1. Nội dung thiết kế tốt nghiệp:
5.3.1cở sở lý thuyết thu phát không dây
Radio model : Các module radio có trách nhiệm không dây giao tiếp giữa các nút. Một module radio điển hình được sử dụng trong các thiết bị không dây được thể hiện trong hình 24 Các khối Phát đại diện cho mạch điện tử thực hiện điều chế tín hiệu.
Tx Amplifier được sử dụng để khuếch đại tín hiệu điều chế cho ăng ten. Các khối thu được sử dụng để giải mã các tín hiệu điều chế. Eelec là năng lượng cần thiết cho điều chế hoặc giải điều chế một Bit của các mạch. Єamp là năng lượng cho các mạch khuếch đại để truyền tải một Bit vào khu vực của bán kính d = 1 mét (tức là, πd2). Trong một thiết bị thực, các truyền module (Transmit Electronics và Tx Amplifier) thường nằm trong chế độ ngủ. Nó chỉ tỉnh dậy khi có bất kỳ bit mà cần phải được gửi đi. Các module nhận (Receive Electronics) thực hiện chức năng đảo ngược. Nó cần phải được bật (ON) khi chờ đợi để nhận tin nhắn.
Hình 5.9: mô hình năng lượng cho một thiết bị không dây
Các công thức cho việc gửi tin nhắn k-bit sẽ được hiển thị trong hình 25 và 26
Hình 5.10: công thức năng lượng tiêu thụ cho việc gửi tin nhắn k-bit đến một khoảng cách d
ETx(k,d) đại diện cho năng lượng cần thiết để truyền bit k vào khu vực của bán kính d, trong khi k ERx(k) năng lượng cần thiết để giải điều chế k bit.
• Tính toán: Chúng ta sử dụng các giả định làm cơ sở khi tính toản năng lượng cho mô phỏng của chúng ta, được tóm tắt trong Bảng 5.1
Năng lượng tiêu thụ cho điều biến hoặc demodulating một bít
Eelec = 50nJ/bit
- Năng lượng tiêu thụ khi truyền một bít bán kính r = 1 meter (i.e., πm2): Єamp = 100pJ/bit/ m2 = 0.1nJ/bit/m2
- Tốc độ dữ liệu = 2000bits/s
- Kích thước gói tin data = 2000-bit - Kích thước gói tin tín hiệu = 64-bit
Bảng 5.1 giả định làm cơ sỏ tính toán
ERx_data = Eelec* k-bit/message
= 50nJ/bit * 2000 bits/message = 100 µJ/message
Ý nghĩa: module radio tiêu thụ 100 μJ cho mỗi thông điệp dữ liệu nhận được - ERx_signal = Eelec* k-bit/message
= 50nJ/bit * 64 bits/message = 3.2 µJ/message ~= 3 µJ/message
Ý nghĩa: module radio tiêu thụ 3 μJ cho mỗi tin nhắn tín hiệu nhận được . - ETx_data = Eelec* k-bit/message + Єamp* k * d2
= 50 nJ/bit * 2000 bits/message + 0.1 nJ/bit*2000 bits/message * d2
= (100 µJ + 200* d2)/message
Ý nghĩa: module radio tiêu thụ (100 + 200 * d2) μJ để truyền thông điệp dữ liệu đến một khoảng cách d
- ETx_signal = Eelec* k-bit/message + Єamp*k* d2
= (3 µJ + 6.4* d2)/message
Ý nghĩa: module radio tiêu thụ (3 + 64 * d2) μJ để truyền tin tín hiệu đến một khoảng cách d
Chúng ta cho rằng bán kính truyền thông tối ưu hóa các nút là 60m. Vì vậy:
- ETx_data = 2000(bit)*(50(nJ) + 0.1(nJ)*60*60) = 820 µJ/message
Ý nghĩa: module radio tiêu thụ 820 μJ để truyền thông điệp dữ liệu để khoảng cách d <= 60m.
- ETx_signal = 64(bit)*(50(nJ) + 0.1(nJ)*60*60)= 26.2 µJ/message ~= 26 µJ/message
Ý nghĩa: module radio tiêu thụ 26 μJ để truyền thông điệp dữ liệu đến một khoảng cách d <= 60m
- ERadio = Eelec * data_rate = 50nJ/bit* 2000 bits/s = 100 µJ/s
Ý nghĩa: module radio là trong trạng thái nhận, nó chiếm 100 μJ ở mỗi giây (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
- ESensor = ERadio * 2/3 = 66 µJ/s
Có nghĩa là: nếu module sensor là trong chế độ hoạt động đầy đủ, nó chiếm 66 μJ ở mỗi giây.
Nói chung, node là trong chế độ ngủ, nó chỉ chuyển sang hoạt động khi có một ngắt bên ngoài. Vì vậy, mô phỏng, chúng ta giả định rằng bộ xử lý được trong chế độ ngủ. Nó chỉ đến hoạt động đầy đủ khi có một sự kiện. Nó có nghĩa là khi tạo một tin nhắn mới, sẽ tiêu thụ năng lượng được tính như sau:
- EMCU_data = 2000(bit)*50(nJ) = 100 µJ/message
Ý nghĩa: node tiêu thụ 100 μJ cho việc tạo ra một thông điệp dữ liệu - EMCU_signal = 64(bit)*50(nJ) = 3.2 ~= 3 µJ/message
• Bảng Tóm lược
Có nguồn gốc từ các tính toán trên, Bảng 5.2 tóm tắt các hoạt động và năng lượng tiêu thụ tương ứng của node cảm biến.
Tạo /nhận một gói data Tạo/nhận một tín hiệu
100 µJ 3 µJ Gửi một gói tin data (d<= 60m)
Gửi một tín hiệu (d<=60m)
820 µJ 26 µJ
Gủi một gói tin (d > 60m) 100 µJ + 0.1* d2
node (full operation) 66 µJ/s thu phát (idle/receive mode) 100 µJ/s
Bảng 5.2 tóm tắt các hoạt động và năng lượng tiêu thụ tương ứng của node cảm biến.
5.3.1.1 Năng lượng tiêu thụ tính trong giao tiếp trực tiếp (DC)
Trong phương pháp này, Ban cảm biến của tất cả các nút đang hoạt động đầy đủ. Khi nút cảm biến được một đối tượng, nó truyền tải thông tin trực tiếp đến BS. Các nút không cần phải giao tiếp với nhau, vì vậy, module radio có trong chế độ ngủ. các trạng thái được tóm tắt trong bảng 5.3 :
Cảm biến Chức năng đầy đủ
Thu phát không dâ Trạng thái ngủ; thức dậy chỉ truyền gói tin. node Trạng thái Ngủ; thức dậy chỉ tạo gói tin .
Bảng 5.3 trạng thái của nobe cảm biến trong DC
5.3.1.2 Năng lượng tiêu thụ tính trong Leach
Trong phương pháp này, module cảm biến của tất cả các nút được hoạt động. Khi nút một came biến được một đối tượng , nó truyền tải thông tin về đầu Cluster
heads của nó, sau đó chuyển tiếp các thông tin trực tiếp đến BS. Một cluster heads có nhu cầu để nhận được tin nhắn từ client do đó, module radio của một cluster head ở chế độ nhận. module radio của các nút khác đều bị tắt (trong chế độ ngủ). Chúng ta biết rằng một trong những điểm yếu của Leach là các nút không luôn luôn nhận được một lời mời tham gia một cluster , vì không có cluster trong khu vực của chúng (gọi là các nút hoang dã “wild –node” ). Để mô phỏng, module cảm biến của tất cả các nút mà không ghi danh vào cluster bất kỳ đầu đều bị tắt. trạng thái các nút khác nhau trong Leach được tóm tắt trong Bảng
Head nodes Client nodes Wild nodes
Cảm biến Active Active Sleep
Module Thu phát
Receive Trạng thái ngủ; thức dậy chỉ truyền gói tin.
Sleep
Node Trạng thái Ngủ; thức dậy chỉ tạo gói
tin
Trạng thái Ngủ; thức dậy chỉ tạo gói tin (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Sleep
Bảng 5.4: Tóm lược của các quốc gia trong Leach