Đồ Án Tìm hiểu một số giao thức định tuyến trong mạng cảm biến không dây

MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN

LỜI CAM ĐOAN
MỤC LỤC
MỞ ĐẦU 1
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ MẠNG CẢM BIẾN KHÔNG DÂY 3
1.1Giới thiệu về mạng cảm biến không dây. 3
1.2 Cấu trúc mạng WSN 4
1.2.1 Cấu trúc một node mạng WSN 4
1.2.2 Cấu trúc mạng cảm biến không dây. 7
1.3 Đặc điểm của mạng cảm biến không dây. 8
1.3.1 Kích thước vật lý nhỏ. 8
1.3.2 Hoạt động đồng thời với độ tập trung cao. 8
1.3.3 Khả năng liên kết vật lý và phân cấp điều khiển hạn chế. 9
1.3.4 Tính đa dạng trong thiết kế và sử dụng. 9
1.3.5 Hoạt động tin cậy. 9
1.4 Kiến trúc mạng cảm biến không dây. 10
1.4.1 Lớp ứng dụng. 11
1.4.2 Lớp giao vận. 12
1.4.3 Lớp mạng. 12
1.4.4 Lớp liên kết số liệu. 13
1.4.5 Lớp vật lý. 13
1.5 Kỹ thuật truyền dẫn không dây. 14
1.5.1 Quá trình truyền sóng. 15
1.5.2 Các công nghệ không dây. 17
1.5.2.1 Bluetooth. 18
1.5.2.2 WLAN 19
1.5.2.3 ZigBee. 21
1.6 Các yếu tố ảnh hưởng đến mạng WSN 22
1.6.1 Thời gian sông bên ngoài 22
1.6.2 Tiêu thụ nguồn mức thấp. 23
1.6.3 Chi phí thấp. 23
1.6.4 Thông lượng dữ liệu. 24
1.6.5 Bảo mật 24
1.7 Ứng dụng của mạng WSN 25
CHƯƠNG 2:ĐỊNH TUYẾN TRONG MẠNG CẢM BIẾN KHÔNG DÂY 27
2.1 Giới thiệu. 27
2.2 sự phân phối và tập hợp dữ liệu. 27
2.3 Thách thức trong vấn đề định tuyến. 29
2.3.1 Tính động của mạng. 29
2.3.2 Sự triển khai các node. 29
2.3.3 Tài nguyên hạn chế. 29
2.4 Phân loại và so sánh các giao thức định tuyến trong WSN 30
2.5 Giao thức định tuyến trong WSN 32
2.5.1 Các kỹ thuật định tuyến. 33
2.5.1.1 Flooding và các biến thể. 34
2.5.1.2 Giao thức định tuyến thông tin qua sự thỏa thuận. 36
2.5.1.3 Truyền tin trực tiếp (Directed Diffusion). 40
2.5.1.4 LEACH (Low Energy Adaptive Clustering Hierarchy). 43
2.5.1.5 GAF(Geographic Adaptive Fidelity). 44
2.5.1.6 GEAR (Geographic and Energy – Aware Routing). 46
CHƯƠNG 3: SO SÁNH HAI GIAO THỨC ĐỊNH TUYẾN PHÂN CẤP LEACH VÀ PEGASIS 48
3.1 Kiến trúc giao thức LEACH 48
3.1.1 Lựa chọn node của cụm chủ. 50
3.1.2 Pha thiết lập. 51
3.1.3 Pha ổn định. 53
3.1.4 Giao thức cải tiến LEACH – C 55
3.2 Giao thức định tuyến phân cấp PEGASIS. 57
3.2.1 Giới thiệu PEGASIS. 57
3.2.2 PEGASIS cơ bản. 58
3.2.3 PEGASIS cải tiến. 60
3.2.4 Đánh giá ưu nhược điểm của LEACH và PEGASIS. 62
KẾT LUẬN 63
TÀI LIỆU THAM KHẢO 64



























DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1.Các thành phần của một node cảm ứng. 4
Hình 1.2. Mô hình triển khai cá node cảm biến không dây. 8
Hình 1.3.Kiến trúc giao thức của mạng cảm biến. 10
Hình 1.4.Mô hình truyền sóng. 15
Hình 1.5.Minh họa đường truyền sóng. 16
Hình 1.6.Đồ thị so sánh các giao thức truyền dẫn không dây phổ biến. 17
Hình 1.7.Mô hình WLAN kết hợp với mạng LAN truyền thống. 19
Hình 1.8.Băng tần IEEE 802.11b/g. 20
Hình 1.9.Mô hình giao thức ZigBee. 22
Hình 2.1.Các ứng dụng mạng WSN 27
Hình 2.2.Truyền dữ liệu đa chặng. 28
Hình 2.3.Phân loại giao thức chọn đường trong WSN 30
Hình 2.4.Fooding các gói dữ liệu trong mạng thông tin. 34
Hình 2.5.Bùng nổ lưu lượng do flooding. 35
Hình 2.6.Vấn đề chồng lấn do flooding. 36
Hình 2.7.Hoạt động cơ bản của giao thức SPIN 38
Hình 2.8.Thủ tục bắt tay trong giao thức SPIN-PP 38
Hình 2.9.Giao thức SPIN – BC 40
Hình 2.10.Hoạt động cơ bản của Directed Diffusion. 42
Hình 2.11.Ví dụ về lưới ảo trong GAF 44
Hình 2.12.Sự chuyển động trạng thái trong GAF 45
Hình 2.13.Chuyển tiếp địa lý đệ quy trong GEAR 47
Hình 3.1.Giao thức LEACH 48
Hình 3.2.Time – line hoạt động của LEACH 49
Hình 3.3.Trạng thái của pha thiết lập. 51
Hình 3.4.Sơ đồ hình thành cluster trong LEACH 52
Hình 3.5.Mô hình LEACH sau khi đã ổn định trạng thái 53
Hình 3.6.Hoạt động của pha ổn định trong LEACH 54
Hình 3.7.Time – line hoạt động của LEACH trong một vòng. 54
Hình 3.8.Sự ảnh hưởng của kênh phát sóng. 55
Hình 3.9.Pha thiết lập của LEACH – C 56
Hình 3.10.Xây dựng chuỗi sử dụng thuật toán Greedy. 59
Hình 3.11.Xử lý lỗi khi một node trong chuỗi chết 59
Hình 3.12.Khác phục của PEGASIS. 62







MỞ ĐẦU Lý do chọn đề tài
Trong quá trình phát triển của con người, những cuộc các mạng về công nghệ đóng một vai trò rất quan trọng, chúng làm thay đổi từng ngày từng giờ cuộc sống của con người, theo hướng hiện đại hơn. Đi đôi với quá trình phát triển của con người, những thay đổi do chính tác động của con người trong tự nhiên, trong môi trường sống cũng đang diễn ra, tác động trở lại chúng ta, như ô nhiễm môi trường, khí hậu thay đổi, v.v . Dân số càng tăng, nhu cầu cũng tăng theo, các dịch vụ, các tiện ích từ đó cũng được hình thành và phát triển theo. Đặc biệt là áp dụng các công nghệ của các ngành điện tử, công nghệ thông tin và viễn thông vào trong thực tiễn cuộc sống con người. Công nghệ cảm biến không dây được tích hợp từ các kỹ thuật điện tử, tin học và viễn thông tiên tiến vào trong mục đích nghiên cứu, giải trí, sản xuất, kinh doanh, v.v ., phạm vi này ngày càng được mở rộng, để tạo ra các ứng dụng đáp ứng cho các nhu cầu trên các lĩnh vực khác nhau.
Hiện nay, công nghệ cảm biến không dây chưa được áp dụng một các rộng rãi ở nước ta, do những điều kiện về kỹ thuật, kinh tế, nhu cầu sử dụng. Song nó vẫn hứa hẹn là một đích đến tiêu biểu cho các nhà nghiên cứu, cho những mục đích phát triển đầy tiềm năng. Để áp dụng công nghệ này vào thực tế trong tương lai, đã có không ít các nhà khoa học đã tập trung nghiên cứu, nắm bắt những thay đổi trong công nghệ này.
Trong quá trình tìm hiểu và nghiên cứu về mạng cảm biến không dây, em đã lựa chọn tìm hiểu một số giao thức định tuyến làm hướng nghiên cứu chính. Các giao thức này thể hiện thời gian sống, mức tiêu thụ năng lượng cũng như tốc độ truyền của mạng cảm biến không dây.
Mục đích nghiên cứu
Luận văn này em nghiên cứu mạng cảm biến không dây. Mạng cảm biến không dây WSN là mạng liên kết các node với nhau nhờ sóng radio. Nhưng trong đó, mỗi node mạng bao gồm đầy đủ các chức năng để cảm nhận, thu thập, xử lý và truyền dữ liệu. Các node mạng thường là các thiết bị đơn giản, nhỏ gọn, giá thành thấp là một mạng bao gồm các thiết bị di động vô tuyến kết nối ngang hàng với nhau hình thành nên một mạng tạm thời mà không cần sự trợ giúp của các thiết bị trung tâm cũng như các cơ sở hạ tầng mạng cố định, nên nó vừa đóng vai trò truyền thông, vừa đóng vai trò như thiết bị định tuyến. Vì vậy cần nghiên cứu rõ các giao thức định tuyến ngang hàng, chọn vị trí và đặc biện là giao thức phân cấp.
Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

Nội dung chính của luận văn là đi sâu nghiên cứu các giao thức định tuyến nhất là định tuyến phân cấp trong mạng cảm biến không dây. Đồng thời đánh giá, so sánh các ưu nhược điểm của giao thức định tuyến phân cấp trong mạng cảm biến.
Phương pháp nghiên cứu
Dựa vào lý thuyết mạng cảm biến không dây làm cơ sở cho việc nghiên cứu các giao thức đinh tuyến.
Dựa vào các công thức để đánh giá hiệu năng cũng như năng lượng trong hoạt đông của các giao thức định tuyến.
Bố cục luận văn
Luận văn gồm 3 phần chính
· Chương 1: Tổng quan về mạng cảm biến không dây
· Chương 2: Định tuyến trong mạng cảm biến không dây
· Chương 3: So sánh hai giao thức định tuyến phân cấp LEACH và PEGASIS