3.2.1. Các module của chương trình mơ phỏng
Hai module cơ bản nhất của mỗi kịch bản mô phỏng là Nút và Bs. Cả hai module này đều là các module đơn giản và là module con của module hệ thông Network.
Hình 3.6: Topo mạng sử dụng cho mơ phỏng
Module Nút: Số lượng module Nút được nhập vào từ file khởi tạo. Đây là module đại diện cho nút cảm biến, có cổng kết nối trực tiếp và kênh truyền vơ tuyến. Thực hiện toàn bộ chức năng của một nút cảm biến với nguồn năng lượng giới hạn, bao gồm: truyền thông với nút lân cận và với trạm gốc (base station), cảm biến và gửi dữ liệu về trạm gốc hoặc nút lân cận… Các module Nút được phân biệt với nhau bằng tham số đặc trưng là Id của nút, giả định là có khả năng truyền thơng được với trạm gốc, và với các module Nút lân cận trong vịng bán kính 100m.
Module Bs: Đóng vai trị là tạm gốc, module Bs ln được đặt ở vị trí trung tâm tâm của vùng mạng. Giống như module Nút, Bs cũng bao gồm các cổng cho phép kết nối trực tiếp và kênh truyền vô tuyến. Trong các kịch bản dưới đây, module Bs không bị giới hạn bởi năng lượng và giả định là có thể truyền thông được với tất cả các module Nút khác. Với giao thức định tuyến LEACH cơ bản, Bs chỉ đóng vai trị nhận dữ liệu từ các cluster-head gửi về, trong giao thức LEACH-C và LEACH-F, Bs đóng vai trị quan trọng trong việc chọn nút chủ thông qua việc thực hiện số lượng phép tính rất lớn.
Module hệ thống Mạng: Là module có mức cao nhất, chứa các tham số như kích thước vùng mạng, số lượng module Nút, …
3.2.2. Xây dựng hàm giảm năng lượng
Trong thông tin vô tuyến, đặc tính kênh vơ tuyến có tầm quan trọng rất lớn, đặc biết là với mạng WSN, vì những đặc tính này ảnh hưởng trực tiếp lên chất lượng truyền dẫn. Do đó, để điều chỉnh cơng suất phát và thu của nút cảm biến ở mức thích hợp, vừa đảm bảo được chất lường của dữ liệu, trong khi vẫn tiết kiệm năng lượng tiêu thụ nhằm kéo dài thời gian hoạt động của mạng, vấn đề đặc tính kênh vơ tuyến rất cần được tập trung nghiên cứu.
Kênh vô tuyến của hệ thống thơng tin khơng dây thường được trình bày bằng khái niệm kênh truyền sóng trực xạ (LOS: Line of Sight) và khơng trực xạ (NLOS: None Line of Sight). Trong đường truyền LOS, tín hiệu truyền trực tiếp và đường truyền khơng bị che chắn bởi vật cản từ máy phát đến máy thu. Trong đường truyền khơng trực xạ NLOS, tín hiệu đến máy thu qua phản xạ, tán xạ và nhiễu xạ. Vì vậy, tín hiệu tại máy thu gồm nhiều thành phần như: thành phần truyền trực tiếp; các thành phần phản xạ, tán xạ và nhiễu xạ. Các tín hiệu này có trải trễ, suy hao, phân cực và độ ổn định khác nhau so với tín hiệu của đường trực tiếp, làm méo tín hiệu thu. Tùy vào băng thơng của hệ thống, yếu tố này dẫn đến làm thay đổi nhanh cường độ tín hiệu và gây ra nhiễu giao thoa giữa các ký hiệu.
Trong các kịch bản mô phỏng sau đây, nút cảm biến truyền thông trực tiếp với nhau trong phạm vi hẹp (dưới 100m), mơ hình đơn giản sau sẽ được áp dụng:
Hình 3.7: Mơ hình truyền thơng giữa hai nút cảm biến
Giữa nút phát và nút thu chỉ có một đường truyền trực tiếp, khi khơng có những chướng ngại vật đáng kể trên đường đi của tín hiệu, với d là khoảng cách giữa hai nút thì cơng suất truyền suy hao được tính như sau:
(3.1) Trong đó:
: Cơng suất nhận được ở khoảng cách d. : Công suất bên truyền.
: Hệ số khuếch đại của anten bên truyền. : Hệ số khuếch đại của anten bên nhận. : Bước sóng của tín hiệu sóng mang.
L: Hệ số suy hao hệ thống khơng liên quan đến q trình truyền. D: Khoảng cách giữa bên phát và bên thu.
Để đảm bảo nút nhận dữ liệu có thể thu được tín hiệu thì nút phát phải sử dụng bộ khuếch đại cơng suất. Do đó, để truyền một bản tin dài l bit ở khoảng cách d, nút gửi bản tin sẽ phải sử dụng năng lượng là:
(3.2) Trong đó, là hệ số của bộ khuếch đại. [4]. = 10pJ/bit/m2. Bên nhận, khi nhận được bản tin có độ dài l bit: