Tìm hiểu về mạng cảm biến không dây 272082
- 102 trang
- file .pdf
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
──────── * ───────
LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT
TÌM HIỂU VỀ MẠNG CẢM BIẾN KHÔNG DÂY (WSN) – ĐÁNH GIÁ
HIỆU NĂNG CỦA GIAO THỨC ĐỊNH TUYẾN OPEAS
NGÀNH: CÔNG NGHỆ THÔNG TIN
MÃ SỐ:
ĐOÀN THỊ NGA
Người hướng dẫn khoa học: TS. NGÔ QUỲNH THU
HÀ NỘI 06-2013
Tên đề tài: Tìm hiểu về mạng WSN GVHD: TS. Ngô Quỳnh Thu
Page 2
PHIẾU GIAO NHIỆM VỤ LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP
1. Thông tin về học viên
Họ và tên học viên: Đoàn Thị Nga
Điện thoại liên lạc: 0934357246 Email: [email protected]
Lớp: 10B-CNTT Hệ đào tạo: Cao học chính quy
Luận văn tốt nghiệp được thực hiện tại:
Thời gian làm LVTN: Từ ngày /0 /2012 đến 26 /04 /2013
2. Mục đích nội dung của LVTN
• Tìm hiểu về mạng cảm biến không dây, đánh giá hiệu năng của giao thức
định tuyến OPEAS thuộc nhóm định tuyến phân nhóm.
3. Các nhiệm vụ cụ thể của LVTN
• Tìm hiểu kiến thức nền tảng về mạng cảm biến không dây
• Tìm hiểu vấn đề định tuyến và các giao thức cảm biến đã được sử dụng
trong mạng cảm biến không dây
• Định hướng tìm hiểu về giao thức định tuyến OPEAS và đánh giá hiệu
năng của giao thức so với các giao thức khác cùng nhóm.
• Cài đặt, thử nghiệm và đánh giá giải thuật đã tìm hiểu
• Nhận xét kết quả đạt được và đề xuất hướng phát triển.
4. Lời cam đoan của học viên:
SVTH: Đoàn Thị Nga – Lớp 10B-CNTT - VĐT SĐH Trường ĐH Bách Khoa HN
Tên đề tài: Tìm hiểu về mạng WSN GVHD: TS. Ngô Quỳnh Thu
Page 3
Tôi – Đoàn Thị Nga - cam kết LVTN là công trình nghiên cứu của bản thân tôi
dưới sự hướng dẫn của TS. Ngô Quỳnh Thu.
Các kết quả nêu trong LVTN là trung thực, không phải là sao chép toàn văn của
bất kỳ công trình nào khác.
Hà Nội, ngày 10 tháng 06 năm 2013
Tác giả LVTN
Đoàn Thị Nga
5. Xác nhận của giáo viên hướng dẫn về mức độ hoàn thành của LVTN và cho
phép bảo vệ:
Hà Nội, ngày tháng 06 năm 2013
Giáo viên hướng dẫn
TS. Ngô Quỳnh Thu
SVTH: Đoàn Thị Nga – Lớp 10B-CNTT - VĐT SĐH Trường ĐH Bách Khoa HN
Tên đề tài: Tìm hiểu về mạng WSN GVHD: TS. Ngô Quỳnh Thu
Page 5
MỞ ĐẦU
Mạng cảm biến không dây là một hướng tiếp cận mới đầy triển vọng cho
rất nhiều các ứng dụng như theo theo dõi môi trường, quân sự, y tế, nông nghiệp.
Vấn đề định tuyến trong mạng cảm biến đặt ra những thách thức không nhỏ bởi
các giao thức cần đơn giản nhưng có khả năng thích nghi tốt, tiết kiệm năng
lượng hiệu quả để có thể hoạt động được với số lượng nút cảm biến lớn có năng
lượng giới hạn đồng thời giao thức định tuyến cần tự điều chỉnh trong trường
hợp một số nút cảm biến gặp lỗi gây thay đổi cấu trúc mạng. Gần đây có rất
nhiều nghiên cứu tập trung vào phát triển các giao thức định tuyến phân cấp cho
mạng cảm biến. Kết quả cho thấy một số các giao thức định tuyến phân cấp sử
dụng cách thức phân nhóm theo sự kiện như ARPEES, OEDSR, HPEQ đạt nhiều
ưu điểm trong việc giảm thiểu dữ liệu dư thừa truyền tải cũng như số lượng các
bản tin điều khiển sử dụng. Tuy nhiên các giao thức này cũng bộc lộ nhược điểm
vể khả năng chống lỗi do chỉ sử dụng duy nhất một tuyến đường truyền tải dữ
liệu dẫn tới khả năng mất gói tin khi một trong các nút truyền tải hết năng lượng.
Trong khuôn khổ luận văn này em xin giới thiệu phương thức định tuyến mới
cho các giao thức định tuyến phân nhóm có tên là Optimal Path and Energy
Aware Sensor routing protocol (OPEAS) với các đặc điểm sau:
• Giảm số bản tin điều khiển, qua đó tiết kiệm năng lượng tiêu hao trên toàn
mạng.
• Sử dụng hàm đánh giá mới giúp lựa chọn tuyến đường ngắn mà vẫn cân
bằng được năng lượng tiêu hao của các nút.
Giải thuật này đã được sinh viên Trần Trung Hiếu – trường ĐH Bách
Khoa xây dựng và đã cài đặt trên OMNeT++ cùng với hai giải thuật cùng loại
khác là ARPEES và MLEACH và đã được Hiếu chạy thử nghiệm thành công với
SVTH: Đoàn Thị Nga – Lớp 10B-CNTT - VĐT SĐH Trường ĐH Bách Khoa HN
Tên đề tài: Tìm hiểu về mạng WSN GVHD: TS. Ngô Quỳnh Thu
Page 6
nhiều kịch bản, mô hình mạng. Kết quả mô phỏng của Hiếu ban đầu cho thấy
phương thức truyền mới này tiêu thụ ít năng lượng hơn qua đó kéo dài thời gian
sống của mạng hơn so với các giải thuật định tuyến phân nhóm khác.
SVTH: Đoàn Thị Nga – Lớp 10B-CNTT - VĐT SĐH Trường ĐH Bách Khoa HN
Tên đề tài: Tìm hiểu về mạng WSN GVHD: TS. Ngô Quỳnh Thu
Page 7
LỜI CẢM ƠN
Để hoàn thành được luận văn, ngoài sự nghiên cứu và cố gắng của bản
thân, em xin gửi lời cảm ơn chân thành nhất tới các thầy cô giảng dạy tại trường
Đại Học Bách Khoa HN đã trang bị cho em những kiến thức bổ ích và thiết thực
nhằm mở mang tầm hiểu biết của em về ngành công nghệ thông tin hiện nay.
Em xin cảm ơn TS. Ngô Quỳnh Thu (bộ môn Truyền Thông Mạng – viện
Công nghệ thông tin và truyền thông, trường đại học Bách Khoa Hà Nội) là giáo
viên trực tiếp hướng dẫn đã tận tình chỉ bảo và định hướng cho em trong suốt
quá trình thực hiện luận văn.
Trong thời gian thực hiện luận văn, em cũng đã đón nhận những góp ý,
hướng dẫn tận tình của cô Nguyễn Thanh Nguyệt đã giúp em hoàn thiện hồ sơ
bảo vệ, thời gian, lịch trình bảo vệ luận văn. Em cũng xin cảm ơn những người
bạn cùng lớp đã giúp đỡ em về tài liệu tham khảo, đã cổ vũ tinh thần và nhiệt
tình giúp đỡ khi em có những khó khăn trong luận văn.
Cuối cùng, em xin gửi lời cảm ơn tới bố mẹ, gia đình, những người đã tạo
mọi điều kiện thuận lợi cho em có thể học tập tốt và trưởng thành.
SVTH: Đoàn Thị Nga – Lớp 10B-CNTT - VĐT SĐH Trường ĐH Bách Khoa HN
Tên đề tài: Tìm hiểu về mạng WSN GVHD: TS. Ngô Quỳnh Thu
Page 8
MỤC LỤC
PHIẾU GIAO NHIỆM VỤ LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ................................. 2
MỞ ĐẦU ............................................................................................................... 5
LỜI CẢM ƠN ....................................................................................................... 7
DANH MỤC HÌNH ẢNH .................................................................................. 11
DANH MỤC BẢNG ........................................................................................... 13
DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT............................................................................. 14
PHẦN 1: LÝ THUYẾT ...................................................................................... 16
CHƯƠNG 1: KỸ THUẬT CẢM BIẾN KHÔNG DÂY .................................... 16
1.1 KHÁI QUÁT VỀ NODE CẢM BIẾN: ................................................... 16
1.1.1 Khái niệm: ............................................................................................ 16
1.1.2 Cấu Tạo: ............................................................................................... 18
1.1.3 Phân loại cảm biến: .............................................................................. 20
1.1.4 Xu hướng phát triển của Node cảm biến:............................................. 22
1.2 Đặc điểm của WSNs:............................................................................... 23
1.2.1 Kích thước vật lý nhỏ ........................................................................... 23
1.2.2 Hoạt động đồng thời với độ tập trung cao............................................ 23
1.2.3 Khả năng liên kết vật lý và phân cấp điều khiển hạn chế .................... 23
1.2.4 Tính đa dạng trong thiết kế và sử dụng ................................................ 24
1.2.5 Hoạt động tin cậy ................................................................................. 24
CHƯƠNG 2: GIAO THỨC ĐỊNH TUYẾN TRONG MẠNG CẢM BIẾN
KHÔNG DÂY ........................................................................................................ 25
2.1 Đặc điểm chung: ...................................................................................... 25
SVTH: Đoàn Thị Nga – Lớp 10B-CNTT - VĐT SĐH Trường ĐH Bách Khoa HN
Tên đề tài: Tìm hiểu về mạng WSN GVHD: TS. Ngô Quỳnh Thu
Page 9
2.2 Những thách thức khi định tuyến trong mạng WSNs: ............................ 27
2.3 Phân loại: ................................................................................................. 30
2.3.1 Flooding và các biến thể:...................................................................... 32
2.3.2 Giao thức định tuyến thông tin qua sự thỏa thuận: .............................. 35
2.3.3 Định tuyến phân nhóm: ........................................................................ 42
2.3.4 Tập trung hiệu quả công suất trong hệ thống thông tin cảm biến: ....... 54
2.3.5 Truyền tin trực tiếp: .............................................................................. 56
2.3.6 Định tuyến theo vị trí............................................................................ 59
PHẦN II: MÔ TẢ GIẢI THUẬT – CÀI ĐẶT THỬ NGHIỆM VÀ ĐÁNH
GIÁ GIẢI THUẬT ............................................................................................. 68
CHƯƠNG 3: GIỚI THIỆU GIAO THỨC OPEAS: ......................................... 68
3.1 Vấn đề đặt ra của giải thuật là: ................................................................ 68
3.2 Mô hình mạng cảm biến và mô hình sóng vô tuyến sử dụng nghiên cứu
giải thuật:........................................................................................................... 69
3.2.1 Mô hình mạng cảm biến: ...................................................................... 69
3.2.2 Mô hình sóng vô tuyến: ........................................................................ 70
3.3 Nội dung giải thuật: ................................................................................. 71
3.3.1 Pha khởi tạo: ......................................................................................... 71
3.3.2 Pha thành lập nhóm và lựa chọn nhóm trưởng .................................... 72
3.3.3 Pha lựa chọn nút trung gian và truyền dữ liệu ..................................... 75
CHƯƠNG 4: CÀI ĐẶT THỬ NGHIỆM VÀ ĐÁNH GIÁ HIỆU NĂNG CỦA
GIAO THỨC SO VỚI CÁC GIAO THỨC KHÁC CÙNG LOẠI ................... 82
4.1 Giới thiệu chung về công cụ mô phỏng OMNET++:.............................. 82
4.1.1 Mô hình mô phỏng trong OMNeT++ ................................................... 83
4.1.2 Xây dựng và chạy thử mô hình mô phỏng ........................................... 86
4.2 Mô phỏng giải thuật OPEAS: ................................................................. 90
4.2.1 Các thông số đầu vào mô phỏng .......................................................... 92
4.2.2 Các thông số đầu ra .............................................................................. 94
4.2.3 Đánh giá hiệu năng ............................................................................... 94
SVTH: Đoàn Thị Nga – Lớp 10B-CNTT - VĐT SĐH Trường ĐH Bách Khoa HN
Tên đề tài: Tìm hiểu về mạng WSN GVHD: TS. Ngô Quỳnh Thu
Page 10
KẾT LUẬN ....................................................................................................... 101
TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................... 102
SVTH: Đoàn Thị Nga – Lớp 10B-CNTT - VĐT SĐH Trường ĐH Bách Khoa HN
Tên đề tài: Tìm hiểu về mạng WSN GVHD: TS. Ngô Quỳnh Thu
Page 11
DANH MỤC HÌNH ẢNH
Hình 1.1: Sự phát triển công nghệ chế tạo cảm biến ........................................... 17
Hình 1.2a: các thành phần phần cứng của node (WSNs) .................................... 19
Hình 1.2b: các thành phần phần mềm của node (WSNs) .................................... 20
Hình 2.1: các ứng dụng mạng WSNs ................................................................... 25
Hình 2.2: Truyền dữ liệu đa chặng....................................................................... 27
Hình 2.3 :Flooding các gói dữ liệu trong mạng thông tin ................................... 33
Hình 2.4 : bùng nổ lưu lượng do flooding ........................................................... 34
Hình 2.5 : Vấn đề chồng lấn do flooding ............................................................. 35
Hình 2.6 : Hoạt động cơ bản của giao thức SPIN ................................................ 38
Hình 2.7: Thủ tục bắt tay trong giao thức SPIN-PP ............................................ 39
Hình 2.8: Giao thức SPIN-BC ............................................................................. 41
Hình 2.9– Mô hình mạng cảm biến sử dụng giao thức phân nhóm ..................... 44
Hình 2.10: Phân Chia Cluster............................................................................... 50
Hình 2.12: 2 trạng thái pha LEACH. ................................................................... 50
Hình 2.13: Cấu trúc mạng hình chuỗi. ................................................................. 55
Hình 2.14: Truyền thông điệp interest.................................................................. 57
Hình 2.15: Pha cài đặt gradient. ........................................................................... 58
Hình 2.16: Phân phối dữ liệu theo tuyến đường được chọn nâng cao chất lượng.
.............................................................................................................................. 59
Hình 2.17:Quyết địnhchuyển tiếp mang tính cục bộ và toàn hệ thống................ 62
Hình 2.18: Các chiến lược chuyển tiếp gói. ......................................................... 63
Hình 2.19: Giải thuật địnhtuyến không hiệu quả................................................. 64
Hình 2.20: Cải thiện chất lượng giao thức địnhtuyến. ........................................ 66
SVTH: Đoàn Thị Nga – Lớp 10B-CNTT - VĐT SĐH Trường ĐH Bách Khoa HN
Tên đề tài: Tìm hiểu về mạng WSN GVHD: TS. Ngô Quỳnh Thu
Page 12
Hình 3.1: Mô hình năng lượng sóng vô tuyến ..................................................... 71
Hình 3.2 Mô tả thuật toán chọn nhóm trưởng..................................................... 74
Hình 3.3 Minh họa quá trình lựa chọn nhóm trưởng ........................................... 74
Hình 3.4 Ví dụ quá trình lựa chọn nút trung gian ................................................ 77
Hình 3.5 Mô tả thuật toán lựa chọn nút trung gian .............................................. 80
Hình 4.1 – Cấu trúc module NED ........................................................................ 84
Hình 4.2 Lược đồ xây dựng và chạy một chương trình mô phỏng OMNeT++... 90
Hình 4.3 Mô hình mạng cảm biến không dây gồm 100 nút, diện tích 500x500 m2
.............................................................................................................................. 92
Hình 4.4 Năng lượng toàn mạng với các hàm đánh giá khác nhau ..................... 95
Hình 4.5 Phân bố năng lượng của 200 nút mạng sau 60 round ........................... 97
Hình 4.6 Tổng năng lượng trên toàn mạng khi 1/3 số nút hết năng lượng .......... 98
Hình 4.7 Số nút mạng còn năng lượng sau 160 round......................................... 99
Hình 4.8 Tỉ lệ bản tin lỗi .................................................................................... 100
SVTH: Đoàn Thị Nga – Lớp 10B-CNTT - VĐT SĐH Trường ĐH Bách Khoa HN
Tên đề tài: Tìm hiểu về mạng WSN GVHD: TS. Ngô Quỳnh Thu
Page 13
DANH MỤC BẢNG
Bảng 1.1: Phân loại các node theo đặc điểm........................................................ 21
Bảng 4.1 Bảng tham số mô phỏng ....................................................................... 93
Bảng 4.2 Bảng thống kê sự kiện xuất hiện nút hết năng lượng đầu tiên ............. 96
SVTH: Đoàn Thị Nga – Lớp 10B-CNTT - VĐT SĐH Trường ĐH Bách Khoa HN
Tên đề tài: Tìm hiểu về mạng WSN GVHD: TS. Ngô Quỳnh Thu
Page 14
DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT
Từ viết tắt Viết đầy đủ
BS Base Station
CH Cluster Head
TDMA Time division multiple access
WSN Wireless Sensor Network
Adaptive Routing Protocol with Energy Efficiency and
ARPEES Event
Clustering forWireless Sensor Networks
OEDSR Optimized Energy-Delay Sub-network Routing
Hierarchical Periodic, Event-driven and Query-based
HPEQ
Wireless Sensor Network Protocol
LEACH Low Energy Adaptive Clustering Hierarchy
Power-Efficient Gathering in Sensor Information
PEGASIS
Systems
TEEN Threshold-Sensitive Energy Efficient Protocols
Multipath Adaptive Routing Protocol with Energy
MARPEES Efficiency and Event
Clustering forWireless Sensor Networks
EMRP Energy-Awared Meshed Routing Protocol
SVTH: Đoàn Thị Nga – Lớp 10B-CNTT - VĐT SĐH Trường ĐH Bách Khoa HN
Tên đề tài: Tìm hiểu về mạng WSN GVHD: TS. Ngô Quỳnh Thu
Page 15
OMNeT++ Objective Modular Network Tested in C++
SVTH: Đoàn Thị Nga – Lớp 10B-CNTT - VĐT SĐH Trường ĐH Bách Khoa HN
Tên đề tài: Tìm hiểu về mạng WSN GVHD: TS. Ngô Quỳnh Thu
Page 16
PHẦN 1: LÝ THUYẾT
CHƯƠNG 1: KỸ THUẬT CẢM BIẾN KHÔNG DÂY
1.1 KHÁI QUÁT VỀ NODE CẢM BIẾN:
1.1.1 Khái niệm:
Mạng WSNs gồm nhiều cảm biến phân bố phân tán bao phủ một vùng địa
lý. Các node (sensor nodes hay còn gọi là WSNs) có khả năng liên lạc vô tuyến
với các node lân cận và các chức năng cơ bản như xử lý tín hiệu, quản lý giao
thức mạng và bắt tay với các node lân cận để truyền dữ liệu từ nguồn đến trung
tâm. Chức năng cơ bản của các node trong mạng WSNs phụ thuộc vào ứng dụng
của nó. Một số chức năng chính:
- Xác định được giá trị các thông số tại nơi lắp đặt. Như có thể trả về nhiệt độ,
áp suất, cường độ ánh sáng… tại nơi khảo sát.
- Phát hiện sự tồn tại của các sự kiện cần quan tâm và ước lượng các thông số
của sự kiện đó. Như mạng WSN dùng trong giám sát giao thông, cảm biến
phải nhận biết được sự di chuyển của xe cộ, đo được tốc độ và hướng di
chuyển các phượng tiện đang lưu thông…
- Phân biệt các đối tượng. ví dụ phượng tiện lưu thông mà cảm biến nhận biết
được là gì: xe con, xe tải , hay xe buýt…
- Theo dấu các đối tượng. ví dụ trong mạng WSN quân sự, mạng cảm biến phải
cập nhật được vị trí các phương tiện của đối phương khi chúng di chuyển
trong vùng bao phủ của mạng…
Các hệ thống có thể đáp ứng thời gian thực hay gần như thế, tùy theo yêu
cầu và mục đích của thông tin cần thu thập.
SVTH: Đoàn Thị Nga – Lớp 10B-CNTT - VĐT SĐH Trường ĐH Bách Khoa HN
Tên đề tài: Tìm hiểu về mạng WSN GVHD: TS. Ngô Quỳnh Thu
Page 17
Cảm biến gồm nhiều nhóm chức năng cơ, hóa, nhiệt, điện, từ, sinh học,
quang, chất lỏng, sóng siêu âm, cảm biến khối… cảm biến có thể được đưa ra
bên ngoài môi trường nguy hại, môi trường có nhiệt độ cao, mức dao động,
nhiễu lớn, môi trường hóa chất độc hại, có thể lắp đặt trong hệ thống robo tự
động hay trong hệ thống nhà xưởng sản xuất. Công nghệ cảm biến và điều khiển
bao gồm trường điện và từ, cảm biến sóng radio; cảm biến quang, hồng ngoại,
radars, lasers, cảm biến vị trí hay định vị, cảm biến hướng mục đích phục vụ cho
an ninh sinh hóa…
- Các thông số vật lý
- Các thông số hóa học, sinh học
- Các sự kiện
Các cảm biến kích thước nhỏ, giá thành thấp, ổn định, độ nhạy cao và đáng
tin cậy là yếu tố quan trọng tạo nên mạng WSNs hoạt động hiệu quả và kinh tế.
Hình 1.1: Sự phát triển công nghệ chế tạo cảm biến
Công nghệ cảm biến phát triển giai đoạn gần đây như hình vẽ 1.1. Node kết
hợp cảm biến và xử lý giai đoạn 1999 có kích thước lớn hơn một đồng xu, các IC
tích hợp cảm biến. các năm tiếp theo, kích thước node giảm đi rất nhiều. Với sự
phát triển các công nghệ nano, MEMS kích thước node giảm đi đáng kể, kèm
SVTH: Đoàn Thị Nga – Lớp 10B-CNTT - VĐT SĐH Trường ĐH Bách Khoa HN
Tên đề tài: Tìm hiểu về mạng WSN GVHD: TS. Ngô Quỳnh Thu
Page 18
theo giảm năng lượng tiêu thụ, tang thời gian sử dụng, khả năng xử lý, độ ổn
định cao hơn… Những ăm đầu 2000, thể tích trung bình node cỡ 16.387mm3,
đến 2007 là 1-mm3.
1.1.2 Cấu Tạo:
Liên quan đến thiết kế node trong mạng WSNs , các chức năng cần phải có:
chức năng cơ bản của node, chức xử lý tín hiệu - gồm xử lý số tín hiệu, nén, phát
hiện và sửa lỗi, điều khiển và thừa hành, phân nhóm và tính toán trong mạng,
thông tin, tự kết hợp, định tuyến và quản lý kết nối. Để có các chức năng này,
phần cứng của node phải có cảm biến và bộ phận thực thi, bộ xử lý, nguồn, và
các phần phục vụ cho chức năng khác. Hình 1.2a và Hình 1.2b chỉ các phần cấu
tạo nên node cảm biến thông thường gồm phần cứng và phần mềm.
Phần cứng : 4 nhóm chính
• Nguồn cung cấp: đảm bảo năng lượng cho node hoạt động trong vài giờ,
vài tháng hay vài năm.
• Lưu trữ và tính toán: phục vụ cho các chức năng xử lý, điều chế số, định
tuyến…
• Cảm biến: biến đổi các thông số môi trường thành thông tin
• Liên lạc: trao đổi dữ liệu giữa các node với nhau và với trung tâm
SVTH: Đoàn Thị Nga – Lớp 10B-CNTT - VĐT SĐH Trường ĐH Bách Khoa HN
Tên đề tài: Tìm hiểu về mạng WSN GVHD: TS. Ngô Quỳnh Thu
Page 19
Hình 1.2a: các thành phần phần cứng của node (WSNs)
Phần mềm : 5 nhóm chính
• Hệ điều hành(OS) microcode (còn gọi là middleware): liên kết phần
mềm và chức năng bộ xử lý. Các nghiên cứu hướng đến thiết kế mã
nuồn mở cho OS dành riêng cho mạng WSNs
• Sensor Drivers: đây là những module quản lý chức năng cơ bản của
phần tử cảm biến
• Bộ xử lý thông tin: quản lý chức năng thông tin, gồm định tuyến,
chuyển các gói, duy trì giao thức, mã hóa, sửa lỗi…
• Bộ phận xử lý dữ liệu: xử lý tín hiệu đã lưu trữ, thường ở các node xử lý
trong mạng.
SVTH: Đoàn Thị Nga – Lớp 10B-CNTT - VĐT SĐH Trường ĐH Bách Khoa HN
Tên đề tài: Tìm hiểu về mạng WSN GVHD: TS. Ngô Quỳnh Thu
Page 20
Hình 1.2b: các thành phần phần mềm của node (WSNs)
1.1.3 Phân loại cảm biến:
Bởi vì sự đa dạng của cảm biến, cần thiết phải có sự phân loại. Đánh giá
theo kích thước, công suất, khả năng xử lý, chế độ hoạt động, giao thức định
tuyến…
Ta có các bảng đánh giá sau:
SVTH: Đoàn Thị Nga – Lớp 10B-CNTT - VĐT SĐH Trường ĐH Bách Khoa HN
Tên đề tài: Tìm hiểu về mạng WSN GVHD: TS. Ngô Quỳnh Thu
Page 21
Bảng 1.1: Phân loại các node theo đặc điểm
Các yếu tố quyết định chất lượng Node và môi trường hoạt động của
Node
- Nguồn cung cấp: các node bị giới hạn bởi năng lượng cung cấp, việc sử dụng
hiệu quả nguồn năng lượng là chìa khóa cho thiết kế các hệ thống mạng
WSNs.
SVTH: Đoàn Thị Nga – Lớp 10B-CNTT - VĐT SĐH Trường ĐH Bách Khoa HN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
──────── * ───────
LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT
TÌM HIỂU VỀ MẠNG CẢM BIẾN KHÔNG DÂY (WSN) – ĐÁNH GIÁ
HIỆU NĂNG CỦA GIAO THỨC ĐỊNH TUYẾN OPEAS
NGÀNH: CÔNG NGHỆ THÔNG TIN
MÃ SỐ:
ĐOÀN THỊ NGA
Người hướng dẫn khoa học: TS. NGÔ QUỲNH THU
HÀ NỘI 06-2013
Tên đề tài: Tìm hiểu về mạng WSN GVHD: TS. Ngô Quỳnh Thu
Page 2
PHIẾU GIAO NHIỆM VỤ LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP
1. Thông tin về học viên
Họ và tên học viên: Đoàn Thị Nga
Điện thoại liên lạc: 0934357246 Email: [email protected]
Lớp: 10B-CNTT Hệ đào tạo: Cao học chính quy
Luận văn tốt nghiệp được thực hiện tại:
Thời gian làm LVTN: Từ ngày /0 /2012 đến 26 /04 /2013
2. Mục đích nội dung của LVTN
• Tìm hiểu về mạng cảm biến không dây, đánh giá hiệu năng của giao thức
định tuyến OPEAS thuộc nhóm định tuyến phân nhóm.
3. Các nhiệm vụ cụ thể của LVTN
• Tìm hiểu kiến thức nền tảng về mạng cảm biến không dây
• Tìm hiểu vấn đề định tuyến và các giao thức cảm biến đã được sử dụng
trong mạng cảm biến không dây
• Định hướng tìm hiểu về giao thức định tuyến OPEAS và đánh giá hiệu
năng của giao thức so với các giao thức khác cùng nhóm.
• Cài đặt, thử nghiệm và đánh giá giải thuật đã tìm hiểu
• Nhận xét kết quả đạt được và đề xuất hướng phát triển.
4. Lời cam đoan của học viên:
SVTH: Đoàn Thị Nga – Lớp 10B-CNTT - VĐT SĐH Trường ĐH Bách Khoa HN
Tên đề tài: Tìm hiểu về mạng WSN GVHD: TS. Ngô Quỳnh Thu
Page 3
Tôi – Đoàn Thị Nga - cam kết LVTN là công trình nghiên cứu của bản thân tôi
dưới sự hướng dẫn của TS. Ngô Quỳnh Thu.
Các kết quả nêu trong LVTN là trung thực, không phải là sao chép toàn văn của
bất kỳ công trình nào khác.
Hà Nội, ngày 10 tháng 06 năm 2013
Tác giả LVTN
Đoàn Thị Nga
5. Xác nhận của giáo viên hướng dẫn về mức độ hoàn thành của LVTN và cho
phép bảo vệ:
Hà Nội, ngày tháng 06 năm 2013
Giáo viên hướng dẫn
TS. Ngô Quỳnh Thu
SVTH: Đoàn Thị Nga – Lớp 10B-CNTT - VĐT SĐH Trường ĐH Bách Khoa HN
Tên đề tài: Tìm hiểu về mạng WSN GVHD: TS. Ngô Quỳnh Thu
Page 5
MỞ ĐẦU
Mạng cảm biến không dây là một hướng tiếp cận mới đầy triển vọng cho
rất nhiều các ứng dụng như theo theo dõi môi trường, quân sự, y tế, nông nghiệp.
Vấn đề định tuyến trong mạng cảm biến đặt ra những thách thức không nhỏ bởi
các giao thức cần đơn giản nhưng có khả năng thích nghi tốt, tiết kiệm năng
lượng hiệu quả để có thể hoạt động được với số lượng nút cảm biến lớn có năng
lượng giới hạn đồng thời giao thức định tuyến cần tự điều chỉnh trong trường
hợp một số nút cảm biến gặp lỗi gây thay đổi cấu trúc mạng. Gần đây có rất
nhiều nghiên cứu tập trung vào phát triển các giao thức định tuyến phân cấp cho
mạng cảm biến. Kết quả cho thấy một số các giao thức định tuyến phân cấp sử
dụng cách thức phân nhóm theo sự kiện như ARPEES, OEDSR, HPEQ đạt nhiều
ưu điểm trong việc giảm thiểu dữ liệu dư thừa truyền tải cũng như số lượng các
bản tin điều khiển sử dụng. Tuy nhiên các giao thức này cũng bộc lộ nhược điểm
vể khả năng chống lỗi do chỉ sử dụng duy nhất một tuyến đường truyền tải dữ
liệu dẫn tới khả năng mất gói tin khi một trong các nút truyền tải hết năng lượng.
Trong khuôn khổ luận văn này em xin giới thiệu phương thức định tuyến mới
cho các giao thức định tuyến phân nhóm có tên là Optimal Path and Energy
Aware Sensor routing protocol (OPEAS) với các đặc điểm sau:
• Giảm số bản tin điều khiển, qua đó tiết kiệm năng lượng tiêu hao trên toàn
mạng.
• Sử dụng hàm đánh giá mới giúp lựa chọn tuyến đường ngắn mà vẫn cân
bằng được năng lượng tiêu hao của các nút.
Giải thuật này đã được sinh viên Trần Trung Hiếu – trường ĐH Bách
Khoa xây dựng và đã cài đặt trên OMNeT++ cùng với hai giải thuật cùng loại
khác là ARPEES và MLEACH và đã được Hiếu chạy thử nghiệm thành công với
SVTH: Đoàn Thị Nga – Lớp 10B-CNTT - VĐT SĐH Trường ĐH Bách Khoa HN
Tên đề tài: Tìm hiểu về mạng WSN GVHD: TS. Ngô Quỳnh Thu
Page 6
nhiều kịch bản, mô hình mạng. Kết quả mô phỏng của Hiếu ban đầu cho thấy
phương thức truyền mới này tiêu thụ ít năng lượng hơn qua đó kéo dài thời gian
sống của mạng hơn so với các giải thuật định tuyến phân nhóm khác.
SVTH: Đoàn Thị Nga – Lớp 10B-CNTT - VĐT SĐH Trường ĐH Bách Khoa HN
Tên đề tài: Tìm hiểu về mạng WSN GVHD: TS. Ngô Quỳnh Thu
Page 7
LỜI CẢM ƠN
Để hoàn thành được luận văn, ngoài sự nghiên cứu và cố gắng của bản
thân, em xin gửi lời cảm ơn chân thành nhất tới các thầy cô giảng dạy tại trường
Đại Học Bách Khoa HN đã trang bị cho em những kiến thức bổ ích và thiết thực
nhằm mở mang tầm hiểu biết của em về ngành công nghệ thông tin hiện nay.
Em xin cảm ơn TS. Ngô Quỳnh Thu (bộ môn Truyền Thông Mạng – viện
Công nghệ thông tin và truyền thông, trường đại học Bách Khoa Hà Nội) là giáo
viên trực tiếp hướng dẫn đã tận tình chỉ bảo và định hướng cho em trong suốt
quá trình thực hiện luận văn.
Trong thời gian thực hiện luận văn, em cũng đã đón nhận những góp ý,
hướng dẫn tận tình của cô Nguyễn Thanh Nguyệt đã giúp em hoàn thiện hồ sơ
bảo vệ, thời gian, lịch trình bảo vệ luận văn. Em cũng xin cảm ơn những người
bạn cùng lớp đã giúp đỡ em về tài liệu tham khảo, đã cổ vũ tinh thần và nhiệt
tình giúp đỡ khi em có những khó khăn trong luận văn.
Cuối cùng, em xin gửi lời cảm ơn tới bố mẹ, gia đình, những người đã tạo
mọi điều kiện thuận lợi cho em có thể học tập tốt và trưởng thành.
SVTH: Đoàn Thị Nga – Lớp 10B-CNTT - VĐT SĐH Trường ĐH Bách Khoa HN
Tên đề tài: Tìm hiểu về mạng WSN GVHD: TS. Ngô Quỳnh Thu
Page 8
MỤC LỤC
PHIẾU GIAO NHIỆM VỤ LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ................................. 2
MỞ ĐẦU ............................................................................................................... 5
LỜI CẢM ƠN ....................................................................................................... 7
DANH MỤC HÌNH ẢNH .................................................................................. 11
DANH MỤC BẢNG ........................................................................................... 13
DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT............................................................................. 14
PHẦN 1: LÝ THUYẾT ...................................................................................... 16
CHƯƠNG 1: KỸ THUẬT CẢM BIẾN KHÔNG DÂY .................................... 16
1.1 KHÁI QUÁT VỀ NODE CẢM BIẾN: ................................................... 16
1.1.1 Khái niệm: ............................................................................................ 16
1.1.2 Cấu Tạo: ............................................................................................... 18
1.1.3 Phân loại cảm biến: .............................................................................. 20
1.1.4 Xu hướng phát triển của Node cảm biến:............................................. 22
1.2 Đặc điểm của WSNs:............................................................................... 23
1.2.1 Kích thước vật lý nhỏ ........................................................................... 23
1.2.2 Hoạt động đồng thời với độ tập trung cao............................................ 23
1.2.3 Khả năng liên kết vật lý và phân cấp điều khiển hạn chế .................... 23
1.2.4 Tính đa dạng trong thiết kế và sử dụng ................................................ 24
1.2.5 Hoạt động tin cậy ................................................................................. 24
CHƯƠNG 2: GIAO THỨC ĐỊNH TUYẾN TRONG MẠNG CẢM BIẾN
KHÔNG DÂY ........................................................................................................ 25
2.1 Đặc điểm chung: ...................................................................................... 25
SVTH: Đoàn Thị Nga – Lớp 10B-CNTT - VĐT SĐH Trường ĐH Bách Khoa HN
Tên đề tài: Tìm hiểu về mạng WSN GVHD: TS. Ngô Quỳnh Thu
Page 9
2.2 Những thách thức khi định tuyến trong mạng WSNs: ............................ 27
2.3 Phân loại: ................................................................................................. 30
2.3.1 Flooding và các biến thể:...................................................................... 32
2.3.2 Giao thức định tuyến thông tin qua sự thỏa thuận: .............................. 35
2.3.3 Định tuyến phân nhóm: ........................................................................ 42
2.3.4 Tập trung hiệu quả công suất trong hệ thống thông tin cảm biến: ....... 54
2.3.5 Truyền tin trực tiếp: .............................................................................. 56
2.3.6 Định tuyến theo vị trí............................................................................ 59
PHẦN II: MÔ TẢ GIẢI THUẬT – CÀI ĐẶT THỬ NGHIỆM VÀ ĐÁNH
GIÁ GIẢI THUẬT ............................................................................................. 68
CHƯƠNG 3: GIỚI THIỆU GIAO THỨC OPEAS: ......................................... 68
3.1 Vấn đề đặt ra của giải thuật là: ................................................................ 68
3.2 Mô hình mạng cảm biến và mô hình sóng vô tuyến sử dụng nghiên cứu
giải thuật:........................................................................................................... 69
3.2.1 Mô hình mạng cảm biến: ...................................................................... 69
3.2.2 Mô hình sóng vô tuyến: ........................................................................ 70
3.3 Nội dung giải thuật: ................................................................................. 71
3.3.1 Pha khởi tạo: ......................................................................................... 71
3.3.2 Pha thành lập nhóm và lựa chọn nhóm trưởng .................................... 72
3.3.3 Pha lựa chọn nút trung gian và truyền dữ liệu ..................................... 75
CHƯƠNG 4: CÀI ĐẶT THỬ NGHIỆM VÀ ĐÁNH GIÁ HIỆU NĂNG CỦA
GIAO THỨC SO VỚI CÁC GIAO THỨC KHÁC CÙNG LOẠI ................... 82
4.1 Giới thiệu chung về công cụ mô phỏng OMNET++:.............................. 82
4.1.1 Mô hình mô phỏng trong OMNeT++ ................................................... 83
4.1.2 Xây dựng và chạy thử mô hình mô phỏng ........................................... 86
4.2 Mô phỏng giải thuật OPEAS: ................................................................. 90
4.2.1 Các thông số đầu vào mô phỏng .......................................................... 92
4.2.2 Các thông số đầu ra .............................................................................. 94
4.2.3 Đánh giá hiệu năng ............................................................................... 94
SVTH: Đoàn Thị Nga – Lớp 10B-CNTT - VĐT SĐH Trường ĐH Bách Khoa HN
Tên đề tài: Tìm hiểu về mạng WSN GVHD: TS. Ngô Quỳnh Thu
Page 10
KẾT LUẬN ....................................................................................................... 101
TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................... 102
SVTH: Đoàn Thị Nga – Lớp 10B-CNTT - VĐT SĐH Trường ĐH Bách Khoa HN
Tên đề tài: Tìm hiểu về mạng WSN GVHD: TS. Ngô Quỳnh Thu
Page 11
DANH MỤC HÌNH ẢNH
Hình 1.1: Sự phát triển công nghệ chế tạo cảm biến ........................................... 17
Hình 1.2a: các thành phần phần cứng của node (WSNs) .................................... 19
Hình 1.2b: các thành phần phần mềm của node (WSNs) .................................... 20
Hình 2.1: các ứng dụng mạng WSNs ................................................................... 25
Hình 2.2: Truyền dữ liệu đa chặng....................................................................... 27
Hình 2.3 :Flooding các gói dữ liệu trong mạng thông tin ................................... 33
Hình 2.4 : bùng nổ lưu lượng do flooding ........................................................... 34
Hình 2.5 : Vấn đề chồng lấn do flooding ............................................................. 35
Hình 2.6 : Hoạt động cơ bản của giao thức SPIN ................................................ 38
Hình 2.7: Thủ tục bắt tay trong giao thức SPIN-PP ............................................ 39
Hình 2.8: Giao thức SPIN-BC ............................................................................. 41
Hình 2.9– Mô hình mạng cảm biến sử dụng giao thức phân nhóm ..................... 44
Hình 2.10: Phân Chia Cluster............................................................................... 50
Hình 2.12: 2 trạng thái pha LEACH. ................................................................... 50
Hình 2.13: Cấu trúc mạng hình chuỗi. ................................................................. 55
Hình 2.14: Truyền thông điệp interest.................................................................. 57
Hình 2.15: Pha cài đặt gradient. ........................................................................... 58
Hình 2.16: Phân phối dữ liệu theo tuyến đường được chọn nâng cao chất lượng.
.............................................................................................................................. 59
Hình 2.17:Quyết địnhchuyển tiếp mang tính cục bộ và toàn hệ thống................ 62
Hình 2.18: Các chiến lược chuyển tiếp gói. ......................................................... 63
Hình 2.19: Giải thuật địnhtuyến không hiệu quả................................................. 64
Hình 2.20: Cải thiện chất lượng giao thức địnhtuyến. ........................................ 66
SVTH: Đoàn Thị Nga – Lớp 10B-CNTT - VĐT SĐH Trường ĐH Bách Khoa HN
Tên đề tài: Tìm hiểu về mạng WSN GVHD: TS. Ngô Quỳnh Thu
Page 12
Hình 3.1: Mô hình năng lượng sóng vô tuyến ..................................................... 71
Hình 3.2 Mô tả thuật toán chọn nhóm trưởng..................................................... 74
Hình 3.3 Minh họa quá trình lựa chọn nhóm trưởng ........................................... 74
Hình 3.4 Ví dụ quá trình lựa chọn nút trung gian ................................................ 77
Hình 3.5 Mô tả thuật toán lựa chọn nút trung gian .............................................. 80
Hình 4.1 – Cấu trúc module NED ........................................................................ 84
Hình 4.2 Lược đồ xây dựng và chạy một chương trình mô phỏng OMNeT++... 90
Hình 4.3 Mô hình mạng cảm biến không dây gồm 100 nút, diện tích 500x500 m2
.............................................................................................................................. 92
Hình 4.4 Năng lượng toàn mạng với các hàm đánh giá khác nhau ..................... 95
Hình 4.5 Phân bố năng lượng của 200 nút mạng sau 60 round ........................... 97
Hình 4.6 Tổng năng lượng trên toàn mạng khi 1/3 số nút hết năng lượng .......... 98
Hình 4.7 Số nút mạng còn năng lượng sau 160 round......................................... 99
Hình 4.8 Tỉ lệ bản tin lỗi .................................................................................... 100
SVTH: Đoàn Thị Nga – Lớp 10B-CNTT - VĐT SĐH Trường ĐH Bách Khoa HN
Tên đề tài: Tìm hiểu về mạng WSN GVHD: TS. Ngô Quỳnh Thu
Page 13
DANH MỤC BẢNG
Bảng 1.1: Phân loại các node theo đặc điểm........................................................ 21
Bảng 4.1 Bảng tham số mô phỏng ....................................................................... 93
Bảng 4.2 Bảng thống kê sự kiện xuất hiện nút hết năng lượng đầu tiên ............. 96
SVTH: Đoàn Thị Nga – Lớp 10B-CNTT - VĐT SĐH Trường ĐH Bách Khoa HN
Tên đề tài: Tìm hiểu về mạng WSN GVHD: TS. Ngô Quỳnh Thu
Page 14
DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT
Từ viết tắt Viết đầy đủ
BS Base Station
CH Cluster Head
TDMA Time division multiple access
WSN Wireless Sensor Network
Adaptive Routing Protocol with Energy Efficiency and
ARPEES Event
Clustering forWireless Sensor Networks
OEDSR Optimized Energy-Delay Sub-network Routing
Hierarchical Periodic, Event-driven and Query-based
HPEQ
Wireless Sensor Network Protocol
LEACH Low Energy Adaptive Clustering Hierarchy
Power-Efficient Gathering in Sensor Information
PEGASIS
Systems
TEEN Threshold-Sensitive Energy Efficient Protocols
Multipath Adaptive Routing Protocol with Energy
MARPEES Efficiency and Event
Clustering forWireless Sensor Networks
EMRP Energy-Awared Meshed Routing Protocol
SVTH: Đoàn Thị Nga – Lớp 10B-CNTT - VĐT SĐH Trường ĐH Bách Khoa HN
Tên đề tài: Tìm hiểu về mạng WSN GVHD: TS. Ngô Quỳnh Thu
Page 15
OMNeT++ Objective Modular Network Tested in C++
SVTH: Đoàn Thị Nga – Lớp 10B-CNTT - VĐT SĐH Trường ĐH Bách Khoa HN
Tên đề tài: Tìm hiểu về mạng WSN GVHD: TS. Ngô Quỳnh Thu
Page 16
PHẦN 1: LÝ THUYẾT
CHƯƠNG 1: KỸ THUẬT CẢM BIẾN KHÔNG DÂY
1.1 KHÁI QUÁT VỀ NODE CẢM BIẾN:
1.1.1 Khái niệm:
Mạng WSNs gồm nhiều cảm biến phân bố phân tán bao phủ một vùng địa
lý. Các node (sensor nodes hay còn gọi là WSNs) có khả năng liên lạc vô tuyến
với các node lân cận và các chức năng cơ bản như xử lý tín hiệu, quản lý giao
thức mạng và bắt tay với các node lân cận để truyền dữ liệu từ nguồn đến trung
tâm. Chức năng cơ bản của các node trong mạng WSNs phụ thuộc vào ứng dụng
của nó. Một số chức năng chính:
- Xác định được giá trị các thông số tại nơi lắp đặt. Như có thể trả về nhiệt độ,
áp suất, cường độ ánh sáng… tại nơi khảo sát.
- Phát hiện sự tồn tại của các sự kiện cần quan tâm và ước lượng các thông số
của sự kiện đó. Như mạng WSN dùng trong giám sát giao thông, cảm biến
phải nhận biết được sự di chuyển của xe cộ, đo được tốc độ và hướng di
chuyển các phượng tiện đang lưu thông…
- Phân biệt các đối tượng. ví dụ phượng tiện lưu thông mà cảm biến nhận biết
được là gì: xe con, xe tải , hay xe buýt…
- Theo dấu các đối tượng. ví dụ trong mạng WSN quân sự, mạng cảm biến phải
cập nhật được vị trí các phương tiện của đối phương khi chúng di chuyển
trong vùng bao phủ của mạng…
Các hệ thống có thể đáp ứng thời gian thực hay gần như thế, tùy theo yêu
cầu và mục đích của thông tin cần thu thập.
SVTH: Đoàn Thị Nga – Lớp 10B-CNTT - VĐT SĐH Trường ĐH Bách Khoa HN
Tên đề tài: Tìm hiểu về mạng WSN GVHD: TS. Ngô Quỳnh Thu
Page 17
Cảm biến gồm nhiều nhóm chức năng cơ, hóa, nhiệt, điện, từ, sinh học,
quang, chất lỏng, sóng siêu âm, cảm biến khối… cảm biến có thể được đưa ra
bên ngoài môi trường nguy hại, môi trường có nhiệt độ cao, mức dao động,
nhiễu lớn, môi trường hóa chất độc hại, có thể lắp đặt trong hệ thống robo tự
động hay trong hệ thống nhà xưởng sản xuất. Công nghệ cảm biến và điều khiển
bao gồm trường điện và từ, cảm biến sóng radio; cảm biến quang, hồng ngoại,
radars, lasers, cảm biến vị trí hay định vị, cảm biến hướng mục đích phục vụ cho
an ninh sinh hóa…
- Các thông số vật lý
- Các thông số hóa học, sinh học
- Các sự kiện
Các cảm biến kích thước nhỏ, giá thành thấp, ổn định, độ nhạy cao và đáng
tin cậy là yếu tố quan trọng tạo nên mạng WSNs hoạt động hiệu quả và kinh tế.
Hình 1.1: Sự phát triển công nghệ chế tạo cảm biến
Công nghệ cảm biến phát triển giai đoạn gần đây như hình vẽ 1.1. Node kết
hợp cảm biến và xử lý giai đoạn 1999 có kích thước lớn hơn một đồng xu, các IC
tích hợp cảm biến. các năm tiếp theo, kích thước node giảm đi rất nhiều. Với sự
phát triển các công nghệ nano, MEMS kích thước node giảm đi đáng kể, kèm
SVTH: Đoàn Thị Nga – Lớp 10B-CNTT - VĐT SĐH Trường ĐH Bách Khoa HN
Tên đề tài: Tìm hiểu về mạng WSN GVHD: TS. Ngô Quỳnh Thu
Page 18
theo giảm năng lượng tiêu thụ, tang thời gian sử dụng, khả năng xử lý, độ ổn
định cao hơn… Những ăm đầu 2000, thể tích trung bình node cỡ 16.387mm3,
đến 2007 là 1-mm3.
1.1.2 Cấu Tạo:
Liên quan đến thiết kế node trong mạng WSNs , các chức năng cần phải có:
chức năng cơ bản của node, chức xử lý tín hiệu - gồm xử lý số tín hiệu, nén, phát
hiện và sửa lỗi, điều khiển và thừa hành, phân nhóm và tính toán trong mạng,
thông tin, tự kết hợp, định tuyến và quản lý kết nối. Để có các chức năng này,
phần cứng của node phải có cảm biến và bộ phận thực thi, bộ xử lý, nguồn, và
các phần phục vụ cho chức năng khác. Hình 1.2a và Hình 1.2b chỉ các phần cấu
tạo nên node cảm biến thông thường gồm phần cứng và phần mềm.
Phần cứng : 4 nhóm chính
• Nguồn cung cấp: đảm bảo năng lượng cho node hoạt động trong vài giờ,
vài tháng hay vài năm.
• Lưu trữ và tính toán: phục vụ cho các chức năng xử lý, điều chế số, định
tuyến…
• Cảm biến: biến đổi các thông số môi trường thành thông tin
• Liên lạc: trao đổi dữ liệu giữa các node với nhau và với trung tâm
SVTH: Đoàn Thị Nga – Lớp 10B-CNTT - VĐT SĐH Trường ĐH Bách Khoa HN
Tên đề tài: Tìm hiểu về mạng WSN GVHD: TS. Ngô Quỳnh Thu
Page 19
Hình 1.2a: các thành phần phần cứng của node (WSNs)
Phần mềm : 5 nhóm chính
• Hệ điều hành(OS) microcode (còn gọi là middleware): liên kết phần
mềm và chức năng bộ xử lý. Các nghiên cứu hướng đến thiết kế mã
nuồn mở cho OS dành riêng cho mạng WSNs
• Sensor Drivers: đây là những module quản lý chức năng cơ bản của
phần tử cảm biến
• Bộ xử lý thông tin: quản lý chức năng thông tin, gồm định tuyến,
chuyển các gói, duy trì giao thức, mã hóa, sửa lỗi…
• Bộ phận xử lý dữ liệu: xử lý tín hiệu đã lưu trữ, thường ở các node xử lý
trong mạng.
SVTH: Đoàn Thị Nga – Lớp 10B-CNTT - VĐT SĐH Trường ĐH Bách Khoa HN
Tên đề tài: Tìm hiểu về mạng WSN GVHD: TS. Ngô Quỳnh Thu
Page 20
Hình 1.2b: các thành phần phần mềm của node (WSNs)
1.1.3 Phân loại cảm biến:
Bởi vì sự đa dạng của cảm biến, cần thiết phải có sự phân loại. Đánh giá
theo kích thước, công suất, khả năng xử lý, chế độ hoạt động, giao thức định
tuyến…
Ta có các bảng đánh giá sau:
SVTH: Đoàn Thị Nga – Lớp 10B-CNTT - VĐT SĐH Trường ĐH Bách Khoa HN
Tên đề tài: Tìm hiểu về mạng WSN GVHD: TS. Ngô Quỳnh Thu
Page 21
Bảng 1.1: Phân loại các node theo đặc điểm
Các yếu tố quyết định chất lượng Node và môi trường hoạt động của
Node
- Nguồn cung cấp: các node bị giới hạn bởi năng lượng cung cấp, việc sử dụng
hiệu quả nguồn năng lượng là chìa khóa cho thiết kế các hệ thống mạng
WSNs.
SVTH: Đoàn Thị Nga – Lớp 10B-CNTT - VĐT SĐH Trường ĐH Bách Khoa HN