Luận Văn tổng quan về mạng cảm ứng không dây Wireless Sensor Netwơrk-WSN

LỜI NÓI ĐẦU


Nhờ có những tiến bộ trong lĩnh vực truyền thông vô tuyến trong những năm gần đây, mạng cảm biến không dây (Wireless Sensor Netwơrk-WSN) với giá thành rẻ, tiêu thụ ít năng lượng và đa chức năng nên rất được chú ý trong lĩnh vực thông tin. Hiện nay, người ta đang tập trung triển khai các mạng cảm ứng không dây để áp dụng vào trong cuộc sống hàng ngày. Mạng cảm ứng được ứng dụng rất nhiều trong đời sống hàng ngày, y tế, kinh doanh Tuy nhiên, mạng cảm ứng không dây đang phải đối mặt với rất nhiều thách thức, một trong những thách thức lớn nhất trong mạng cảm ứng không dây là nguồn năng lượng bị giới hạn, rất nhiều nghiên cứu đang tập trung vào việc cải thiện khả năng sử dụng hiệu quả năng lượng trong từng lĩnh vực khác nhau. Trong tương lai các ứng dụng của mạng cảm ứng không dây sẽ trở thành một phần không thể thiếu trong cuộc sống.

Trong đồ án này sẽ giới thiệu một cách tổng quan về mạng cảm ứng không dây, các giao thức định tuyến phổ biến, đồng thời sử dụng phần mềm để mô phỏng và đánh giá 3 giao thức cơ bản trong mạng cảm biến không dây. Đó là các giao thức LEACH, LEACH-C, STAT_CLUSTER.









CHƯƠNG I

TỔNG QUAN VỀ MẠNG CẢM BIẾN KHÔNG DÂY WSN


I.1 Giới thiệu

Mạng cảm biến không dây là một trong những công nghệ thông tin mới phát triển nhanh chóng nhất, với nhiều ứng dụng trong nhiều lĩnh vực: điều khiển quá trình công nghiệp, bảo mật và giám sát, cảm biến môi trường, kiểm tra sức khỏe



Hình 1.1: Biểu tượng của mạng như mô hình trên

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 , và có số lượng lớn, được phân bố không có hệ thống trên phạm vi rộng, sử dụng nguồn năng lượng (pin) hạn chế thời gian hoạt động lâu dài.

Các mạng vô tuyến khác bao gồm mạng cellular, mạng WLAN, và mạng phạm vi ở nhà (Bluetooth). Các gói chuyển từ mạng này qua mạng khác sẽ được hỗ trợ internet không dây. Mạng cellular đích đến là tại những người sử dụng với tính di động cao. Tốc độ dữ liệu cho tính di động tại mức này bị giới hạn do dịch tần Doppler. Mặt khác, WLAN có tốc độ dữ liệu cao. Bluetooth và Home RF đích đến là tại nhà. Tốc độ dữ liệu mong muốn có dải radio thấp hơn và ngắn hơn nhiều, tính di động cũng thấp.


MỤC LỤC


LỜI NÓI ĐẦU 1

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ MẠNG CẢM BIẾN KHÔNG DÂY WSN 2

I.1 Giới thiệu 2

I.2 Cấu trúc mạng WSN 3

I.2.1 Cấu trúc 1 node mạng WSN 3

I.2.2 Cấu trúc mạng cảm biến không dây 5

I.3 Kiến trúc giao thức mạng WSN 6

I.4 Các yếu tố ảnh hưởng đến mạng WSN 8

I.4.1 Thời gian sống bên ngoài 8

I.4.2 Sự đáp ứng 9

I.4.3 Tính chất mạnh (Robustness) 9

I.4.4 Hiệu suất (Synergy) 9

I.4.5 Tính mở rộng (Scalability) 10

I.4.6 Tính không đồng nhất (Heterogeneity) 10

I.4.7 Tự cấu hình 10

I.4.8 Tự tối ưu và tự thích nghi 10

I.4.9 Thiết kế có hệ thống 10

I.5 Ứng dụng của mạng WSN 11

CHƯƠNG II: ĐỊNH TUYẾN TRONG MẠNG CẢM BIẾN KHÔNG DÂY 12

II.1 Giới thiệu 12

II.2 Thách thức trong vấn đề định tuyến 12

II.2.1 Tính động của mạng 12

II.2.2 Sự triển khai các node 12

II.2.3 Tính đến năng lượng 13

II.2.4 Phương pháp báo cáo số liệu 13

II.2.5 Khả năng của các node 14

II.2.6 Tập trung/ hợp nhất dữ liệu 14

II.3 Phân loại và so sánh các giao thức định tuyến trong WSN 15

II.4 Các loại giao thức định tuyến 17

II.4.1 Giao thức định tuyến trung tâm dữ liệu (data centric protocols) 17

II.4.2 Giao thức phân cấp (Hierarchical protocols) 22

II.4.3 Giao thức dựa trên vị trí (Location-based protocols) 25

CHƯƠNG III : KIẾN TRÚC GIAO THỨC LEACH 29

III.1 Giới thiệu 29

III.2 Tự định dạng cấu hình Cluster (Self – Configuring Cluster Formation) 31

III.2.1 Lựa chọn nút chủ của cụm (Determining Cluster- Head Nodes ) 31

III.2.2 Pha thiết lập (Set-up Phase) 32

III.2.3 Pha duy trì trạng thái – pha ổn định (Steady- state Phase) 33

III.2.4 Tổng hợp dữ liệu (Sensor Data Aggregation) 36

III.3 LEACH – C 37

III.4 Stat-Clustering 38

CHƯƠNG IV: MÔ PHỎNG LEACH BẰNG NS2 39

IV.1 Giới thiệu NS2 39

IV.1.1 Kiến trúc NS2 39

IV.1.2 Các đặc điểm NS2 41

IV.2 Các phần mềm dùng kết hợp với NS2 41

IV.2.1 NAM 41

IV.2.2 NSCRIPT 42

IV.2.3 XGRAPH 42

IV.2.4 TRACEGRAPH 43

IV.3 Mô phỏng WSN trên NS2 43

IV.3.1 Giả thiết 43

IV.3.2 Thực hiện mô phỏng cho 3 giao thức: Leach, Leach-C, Stat- Clus 43

IV.3.3 Kết quả mô phỏng 44

IV. 4 Kết luận 52

TÀI LIỆU THAM KHẢO 53

LỜI KẾT 55