Luận Văn Thạc Sĩ Khoa Học Máy Tính: Mô Phỏng Và Phân Tích Tiêu Thụ Năng Lượng Cho Thiết Bị Cảm Biến Không Dây IEEE 802.11

• Tác giả: Nguyễn Đình Thi
• Người hướng dẫn: TS. Nguyễn Minh Sơn
• Trường học: Đại học Bách Khoa, Đại học Quốc gia TP. HCM
• Chuyên ngành: Khoa học máy tính
• Đề tài: Thiết bị cảm biến không dây IEEE 802.11: Mô phỏng mô hình và phân tích tiêu thụ năng lượng
• Loại tài liệu: luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2015
• Địa điểm: TP. Hồ Chí Minh

• LỜI CÁM ƠN
• TÓM TẮT LUẬN VĂN
• LỜI CAM ĐOAN
• 1. CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU
• 1.1. Lý do chọn đề tài
• 1.2. Mục tiêu và giới hạn đề tài
• 1.3. Phương pháp tiến hành
• 1.4. Những đóng góp của đề tài
• 1.5. Cấu trúc của luận văn
• 2. CHƯƠNG II: KHẢO SÁT VÀ LỰA CHỌN CÔNG CỤ MÔ PHỎNG IEEE 802.11
• 2.1. Khảo sát các hệ điều hành được dùng trong hệ thống nhúng
• 2.2. Giao thức kết nối mạng
• 2.3. Khảo sát các công cụ mô phỏng trong WSN
• 2.4. COOJA (Contiki OS Java) / MSPSim Simulator
• 2.5. OMNeT++ và các bộ thư viện mô phỏng
• 3. CHƯƠNG III: MÔ PHỎNG GIAO TIẾP IEEE 802.11
• 3.1. Mô hình tổng quát truyền nhận dữ liệu chuẩn Zigbee IEEE802.4 của Wismote platform
• 3.2. Xây dựng mô hình tổng quát truyền nhận dữ liệu tích hợp module sensor node IEEE 802
• 3.3. Hiện thực mô phỏng giao tiếp sensor node IEEE802
• 3.4. Cấu hình Network Stack hỗ trợ IEEE 802
• 3.5. Mô phỏng tốc độ truyền IEEE802
• 3.6. Truyền dữ liệu lớn (large data) với IEEE802
• 4. CHƯƠNG IV: XÂY DỰNG MÔ HÌNH TÍNH TOÁN NĂNG LƯỢNG CHO SENSOR NODE IEEE 802
• 4.1. Mô hình năng lượng của một node IEEE802
• 4.2. Mô hình năng lượng tiêu thụ của vi điều khiển
• 4.3. Mô hình năng lượng của bộ IEEE 802.11 b/g truyền nhận dữ liệu
• 4.4. Mô hình tiêu thụ năng lượng của bộ cảm biến
• 4.5. Tính toán năng lượng tiêu thụ với thư viện energest
• 4.6. Giải thuật tiết kiệm năng lượng đề xuất cho sensor node IEEE802.11 và phân tích kết quả
• 4.7. Điều kiện mô phỏng
• 4.8. Mô phỏng mô hình truyền dữ liệu unicast
• 4.9. Mô hình truyền dữ liệu theo giao thức multi-hop
• 5. CHƯƠNG V: HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA LUẬN VĂN
• TÀI LIỆU THAM KHẢO
• LY LỊCH TRÍCH NGANG
• QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO
• QUÁ TRÌNH CÔNG TÁC
• DANH MỤC BẢNG
• DANH MỤC HÌNH

I. Giới thiệu

Luận văn thạc sĩ này tập trung vào việc mô phỏng và phân tích tiêu thụ năng lượng của thiết bị cảm biến không dây sử dụng chuẩn IEEE 802.11. Nghiên cứu này nhằm đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng về công nghệ không dây và mạng cảm biến, đặc biệt trong bối cảnh Internet of Things (IoT). Mục tiêu chính là xây dựng mô hình mô phỏng để tính toán tiêu thụ năng lượng của các thiết bị cảm biến, từ đó tối ưu hóa hiệu suất và thời gian hoạt động của chúng.

1.1. Lý do chọn đề tài

Sự phát triển của mạng cảm biến không dây (WSN) đã mở ra nhiều ứng dụng trong các lĩnh vực như y tế, công nghiệp, và giám sát môi trường. Tuy nhiên, việc triển khai thực tế các thiết bị cảm biến đòi hỏi chi phí cao và thời gian dài. Mô phỏng là giải pháp hiệu quả để giảm thiểu chi phí và thời gian, đồng thời đánh giá hiệu quả của các giao thức mạng và tiêu thụ năng lượng trước khi triển khai thực tế.

1.2. Mục tiêu và giới hạn

Mục tiêu của luận văn là xây dựng công cụ mô phỏng cho thiết bị cảm biến không dây IEEE 802.11 b/g, cung cấp mô hình tính toán năng lượng tiêu thụ. Nghiên cứu tập trung vào mô phỏng quá trình truyền nhận dữ liệu lớn và tính toán năng lượng dựa trên các chế độ hoạt động của các thành phần trong thiết bị cảm biến. Các yếu tố như khoảng cách truyền và ảnh hưởng môi trường không được đề cập.

II. Khảo sát và lựa chọn công cụ mô phỏng

Chương này tập trung vào việc khảo sát các hệ điều hành và công cụ mô phỏng phù hợp cho mạng cảm biến không dây. Các hệ điều hành như Contiki, TinyOS, và LiteOS được đánh giá dựa trên khả năng hỗ trợ giao thức mạng và tiêu thụ năng lượng. Công cụ mô phỏng như Cooja/MSPSim và OMNeT++ được lựa chọn để tích hợp chuẩn IEEE 802.11 b/g và mô hình tính toán năng lượng.

2.1. Hệ điều hành Contiki

Contiki là hệ điều hành mã nguồn mở, được thiết kế cho mạng cảm biến không dây. Nó hỗ trợ giao thức kết nối mạng như uIP và Rime stack, giúp đơn giản hóa việc điều khiển mạng và xử lý đồng thời. Contiki cũng cung cấp cơ chế đa tiến trình và sự kiện, phù hợp cho việc tích hợp chuẩn IEEE 802.11 b/g.

2.2. Công cụ mô phỏng Cooja MSPSim

Cooja/MSPSim là công cụ mô phỏng được tích hợp với Contiki, cho phép mô phỏng thiết bị cảm biến và giao thức mạng một cách chính xác. Nó hỗ trợ mô hình hóa hệ thống và phân tích hiệu suất, giúp đánh giá tiêu thụ năng lượng và tối ưu hóa năng lượng cho các thiết bị cảm biến.

III. Mô phỏng giao tiếp IEEE 802

Chương này trình bày quá trình mô phỏng giao tiếp giữa các thiết bị cảm biến sử dụng chuẩn IEEE 802.11 b/g. Mô hình tổng quát được xây dựng để mô phỏng quá trình truyền nhận dữ liệu, tích hợp module sensor node và cấu hình Network Stack. Kết quả mô phỏng cho thấy khả năng truyền dữ liệu lớn với tốc độ cao, đáp ứng yêu cầu của mạng cảm biến không dây.

3.1. Mô hình truyền nhận dữ liệu

Mô hình truyền nhận dữ liệu được xây dựng dựa trên chuẩn IEEE 802.11 b/g, tích hợp module sensor node và cấu hình Network Stack. Quá trình mô phỏng cho phép truyền dữ liệu lớn với tốc độ lên đến 54Mbps, đáp ứng yêu cầu của các ứng dụng IoT.

3.2. Mô phỏng tốc độ truyền

Mô phỏng tốc độ truyền được thực hiện để đánh giá hiệu suất của chuẩn IEEE 802.11 b/g. Kết quả cho thấy khả năng truyền dữ liệu lớn với tốc độ cao, đồng thời đảm bảo tiêu thụ năng lượng ở mức tối ưu.

IV. Xây dựng mô hình tính toán năng lượng

Chương này tập trung vào việc xây dựng mô hình tính toán năng lượng cho sensor node IEEE 802.11. Mô hình năng lượng được xây dựng dựa trên các chế độ hoạt động của vi điều khiển, bộ truyền nhận dữ liệu, và bộ cảm biến. Giải thuật tiết kiệm năng lượng được đề xuất để tối ưu hóa thời gian hoạt động của thiết bị cảm biến.

4.1. Mô hình năng lượng của vi điều khiển

Mô hình năng lượng của vi điều khiển được xây dựng dựa trên các chế độ hoạt động như active, idle, và sleep. Giải thuật tiết kiệm năng lượng được áp dụng để giảm thiểu tiêu thụ năng lượng trong các chế độ không hoạt động.

4.2. Mô hình năng lượng của bộ truyền nhận

Mô hình năng lượng của bộ truyền nhận dữ liệu được tính toán dựa trên công suất tiêu thụ trong các chế độ truyền và nhận. Giải thuật tiết kiệm năng lượng được đề xuất để tối ưu hóa hiệu suất truyền nhận dữ liệu.

V. Kết luận và hướng phát triển

Luận văn đã đạt được các mục tiêu đề ra, bao gồm xây dựng công cụ mô phỏng và mô hình tính toán năng lượng cho thiết bị cảm biến không dây IEEE 802.11 b/g. Kết quả nghiên cứu có giá trị thực tiễn cao, giúp tối ưu hóa tiêu thụ năng lượng và nâng cao hiệu suất của mạng cảm biến không dây. Hướng phát triển trong tương lai bao gồm tích hợp thêm các giao thức mạng và công nghệ IoT để mở rộng ứng dụng của nghiên cứu.