Cân bằng năng lượng - ELB

Một phần của tài liệu Định tuyến đa đường cho internet of things (Trang 39 - 44)

CHƯƠNG 3: TÌM HIỂU GIAO THỨC NÂNG CAO

3.1 Cân bằng năng lượng - ELB

Cơ chế của ELB được cải tiến dựa trên các đặc tính của DMR và MDMR, đó là: cân bằng năng lượng dưa theo hàm mục tiêu và chuyển đổi node parent. Những cải tiến mới này làm cho việc xác định next hop chính xác hơn và cân băng năng lượng đơn giản nhưng hiệu quả.

3.1.1 Xây dựng DODAG

Để bắt đầu, tất cả các node cảm biến ở trạng thái thức và bộ thu phát ở trạng thái chờ để nhận nhận bản tin DIO xây dựng mạng, nó giải phóng bản tin DIS để thu hút bản tin DIO từ các node neighbor.

Định tuyến đa đường cho Internet of Things GVHD: PGS.TS Ngô Quỳnh Thu

Học viên thực hiện Nguyễn Văn Bình – CB 130015 – KTMT&TT 2013B 40 Bước 1: Khi được kích hoạt, trạm gốc khởi tạo thông tin DODAG gồm:

InstanceID, Version, DODAGID và rank của nó. Nó gói gọn thông tin trong bản tin DIO và quảng bá bản tin tới tất cả các node neighbor.

Bước 2: Sau khi nhận được bản tin DIO, các node xác định có hay không bản tin DIO được xử lý và ghi lại các thông tin DODAG mới nhất (InstanceID, Version, DODAGID), xem xét rank của các node neighbor để đưa vào danh sách node parent nếu có thể và đổi rank của nó nếu cần thiết.

Bước 3: Node sẽ thay đổi rank của bản tin DIO ban đầu, quảng bá tới các node neighbor.

Bước 4: Bất cứ khi nào một node cảm biến nhận một bản tin DIO, nó lặp lại bước 2 và bước 3.

Bước 5: Sau một khoảng thời gian được xác định trước, nếu node cảm biến không nhận được bất kỳ bản tin DIO nào, nó giải phóng bản tin DIS để tiếp nhận các bản tin DIS từ các node neighbor.

Định tuyến đa đường cho Internet of Things GVHD: PGS.TS Ngô Quỳnh Thu

Học viên thực hiện Nguyễn Văn Bình – CB 130015 – KTMT&TT 2013B 41

Does self participate in DODAG ?

In initialization phase Join DODAG Receive DIO

Create DAG instance Create parent-list Insert this neighbor to parent list Update energy-level using equation7

Calculate self rank using equation 9 Reset DIO trickler timer

Is self sequence greater than DIO

sequence

In turn of global repair Trigger global repair

Is sender in parent list Is sender rank less than self rank

Clear parent list Insert parent to parent list Update energy-level using equation7

Calculate self rank using equation 9

Add new parent

Update energy-level using equation7 Calculate self rank using equation 9

Reset DIO trickler timer

No

Dismiss message

Update energy-level using equation7 Calculate self rank using equation 9

Update parents’ rank Update energy-level using equation7

Calculate self rank using equation 9 Is sender rank lower

than before Has only 1 parent Remove parent

Yes

Yes

No

No

Yes

Yes

No

Yes

No No

Yes

Hình 23 quá trình xử lý bản tin DIO theo ELB

Kết thúc giai đoạn này, mỗi một node có một danh sách node parent và node parent có rank tốt nhất được chọn làm node parent ưu tên để chọn làm next hop.

3.1.2 Cân bằng năng lượng dựa trên hàm mục tiêu

Thông thường trong RPL, node parent ưu tiên được chọn dựa trên next hop và đây là vấn đề quan trọng trong các giao thức. Khi đó, node parent ưu tiên được sử dụng quá

Định tuyến đa đường cho Internet of Things GVHD: PGS.TS Ngô Quỳnh Thu

Học viên thực hiện Nguyễn Văn Bình – CB 130015 – KTMT&TT 2013B 42 nhiều do có rank tốt nên năng lượng bị giảm, dẫn tới node này có thời gian sống ngắn.

Trường hợp nhiều node children có chung một node parent nó có thể gây ra lỗi do xung đột. Điều này có thể tránh được nếu một số node chuyển sang node parent ưu tiên thứ hai.

Để làm được điều này, ELB đưa ra một hàm mục tiêu không chỉ đánh giá node parent bằng cách tính toán next hop mà còn xét đến năng lượng còn lại qua tất cả các node theo tuyến sau mỗi lượt truyền.

ELB đề xuất hàm mục tiêu mới với việc đánh giá node parent với tiêu chí là mức năng lượng còn lại. Hàm mục tiêu này sẽ sử dụng cả hop-cout và mức năng lượng còn lại để xác định rank của node [16]. Trước hết hàm mục tiêu sẽ giả định và tính toán như sau:

Rank của node được thiết lập bằng 100:

𝑅𝑎𝑛𝑘𝐼𝑛𝑐 = 100 (công thức 5)

Rank của node gốc bằng RankInc : Rank(root) = RankInc (công thức 6)

Mức năng lượng của node được tính như sau:

EnergyLevel(node) = 𝑅𝑒𝑠𝑖𝑑𝑢𝑎𝑙𝐸𝑛𝑒𝑟𝑔𝑦(𝑛𝑜𝑑𝑒)

𝑀𝑎𝑥𝑚𝑖𝑚𝑢𝑚𝐸𝑛𝑒𝑟𝑔𝑦(𝑛𝑜𝑑𝑒) * 100 (công thức 7) Mức năng lượng này có giá trị từ 0 – 100.

Số bước nhảy tối thiểu cần thiết để chuyển tiếp một gói tin vào thư mục gốc DODAG được tính theo rank của node như sau:

Hop(node) = ⌊𝑅𝑎𝑛𝑘(𝑛𝑜𝑑𝑒)

𝑅𝑎𝑛𝑘𝐼𝑛𝑐 ⌋ (công thức 8) Rank của một node được tính như sau:

Rank(node)=(Hop(parent)+1)*RankInc – EnergyLevel(node) (công thức 9) Sau khi xem xét bản tin DIO của bất kỳ node parent ưu tiên nào, chúng có thể tách và tính số bước nhảy, mức năng lượng còn lại của node gửi bản tin DIO bằng cách sử dụng công thức 8, 9 như trên:

EnergyLevel(node) = Rank(node) – Hop(node) (công thức 10)

Bên cạnh đó, việc xử lý bản tin DIO phải được sửa đổi để trích xuất số bước nhảy của node parent để tính toán rank của node đó.

Tuy nhiên, năng lượng của mỗi node thay đổi liên tục và rank của node đó chỉ được cập nhật khi nhận được bản tin DIO. Trong một số trường hợp, rank của node cập nhật trễ làm cho trường rank không chính xác. Để khắc phục điều này nó sẽ xem

Định tuyến đa đường cho Internet of Things GVHD: PGS.TS Ngô Quỳnh Thu

Học viên thực hiện Nguyễn Văn Bình – CB 130015 – KTMT&TT 2013B 43 xét mức năng lượng sau mỗi lần truyền, nhận được thực thi, nếu có sự thay đổi mức năng lượng, rank của node sẽ được tính theo công thức 9.

3.1.3 Cân bằng năng lượng sử dụng cơ chế chuyển đổi node parent

Ở đây, mỗi node parent có cùng hop-count, node nào có năng lượng còn lại cao nhất sẽ được chọn làm next hop tiếp theo để thưc hiện cân bằng năng lượng giữa các node trong list parent.Điều kiện để node parent được chọn khi nó là node sử dụng gần nhất.

Need to forward data

Is having any parents

Choose least recently used parent with the best rank

In term of (hop count and energy-level) Yes

No

Trigger local repair Multicast DIS

Remove parent Perform a local repair

Perform a global repair if no possible parent Update energy-level using equation7

Calculate self rank using equation 9 Is Having ACK

Forward data

Process next data Update energy-level using equation7

Calculate self rank using equation 9

No Yes

Hình 24 Chuyển dữ liệu theo cơ chế ELB

Bằng cách áp dụng cơ chế ELB, node cảm biến có thể chọn node parent với năng lượng dư cao nhất trong số các node parent bằng cách so sánh năng lượng còn lại sau mỗi lần truyền nhận. Lợi thế của cơ chế này là kéo dài thời gian hoạt động của mạng vì mỗi node parent có rank cao nhất được chuyển lần lượt.

Định tuyến đa đường cho Internet of Things GVHD: PGS.TS Ngô Quỳnh Thu

Một phần của tài liệu Định tuyến đa đường cho internet of things (Trang 39 - 44)

Tải bản đầy đủ (PDF)

(59 trang)