Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Cơng nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn Hình 3.11: So sánh số lần thay đổi nút cha trung bình.
Hình 3.12: So sánh số bước nhảy trung bình.
3.6. Phân tích và đưa ra khuyến nghị
Kết quả mơ phỏng ở hình 3.9 cho thấy mạng hoạt động theo giao thức ContikiMAC đạt được hiệu quả về tỷ lệ chuyển phát thành công bản tin dữ liệu cao hơn so với mạng hoạt động theo giao thức XMAC. Khi mật độ các nút trong mạng tăng lên thì giao thức XMAC cho thấy sự suy giảm nhiều về tỷ lệ chuyển phát thành công bản tin dữ liệu (từ 92,3% về 78,3%). Giao thức XMAC sử dụng chuỗi các bản tin báo hiệu để đồng bộ thời gian truyền nhận
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Cơng nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn giữa nút gửi và nút nhận. Vì vậy, khi mật độ các nút trong mạng tăng lên thì số lượng các bản tin báo hiệu được truyền và nhận trong mạng cũng tăng lên. Điều này làm tăng xung đột và mất mát bản tin dữ liệu trong mạng. Khi mật độ các nút trong mạng tăng lên thì hiệu quả về tỷ lệ chuyển phát bản tin dữ liệu trong mạng đối với giao thức ContikiMAC suy giảm không đáng kể (từ 100% về 99,2%).
Hình 3.10 cho thấy mạng hoạt động theo giao thức ContikiMAC đạt được hiệu quả về năng lượng tốt hơn so với giao thức XMAC. So với giao thức XMAC, giao thức ContikiMAC không làm phát sinh thêm về năng lượng tiêu thụ do không phải gửi các bản tin báo hiệu gửi.
Khi so sánh về độ ổn định mạng (hình 3.11) thì chúng ta thấy mạng hoạt động theo giao thức ContikiMAC đạt được sự ổn định cấu trúc mạng tốt hơn so với giao thức XMAC. Kết quả mô phỏng cho thấy, số lần thay đổi nút cha trung bình trong tồn mạng đối với giao thức ContikiMAC khơng có sự thay đổi nhiều khi mật độ các nút mạng tăng lên. Tuy nhiên, đối với giao thức XMAC thì số lần thay đổi nút cha trung bình trong mạng tăng lên nhiều khi số lượng các nút trong mạng tăng lên. Khi số lượng các nút trong mạng tăng lên thì nhiễu và xung đột trong q trình truyền/nhận bản tin cũng tăng, do đó làm giảm tỷ lệ chuyển phát thành công bản tin dữ liệu và các nút mạng có xu hướng cập nhật lại nút cha để tìm tuyến đường khác thay thế. Điều này làm cho cấu trúc liên kết mạng có nhiều thay đổi. Hình 3.11 cũng cho thấy với mạng có mật độ thấp thì cấu trúc liên kết mạng ít thay đổi khi mạng hoạt động theo cả giao thức XMAC và ContikiMAC.
Hình 3.12 cho thấy mạng hoạt động theo giao thức XMAC có số bước nhảy trung bình thấp hơn so với mạng hoạt động theo giao thức ContikiMAC. Như vậy, số lần bản tin phải chuyển tiếp khi mạng hoạt động theo giao thức XMAC thấp hơn so với giao thức ContikiMAC.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn Kết luận: Các kết quả mô phỏng cho thấy mạng hoạt động theo giao thức ContikiMAC đạt được hiệu quả tốt hơn so với giao thức XMAC về năng lượng tiêu thụ, tỷ lệ chuyển phát thành công bản tin dữ liệu và về cả độ ổn định mạng. So với giao thức XMAC thì giao thức ContikiMAC được thiết kế đơn giản, dễ thực thi hơn và không cần phải sử dụng các bản tin báo hiệu gửi cũng như các tiêu đề bổ sung.
3.7. Kết luận chương 3
Chương 3 đã trình bày khái qt việc mơ phỏng các giao thức lớp MAC trong hệ điều hành Contiki dựa trên công cụ mô phỏng Cooja, đồng thời trình bày kịch bản mơ phỏng, đánh giá các giao thức tiết kiệm năng lượng sử dụng trong lớp MAC.
Dựa trên công cụ mô phỏng Cooja, đã thể hiện kết quả đánh giá các giao thức tiêu thụ năng lượng trong lớp MAC, từ đó so sánh, đánh giá và đưa ra kết luận hợp lý trong việc lựa chọn giao thức tiết kiệm năng lượng cho mạng cảm biến không dây. Đây là một nghiên cứu có ý nghĩa quan trọng trong thực tiễn thiết kế mạng cảm biến không dây, nhằm đạt được những hiệu quả tối ưu và tiết kiệm tối đa chi phí.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn
KẾT LUẬN
Kết luận
Hiện nay, mạng cảm biến không dây đang được ứng dụng rộng rãi trong thực tiễn. Các nút mạng cảm biến không dây thường nhỏ gọn, hoạt động bằng pin nên vấn đề tiết kiệm năng lượng thường thu hút được nhiều nhà nghiên cứu quan tâm.
Trong luận văn này, tác giả đã giới thiệu tổng quan về mạng cảm biến không dây, các giao thức tiết kiệm năng lượng ở lớp MAC cho mạng cảm biến khơng dây, qua đó tập trung nghiên cứu đánh giá về khả năng áp dụng, tính hiệu quả của các giao thức tiết kiệm năng lượng ở lớp MAC trong phạm vi mơ hình ứng dụng thu thập dữ liệu của mạng cảm biến không dây thông qua việc mô phỏng các giao thức lớp MAC trong hệ điều hành Contiki dựa trên công cụ mô phỏng Cooja. Dựa trên kết quả nghiên cứu, tiến hành đánh giá so sánh hiệu năng của các giao thức tiết kiệm năng lượng ở lớp MAC cho mạng cảm biến không dây, từ đó rút ra giải pháp thiết kế mạng cảm biến không dây sử dụng giao thức tiết kiệm năng lượng tối ưu. Thông qua kết quả mô phỏng cho thấy giao thức ContikiMAC phù hợp với mạng cảm biến không dây trong việc tiết kiệm tối đa năng lượng.
Các vấn đề được nghiên cứu trong luận văn này có ý nghĩa khoa học và thực tiễn. Thơng qua các kết quả nghiên cứu này có thể ứng dụng trong việc thiết kế các mạng cảm biến không dây trong các hệ thống thu thập dữ liệu tự động.
Hướng phát triển
Dựa trên các kết quả đã nghiên cứu, tiếp tục triển khai nghiên cứu và đánh giá giao thức ContikiMAC trong điều kiện thực tế với các đồng hồ nước thông minh, các mạng cảm biến thăm dị trong mơi trường nước, các mạng cảm biến thăm dò trong lòng đất.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Cơng nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1]. Phạm Việt Bình, Vũ Chiến Thắng, Ngơ Thị Vinh, Phạm Quốc Thịnh:
“Mạng cảm biến không dây trên nền kiến trúc IP”, Nhà xuất bản KHKT,
2012.
[2]. A. Dunkels, B. Gronvall, and T. Voigt, “Contiki - a lightweight and
flexible operating system for tiny networked sensors”, in Proc. EmNets,
2004.
[3]. Adam Dunkels, Fredrik Osterlind, Nicolas Tsiftes, Zhitao He,
“Software-based Online Energy Estimation for Sensor Nodes”,
Proceedings of the 4th workshop on Embedded networked sensors, 2007. [4]. Azzedine Boukerche, “Algorithms and Protocols for Wireless Sensor Networks”, John Wiley & Sons Inc., ISBN: 9780470396360, 2008.
[5]. Fredrik Osterlind, Adam Dunkels, Joakim Eriksson, Niclas Finne, and Thiemo Voigt, “Cross-level sensor network simulation with cooja”,
In Proceedings of the First IEEE International Workshop on Practical Issues in Building Sensor Network Applications (SenseApp 2006), Tampa, Florida, USA, November 2006.
[6]. Jean-Philippe Vasseur, Adam Dunkels: “Interconnecting Smart
Object with IP: The Next Internet”, Morgan Kaufmann Publishers, 2010.
[7]. JeongGil Ko, Andreas Terzis, Stephen Dawson-Haggerty, David E. Culler, Jonathan W. Hui, Philip Levis, “Connecting Low-Power and Lossy
Networks to the Internet”, IEEE Communications Magazine, pp. 96 – 101,
April 2011.
[8]. JP. Vasseur, M. Kim, K. Pister, N. Dejean, D. Barthel, “Routing Metrics Used for Path Calculation in Low-Power and Lossy Networks”,
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Cơng nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn [9]. N. Tsiftes, J. Eriksson, and A. Dunkels, “Low-Power Wireless IPv6
Routing with ContikiRPL”, in Proceedings of the International Conference
on Information Processing in Sensor Networks (ACM/IEEE IPSN), Stockholm, Sweden, April 2010.
[10].https://insense.cs.st-andrews.ac.uk/files/2013/04/tmote-sky- datasheet.pdf