c) Phần mềm SW1-MH
5.3. Thực nghiệm đo hiệu suất truyền / nhận của mạng cảm
nhận (gồm 2 nút mạng, 1 nút truyền và 1 nút nhận )
Trong thực tế việc đánh giá hiệu suất của việc truyền - nhận tín hiệu trong một hệ thống mạng rất quan trọng. Nó sẽ giúp chúng ta đưa ra được phương hướng giải quyết về hiệu suất truyền của hệ thống mạng đó. Đây là chỉ tiêu quan trọng giúp chúng ta đánh giá rõ được mức độ hoạt động của hệ thống.
Mạng cảm nhận không dây thu thập dữ liệu môi trường cũng thực hiện tính hiệu suất truyền - nhận tín hiệu dựa trên 2 tiêu chí:
- Hiệu suất truyền - nhận tín hiệu dựa vào tần suất truyền
- Hiệu suất truyền - nhận tín hiệu dựa vào khoảng cách truyền ( Nút gốc cách xa nút cơ sở ).
gian là 120 giây (2 phút ), thực hiện 3 lần đo, ghi kết quả và biểu diễn bằng đồ thị, đánh giá hiệu suất cho từng lần đo và chung cho các lần đo.
Việc chuẩn bị thực nghiệm gồm có: 2 nút mạng, 1 nút cảm nhận đóng vai trò truyền dữ liệu và 1 nút làm trạm gốc đóng vai trò nhận dữ liệu. Phần mềm nhúng cho các nút mạng được triển khai nhưđã nói ở phần trên.
¾ Đo khả năng truyền - nhận tín hiệu dựa vào tần suất truyền:
Ta tiến hành đo việc truyền - nhận tín hiệu của nút cảm nhận truyền về trạm gốc trong 1 khoảng thời gian là 120 giây.
Cứ 6 giây thì nút cảm nhận thực hiện việc thu thập dữ liệu môi trường và truyền về trạm gốc. Như vậy trong khoảng thời gian 120 giây thì ta có 20 lần tín hiệu được truyền từ nút cảm nhận về nút gốc, khi đó ta thực hiện ghi lại kết quảđo và tính hiệu suất cho hệ thống.
Việc đánh giá hiệu suất hệ thống khá đơn giản, nếu trong khoảng 20 lần đó mà trạm gốc thu được 20 lần thì hiệu suất nhận là 100%. Nếu trong khoảng 20 lần mà ta thu được X lần tín hiệu thì hiệu suất là:
♦ Thực hiện 3 lần đo kết quả dựa vào tần suất truyền:
Ta thực hiện đo kết quả 3 lần dựa vào khoảng thời gian lấy mẫu là 120 giây ( tương ứng với 20 lần truyền tín hiệu ).
Số lần truyền Kết quả ( oC ) Lần 1 Lần 2 Lần 3 1 30.062 28.076 2 28.564 28.320 28.198 3 4 28.320 28.320 27.330 5 28.320 28.320 6 28.442 7 28.442 28.076 28.198 8 28.076 9 10 28.320 28.198 27.344 11 28.564 28.076 12 13 28.320 28.320 28.198 14 28.198 15 28.442 28.198 16 28.076 17 28.320 28.442 28.076 18 19 28.198 27.442 20 Phần ô kết quả bỏ trống tương ứng với thời điểm trạm gốc không nhận được dữ liệu. Như vậy dựa vào bảng kết quả trên ta sẽ tiến hành tính hiệu suất và vẽđồ thị biểu diễn tương ứng với 3 lần đo và hiệu suất chung cho cả 3 lần đo.
Với lần đo thứ nhất thì trong khoảng thời gian là 20 lần truyền tín hiệu từ nút cảm nhận về trạm gốc thì trạm gốc thu được 11 lần, như vậy hiệu suất cho lần đo này là :
H1 = 55%
Ta tiến hành vẽ đồ thị của lần đo thứ 1 với kết quả ở bảng trên, đồ thị gồm có cột biểu diễn lần truyền tín hiệu (tương ứng với thời điểm truyền tín hiệu) và cột biểu diễn giá trị nhiệt độ tương ứng.
Vậy ta có đồ thị như sau:
∗ Lần 2
Với lần đo thứ 2 thì trong khoảng thời gian là 20 lần truyền tín hiệu từ nút cảm nhận về trạm gốc thì trạm gốc thu được 9 lần, như vậy hiệu suất cho lần đo này là :
H2 = 45% Đồ thị biểu diễn tương ứng:
Với lần đo thứ 3 thì trong khoảng thời gian là 20 lần truyền tín hiệu từ nút cảm nhận về trạm gốc thì trạm gốc thu được 12 lần, như vậy hiệu suất cho lần đo này là : H3 = 60% Đồ thị biểu diễn tương ứng : ¾ Hiệu suất trung bình cả 3 lần đo Phần trên ta thực hiện tính hiệu suất cho từng lần đo, giờ ta thực hiện tính hiệu suất trung bình cho cả 3 lần đo: H = (H1 + H2 +H3 ) / 3 =( 55% + 45% + 60%) /3 = 55.33 % ¾ Đánh giá
Như vậy hiệu suất nhận dữ liệu là không đều nhau và tương đối thấp, hiệu suất trong các lần đo là khác nhau. Sở dĩ như vậy là do phần mềm nhúng trên nút mạng chưa được cải tiến tốt để thuận tăng khả năng nhận của trạm gốc.
Phần sau sẽ thực hiện đo thử nghiệm 3 lần và thay đổi khoảng cách truyền (tiến hành đo ở khoảng cách 10 và 30m).
¾ Đầu tiên ta tiến hành đo ở khoảng cách 10m, tức là ta đặt nút cảm nhận cách trạm gốc khoảng 10m. Vậy kết quảđo ở bảng sau: Số lần truyền Kết quả ( oC ) Lần 1 Lần 2 Lần 3 1 27.382 2 27.954 3 28.198 4 28.198 5 28.442 28.198 6 28.076 28.320 28.198 7 27.954 26.245 8 26.254 27.934 9 28.320 28.198 28.687 10 28.198 11 28.198 28.687 28.076 12 28.198 28.564 26.367 13 26.578 28.320 14 28.198 15 28.320 28.198 16 27.954 28.320 28.076 17 28.320 28.832 28.367 18 19 28.198 20 28.320 29.297 ∗ Lần 1
Với lần đo thứ 1 thì trong khoảng thời gian là 20 lần truyền tín hiệu từ nút cảm nhận về trạm gốc thì trạm gốc thu được 14 lần, như vậy hiệu suất cho lần đo này là :
H1 = 70%
∗ Lần 2
Với lần đo thứ 2 thì trong khoảng thời gian là 20 lần truyền tín hiệu từ nút cảm nhận về trạm gốc thì trạm gốc thu được 11 lần, như vậy hiệu suất cho lần đo này là :
H2 = 65% Đồ thị biểu diễn tương ứng :
Với lần đo thứ 3 thì trong khoảng thời gian là 20 lần truyền tín hiệu từ nút cảm nhận về trạm gốc thì trạm gốc thu được 12 lần, như vậy hiệu suất cho lần đo này là : H3 = 60% Đồ thị biểu diễn tương ứng : ¾ Hiệu suất trung bình 3 lần đo: H = (H1 + H2 +H3 ) / 3 =( 70% + 65% + 60%) /3 = 65 % ¾ Đo hiệu suất truyền - nhận tín hiệu ở khoảng cách 30m.
Ta tiến hành đặt nút mạng cảm nhận cách nút gốc 30m và tiến hành đo 3 lần thu được kết quả sau:
Số lần truyền Kết quả Lần 1 Lần 2 Lần 3 1 29.825 2 3 27.382 28.854 4 5 27.062 6 7 28.442 8 27.062 9 26.254 28.854 10 11 12 28.198 28.192 13 28.382 26.255 14 15 16 28.832 17 18 19 28.320 27.254 20 33.023 ∗ Lần 1
Với lần đo thứ 1 thì trong khoảng thời gian là 20 lần truyền tín hiệu từ nút cảm nhận về trạm gốc thì trạm gốc thu được 6 lần, như vậy hiệu suất cho lần đo này là :
Đồ thị biểu diễn tương ứng :
∗ Lần 2
Với lần đo thứ 2 thì trong khoảng thời gian là 20 lần truyền tín hiệu từ nút cảm nhận về trạm gốc thì trạm gốc thu được 6 lần, như vậy hiệu suất cho lần đo này là :
H2 = 30% Đồ thị biểu diễn tương ứng :
∗ Lần 3
Với lần đo thứ 3 thì trong khoảng thời gian là 20 lần truyền tín hiệu từ nút cảm nhận về trạm gốc thì trạm gốc thu được 4 lần, như vậy hiệu suất cho lần đo này là : H3 = 20% Đồ thị biểu diễn tương ứng : ¾ Hiệu suất chung của 3 lần đo H = (H1 + H2 +H3 ) / 3 =( 30% + 30% + 20%) /3 = 26.67 % Đánh giá
Như vậy qua việc đo thực nghiệm vấn đề truyền - nhận giữa nút cảm nhận và nút gốc trong hệ thống mạng cảm nhận không dây thu thập dữ liệu môi trường ta thấy rằng :
Hiệu suất của mạng phụ thuộc vào khoảng cách giữa nút cảm nhận và nút gốc. Thật vậy trong phần thực nghiệm trên khi ta thực hiện đặt nút cảm nhận cách nút gốc 10m và tiến hành đo 3 lần thì hiệu suất trung bình đạt 65 %, nhưng khi ta tiến hành với khoảng cách 30m thì hiệu suất giảm đi đáng kể, chỉ còn 26.67%.
Điều nghiên cứu này hoàn toàn đúng với thực tế vì khoảng cách càng xa thì tín hiệu càng yếu, khi đó việc nhận tín hiệu trở lên khó khăn hơn.
phát sẽ thực hiện phát 6 giây / 1 lần phát tín hiệu lên không trung còn bên nhận sẽ nhận liên tục như vậy sẽ hiệu suất truyền-nhận sẽ phản ánh rõ nét hơn.
Việc truyền theo kiểu giao thức này cũng có một sốưu điểm là: - Thực hiện đơn giản và dễ viết chương trình.
- Thực hiện phát lại sau khoảng thời gian tiếp theo nên có thể tái tạo lại thông tin sử dụng.
Tuy nhiên nó gặp phải một số nhược điểm sau:
- Dễ gây ra hiện tượng tắc nghẽn mạng, khi số nút mạng trong hệ thống thu thập lớn thì sẽ gây ra tắc nghẽn mạng vì các nút đều phát và đều có thể thu nên hay gây xung đột và nút gốc không nhận được dữ liệu.
- Làm giảm băng thông trong mạng, khi có số nút mạng lớn thì băng thông mạng giảm đi đáng kể vì các nút đều phát tín hiệu quảng bá.
- Khó triển khai hệ thống khi số nút trong mạng lớn, phải giải quyết nhiều vấn đề như hiện tượng tắc nghẽn
Như vậy, qua việc nghiên cứu thực nghiệm vấn đề thì em thấy rằng việc cải tiến giao thức truyền cho phần mềm nhúng trên nút mạng có vai trò hết sức quan trọng trong việc quyết định hiệu suất của mạng.
Kết Luận
Trên cơ sở nghiên cứu tổng quan về mạng cảm nhận không dây thu thập dữ liệu môi trường, đặc biệt đi sâu vào nghiên cứu mô hình mạng cảm nhận không dây sử dụng vi điều khiển CC1010, em đã thực hiện đề tài: “CHƯƠNG TRÌNH THU NHẬN, XỬ LÝ DỮ LIỆU, CẢNH BÁO SỰ CỐ TRÊN NÚT MẠNG CẢM NHẬN KHÔNG DÂY (WSN), HIỂN THỊ BẰNG MÀN HÌNH TINH THỂ LỎNG - LCD ”.
Về mặt lý thuyết, từ việc nghiên cứu về mô hình mạng cảm nhận không dây em đã đi tới kết luận: Mạng cảm nhận không dây có nhiều đặc tính ưu việt. Nghiên cứu về cấu trúc, các chức năng của vi điều khiển CC1010 em thấy rằng CC1010 thích hợp để trở thành một nút mạng của mạng cảm nhận không dây.
Về mặt thực hành: Trên cơ sở lý thuyết đã nghiên cứu em đã tiến hành viết chương trình và thử nghiệm thành công trên hệ thống đo nhiệt tựđộng. Các nội dung sau em đã tiến hành và thử nghiệm thành công:
- Trường hợp truyền đơn bước - Trường hợp truyền đa bước
- Thực nghiệm đo hiệu suất truyền / nhận của mạng cảm nhận (gồm 2 nút mạng, 1 nút truyền và 1 nút nhận )
Hệ thống đo nhiệt độ tựđộng và truyền dữ liệu không dây mà em nghiên cứu có một sốưu điểm như sau: