm ơn! Đồ án tốt nghiệp – Vũ Văn Hưng – CT1002 CHƢƠNG : TỔNG QUAN VỀ MẠNG CẢM BIẾN KHÔNG DÂY (WIRELESS SENSOR NETWORK - WSN) Định nghĩa Mạng cảm nhận khơng dây (WSN) hiểu đơn giản mạng liên kết node với kết nối sóng vơ tuyến, node mạng thường thiết bị đơn giản, nhỏ gọn, giá thành thấp có số lượng lớn, phân bố cách khơng có hệ thống diện tích rộng (phạm vi hoạt động rộng), sử dụng nguồn lượng hạn chế hoạt động mơi trường khắc nghiệt (chất độc, ô nhiễm, nhiệt độ cao ) Động lực phát triển Trong năm gần đây, nhiều mạng cảm nhận không dây phát triển triển khai cho nhiều ứng dụng khác nhau: theo dõi thay đổi môi trường, khí hậu, theo dõi điều khiển giao thơng, phương tiện xe cộ,… Hơn nữa, với tiến công nghệ hội tụ hệ thống công nghệ như: kỹ thuật vi điện tử, giao tiếp khơng dây, cơng nghệ mạch tích hợp, vi mạch phần cảm ứng, xử lý tính tốn tín hiệu,…làm tảng thúc đẩy, tạo node cảm biến có kích thước nhỏ,đa chức năng, giá thành thấp, cơng suất tiêu thụ thấp, làm tăng khả ứng dụng rộng rãi mạng cảm nhận không dây Khi nghiên cứu mạng cảm nhận không dây, đặc điểm quan trọng then chốt thời gian sống node 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 thay nguồn cung cấp Do đó, mạng truyền thơng tập trung vào đạt dịch vụ chất lượng cao, giao thức mạng cảm nhận phải tập trung vào vấn đề tiết kiệm lượng Đồ án tốt nghiệp – Vũ Văn Hưng – CT1002 Cấu trúc WSN 3.1 Node cảm biến Một node cảm biến cấu tạo thành phần sau: vi điều khiển, sensor, phát radio Ngồi ra, cịn có cổng kết nối với máy tính 3.1.1.1 Vi điều khiển - Bao gồm: CPU; nhớ ROM, RAM; phận chuyển đổi tín hiệu tương tự thành tín hiệu số ngược lại 3.1.1.2 Sensor - Chức năng: cảm nhận giới bên ngồi, sau chuyển liệu qua phận chuyển đổi để xử lý 3.1.1.3 Bộ phát radio Bởi node cảm biến thành phần quan trọng WSN, việc thiết kế node cảm biến cho tiết kiệm tối đa nguồn lượng vấn đề quan trọng hàng đầu 3.2 Mạng cảm nhận Hình 1.3.1 Phân bố node cảm biến trường cảm biến Như hình 1.3.1, thấy, mạng cảm nhận bao gồm nhiều node cảm biến phân bố trường cảm biến Các node có khả thu thập liệu thực tế, sau chọn đường (thường theo phương pháp đa bước nhảy) để chuyển liệu thu thập node gốc Node gốc liên Đồ án tốt nghiệp – Vũ Văn Hưng – CT1002 lạc với node quản lý nhiệm vụ thông qua Internet vệ tinh Việc thiết kế mạng cảm nhận mơ hình Hình 1.3.1 phụ thuộc vào nhiều yếu tố như: Khả chịu lỗi: Một số node cảm biến khơng hoạt dộng thiếu lượng, hư hỏng vật lý ảnh hưởng môi trường Khả chịu lỗi thể việc mạng hoạt động bình thường, trì chức số node mạng không hoạt động Khả mở rộng: Khi nghiên cứu tượng, số lượng node cảm biến triển khai đến hàng trăm nghìn node, phụ thuộc vào ứng dụng mà số vượt hàng trăm nghìn node Do cấu trúc mạng phải có khả mở rộng để phù hợp với ứng dụng cụ thể Giá thành sản xuất: Vì mạng cảm nhận bao gồm số lượng lớn node cảm biến nên chí phí node quan trọng việc điền chỉnh chi phí mạng Do chi phí cho node cảm biến phải giữ mức thấp Tích hợp phần cứng: Vì số lượng node cảm biến mạng nhều nên node cảm biến cần phải có ràng buộc phần cứng sau: kích thước nhỏ, tiêu thụ lượng ít, chi phí sản xuất thấp, thích ứng với mơi trường, có khả tự cấu hình hoạt động khơng cần giám sát Mơi trƣờng hoạt động: Các node cảm biến thường dày đặc phân bố trực tếp môi trường (kể môi trương ô nhiễm, độc hại hay nước, ) => node cảm biến phải thích ứng với nhiều loại môi trường thay đổi môi trường Các phƣơng tiện truyền dẫn: Ở mạng cảm nhận, node kết nối với môi trường khơng dây, mơi trường truyền dẫn sóng vô tuyến, hồng ngoại phương tiện quang học Để thết lập hoạt động thống chung cho mạng phương tiện truyền dẫn phải chọn phù hợp toàn giới Cấu hình mạng cảm nhận: Mạng cảm nhận bao gồm số lượng lớn node cảm biến, phải thiết lập cấu hình ổn định Đồ án tốt nghiệp – Vũ Văn Hưng – CT1002 Sự tiêu thụ lƣợng: Mỗi node cảm biến trang bị nguồn lượng giới hạn Trong số ứng dụng, việc bổ sung nguồn lượng thực 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 phin Do vậy, nhà khoa học nỗ lực tìm giải thuật giao thức thiết kế cho node mạng nhắm tiết kiệm nguồn lượng hạn chế * Kiến trúc giao thức mạng cảm nhận Hình 1.3.2 Kiến trúc giao thức mạng cảm biến Kiến trúc giao thức áp dụng cho mạng cảm nhận trình bày hình 1.3.2 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, điều chế mã hóa tín hiệu + Lớp liên kết số liệu: có nhiệm vụ ghép luồng liệu, phát khung liệu, cách truy cập đường truyền điều khiển lỗi Vì mơi trường có tạp âm node cảm biến di động, giao thức điều khiển truy nhập môi Đồ án tốt nghiệp – Vũ Văn Hưng – CT1002 10 3.3 Thiết Lập Nodes bắt đầu giai đoạn pha khởi động mạng cách lắng nghe cho gói SYNC, chứa thơng tin thời gian, ID nguời gửi miền thời gian nguời gửi Gateways, đồng hóa tới miền thời gian tham khảo nhau, bắt đầu khơỉ tạo mạng việc phát quảng bá gói tin SYNC Gateways thiết lập miền thời gian nút cảm biến vùng lân cận gateway nhận gói SYNC dùng để đồng hóa đồng hồ nội chúng Khi chúng hop gateway nút thiết lập giá trị miền thời gian Theo miêu tả Hình 3.1miền thời gian node chuyển tiếp gói SYNC tới nút xa Cơ chế truyền tránh va chạm mô tả phần3.8 để đảm bảo hoạt động chuyển tiếp Tất nút nhận gói tin từ SYNC nút múi để thiết lập miền thời gian Thủ tục lặp lặp lại tất nút thiết lập miền thời gian chúng Trong trường hợp nhiều cổng, cổng bắt đầu loang mạng lúc cách gửi gói tin SYNC đến nút lân cận Trên SYNC nhận gói tin từ hai cổng khác nhau, nút tính tốn họ thời gian khu để cổng chọn miền thời gian gateway gần Kết thúc pha khởi động, số miền thời gian nút với số lượng tối thiểu hops gói tin cần phải đạt gateway gần Trong pha khởi động, nút phân lớp miền thời gian cao Ví dụ, có nút miền thời gian lỗi N truy cập vào kênh, gói tin va chạm phải áp dụng lại thủ tục cạnh tranh cho node để khung chuyển kênh cơng Trong đó, nút chờ đợi pha khởi động nhận gói SYNC từ bên thứ ba, việc gây chọn miền thời gian cao Như miền thời gian cao thống qua khơng ngăn cản nút từ giao tiếp với nút lân cận, điều dẫn đến đường dài để gateway Trong trường hợp nút cách từ hai cổng nút lựa chọn múi theo SYNC nhận Pha khởi động thời gian tổng số phụ thuộc vào Bảng lập lịchsử dụng Đặc biệt, trước nghiên cứu hiệu suất lịch trình MERLIN Đồ án tốt nghiệp – Vũ Văn Hưng – CT1002 72 chứng minh bảng V pha khởi động 14 miền thời gian mạng lưới khoảng giây Đồng hóa Sự tinh vi phần cứng nghèo độ xác đồng hồ hạn chế nút cảm biến địi hỏi phải đồng hóa gateway lặp lặp lại Ngồi việc đồng hóa bắt đầu thời điểm (hiệu số) khe nút, thu liên tục phải bồi thường skew tần số đồng hồ cá nhân nút Cả hai vấn đề giải cách bao gồm thời gian gói tin truyền Tất nút nhận sau ước tính bắt đầu khe theo người gửi, đồng hóa đồng hồ bù đắp Hơn nữa, nút tính tốn nghiêng đồng hồ cách so sánh theo thời gian quan sát khác biệt đồng hồ người gửi đồng hồ riêng Trong MERLIN, nút cập nhật họ đồng hồ đồng hóa từ nút thuộc miền thời gian thấp gần gũi với gateway Trong thực tế, nút tổ chức đồng hóa tốt hơn, thơng qua lý luận tương tự để tầng sử dụng NTP Một node tham gia mạng cách đơn giản lắng nghe gói tin Các gói tin chứa thông tin, chẳng hạn người gửi miền thời gian, thời gian truyền gói liệu cho phép node ước tính miền thời gian đồng hóa cách điều chỉnh đồng hồ bù đắp theo thời gian nhận node sau vị trí để gia nhập mạng làm theo hoạt động theo bảng lập lịch định Mạng đơn giản thủ tục gia nhập làm tăng khả mở rộng giao thức để đối phó với mạng có quy mơ lớn Để ngăn chặn thiếu xác nghiêng đồng hồ biến động, MERLIN sử dụng hai phương pháp: (1) Mỗi nút truyền gói tin đồng hóa với miền định kỳ với tốc độ liệu thấp; (2) Tiếp nhận nút 30μsec thức dậy sớm thời gian dự kiến thực nghiệm chứng minh giải phù hợp đồng hồ nghiêng gây cách sử dụng đồng hóa thời gian Nếu gateway gia nhập mạng, lần tham gia nút Sau đó, thơng báo diện thơng qua việc quảng bá gói tin SYNC Nodes so sánh thời gian cũ Miền với số chuyển tiếp gói tin SYNC Trong trường hợp gần gateway mới, nút thay đổi múi đầu khung sau việc truyền tải SYNC để có thành Đồ án tốt nghiệp – Vũ Văn Hưng – CT1002 73 công Điều tránh tạm thời mạng lưới gián đoạn gây nút lân cận đồng khác Đặc điểm định tuyến Việc phân chia múi với lịch trình loại hình truyền liệu cho phép gói tin chuyển đến từ đến gateway gần Nhớ lại MERLIN không không cụ thể địa nút chuyển tiếp Điều gây trùng lặp gói tin chuyền tiếp hoạt động Tuy nhiên, hệ gói điều khiển thơng qua chế nghe lỏm ,lắng nghe tin nhắn truyền qua node láng giềng để xác định chúng sau xóa gói tin từ riêng Hình 3.7: Cơ chế nghe lỏm đa đường kiểm sốt thơng qua nút lân cận Điều khiển đa luồng Thơng điệp nối để tạo thành gói liệu Khi gói thành lập, số msg tạo Chỉ số msg có tất msgIDs thư gói tin Chỉ số msg, msgstr trường hợp tin nhắn đơn, nằm đầu gói tin, cho phép nút lân cận miền thời gian tin nhắn truyền Một phân cách khung bắt đầu cho phép xác định khởi đầu số msg Về tin nhắn xác định đệm mà truyền nút lân cận vùng Đồng thời, nút xóa tin nhắn từ đệm hình 3.7 Điều chế sử dụng cho truyền thông multicast Upstream cần thiết mà dụ thông điệp đến gateway Downstream truyền không áp dụng chế này, xóa tin gây Đồ án tốt nghiệp – Vũ Văn Hưng – CT1002 74 số nút không nhận thông tin liên lạc từ gateway, chẳng hạn cập nhật định kỳ mạng Duy trì miền thời gian Nếu nút khu N không nhận cập nhật định kỳ miền thời gian từ nút lân cận khu vực N-1, phát yêu cầu cập nhật miền thời gian (TUR) thông qua phát đa truyền thượng nguồn hình 5,8 Trong trường hợp trả lời không, nút cho kết nối với khu N-1 thất bại Node sau cố gắng thiết lập lại kết nối với node miền thời gian qua việc quảng bá TUR Nếu node nhận burstACK, thay đổi miền thời gian cho N +1 Nếu khơng, nút giả định kết nối không thành công với nút khu Kết là, cố gắng thiết lập lại kết nối thông qua hop phát đa truyền Downstream TUR Ở giai đoạn này, nhận burstACK phương tiện xác định kết nối với nút khu N mà đòi hỏi thay đổi miền thời gian để N Trong trường hợp khơng có thừa nhận từ khu N +1, nút tạm thời bỏ qua lập kế hoạch bắt đầu nghe kênh phát gói tin từ node láng giềng Các miền thời gian chứa gói tin cho phép node để thu thời gian khu vực, thiết lập lại kết nối, thực theo lập lịch lần Đối với tất trường hợp, nút lặp lặp lại truyền TUR hai lần trước giả định kết nối tuyến Hình 3.8 :Khu thời gian bảo trì chế MERLIN Đồ án tốt nghiệp – Vũ Văn Hưng – CT1002 75 3.4 Kết Luận Phần tập trung vào thiết kế giao thức MERLIN tích hợp MAC chức định tuyến vào kiến trúc MERLIN tối ưu hóa cho giao tiếp nút gateway, hỗ trợ phía Upstream , Downstream phát quảng bá cục việc truyền liệu Các gói tin lưu chuyển đạt thông qua phận mạng miền thời gian thông qua việc sử dụng lập lịch truyền thích hợp Trong đó, giao thức đề xuất bảng lịch trình, cụ thể bảng V bảng X, để sử dụng mạng khác Việc tích hợp loang theo kiểu đồng hóa thủ tục cho phép thiết lập miền thời gian đồng hóa đồng hồ nút Truyền MERLIN không địa nút cụ thể chuyển tiếp truyền thành công xác định thông qua gói ACK gói NACK Việc điều khiển đa luồng làm giảm đáng kể chép gói tin chế trì miền thời gian đảm bảo kết nối nút Trước đánh giá hiệu MERLIN chống lại cách tiếp cận khác, sau nghiên cứu sơ tiêu thụ lượng phương thức hoạt động khác việc truyền nhận Đồ án tốt nghiệp – Vũ Văn Hưng – CT1002 76 CHƢƠNG 4: MÔ PHỎNG VÀ ĐÁNH GIÁ 4.1 :Mô Phỏng giao thức MERLIN đƣợc viết công cụ prowler môi trƣờng Matlab Prowler gì? Prowler(Probabilistic Wireless Network Simulator): Các hệ thống mạng nhúng hệ thống phân tán với quy mô rộng lớn nguồn lực sử lý node hạn chế gắn với tiện ích xử lý vật lý thông qua cảm biết thiết bị truyền Các ứng dụng chạy tảng phân phối rộng lớn có ảnh hưởng kênh truyền thơng Các mơ có mơ hành vi thiết bị không mô hiệu ứng kênh truyền nhiên kênh truyền khơng hồn thiện thường ảnh hưởng tới cơng suất ứng dụng cần tương tác mô cho kết thực tế Prowler hệ thống mô hệ thống mạng không dây từ lớp ứng dụng lớp vật lý, Prowler chạy môi trường matlap lên dễ thiết lập khả cho trực quan Hình 4.1 Mơ Prowler chạy môi trường Matlab Đồ án tốt nghiệp – Vũ Văn Hưng – CT1002 77 Hình 4.2 Mô Prowler chạy môi trường Matlab 4.2 Đánh giá giao thức Mac giao thức định tuyến Mạng cảm biến khác với mạng liệu không dây truyền thống vài khía cạnh Trước hết, đa số nút mạng cảm biến hoạt động dựa nguồn điện pin, khó để nạp điện cho nguồn pin tất nút Thứ hai, nút thường triển khai kiểu cách đặc biệt phi cấu trúc; chúng phải tự tổ chức hình thành mạng truyền thơng Ba là, nhiều ứng dụng cần phải sử dụng số lượng lớn nút, mật độ nút thay đổi địa điểm thời gian khác nhau, với mạng mật độ thưa lẫn nút với nhiều lân cận Cuối cùng, đa số lưu thông mạng thúc đẩy kiện cảm ứng, phân bố không co cụm Đồ án tốt nghiệp – Vũ Văn Hưng – CT1002 78 Tất đặc trưng cho thấy giao thức MAC truyền thống khơng thích hợp cho mạng cảm biến khơng dây khơng có cải biến.Chính đặc điểm riêng biệt mạng cảm biến mà việc định tuyến mạng cảm biến phải đối mặt với nhiều thách thức sau: Mạng cảm biến có số lượng lớn nút, ta khơng thể xây dựng sơ đồ địa tồn cầu cho việc triển khai số lượng lớn nút lượng mào đầu để trì ID q cao.Dữ liệu mạng cảm biến yêu cầu cảm nhận từ nhiều nguồn khác truyền đến sink.Các nút cảm biến bị ràng buộc chặt chẽ mặt lượng, tốc độ xử lý, lưu trữ Hầu hết ứng dụng mạng cảm biến nút nói chung tĩnh sau triển khai ngoại trừ vài nút di động.Mạng cảm biến ứng dụng riêng biệt.Việc nhận biết vị trí vấn đề quan trọng tập hợp liệu thơng thường đưa lên vị trí.Khả dư thừa liệu cao nút cảm biến thu lượm liệu dự tượng chung Vì việc kết hợp Mac định tuyến mạng cảm biến khơng dây cần thiết giúp tránh xung đột nude, giảm chi phí đường truyền, tránh xung đột gói tin… Việc kết hợp giao thức Mac định tuyến nhằm kiểm soát truy cập cung cấp liệu đa chặng theo hai hướng chuyển tiếp đến gateway ngược lại nhằm mục đích nâng cao hiệu mạng cảm nhận Sau em xin hình minh họa Đồ án tốt nghiệp – Vũ Văn Hưng – CT1002 79 Hình 4.3: Mô node gateway mạng cảm biến : Gateway : node Trong giao thức MERLIN toàn mạng chia thành miền thời gian nhỏ Miền thời gian giới thiệu pha thiết lập với thông điệp phát quảng bá SYNC từ gateway tới nút láng giềng ngược lại đồng hóa đồng hồ nội chúng, thiết lập miền thời gian tăng biến đếm miền thời gian cho gói liệu SYNC trước chuyển tiếp tới nút xung quanh Khi kết thúc phải thiết lập tất node tổ chức thành miền thời gian tương ứng Đồ án tốt nghiệp – Vũ Văn Hưng – CT1002 80 Hình 4.4: Các gói tin SYNC truyền từ gateways đến nude láng giềng Nodes bắt đầu giai đoạn pha khởi động mạng cách lắng nghe cho gói SYNC, chứa thơng tin thời gian, ID nguời gửi miền thời gian nguời gửi Gateways, đồng hóa tới miền thời gian tham khảo nhau, bắt đầu khơỉ tạo mạng việc phát quảng bá gói tin SYNC Gateways thiết lập miền thời gian nút cảm biến vùng lân cận gateway nhận gói SYNC dùng để đồng hóa đồng hồ nội chúng Khi chúng ngồi hop gateway nút thiết lập giá trị miền thời gian Đồ án tốt nghiệp – Vũ Văn Hưng – CT1002 81 Hình 4.5: Mơ hình truyền liệu từ gateway đên nude miền thời gian Các node màu nằm miền thời gian Các nút miền thời gian có chu kỳ thức ngủ Việc thức ngủ tiết kiệm lượng cho node Miền thời gian node chuyển tiếp gói SYNC tới nút xa Cơ chế truyền tránh va chạm mô tả phần3.8 để đảm bảo hoạt động chuyển tiếp Tất nút nhận gói tin từ SYNC nút múi để thiết lập múi Thủ tục lặp lặp lại tất nút thiết lập miền thời gian họ Trong trường hợp nhiều cổng, cổng bắt đầu loang mạng lúc cách gửi gói tin SYNC đến nút lân cận Trên SYNC nhận gói tin từ hai cổng khác nhau, nút tính tốn họ thời gian khu để cổng chọn miền thời gian gateway gần Đồ án tốt nghiệp – Vũ Văn Hưng – CT1002 82 Hình 4.4: Mơ hình chuyển tiếp gói tin từ node đến node Trong q trình chuyển tiếp đến gateway, nút nhận gói tin từ số nút chuyển tiếp đến nút miền thời gian thấp Kể từ liệu cảm biến thường có vài bytes, ví dụ, nhiệt độ, áp suất, hoá liệu MERLIN tiếp xúc tin nhắn sau truyền cho chúng gói Do đó,một nút gửi nhiều tin nhắn, tập hợp gửi tin nhắn gói liệu khe thời gian, mà hai tiết kiệm lượng MERLIN không cụ thể địa nút chuyển tiếp Điều gây trùng lặp gói tin chuyền tiếp hoạt động Tuy nhiên, hệ gói điều khiển thơng qua chế nghe lỏm ,lắng nghe tin nhắn truyền qua node láng giềng để xác định chúng sau xóa gói tin từ riêng Đồ án tốt nghiệp – Vũ Văn Hưng – CT1002 83 Hình 4.5: Mơ miền thời gian mạng cảm nhận Các nút tập hợp thuộc gateway Đồ án tốt nghiệp – Vũ Văn Hưng – CT1002 84 Kết Luận Ngày nhờ có tiến nhanh chóng khoa học công nghệ phát triển mạng bao gồm cảm biến giá thành rẻ, tiêu thụ lượng đa chức nhận ý đáng kể Hiện người ta tập trung triển khai mạng cảm biến để áp dụng vào sống hàng ngày Đồ án em tìm hiểu mạng cảm biến khơng dây, ứng dụng đời sống Nghiên cứu số giao thức Mac CSMA, SMAC, TMAC… Giao thức định tuyến mạng cảm biến nguyên nhân gây lãng phí lượng xâm nhập môi trường nêu phương pháp kết hợp giao thức Mac( CSMA)và giao thức định tuyến Mô đánh giá thủ tục đơn giản, thơng qua chương trình Prowler mơ giao thức mạng cảm nhận không dây matlab Tuy nhiên việc kết hợp giao thức Mac định tuyến mạng cảm biến dừng lại mức mô phỏng, phục vụ cho việc nghiên cứu học tập chưa xây dựng mạng cảm biến thực tế 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 hoàn thiện Em xin chân thành cảm ơn! Đồ án tốt nghiệp – Vũ Văn Hưng – CT1002 85 Tài liệu tham khảo Antonio G Ruzzelli, Media Access Controll and Routing, Thesis 2008 WIRELESS SENSOR NETWORK – WSN, Kỹ thuật, giao thức ứng dụngVương Phát, Đỗ Duy Tân- Bộ môn Điện tử viễn thông trường Đh Bách khoa TPHCM J Alonso, A Dunkels, , and T Voigt Bounds on the energy consumption of routings in wireless sensor networks In Proceedings of the 2ndWiOpt, Modeling and Optimization in Mobile, Ad Hoc and Wireless Networks, pages 100–109, Mar 2004 Chipcon AS CC1010 datasheet Technical report, Chipcon AS, Oslo, Norway, May 2005 C Barrett, A Marathe, M.V Marathe, and M Drozda Characterizing the interaction between routing and mac protocols in ad-hoc networks In Proceedings of MobiHoc ’02, the 3rd ACM International symposium on Mobile ad hoc networking & computing, pages 92–103, 2002 R Barry Freertos In Proceedings of LCN’04 the 29th Annual IEEE International Conference on Local Computer Networks, 2004 T Falck, J Espina, J P Ebert, and D Dietterle Basuma - the sixth sense for chronically ill patients In Proceedings of BSN 2006, International Workshop on Wearable and Implantable Body Sensor Networks, pages 57–60, 2006 http://www.isis.vanderbilt.edu/Projects/nest/prowler/ Đồ án tốt nghiệp – Vũ Văn Hưng – CT1002 86 ... 3: Kết hợp giao thức Mac giao thức định tuyến < MERLIN> Chương giới thiệu MERLIN ,nêu phương pháp kết hợp giao thức Mac giao thức định tuyến Chƣơng 4: Mô đánh giá thủ tục đơn giản, thông qua chương... điểm mạng cảm biến, giao thức Mac định tuyến. Sau phần cuối nghiên cứu đưa giải thuật việc nâng cấp hiệu mạng để khai thác hiệu hiệu thong qua lựa chọn phương pháp xâm nhập môi trường Mac phù hợp, ... giao thức thiết kế cho node mạng nhắm tiết kiệm nguồn lượng hạn chế * Kiến trúc giao thức mạng cảm nhận Hình 1.3.2 Kiến trúc giao thức mạng cảm biến Kiến trúc giao thức áp dụng cho mạng cảm nhận