Đề tài: Đánh giá hiệu năng giao thức định tuyến phân cấp mạng WSN Giáo viên hướng dẫn : ThS. Đặng Trung Hiếu Sinh viên thực hiện : Nguyễn Đình Thiệu Hà Nội, 1-2013 TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐiỆN LỰC Khoa Điện tử Viễn thông NỘI DUNG Giao thức định tuyến phân cấp trong mạng WSN 2 Tổng quan về mạng cảm biến không dây 1 Đánh giá mức tiêu thụ năng lượng giao thức định tuyến phân cấp mạng WSN 3 Đánh giá hiệu năng giao thức định tuyến phân cấp mạng WSN  Mạng cảm biến không dây (Wireless Sensor Network) là mạng liên kết các thiết bị tự vận hành, liên kết với nhau bằng kết nối sóng vô tuyến trang bị cảm biến để giám sát các tham số trong một môi trường vật lý.  Các nút mạng có chức năng cảm ứng, quan sát môi trường xung quanh như nhiệt độ, độ ẩm, ánh sáng, âm thanh, độ rung, độ bức xạ, độ ô nhiễm…; theo dõi các mục tiêu cố định hoặc di động. Giới thiệu Sink Internet, vệ tinh Nút cảm biến Trường cảm biến Người dùng Nút quản lý tác vụ Mô hình hoạt động của mạng WSN Ứng dụng mạng WSN Ngôi nhà thông minh HT giao thông thông minh Môi trường và nông nghiệp Quân sự và an toàn công nghiệp Y tế và giám sát sức khỏe Giám sát hoạt động công nghiệp Ứng dụng của mạng WSN  Số lượng nút cảm biến khá lớn nên không thể xây dựng một quy tắc cho địa chỉ toàn cục khi triển khai.  Các nút cảm biến bị hạn chế về công suất, khả năng xử lý và dung lượng bộ nhớ.  Số liệu được lựa chọn bởi các nút cảm biến thường dựa vào hiện tượng chung, do đó sẽ có độ dư thừa. Vấn đề định tuyến trong mạng WSN  LEACH (Low Energy Adaptive Clustering Hierachy): giao thức phân cấp theo cụm thích ứng năng lượng thấp dùng trong mạng WSN.  Mục tiêu chính của LEACH là mở rộng thời gian sống của mạng, giảm sự tiêu thụ năng lượng của mỗi nút mạng, sử dụng tập trung dữ liệu để giảm bản tin truyền dẫn trong mạng. Giao thức định tuyến LEACH Mô hình mạng WSN sử dụng giao thức định tuyến phân cấp LEACH Giao thức định tuyến LEACH (tiếp) Quá trình hoạt động của LEACH được chia thành 2 pha là pha thiết lập và pha ổn định.  Pha thiết lập bao gồm 2 bước là lựa chọn nút chủ và thông tin về cụm.  Pha ổn định trạng thái gồm thu thập dữ liệu, tập trung dữ liệu và truyền đến trạm gốc. P: tỷ lệ phần trăm mong muốn trở thành nút chủ cụm. r: vòng (chu kỳ) hiện tại G: tập hợp các nút chưa trở thành nút chủ cụm ở 1/P vòng trước đó  PEGASIS (Power-Efficient Gathering in Sensor Information Systems): Tập trung hiệu suất năng lượng trong hệ thống thông tin cảm biến.  Mục tiêu chính của PEGASIS là làm giảm năng lượng tiêu thụ và truyền dữ liệu thu thập được từ các nút đến trạm gốc với độ trễ thấp. Mô hình mạng WSN sử dụng giao thức định tuyến phân cấp PEGASIS Giao thức định tuyến PEGASIS Giao thức định tuyến PEGASIS (tiếp) Quá trình hoạt động của PEGASIS:  Khởi tạo mạng, xây dựng chuỗi.  Chọn nút chủ.  Truyền dữ liệu.  Xử lý lỗi khi nút chết. Xử lý lỗi khi một nút chết 1 2 3 4 5 6 BS Mô hình mạng PEGASIS [...]... 0.5 20% nút chết PEGASIS 50m x 50m 1% nút chết Direct 0.25 Giao thức 56 64 80 122 LEACH 690 812 911 1077 PEGASIS 1346 2497 2720 3076 Đơn vị: vòng chu kỳ Đánh giá mức tiêu thụ năng lượng giao thức định tuyến phân cấp mạng WSN (tiếp) Nhận xét, đánh giá chung  PEGASIS tiết kiệm năng lượng hơn so với LEACH và Direct  Trong PEGASIS, các nút chết đồng loạt sau khi 20% nút trong mạng bị chết  PEGASIS khắc... 50m 100m x 100m 0.25J 0.5J 0.25J 50nJ/bit 50nJ/bit 2000bit 2000bit Năng lượng ban đầu Năng lượng tiêu tốn khi xử lý 1 bit 50nJ/bit Chiều dài mỗi bản tin DATA 2000bit Đánh giá mức tiêu thụ năng lượng giao thức định tuyến phân cấp mạng WSN (tiếp) 1 Kết quả mô phỏng mạng có kích thước (50m,50m) với mức năng lượng ban đầu 0.25J/node Giao thức 1% nút chết 20% nút chết 50% nút chết 100% nút chết Direct 54.. .Giao thức định tuyến PEGASIS (tiếp)  Mặc dù có những cải tiến đáng kể so với LEACH, nhưng một vấn đề hạn chế trong PEGASIS là trễ truyền  Mô hình khắc phục nhược điểm của PEGASIS Giải thuật tập hợp dữ liệu song song Mô hình chuỗi con Đánh giá mức tiêu thụ năng lượng giao thức định tuyến phân cấp mạng WSN Thiết lập thông số mô phỏng Số nút 100 nút... thức 1% nút chết 20% nút chết 50% nút chết 100% nút chết Direct 14 16 20 30 LEACH 166 204 232 308 PEGASIS 335 624 684 779 Đơn vị: vòng chu kỳ Đánh giá mức tiêu thụ năng lượng giao thức định tuyến phân cấp mạng WSN (tiếp) 4 Tổng hợp kết quả mô phỏng Phạm vi Năng lượng (J/Node) 117 LEACH 402 480 523 635 788 1004 1041 1096 108 124 152 235 LEACH 803 962 1036 1208 1578 2011 2082 2192 215 248 304 471 LEACH... 1004 1041 1096 2 Kết quả mô phỏng mạng có kích thước (50m,50m) với mức năng lượng ban đầu 0.5J/node Giao thức 1% nút chết 20% nút chết 50% nút chết 100% nút chết Direct 108 124 152 235 LEACH 803 962 1036 1208 PEGASIS 1578 2011 2082 2192 3 Kết quả mô phỏng mạng có kích thước (100m,100m) với mức năng lượng ban đầu 0.25J/node Giao thức 1% nút chết 20% nút chết 50% nút chết 100% nút chết Direct 14 16 20... động, tối thiểu hóa khoảng cách truyền nhận giữa các nút trong mạng và chỉ sử dụng 1 lần truyền dữ liệu hợp nhất đến trạm cơ sở KẾT LUẬN  LEACH vào PEGASIS có mức tiêu thụ năng lượng thấp hơn so với Direct  Mặc dù có những cải tiến đáng kể so với LEACH nhưng PEGASIS vẫn tồn tại hạn chế đó là trễ trong mạng khá lớn, đặc biệt là khi kích hướng mạng lớn 14/01/2014 Xin trân trọng cảm ơn! . DUNG Giao thức định tuyến phân cấp trong mạng WSN 2 Tổng quan về mạng cảm biến không dây 1 Đánh giá mức tiêu thụ năng lượng giao thức định tuyến phân cấp mạng WSN 3 Đánh giá hiệu năng giao. 2497 2720 3076 Đánh giá mức tiêu thụ năng lượng giao thức định tuyến phân cấp mạng WSN (tiếp) Đơn vị: vòng chu kỳ Đánh giá mức tiêu thụ năng lượng giao thức định tuyến phân cấp mạng WSN (tiếp). đến trạm gốc với độ trễ thấp. Mô hình mạng WSN sử dụng giao thức định tuyến phân cấp PEGASIS Giao thức định tuyến PEGASIS Giao thức định tuyến PEGASIS (tiếp) Quá trình hoạt động của PEGASIS: