V. Cấu trúc luận văn
3.3.6.2 Mô hình mô phỏng IPv6 trên mạng cảm biến không dây
Thiết lập một mạng cảm biến không dây trên cooja dùng IPv6 với:
+ 1 nút server: Có chức năng thiết lập kết nối udp chạy trên nền IPv6. Nút thiết lập kết nối udp với local port là 5678 và remote port là 8765. Địa chỉ kết nối udp là 0.0.0.0.( với địa chỉ này server chấp nhận mọi địa chỉ IP có yêu cầu kết nối tới nó). Cooja hỗ trợ tạo địa chỉ IPv6 dựa theo địa chỉ Mac của nút hoặc ta có thể tạo một giá trị IPv6 cố định cho nút. Ở trong mô hình này ta đặt giá trị địa chỉ IPv6 cho server < 0xaaa:0:0:0:0:00ff:fe00:1> bằng hàm trong code IPv6 server.c:
uip_ip6addr(&ipaddr, 0xaaaa,0,0,0,0,0x00ff,0xfe00, 1); uip_ds6_addr_add(&ipaddr, 0, ADDR_MANUAL);
55
Mục đích của việc cài đặt cứng này để các nút client biết địa chỉ server để liên lạc. Nút server có chức năng lắng nghe và cảnh báo khi nhiệt độ của nút client vượt 1 ngưỡng giới hạn là 30 độ.
+ 5 nút client (có thể nhiều hơn) : Kết nối udp với server nút với local port 8765 và remote port là 5678. Khác với server địa chỉ IP của các nút client được cài dựa theo địa chỉ MAC của nút trong code IPv6_client.c bằng hàm:
uip_ds6_addr_add(&ipaddr, 0, ADDR_AUTOCONF); marco ADDR_AUTOCONF: cài tự động theo MAC
Vì địa chỉ MAC là duy nhất trên thế giới nên cũng đồng nghĩa với địa chỉ Ip là cố định không trùng với nút nào trên mạng. Ví dụ địa chỉ của nút 2 là : fe80::212:7402:2:202.
Nút client gửi một gói tin cập nhật nhiệt độ của nó đến server.
+ Phân bố các nút trong mô phỏng cooja: tương tự như với IPv4 các nút client nên phân bổ sao cho các nút có thể truyền trực tiếp tới nút server hoặc qua một vài nút trung gian.
+ Định tuyến RPL: Các nút chạy IPv6 theo chuẩn 6Lowpan nên việc định tuyến sẽ theo giao thức RPL. Nghĩa là sẽ có các gói tin được gửi quảng bá ( broadcast) để phục vụ định tuyến.
+ Quá trình trao đổi thông tin giữa các nút client với server: Tương tự như mô hình IPv4 ở trên. Các nút client cập nhật thông tin nhiệt độ môi trường xung quanh và nút server thu thập thông tin và bật cảnh báo khi giá trị nhiệt độ nào đó của client vượt ngưỡng.
Đánh giá IPv6:
+ Thiết lập mạng như trên và chạy mô phỏng.
+ Quan sát hộp thoại mote output để biết địa chỉ IP của nút có giá trị như ở trên và quá trình kết nối liên kết UDP.
56
Hình 25 Tool Radio Message của IPv6
Dựa vào tool Radio Messages thì ta bắt bất kì một gói tin nào mà phần vùng hiển thị nội dung data chứa nội dung “ gia tri nhiet do hien tai:” như hình ở dưới thì ta biết đó chính xác là gói data mà client gửi để cho server( quan sát qua trường From và trường To). Dựa vào trường Data và vùng hiển thị nội dung ta thấy số lượng byte mà gói tin này gửi đi là 66byte.
Hình 26Cảnh báo nếu nhiệt độ vượt ngưỡng
Server sẽ cảnh báo về nút mà nhiệt độ của nó vượt ngưỡng cho phép.
57
Từ hai mô phỏng về mạng cảm biến khi sử dụng giao thức IPv4 và IPv6 và đi sâu vào phân tích gói tin gửi từ các nút client đến nút server ta đi đến kết luận về việc sử dụng IPv6 có nhiều ưu điểm cho hệ thống mạng cảm biến không dây so với việc sử dụng IPv4. Biểu hiện ở việc là các gói tin gửi đi thông qua giao thức IPv6 đã được nén lại bằng cách bỏ bớt những trường không cần thiến đã giúp giảm được khối lượng công việc tính toán, giảm được thời gian truyền tải giữ liệu nhằm tăng băng thông, hạn chế được việc mất năng lượng vào việc truyền tải và làm nhiều hơn các byte cho dữ liệu.
KẾT LUẬN
Từ những thay đổi đáng kể trong IPv6 nhằm đáp ứng các nhu cầu về phát triển các dịch vụ mới và mở rộng không gian địa chỉ trên mạng internet, đồng thời khắc phục những hạn chế của IPv4 hiện nay giúp khả năng định tuyến hiệu quả hơn và tăng tính bảo mật, tính xác thực và toàn vẹn dữ liệu.
Từ bài luận ở trên cho chúng ta thấy được cái nhìn tổng quan về một hệ thống cảm biến không dây, những mặt mạnh và hạn chế của chúng. Cùng với sự ra đời của giao thức IPv6 là một cải tiến về nhiều mặt so với IPv4 từ việc tăng số địa chỉ IP lên với việc thay đổi khuôn dạng địa chỉ và các cơ chế nén các header để giảm dung lượng các gói tin nhằm từng bước giải quyết được những thách thức đặt ra từ mạng cảm biến không dây, giúp mạng cảm biến hoạt động tốt hơn, ổn định hơn.
- Công nghệ mạng cảm biến không dây đang hứa hẹn tạo ra những ứng dụng đầy tiềm năng, có thể áp dụng trong nhiều lĩnh vực, mà đối với các công nghệ khác nhau còn nhiều hạn chế. Tuy nhiên để triển khai mạng người thiết kế hệ thống yêu cầu phải nắm bắt được những nhân tố tác động đến mạng, những nhược điểm của mạng cần phải được khắc phục
58 Định hướng trong tương lai:
Giới hạn trong bài luận văn, tôi chỉ mới thực hiện được trên mô phỏng. Tuy nhiên môi trường mô phỏng là môi trường khác xa hoàn toàn trong thực tế vì bên trong thực tế, hệ thống của chúng ta còn phải bị chi phối bởi rất nhiều nhân tố khác nhau như về không gian địa lí, vật cản, sóng điện từ do các thiết bị khác phát ra.... cũng sẽ làm ảnh hưởng rất nhiều đến chất lượng truyền sóng radio của các nút cảm biến.
Chính vì vậy trong để đưa hệ thống cảm biến vào chạy ổn định trên thực tế chúng ta cần phải đưa ra các tình huống có thể xẩy ra ngoài thực tế rồi đưa dựng lại nó trong môi trường mô phỏng để xem phản ứng của mạng cảm biến và từ đó đưa ra hướng giải quyết để hệ thống hoạt động trên thực tế được tốt hơn.
SÁCH THAM KHẢO
[1]. IPv6 in low-power wireless networks by Jonathan Whui and Advid E.Culler
[2]. PR479 A Framework for Low-Power IPv6 Routing Simulation, Experimentation, and Evanluation.
[3]. A Sensor Network Simulator for the Contiki OS
[4]. RPL: IPv6 Routing Protocol for Low Power and Lossy Networks
[5].Wireless Sensor Networks
[6]. Xây dựng mạng cảm biến không dây trong công nghiệp chính xác – Lê Đình Tuấn và Thái Doãn Ngọc.
[7] A Critical Evaluation of the “ IPv6 Routing Protocol for Low Power and Lossy Network” (RPL).
[8]. P479- Aframework for low- power IPv6 Routing Simulation, Experimentation, and Evaluation.
59
[9]Jhui-ieeproc 112010 – IPv6 in low power wireless networks
Phụ lục Phụ lục 1. Hƣớng dẫn cài đặt VMware
Hình 27 Cài đặt VMware bước 1
60 - Click Next
- Chọn các shortcuts rồi Click Next
61 - Click Finish
Phụ lục 2 Cài đặt Contiki
- Giải nén Contiki bằng Winrar. - Chạy VMwave
Hình 28 Cài đặt Contiki
- Ấn Cancel
- Ấn Open và chọn đường dẫn đến thư mục Contiki vừa giải nén. Chọn install – contiki
62
- Điền username là “user” rồi ấn enter .Màn hình đăng nhập hiện lên:
63 - Giao diện của chương trình
Hình 29 Giao diện chương trình contiki
Phụ lục 3 Cài đặt Contiki
Click vào Terminal, cửa sổ hiện gõ lần lượt các dòng lệnh sau:
cd contiki-2.4 cd tools/cooja ant run
64 Cửa sổ cooja hiện ra :
Hình 30 Giao diện chương trình Cooja
Tuy nhiên sau khi mở được chương trình cooja, điều đầu tiên nên làm là thiết lập thông số cho cooja bằng cách mở tab Settings:
+External Tools Path: Ở đây có thể thiết lập các thông số về đường dẫn cho cooja, đường dẫn các file liên quan
+Manager Project Directories:
+Compiler Configuration Wizard
Một diều rất thuận lợi khi sử dụng linux, dó là có thể cài dặt các gói dữ liệu còn thiếu 1 cách dễ dàng bằng công cụ Synaptic Package Manager:
System>Administration->Synaptic Package Manager. Nhập password quyền admin. Ấn Search->Nhập tên file cần tìm và cài dặt.
65
Phụ lục 4 Hƣớng dẫn tạo các nút cảm biến
Mở ứng dụng Cooja trên Contiki.
Chọn File→New simulation và đặt tên là Mạng cảm biến.
Hình 31 Tạo một simulation
Sau khi tạo xong simulation ta bắt đầu tạo các nút server và tạo các nút client cảm biến. ở đây ta dùng skye mote:
66 - Đối với chọn nút server:
Trong Contiki process / Frimware: ta chọn theo đường dẫn
/home/user/contiki/examples/udp-IPv6/udp-server.c
Sau đó kích vào nút Compile để biên dịch, kích vào nút Create khi biên dịch xong
ở đây mạng của chúng ta chỉ có 1 server nên trong mục Number of New motes ta để giá trị là 1.
Như vậy là ta đã tạo được một nút server (nút trung gian). Làm tương tự ta tạo được nút cảm biến:
Chú ý:
67 /home/user/contiki/examples/udp-ipv6/udp-client.c
- Tạo mạng với 4 nút mạng client nên trong Number of new motes ta để giá trị là 4.
Hình 33 Giao diện mô phỏng một mạng cảm biến