4.2.1. Tổng quan về NS2.
NS2- Network Simulator Version 2: là phần mền mô phỏng mạng điều khiển sự kiện riêng hƣớng đối tƣợng, đƣợc phát triển tại UC Berkely, viết bằng ngôn ngữ C++ và Otcl. Đƣợc sử dụng rất phổ biến trong các nghiên cứu khoa học về mạng ( rất hữu ích cho việc mô phỏng mạng diện rộng WAN và mạng local LAN)
Mục đích của NS-2 là tạo ra một môi trƣờng giả lập cho việc nghiên cứu, kiểm tra, thiết kế các giao thức, các kiến trúc mới, so sánh các giao thức và tạo ra các mô hình mạng phức tạp
Phiên bản thứ nhất của NS đƣợc phát triển vào năm 1995 và phiên bản thứ hai ra đời năm 1996. NS-2 là phần mềm mã nguồn mở có thể chạy đƣợc trong môi trƣờng Linux và Window
4.2.2.Kiến trúc của NS2.
NS thực thi các giao thức mạng nhƣ giao thức điều khiển truyền tải (TCP) và giao thức gói thƣờng dùng (UDP), các dịch vụ nguồn lƣu lƣợng nhƣ giao thức truyền tập tin (FTP), tốc độ bit cố định (CBR) và tốc độ bit thay đổi (VBR).
Các kỹ thuật quản lý hàng đợi nhƣ vào trƣớc ra trƣớc (Drop Tail), dò sớm ngẫu nhiên (RED) và CBQ, các thuật toán định tuyến nhƣ Dijkstra…NS cũng thực thi multicasting và vài giao thức lớp Điều khiển truy cập đƣờng truyền (MAC) đối với mô phỏng LAN.
TRANG 46
Hình 4.1 Mô hình đơn giản của NS
Otcl Kịch bản OTcl
Simulation Program Chƣơng trình Mô phỏng
OTcl Bộ biên dịch Tcl mở rộng hƣớng đối tƣợng NS Simulation Library Thƣ viện mô phỏng NS
Event Scheduler Objects Các đối tƣợng Bộ lập lịch sự kiện Network Component Objects Các đối tƣợng Thành phần mạng Network Setup Helping Modules Các modun Trợ giúp Thiết lập mạng Plumbling Modules Các modun Plumbling
Simulation Results Các kết quả Mô phỏng
Analysis Phân tích
NAM Network Animator Minh hoạ Mạng NAM
NS là bộ biên dịch Tcl mở rộng hƣớng đối tƣợng, bao gồm bộ lập lịch sự kiện, các đối tƣợng thành phần mạng và các modul trợ giúp thiết lập Mạng (hay các mô đun Plumbing).Các modun trợ giúp thiết lập mạng (modun Plumbing)
Để sử dụng NS-2, user lập trình bằng ngôn ngữ kịch bản OTcl. User có thể thêm các mã nguồn Otcl vào NS-2 bằng cách viết các lớp đối tƣợng mới trong Otcl. Những lớp này khi đó sẽ đƣợc biên dịch cùng với mã nguồn gốc.
Thành phần mạng là bộ lập lịch sự kiện, bộ lập lịch sự kiện trong NS-2 thực hiện những việc sau:
TRANG 47 Huỷ các sự kiện trong hàng đợi sự kiện
Gọi lại các thành phần mạng trong mô phỏng
Phụ thuộc vào mục đích của User đối với kịch bản mô phỏng OTcl mà kết quả mô phỏng có thể đƣợc lƣu trữ nhƣ file trace
File name trace ( file.nam) đƣợc dùng cho công cụ Minh hoạ mạng Nam File Trace (file.tr) đƣợc dùng cho công cụ Lần vết và Giám sát Mô phỏng
XGRAPH hay TRACEGRAPH
Hình 4.2 Luồng các sự kiện cho file Tcl chạy trong Nam
Trong mô phỏng mạng dùng NS2 sử dụng: NAM Visual Simulation: Mô phỏng ảo NAM
Tracing and Monitoring Simulation: Mô phỏng lần vết và Giám sát
4.2.3.Đặc điểm của NS-2
NS-2 thực thi những tính năng sau:
Các kỹ thuật quản lý hàng đợi Router nhƣ DropTail, RED, CBQ Multicasting
Mô phỏng mạng không dây
Hành vi nguồn traffic –www, CBR, VBR Các agent truyền tải - UDP, TCP
Định tuyến Luồng Packet Mô hình mạng
TRANG 48 Các Packet tracing trên tất cả các link và trên các link xác định Lợi ích của NS-2:
Khả năng kiểm tra tính ổn định của các giao thức mạng đang tồn tại Khả năng đánh giá các giao thức mạng mới trƣớc khi đƣa vào sử
dụng
Khả năng thực thi những mô hình mạng lớn mà gần nhƣ ta không thể thực thi đƣợc trong thực tế
Khả năng mô phỏng nhiều loại mạng khác nhau
4.2.4.Giới thiệu phần mềm NAM dùng kết hợp với NS-2
Các tính năng của Nam:
Cung cấp trình diễn ảo cho mạng đã đƣợc tạo Có thể thi hành trực tiếp từ kịch bản Tcl
Nam có giao diện đồ hoạ bắt mắt của CD player với các điều khiển bao gồm play, stop, fast forward, pause …
Biểu diễn thông tin nhƣ số packet trên từng link
Cung cấp giao diện rê và thả cho việc tạo ra các topology
4.2.5. NSCRIPT
Nscript là giao diện đồ hoạ ngƣời dùng để tạo kịch bản mô phỏng, đƣợc phát triển bằng ngôn ngữ Java 2. Với Nscript ta có thể:
Tạo các topology và cấu hình các node, các link
Thêm và cấu hình các transport agent (agent truyền tải), UDP, TCP… Lập lịch các sự kiện mô phỏng
Các biến lần vết
Nscript có thể mở rộng đƣợc, cho phép tạo ra các thƣ viện riêng (thƣ viện các đối tƣợng) để có thể dùng thêm đối tƣợng vào môi trƣờng đồ họa
4.2.6. XGRAPH
Xgraph là công cụ đính kèm trong gói và sử dụng để đọc file Trace của NS2. Câu lệnh và cấu trúc của Xgraph đơn giản, hiệu quả và rất dễ sử dụng.
TRANG 49 Hinh 4.3: Cửa sổ minh họa Xgrap
4.3. Mô phỏng giao thức PEGASIS sử dụng NS2 4.3.1. Giả thiết 4.3.1. Giả thiết
Thời gian mô phỏng: stop = 1500s Số cluster khởi tạo: Num_cluster = 1 Năng lƣợng khởi tạo của node là 2 J Số node mạng: 100
BS đặt ở tọa độ (50; 175)
Vị trí các node mạng đƣợc khởi tạo trong phạm vi (100m;100m)
4.3.2. Kết quả mô phỏng
TRANG 50 Hình 4.4 : Topo khởi tạo mạng
TRANG 51 Hình 4.5A: Thời gian sống của mạng đối với giao thức PEGASIS
TRANG 52
Giao thức PEGASIS có thời gian sống lâu hơn giao thức STAT-CLUS khá nhiều.
Mô phỏng Sự tiêu thụ năng lƣợng:
TRANG 53 Hình 4.6B:Sự tiêu thụ năng lƣợng theo thời gian
Nhận xét: Sự tiêu tốn năng lƣợng của giao thức PEGASIS đƣợc cải thiện rất nhiều so với STAT-CLUS
4.4. Kết luận chƣơng.
Trong chƣơng này đã đƣa ra kết quả mô phỏng của PEGASIS. Các kết quả đánh giá mô phỏng đã cho thấy PEGASIS là giao thức tốt hơn nhờ vào việc tối thiểu hóa khoảng cách truyền và nhận giữa các nút trong mạng, và chỉ sử dụng một lần truyền dữ liệu hợp nhất trên mỗi vòng đến trạm cơ sở. Các nút thay nhau truyền dữ liệu hợp nhất đến trạm cơ sở làm cân bằng năng lƣợng tiêu tán trong mạng và tăng khả năng chống lại lỗi khi các nút chết ở vị trí ngẫu nhiên.
Việc phân bố năng lƣợng trong mạng tải làm tăng thời gian sống và chất lƣợng của mạng.
TRANG 54 Tuy nhiên, một vấn đề nổi trội trong PEGASIS là trễ truyền, nút chủ phải đợi nhận đƣợc bản tin dữ liệu hợp nhất của các nút sau đó mới truyền đến trạm cơ sở. Hơn nữa thƣờng xảy ra hiện tƣợng nút cổ chai tại nút chủ. Hƣớng nghiên cứu tiếp theo cần khắc phục đƣợc các nhƣợc điểm này.
TRANG 55
KẾT LUẬN VÀ HƢỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI Kết luận.
Ngày nay nhờ tiến bộ vƣợt bậc trong khoa học và công nghệ, mạng cảm biến đã trở thành đề tài nghiên cứu nóng bỏng và nhận đƣợc sự tiến bộ đáng kể trong vài năm qua. Mạng cảm biến không dây là một lĩnh vực rất sâu rộng, trong đồ án này sẽ giới thiệu một cách khái quát về các đặc điểm của mạng cảm biến và giải thuật định tuyến PEGASIS nhằm cải thiện đáng kể thời gian sống của mạng. Đồ án này đã thực hiện:
Tổng quan về mạng cảm biến không dây: trình bày những khái niệm chung nhất về WSNs và đƣa ra cấu trúc của mạng cảm biến. Đồng thời cũng nêu ra các ứng dụng cụ thể trong nhiều lĩnh vực cuộc sống.
Định tuyến trong mạng cảm biến: phân loại các giao thức định tuyến ra làm ba loại:định tuyến trung tâm dữ liệu, định tuyến phân cấp và định tuyến dựa vào vị trí địa lý, đồng thời đƣa ra một vài giao thức đặt trƣng mỗi loại.
Kiến trúc giao thức PEGASIS: tập trung chi tiết về giao thức PEGASIS trong mạng cảm biến
Mô phỏng giao thức PEGASIS sử dụng NS2: thực hiện mô phỏng giao thức PEGASIS và STAT-CLUS để thấy đƣợc sự cài thiện về thời gian sống cửa mạng nhờ sự sử dụng năng lƣợng trong mạng.
Hƣớng phát triển đề tài.
Với kiến thức hạn chế của bản thân và thời gian có hạn nên đồ án này vẫn còn một số thiếu sót:
Chƣa khắc phục đƣợc những hạn chế của giao thức PEGASIS.
Không đi sâu tìm hiểu các loại giao thức trung tâm dữ liệu và loại giao thức vị trí.
Vì vậy trong tƣơng lai có thể phát triển đồ án này đi sâu vào tìm hiểu cụ thể về PEGASIS và khắc phục các nhƣợc điểm của nó, cũng nhƣ các ƣu nhƣợc
TRANG 56 điểm của các loại giao thức khác trong mạng cảm biến không dây với các ứng dụng cụ thể.
TRANG 57
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1]. Holger Karl Andreas Willig, Protocols and Architectures for Wireless
Sensor Networks, Wiley, 2005.
[2]. S. Linsay, PEGASIS: power-Efficient Gathering in Sensor Information
Systems, Computer Systems Reasearch Department The Aerospace Corporation P.O. Box 92957, Los Angeles, CA 90009-2957.
[3]. Jamal N. Al-Karaki Ahmed E. Kamal, Routing Techniques in Wireless
Sensor Networks, Dept. of Electrical and Computer Engineering Iowa State University, Ames, Iowa 50011.
[4]. Mô phỏng trong NS2: https://vntelecom.org
[5]. Massachusetts Institute of Technology Cambridge: The MIT uAMPS ns Code Extensions
[6]. Stephanie Lmdsey and Cauligi S. Raghavendra, PEGASIS: Power- Efficient GAthering in Sensor Information Systems