Luận Văn Thạc Sĩ: Nghiên Cứu Đánh Giá và Mô Phỏng Giao Thức Định Tuyến Trong Mạng Cảm Biến Không Dây

Đánh giá và mô phỏng giao thức định tuyến trong mạng cảm biến không dây, khám phá hiệu suất và ứng dụng thực tiễn trong công nghệ hiện đại.

• Tác giả: Lưu Hoàng Vũ
• Người hướng dẫn: PGS. Vương Đạo Vy
• Trường học: Đại học Quốc gia Hà Nội
• Chuyên ngành: Kỹ thuật điện tử - viễn thông
• Đề tài: Nghiên Cứu, Đánh Giá Và Mô Phỏng Một Số Giao Thức Định Tuyến Trong Mạng Cảm Biến Không Dây
• Loại tài liệu: luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2009
• Địa điểm: Hà Nội

Tóm tắt

I. Tổng Quan Về Mạng Cảm Biến Không Dây WSN Hiện Nay

Mạng cảm biến không dây (WSN) là mạng liên kết các nút bằng kết nối sóng vô tuyến. Các nút thường nhỏ gọn, giá rẻ và phân bố không hệ thống trên diện rộng. WSN sử dụng nguồn năng lượng hạn chế và hoạt động trong môi trường khắc nghiệt. Các nút có chức năng cảm nhận, quan sát môi trường (nhiệt độ, độ ẩm, ánh sáng), theo dõi hoặc định vị mục tiêu cố định/di động. Các nút giao tiếp gián tiếp về trung tâm (Base Station) bằng kỹ thuật đa chặng (multi-hop). Lưu lượng dữ liệu thấp và không liên tục. Để tiết kiệm năng lượng tiêu thụ, các nút có nhiều trạng thái hoạt động (active mode) và nghỉ (sleep mode). Thời gian ở trạng thái nghỉ thường lớn hơn nhiều. Theo tài liệu gốc, đặc trưng cơ bản để phân biệt mạng cảm biến và mạng wireless khác là giá thành, mật độ nút, phạm vi hoạt động, cấu hình mạng, lưu lượng, tiêu thụ năng lượng và thời gian hoạt động.

1.1. Cấu Trúc Mạng WSN Phẳng Flat và Phân Cấp Tiered

Cấu trúc mạng WSN cần thiết kế để sử dụng hiệu quả tài nguyên hạn chế, kéo dài tuổi thọ mạng. Các yếu tố cần quan tâm là giao tiếp không dây đa chặng, sử dụng hiệu quả năng lượng, tự động cấu hình, cộng tác xử lý trong mạng và tập trung dữ liệu. Giao tiếp trực tiếp giữa hai nút bị hạn chế do khoảng cách/vật cản, cần công suất lớn. Các mạng cảm biến không dây cần giao tiếp đa chặng. Sử dụng hiệu quả năng lượng là kỹ thuật quan trọng. Mạng cần tự động cấu hình các thông số. Các nút có thể xác định vị trí địa lý thông qua các nút khác (tự định vị). Trong một số ứng dụng, cần nhiều nút cộng tác để thu thập đủ dữ liệu. Kết hợp dữ liệu của nhiều nút trong một vùng giúp tiết kiệm băng thông và tiêu thụ năng lượng.

1.2. Các Ứng Dụng Tiềm Năng Của Mạng Cảm Biến Không Dây

Ứng dụng WSN rất đa dạng. Chúng có thể được sử dụng trong theo dõi môi trường, giám sát sức khỏe, tự động hóa công nghiệp, và nhiều lĩnh vực khác. Trong nông nghiệp, các mạng cảm biến có thể theo dõi độ ẩm của đất và nhiệt độ để tối ưu hóa việc tưới tiêu. Trong chăm sóc sức khỏe, chúng có thể được sử dụng để theo dõi dấu hiệu sinh tồn của bệnh nhân. Trong quân sự, chúng có thể được sử dụng để phát hiện sự xâm nhập. Tiềm năng ứng dụng WSN là vô tận, và chúng đang ngày càng trở nên phổ biến hơn.

II. Thách Thức Trong Thiết Kế Giao Thức Định Tuyến WSN

Thiết kế giao thức định tuyến hiệu quả cho WSN gặp nhiều thách thức. Nguồn năng lượng hạn chế của các nút cảm biến là một trong những vấn đề lớn nhất. Các giao thức cần phải tiết kiệm năng lượng để kéo dài tuổi thọ mạng. Ngoài ra, topology mạng có thể thay đổi thường xuyên do các nút bị hỏng hoặc di chuyển. Các giao thức cần phải thích ứng với những thay đổi này. Hơn nữa, băng thông có sẵn thường hạn chế. Các giao thức cần phải truyền dữ liệu một cách hiệu quả để tránh tắc nghẽn. Tính bảo mật cũng là một mối quan tâm, đặc biệt đối với các ứng dụng nhạy cảm. Các giao thức cần phải bảo vệ dữ liệu khỏi bị truy cập trái phép. Theo tài liệu gốc, việc giới hạn về năng lượng, giải thông, phần cứng và nhiễu bên ngoài là những thách thức chính.

2.1. Các Yếu Tố Ảnh Hưởng Đến Thiết Kế Giao Thức Định Tuyến

Nhiều yếu tố ảnh hưởng đến thiết kế giao thức định tuyến cho WSN. Bao gồm tiêu thụ năng lượng, độ trễ, thông lượng, độ tin cậy, khả năng mở rộng và tính bảo mật. Các giao thức cần phải cân bằng các yếu tố này để đạt được hiệu suất tối ưu. Các giao thức tiết kiệm năng lượng có thể làm tăng độ trễ hoặc giảm thông lượng. Các giao thức bảo mật có thể làm tăng tiêu thụ năng lượng hoặc giảm độ tin cậy. Do đó, việc thiết kế một giao thức định tuyến hiệu quả là một quá trình phức tạp đòi hỏi sự cân nhắc cẩn thận.

2.2. Ràng Buộc Tài Nguyên và Mô Hình Dữ Liệu Trong Mạng WSN

Giao thức định tuyến phải đối mặt với các ràng buộc về tài nguyên như giới hạn năng lượng, bộ nhớ và băng thông. Mô hình dữ liệu cũng ảnh hưởng đến thiết kế. Có các mô hình như truyền dữ liệu liên tục, theo sự kiện hoặc theo truy vấn. Giao thức định tuyến cần phù hợp với mô hình dữ liệu cụ thể. Ví dụ, giao thức Directed Diffusion phù hợp với mô hình truyền dữ liệu theo truy vấn, nơi trạm gốc gửi truy vấn và các nút cảm biến thu thập và gửi dữ liệu liên quan trở lại. Theo tài liệu gốc, đặc tính thay đổi theo thời gian và trật tự sắp xếp của mạng, ràng buộc về tài nguyên, và mô hình dữ liệu là những vấn đề cần quan tâm.

III. Cách Phân Loại Các Giao Thức Định Tuyến Trong WSN

Các giao thức định tuyến trong WSN có thể được phân loại theo nhiều cách khác nhau. Một cách phổ biến là phân loại theo cấu trúc mạng: giao thức phẳng, phân cấp và dựa trên vị trí. Giao thức phẳng (ví dụ: Flooding, Gossiping) tất cả các nút đều có vai trò như nhau. Giao thức phân cấp (ví dụ: LEACH, PEGASIS) chia mạng thành các cụm, với một nút chủ cụm chịu trách nhiệm tập hợp dữ liệu. Giao thức dựa trên vị trí (ví dụ: GPSR, GEAR) sử dụng thông tin vị trí của các nút để định tuyến dữ liệu. Ngoài ra, các giao thức có thể được phân loại theo hoạt động (ví dụ: giao thức chủ động, phản ứng và lai).

3.1. Giao Thức Định Tuyến Phân Cấp LEACH PEGASIS và Ưu Điểm

Giao thức định tuyến phân cấp như LEACH và PEGASIS giúp tiết kiệm năng lượng bằng cách chia mạng thành các cụm. LEACH chọn ngẫu nhiên các nút làm chủ cụm, luân phiên vai trò này để phân phối tiêu thụ năng lượng đều. PEGASIS tạo chuỗi các nút, giảm khoảng cách truyền đến trạm gốc. Ưu điểm của giao thức định tuyến phân cấp là khả năng mở rộng và giảm tiêu thụ năng lượng so với các giao thức phẳng, đặc biệt trong các mạng lớn. Tuy nhiên, việc lựa chọn và quản lý cụm có thể phức tạp.

3.2. Giao Thức Định Tuyến Dựa Trên Vị Trí Ưu Điểm và Hạn Chế Của GPSR GEAR

Giao thức định tuyến dựa trên vị trí sử dụng thông tin vị trí của các nút để định tuyến dữ liệu. GPSR (Greedy Perimeter Stateless Routing) sử dụng thuật toán tham lam để chọn nút lân cận gần đích nhất. GEAR (Geographic and Energy-Aware Routing) kết hợp thông tin vị trí và năng lượng để chọn đường đi. Ưu điểm của giao thức định tuyến dựa trên vị trí là không cần duy trì thông tin trạng thái đường đi, giảm chi phí. Hạn chế là yêu cầu thông tin vị trí chính xác và có thể gặp vấn đề trong các khu vực có nhiều vật cản.

IV. Phương Pháp Mô Phỏng và Đánh Giá Hiệu Năng Giao Thức WSN

Việc đánh giá hiệu năng của giao thức định tuyến rất quan trọng trước khi triển khai thực tế. Mô phỏng mạng là một phương pháp phổ biến để đánh giá hiệu năng trong môi trường có kiểm soát. Các công cụ mô phỏng mạng phổ biến bao gồm NS2, NS3, OMNeT++, Cooja và TOSSIM. Các chỉ số hiệu năng quan trọng bao gồm: tiêu thụ năng lượng, tuổi thọ mạng, độ trễ, thông lượng và độ tin cậy. Dựa trên tài liệu gốc, NS-2 được sử dụng để mô phỏng và phân tích giao thức định tuyến trong WSN.

4.1. Công Cụ Mô Phỏng Mạng NS2 NS3 OMNeT Cooja TOSSIM

Các công cụ mô phỏng mạng cung cấp môi trường để thử nghiệm và đánh giá giao thức định tuyến. NS2 và NS3 là các trình mô phỏng dựa trên sự kiện rời rạc, linh hoạt và được sử dụng rộng rãi. OMNeT++ là một khung mô phỏng thành phần mô-đun. Cooja là một trình mô phỏng được thiết kế đặc biệt cho WSN, cho phép mô phỏng trên các nền tảng phần cứng khác nhau. TOSSIM là một trình mô phỏng được thiết kế cho TinyOS, một hệ điều hành phổ biến cho WSN.

4.2. Các Chỉ Số Đánh Giá Hiệu Năng Quan Trọng Trong Mạng WSN

Tiêu thụ năng lượng là một trong những chỉ số quan trọng nhất. Tuổi thọ mạng phụ thuộc vào tiêu thụ năng lượng của các nút. Độ trễ là thời gian cần thiết để dữ liệu được truyền từ nguồn đến đích. Thông lượng là lượng dữ liệu được truyền thành công trong một đơn vị thời gian. Độ tin cậy là khả năng truyền dữ liệu thành công mà không bị mất gói tin. Phân tích các chỉ số này giúp so sánh và cải thiện giao thức định tuyến.

V. Nghiên Cứu và Mô Phỏng Giao Thức LEACH Trong Mạng WSN

LEACH (Low-Energy Adaptive Clustering Hierarchy) là giao thức phân cụm tiết kiệm năng lượng cho WSN. LEACH hoạt động theo các vòng, mỗi vòng bao gồm giai đoạn thiết lập và giai đoạn ổn định. Trong giai đoạn thiết lập, các nút tự chọn làm chủ cụm dựa trên xác suất. Trong giai đoạn ổn định, các nút truyền dữ liệu đến chủ cụm, sau đó chủ cụm tổng hợp và truyền đến trạm gốc. LEACH giúp giảm tiêu thụ năng lượng bằng cách tập trung dữ liệu và sử dụng đa chặng để truyền đến trạm gốc. Theo tài liệu, luận văn sử dụng NS-2 để mô phỏng và đánh giá LEACH, so sánh với các giao thức khác.

5.1. Kiến Trúc và Hoạt Động Của Giao Thức LEACH Thiết Lập Cụm

LEACH hoạt động theo các vòng, mỗi vòng gồm giai đoạn thiết lập và giai đoạn ổn định. Giai đoạn thiết lập là khi các cụm được hình thành. Mỗi nút quyết định trở thành chủ cụm với xác suất nhất định. Các nút còn lại gia nhập cụm gần nhất. Chủ cụm tạo lịch trình TDMA cho các thành viên để tránh xung đột. Giai đoạn này tốn năng lượng, nhưng giúp tiết kiệm trong giai đoạn ổn định.

5.2. Pha Ổn Định Của LEACH Truyền Dữ Liệu và Tổng Hợp Tại Nút Chủ

Trong pha ổn định của LEACH, các nút thành viên truyền dữ liệu đến nút chủ cụm theo lịch TDMA. Nút chủ cụm tổng hợp dữ liệu từ các thành viên. Quá trình này giảm số lượng gói tin truyền đến trạm gốc, tiết kiệm năng lượng. Sau khi tổng hợp, nút chủ cụm truyền dữ liệu đến trạm gốc. Kết thúc vòng, một vòng mới bắt đầu.

5.3. Các Thuật Toán Nâng Cao Của LEACH LEACH C LEACH F

Các biến thể của LEACH bao gồm LEACH-C và LEACH-F. LEACH-C sử dụng trạm gốc để lựa chọn các nút chủ cụm dựa trên thông tin vị trí và năng lượng. Điều này giúp phân phối các nút chủ cụm đều hơn trong mạng. LEACH-F cố định các cụm trong suốt thời gian hoạt động của mạng, giảm chi phí cho việc thiết lập cụm. Các cải tiến này nhằm mục đích cải thiện hiệu năng và kéo dài tuổi thọ mạng so với LEACH gốc.

VI. Kết Luận và Hướng Phát Triển Của Giao Thức Định Tuyến WSN

Việc nghiên cứu và phát triển các giao thức định tuyến hiệu quả cho WSN vẫn là một lĩnh vực quan trọng. Các nghiên cứu hiện tại tập trung vào việc cải thiện hiệu năng về tiêu thụ năng lượng, tuổi thọ mạng, độ trễ và độ tin cậy. Các hướng phát triển bao gồm việc sử dụng các kỹ thuật trí tuệ nhân tạo, học máy và các giao thức thích ứng để đối phó với các thay đổi trong topology mạng và điều kiện môi trường. Mạng IoT cũng đang thúc đẩy sự phát triển của WSN, với nhiều ứng dụng mới nổi.

6.1. Ứng Dụng Thực Tế và Xu Hướng Phát Triển Của Mạng Cảm Biến

Ứng dụng WSN ngày càng đa dạng. Từ giám sát môi trường đến theo dõi sức khỏe và tự động hóa công nghiệp. Xu hướng phát triển bao gồm tích hợp WSN với mạng IoT, sử dụng năng lượng tái tạo và phát triển các giao thức bảo mật mạnh mẽ hơn.

6.2. Tương Lai Của Giao Thức Định Tuyến AI và Giao Thức Thích Ứng

Tương lai của giao thức định tuyến trong WSN sẽ chứng kiến sự gia tăng của việc sử dụng trí tuệ nhân tạo (AI) và học máy. Các giao thức thích ứng có thể tự động điều chỉnh các tham số dựa trên điều kiện mạng. Điều này giúp tối ưu hóa hiệu năng và kéo dài tuổi thọ mạng. AI có thể được sử dụng để dự đoán các sự kiện và điều chỉnh giao thức định tuyến để đáp ứng.

Trích đoạn nội dung tài liệu

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ ---------------*--------------- LƯU HOÀNG VŨ NGHIÊN CỨU, ĐÁNH GIÁ VÀ MÔ PHỎNG MỘT SỐ GIAO THỨC ĐỊNH TUYẾN TRONG MẠNG CẢM BIẾN KHÔNG DÂY LUẬN VĂN THẠC SĨ Hà Nội - 2009 TIEU LUAN MOI download : [e-mail] ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ ---------------*--------------- LƯU HOÀNG VŨ NGHIÊN CỨU, ĐÁNH GIÁ VÀ MÔ PHỎNG MỘT SỐ GIAO THỨC ĐỊNH TUYẾN TRONG MẠNG CẢM BIẾN KHÔNG DÂY Ngành: Kỹ thuật điện tử - viễn thông Chuyên ngành: Kỹ thuật điện tử Mã số: 60 52 70 LUẬN VĂN THẠC SĨ NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS. Vương Đạo Vy Hà Nội - 2009 TIEU LUAN MOI download : [e-mail] MỤC LỤC MỤC LỤC. 1 CHƢƠNG 1: GIỚI THIỆU VỀ MẠNG CẢM BIẾN KHÔNG DÂY. Cấu trúc mạng cảm biến không dây.1 Cấu trúc phẳng .2 Cấu trúc phân cấp.

Các đặc trưng của mạng cảm biến không dây .1 Năng lượng tiêu thụ .3 Loại hình mạng .4 Tính bảo mật .6 Tính di động .4 Những khó khăn trong việc phát triển mạng không dây .1 Giới hạn năng lượng .2 Giới hạn về giải thông .3 Giới hạn về phần cứng .4 Ảnh hưởng của nhiễu bên ngoài. 17 CHƢƠNG 2: ĐỊNH TUYẾN TRONG MẠNG CẢM BIẾN KHÔNG DÂY .1 Các vấn đề về thiết kế giao thức định tuyến.1 Đặc tính thay đổi thời gian và trật tự sắp xếp của mạng. Ràng buộc về tài nguyên .3 Mô hình dữ liệu trong mạng cảm biến. Cách truyền dữ liệu .2 Các giao thức định tuyến trong WSN .1 Các giao thức xét theo cấu trúc mạng .2 Các giao thức phân cấp.3 Giao thức định tuyến dựa theo vị trí .4 Các giao thức định tuyến xét theo hoạt động.

41 CHƢƠNG 3: KIẾN TRÚC GIAO THỨC LEACH .2 Pha thiết lập .3 Pha ổn định .4 Tổng hợp dữ liệu .3 Phân chia cụm cố định (Stat-Cluster) .4 Năng lượng truyền tối thiểu (Minimum Transmit Energy). 59 1 TIEU LUAN MOI download : [e-mail] CHƢƠNG 4: MÔ PHỎNG MỘT SỐ GIAO THỨC ĐỊNH TUYẾN VÀ ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ .1 Giới thiệu về NS-2 .3 Các đặc tính của NS-2 .4 Mô phỏng mạng cảm biến không dây trên NS-2 .1 Bài toán mô phỏng .2 Mô hình phần mềm. 86 TÀI LIỆU THAM KHẢO. 88 2 TIEU LUAN MOI download : [e-mail] MỤC LỤC HÌNH VẼ Hình 1.1 Cấu trúc mạng cảm biến không dây .2 Cấu trúc phẳng .3 Cấu trúc phân cấp .4 Cấu trúc mạng phân cấp chức năng theo lớp .1 Phân loại giao thức chọn đường trong WSN .2 Cơ chế của SPIN .3 Các pha trong Directed Diffusion .4 Chuỗi trong PEGASIS .5 Time line cho hoạt động của TEEN .6 Ví dụ về lưới ảo trong GAF .7 Sự chuyển trạng thái trong GAF .8 Chuyển tiếp địa lý đệ quy trong GEAR .1 Giao thức LEACH.2 Time-line hoạt động của LEACH .3 Giải thuật hình thành cluster trong LEACH .4 Sự hình thành cụm ở 2 vòng khác nhau (nút đen là nút chủ) .5 Mô hình LEACH sau khi đã ổn định trạng thái .6 Hoạt động của pha ổn định trong LEACH .7 Time-line hoạt động của LEACH trong một vòng .8 Sự ảnh hưởng của kênh phát sóng .9 Đồ thị so sánh năng lượng sử dụng khi có và không có tổng hợp dữ liệu cục bộ .10 Pha thiết lập của LEACH-C .11 Hoạt động của giao thức MTE .12 Ảnh hưởng giữa các cụm gần nhau .13 Ảnh hưởng khi một nút dùng công suất phát khá lớn để giao tiếp với nút chủ của nó .1: Tổng quan về NS dưới góc độ người dùng .2: Luồng các sự kiện cho file Tcl chạy trong NS .3: Kiến trúc của NS-2.4: C++ và OTcl: Sự đối ngẫu.5: TclCL hoạt động như liên kết giữa A và B .6 Mô hình cấu trúc phần mềm xây dựng trên NS-2 .7 Số nút mạng còn sống theo thời gian .8 Năng lượng tiêu thụ của toàn mạng theo thời gian .9 Tỉ lệ nút/số bytes nhận được ở trạm gốc .10 Tỉ lệ dữ liệu / năng lượng .11 Biểu đồ trễ tín hiệu tại trạm gốc.12 Số nút mạng còn sống theo thời gian .13 Năng lượng tiêu thụ của toàn mạng theo thời gian .14 Tỉ lệ nút/số bytes nhận được ở trạm gốc.

77 3 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.15 Tỉ lệdữ liệu / năng lượng .16 Biểu đồ trễ tín hiệu tại trạm gốc.17 Số nút mạng còn sống theo thời gian .18 Năng lượng tiêu thụ của toàn mạng theo thời gian .19 Tỉ lệ nút/số bytes nhận được ở trạm gốc .20 Tỉ lệ dữ liệu / năng lượng .21 Biểu đồ trễ tín hiệu tại trạm gốc. 84 4 TIEU LUAN MOI download : [e-mail] DANH SÁCH TỪ VIẾT TẮT Chữ viết Chữ đầy đủ Nghĩa tiếng Việt tắt ACK Acknowledgement Bản tin phúc đáp ADC Analog-to-Digital Converter Bộ chuyển đổi tƣơng tự - Số ADV Advertise Bản tin quảng bá AoA Angle of Arrival Góc đến BS Base Station (Sink) Trạm gốc CDMA Code Division Multiple Access Đa truy nhập phân chia theo mã DD Directed Diffusion Truyền tin trực tiếp EDD Enhanced Directed Diffusion Truyền tin trực tiếp nâng cao GAF Geographic adaptive fidelity Giải thuật chính xác theo địa lý GEAR Geographic and Energy-Aware Định tuyến theo vùng địa lý Routing sử dụng hiệu quả năng lƣợng GPS Global Positioning System Hệ thống định vị toàn cầu LEACH Low-energy adaptive clustering Giao thức phân cấp theo cụm hierarchy thích ứng năng lƣợng thấp MAC Media Access Control Điều khiển truy nhập môi trƣờng PEGASIS Power-efficient Gathering in Tổng hợp năng lƣợng trong Sensor Information Systems các hệ thống thông tin cảm biến QoS Quality of Service Chất lƣợng dịch vụ REQ Request Bản tin yêu cầu RSS Received Signal Strength Độ mạnh tín hiệu thu đƣợc RSSI Received Signal Strength Bộ chỉ thị độ mạnh tín hiệu 5 TIEU LUAN MOI download : [e-mail] Indicator thu đƣợc SAR Sequential Assignment Routing Định tuyến phân phối tuần tự SMP Sensor Management Protocol Giao thức quản lí mạng cảm biến SPIN Sensor protocols for Giao thức cho thông tin dữ information via negotiation liệu thông qua đàm phán SQDDP Sensor Query and Data Giao thức phân phối dữ liệu Dissemination Protocol và truy vấn cảm biến TADAP Task Assignment and Data Giao thức quảng bá dữ liệu và Advertisement Protocol chỉ định nhiệm vụ cho từng cảm biến TCP Transmission Control Protocol Giao thức điều khiển truyền dẫn TDMA Time Division Multiple Access Đa truy nhập phân chia theo thời gian TEEN Threshold sensitive Energy Giao thức hiệu quả về năng Efficient sensor Network lƣợng nhạy cảm với mức protocol ngƣỡng ToA Time of Arrival Thời gian đến UDP User Datagram Protocol Giao thức gói dữ liệu ngƣời dùng WINS Wireless Integrated Network Cảm biến mạng tích hợp Sensors không dây WSN Wireless Sensor Network Mạng cảm biến không dây 6 TIEU LUAN MOI download : [e-mail] LỜI NÓI ĐẦU Trong những năm gần đây, do sự tiến bộ của khoa học kỹ thuật, việc sản xuất các thiết bị cảm biến nhỏ và chi phí thấp trở nên khả thi về mặt kỹ thuật và mặt kinh tế. Việc thiết kế và thực hiện có hiệu quả mạng cảm biến không dây trở thành lĩnh vực thu hút được nhiều sự quan tâm vì tiềm năng ứng dụng của mạng cảm biến trong các lĩnh vực trong đời sống hàng ngày như trong y tế, trong công nghiệp, trong quân sự…Tuy vậy, việc thiết kế và thực hiện có hiệu quả mạng cảm biến không dây phải đối mặt với rất nhiều thách thức, một trong những thách thức lớn nhất trong mạng cảm biến là nguồn năng lượng bị giới hạn và không thể nạp lại, chính vì thế hiện nay rất nhiều nghiên cứu đang tập trung vào việc cải thiện khả năng sử dụng hiệu quả năng lượng của toàn mạng. Xuất phát từ những phát từ những yêu cầu thực tế đó, đề tài “Nghiên cứu, đánh giá và mô phỏng một số giao thức định tuyến trong mạng cảm biến không dây” thực hiện việc giới thiệu một cách tổng quan về mạng cảm biến không dây, các giao thức cũng như các giải thuật định tuyến thường được dùng: LEACH, LEACH-C, MTE, STAT-CLUSTER, đồng thời sử dụng phần mềm NS-2 để mô phỏng, đánh giá 4 giao thức đó.

Luận văn gồm có 4 chương: Chƣơng 1: Tổng quan về mạng cảm biến không dây (WSN): đưa ra định nghĩa, cấu trúc mạng WSN, các yếu tố ảnh hưởng đến cấu trúc mạng WSN, các thách thức mà mạng WSN phải đối mặt. Chƣơng 2: Định tuyến trong mạng cảm biến không dây: đưa ra các vấn đề phải đối mặt khi định tuyến, đưa ra các giao thức định tuyến đang được dùng trong mạng cảm biến và trình bày cách phân loại các cách tiếp cận với vấn đề này. Ba loại định tuyến chính được đưa ra trong chương này là giao thức trung tâm dữ liệu, giao thức phân cấp và giao thức dựa vào vị trí. Chƣơng 3: Kiến trúc giao thức LEACH: khái niệm về LEACH, cách hình thành cụm (Cluster) và nút chủ cụm (Cluster Head) trong LEACH; pha thiết lập và 7 TIEU LUAN MOI download : [e-mail] pha ổn định của LEACH; tổng hợp dữ liệu tại nút chủ cụm; các thuật toán nâng cáo của LEACH là LEACH-C và LEACH-F.

Chƣơng 4: Sử dụng NS-2 để mô phỏng WSN trên hệ điều hành Ubuntu: Khái quát về phần mềm mô phỏng mạng NS-2 và xây dựng mô hình phần mềm mô phỏng cho các giao thức mạng. Phân tích và nghiên cứu các vấn đề về năng lượng, thời gian sống, dữ liệu truyền và thời gian trễ trên trạm gốc. 8 TIEU LUAN MOI download : [e-mail] CHƢƠNG 1: GIỚI THIỆU VỀ MẠNG CẢM BIẾN KHÔNG DÂY 1. Giới thiệu Mạng cảm biến không dây (WSN) có là mạng liên kết các nút với nhau bằng kết nối sóng vô tuyến trong đó các nút mạng thường là các thiết bị đơn giản , nhỏ gọn, giá thành thấp.

và có số lượng lớn, được phân bố một cách không có hệ thống (non-topology) trên một diện tích rộng (phạm vi hoạt động rộng), sử dụng nguồn năng lượng hạn chế, có thời gian hoạt động lâu dài (vài tháng đến vài năm) và có thể hoạt động trong môi trường khắc nghiệt (chất độc, ô nhiễm, nhiệt độ. Các nút mạng thường có chức năng cảm nhận, quan sát môi trường xung quanh như nhiệt độ, độ ẩm, ánh sáng. theo dõi hay định vị các mục tiêu cố định hoặc di động. Các nút giao tiếp với nhau và truyền dữ liệu về trung tâm (base station) một cách gián tiếp bằng kỹ thuật đa chặng (multi-hop).

Lưu lượng (traffic) dữ liệu lưu thông trong WSN là thấp và không liên tục. Do vậy để tiết kiệm năng lượng, các nút thường có nhiều trạng thái hoạt động (active mode) và trạng thái nghỉ (sleep mode) khác nhau. Thông thường thời gian 1 nút ở trạng thái nghỉ lớn hơn ở trạng thái hoạt động rất nhiều.