Đề tài NCKHSV: ĐỊNH TUYẾN PHÂN CẤP TRONG MẠNG CẢM BIẾN KHÔNG DÂY WSN Sinh viên: Nguyễn Hoàng Sơn – D07VT3 (chủ trì) Nguyễn Đình Quang – D07VT3 Lê Minh Ngọc – D08VT3 Vũ Mạnh Thắng – D08VT3 GVHD: ThS. Nguyễn Thị Thu Hằng Bộ môn: Mạng Viễn Thông HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG KHOA VIỄN THÔNG I ========== Hà Nội, T11/2010 ii §Þnh tuyÕn ph©n cÊp trong WSN 03-SV-2010-RD-VT MỤC LỤC MỤC LỤC ii DANH MỤC HÌNH iv THUẬT NGỮ VIẾT TẮT v LỜI NÓI ĐẦU vi Chương I: TỔNG QUAN VỀ MẠNG CẢM BIẾN 1 1.1. Khái niệm mạng cảm biến 1 1.1.1. Định nghĩa 1 1.1.2.Cấu trúc cơ bản của mạng cảm biến 1 1.1.3. Đặc trưng cơ bản của mạng cảm biến 1 1.1.4. Một số chuẩn mạng cảm biến 2 1.2. Mô hình giao thức mạng 2 1.2.1. Theo mô hình OSI 3 1.2.1. Theo mặt phẳng quản lý 4 1.3. Các cấu trúc đặc trưng của mạng cảm biến 4 1.3.1. Cấu trúc phẳng (flat architecture) 4 1.3.2. Cấu trúc tầng (tiered architecture) 5 1.4. Các kĩ thuật truyền dẫn sử dụng trong mạng cảm biến 8 1.4.1. Bluetooth 8 1.4.2. WLAN 8 1.4.3. Zigbee 9 1.5. Ứng dụng 9 1.6. Khả năng mở rộng và phát triển 10 1.7. Kết luận 11 Chương II: ĐỊNH TUYẾN TRONG MẠNG CẢM BIẾN 12 2.1. Thách thức trong vấn đề định tuyến 12 2.2. Các giao thức định tuyến 13 2.2.1. Định tuyến truyền trực tiếp 13 2.2.2. Định tuyến thông qua sự thỏa thuận 15 2.2.3. Định tuyến theo vị trí 15 2.2.4. Định tuyến phân cấp. 17 iii §Þnh tuyÕn ph©n cÊp trong WSN 03-SV-2010-RD-VT Chương III: GIAO THỨC ĐỊNH TUYẾN PHÂN CẤP LEACH VÀ PEGASIS 18 3.1. LEACH 18 3.1.1. Tổng quan về LEACH: 18 3.1.2. Hoạt động của LEACH: 18 3.2. PEGASIS 24 3.2.1. Tổng quan về PEGASIS 24 3.2.2. Hoạt động của PEGASIS 24 3.3. So sánh PEGASIS với LEACH 29 3.3.1. Ưu điểm 29 3.3.2. Nhược điểm 30 Chương IV: MÔ PHỎNG HOẠT ĐỘNG ĐỊNH TUYẾN TRONG WSN 31 4.1. Công cụ mô phỏng OMNet++ 31 4.1.1. Giới thiệu OMNeT++ 31 4.1.2. Mô hình trong OMNeT++ 32 4.1.3. Hướng dẫn cài đặt OMNET trên Windows 35 4.2. Thực hiện mô phỏng 36 4.2.1. LEACH 38 4.2.2. PEGASIS 40 4.3. Kết luận 43 PHỤ LỤC 44 A1. LEACH topo 44 A2. PEGASIS topo 45 TÀI LIỆU THAM KHẢO 46 iv §Þnh tuyÕn ph©n cÊp trong WSN 03-SV-2010-RD-VT DANH MỤC HÌNH HÌNH 1.1: MÔ HÌNH MẠNG CẢM BIẾN THÔNG THƯỜNG 1 HÌNH 1.2: KIẾN TRÚC GIAO THỨC CỦA MẠNG CẢM BIẾN 3 HÌNH 1.3: CẤU TRÚC PHẲNG 5 HÌNH 1.4: CẤU TRÚC TẦNG 5 HÌNH 1.5: CẤU TRÚC MẠNG PHÂN CẤP CHỨC NĂNG THEO LỚP 6 HÌNH 1.6: CẤU TRÚC MẠNG PHÂN LỚP XẾP TẦNG 6 HÌNH 1.7: CẤU TRÚC MẠNG PHÂN CẤP LOGIC 7 HÌNH 1.8: ỨNG DỤNG TRONG QUÂN SỰ 9 HÌNH 1.9: NGÔI NHÀ THÔNG MINH SỬ DỤNG CẢM BIẾN 10 HÌNH 1.10: MẠNG WSN CẢNH BÁO CHÁY RỪNG 10 HÌNH 2.1: TRUYỀN THÔNG ĐIỆP INTEREST. 13 HÌNH 2.2: PHA CÀI ĐẶT GRADIENT 14 HÌNH 2.3: ĐƯỜNG TRUYỀN DỮ LIỆU ĐƯỢC CHỌN CÓ NĂNG LƯỢNG CAO NHẤT 14 HÌNH 2.4: CÁC CHIẾN LƯỢC CHUYỂN TIẾP GÓI. 16 HÌNH 2.5: GIẢI THUẬT ĐỊNH TUYẾN KHÔNG HIỆU QUẢ 17 HÌNH 3.1: TRẠNG THÁI CÁC PHASE CỦA LEACH 18 HÌNH 3.2: LƯU ĐỒ THUẬT TOÁN PHÂN BỐ CỦA LEACH 20 HÌNH 3.3: LƯU ĐỒ HOẠT ĐỘNG ỔN ĐỊNH TRẠNG THÁI CỦA LEACH 21 HÌNH 3.4: NHIỄU VÔ TUYẾN. NODE A TRUYỀN DỮ LIỆU ĐẾN NODE B GÂY NHIỄU ĐẾN NODE C 22 HÌNH 3.5: MÔ HÌNH MẠNG CẢM BIẾN CHẠY GIAO THỨC ĐỊNH TUYẾN LEACH 23 HÌNH 3.6: XÂY DỰNG CHUỖI SỬ DỤNG THUẬT TOÁN GREEDY 25 HÌNH 3.7: XỬ LÝ LỖI KHI MỘT NODE TRONG CHUỖI CHẾT. 26 HÌNH 3.9: CẤU TRÚC MẠNG HÌNH CHUỖI 29 HÌNH 4.1. MÔ PHỎNG MẠNG TRONG OMNET++ 31 HÌNH 4.2. CẤU TRÚC PHÂN CẤP MODULE TRONG OMNET++ 32 HÌNH 4.3. CÁC KẾT NỐI TRONG OMNET++ 34 HÌNH 4.4. TRUYỀN BẢN TIN 35 HÌNH 4.5. MÔ HÌNH MÔ PHỎNG NÚT CẢM BIẾN 37 HÌNH 4.6. CHỌN NODE CHỦ VÀ THU THẬP DỮ LIỆU BẰNG LEACH 39 HÌNH 4.7. TẠO CHUỖI VÀ CHỌN NODE CHỦ TRONG PEGASIS 40 HÌNH 4.8. THUẬT TOÁN CHỌN NODE CHỦ CHẠY TRONG TỪNG NODE 41 HÌNH 4.9. THUẬT TOÁN THU THẬP DỮ LIỆU BẰNG TOKEN 42 v §Þnh tuyÕn ph©n cÊp trong WSN 03-SV-2010-RD-VT THUẬT NGỮ VIẾT TẮT Từ viết tắt Tiếng Anh Tiếng Việt CDMA Code Division Multiple Access Đa truy nhập phân chia theo mã CSMA Carrier Sense Multiple Access Đa truy nhập cảm nhận theo sóng mang DS-SS Direct Sequence - Spread Spectrum Trải phổ chuỗi trực tiếp GAF Geographic Adaptive Fidelity Chính xác tương thích địa lý GEAR Geographic and Energy-Aware Routing Định tuyến dựa theo sự nhận biết về địa lý và năng lượng IEEE Institute of Electrical and Electronic Engineers Viện kỹ thuật điện và điện tử ISM Industrial, scientific, and medical Công nghiệp, khoa học, y tế LEACH Low-Energy Adaptive Clustering Hierarchy Phân nhóm phân bậc tương thích năng lượng thấp LEACH-C Low-Energy Adaptive Clustering Hierarchy-Centralized Phân nhóm phân bậc tương thích năng lượng thấp - tập trung LEACH-F Low-Energy Adaptive Clustering Hierarchy-Fixed Phân nhóm phân bậc tương thích năng lượng thấp - Cố định MAC Media Access Control Điều khiển truy nhập môi trường PAN Personal Area Network Mạng vùng cá nhân PEGASIS Power-efficient Gathering in Sensor Information System Tập trung hiệu suất năng lượng trong hệ thống thông tin cảm biến QoS Quality of Service Chất lượng dịch vụ SAR Sensor Aggregates Routing Giao thức cảm biến kết hợp SMP Sensor Management Protocol Giao thức quản lý cảm biến SPIN Sensor Protocols for Information via Negotiation Giao thức thông tin cảm biến thông qua sự đàm phán SPIN-BC Sensor Protocols for Information via Negotiation - Broadcast media Giao thức thông tin cảm biến thông qua sự đàm phán – môi trường quảng bá SPIN-EC SPIN-PP with a low energy threshold Giao thức thông tin cảm biến thông qua sự đàm phán – điểm điểm với mức ngưỡng năng lượng thấp SPIN-PP Sensor Protocols for Information via Negotiation – Point to Point Giao thức thông tin cảm biến thông qua sự đàm phán – điểm điểm SPIN-RL SPIN-BC for lossy networks Giao thức thông tin cảm biến thông qua sự đàm phán – môi trường quảng bá cho mạng suy hao TDMA Task Assignment and Data Advertisement Protocol Đa truy nhập và phân chia theo thời gian UWB Ultra-Wideband Băng siêu rộng WPAN Wireless Personal Area Network Mạng vô tuyến cá nhân WSN Wireless Sensor Network Mạng cảm biến không dây vi §Þnh tuyÕn ph©n cÊp trong WSN 03-SV-2010-RD-VT LỜI NÓI ĐẦU Ngày nay xã hội phát triển mạnh mẽ nên song song với đó là nhu cầu trao đổi thông tin, giải trí, tự động hóa… không ngừng tăng lên. Những hệ thống dây cáp phức tạp lại không thể đáp ứng đầy đủ ở những khu vực xa xôi chật hẹp, và nhu cầu “mọi lúc mọi nơi” của người sử dụng. Do đó nhờ có những tiến bộ nhanh chóng trong khoa học kỹ thuật và công nghệ, sự phát triển của mạng cảm biến không dây WSN được tạo nên từ những cảm biến giá thành rẻ, đa chức năng và tiêu thụ ít năng lượng đã nhận được những sự chú ý đáng kể. Bên cạnh những ưu thế có được, mạng WSN đang phải đối mặt với rất nhiều thách thức, một trong những thách thức lớn nhất đó là nguồn năng lượng bị giới hạn và không thể nạp lại. Hiện nay rất nhiều nhà nghiên cứu đang tập trung vào việc cải thiện khả năng sử dụng hiệu quả năng lượng của mạng cảm biến trong từng lĩnh vực khác nhau. Trong đó đáng chú ý nhất là phương pháp sử dụng giao thức định tuyến phân cấp để tìm đường đi giữa các node mạng qua đó kéo dài đáng kể thời gian sống của mạng WSN. Việc nghiên cứu này sẽ góp phần từng bước làm rõ hoạt động của giao thức định tuyến phân cấp đồng thời hướng tới cải thiện phương pháp định tuyến trong WSN đáp ứng nhu cầu ứng dụng của mạng thực tế. Trước thực tế đó, được sự định hướng và chỉ dẫn của ThS. Nguyễn Thị Thu Hằng, nhóm sinh viên chúng em đã chọn tên đề tài “Định tuyến phân cấp trong mạng cảm biến không dây WSN”. Đề tài được trình bày trong 4 chương:  Chương I: Tổng quan về mạng cảm biến.  Chương II: Định tuyến trong mạng cảm biến.  Chương III: Giao thức định tuyến phân cấp LEACH và PEGASIS.  Chương IV: Mô phỏng hoạt động định tuyến trong mạng WSN. Chúng em xin bày tỏ lòng biết ơn tới các thầy cô giáo trong khoa Viễn Thông 1, đặc biệt tới ThS. Nguyễn Thị Thu Hằng và ThS. Nguyễn Ngọc Điệp, các thầy cô đã tận tình chỉ bảo và cho chúng em những lời khuyên quan trọng trong suốt quá trình chúng em nghiên cứu đề tài này. Do kiến thức và khả năng của chúng em còn hạn chế nên đề tài này không tránh khỏi thiếu sót, chúng em rất mong nhận được sự góp ý của các thầy cô, các bạn sinh viên để nội dung của đề tài được hoàn thiện hơn nữa. Hà Nội, ngày 19 tháng 11 năm 2010 Nhóm sinh viên 1 03-SV-2010-RD-VT §Þnh tuyÕn ph©n cÊp trong WSN Chương I: TỔNG QUAN VỀ MẠNG CẢM BIẾN 1.1. Khái niệm mạng cảm biến 1.1.1. Định nghĩa Mạng cảm biến không dây (Wireless Sensor Network) là một cấu trúc mạng được tạo ra bởi sự liên kết của các node cảm biến với nhau trên một hệ thống kiến trúc mạng không dây linh hoạt, trong đó các node thường là các thiết bị đơn giản và nhỏ gọn, giá thành rẻ… tạo nên sự kết hợp các khả năng cảm biến, xử lý thông tin và các thành phần liên lạc để tạo khả năng quan sát, phân tích, phản ứng lại với các sự kiện, hiện tượng xảy ra trong môi trường xung quanh. 1.1.2.Cấu trúc cơ bản của mạng cảm biến Một mạng cảm biến cơ bản bao gồm 4 phần:  Các cảm biến được phân bố theo mô hình tập trung hay phân bố rải rác.  Mạng lưới liên kết giữa các cảm biến (hữu tuyến hay vô tuyến).  Điểm trung tâm tập hợp dữ liệu (Clustering)  Bộ phận xử lí dữ liệu trung tâm Hình 1.1: Mô hình mạng cảm biến thông thường 1.1.3. Đặc trưng cơ bản của mạng cảm biến Một node trong mạng WSN thông thường bao gồm 2 phần: phần cảm biến (Sensor) hoặc điều khiển (MCU - Micro Controller Unit) và phần giao tiếp vô tuyến 2 03-SV-2010-RD-VT §Þnh tuyÕn ph©n cÊp trong WSN (RF transceiver). Do số lượng node trong WSN là lớn và không cần các hoạt động bảo trì, nên yêu cầu thông thường đối với 1 node mạng là giá thành thấp (10 – 50 USD) và kích thước nhỏ gọn (diện tích bề mặt vài đến vài chục cm 2 ). Do giới hạn về nguồn năng lượng cung cấp, giá thành và yêu cầu hoạt động trong một thời gian dài, nên vấn đề tiêu thụ năng lượng là tiêu chí thiết kế quan trọng nhất trong mạng cảm biến. Một trong những ưu điểm lớn của WNS là chi phí triển khai và lắp đặt được giảm thiểu, dễ dàng lắp đặt vì kích thước nhỏ gọn, dễ sử dụng. Mạng có thể được mở rộng theo ý muốn và tùy theo mục đích sử dụng mà có thể thiết kế các nút mạng sao cho phù hợp. Các nút cảm nhận có bộ vi xử lý bên trong thay vì gửi dữ liệu thô tới nút đích có thể xử lý đơn giản và gửi dữ liệu đã được xử lý theo yêu cầu. Các nút mạng có thể hoạt động trong các điều kiện môi trường khắc nghiệt chính vì vậy ngày nay WSN đã trở thành một giải pháp hấp dẫn vì mang đến sự tiện lợi về nhiều phương diện và đặc điểm trong nhiều trường hợp kể cả việc làm giảm sự nguy hiểm cho con người trong những điều kiện môi trường khắc nghiệt. Một hệ thống WSN hoàn thiện có khả năng theo dõi và cảnh báo mức độ an toàn của môi trường hoặc định vị sự di chuyển của các đối tượng trong phạm vi của nó. 1.1.4. Một số chuẩn mạng cảm biến Do phạm vi ứng dụng cua WSN rất rộng lớn, tính chất, đặc trưng của mạng phụ thuộc vào ứng dụng triển khai cụ thể. Do vậy, các công ty, các phòng thí nghiệm vẫn thường phát triển, triển khai giao thức riêng (MAC, Routing, synchronisation ) phù hợp cho từng ứng dụng cụ thể dựa trên các thiết bị phần cứng (transceiver chip) trên thị trường. Một số chuẩn WSN được biết đến là:  ALOHA system (U. of Hawaii)  PRNET system (U.S. Defense)  WINS (U. of California)  PicoRadio (U. of California)  MicroAMPS (M.I.T)  MANET (Mobile ad-hoc Network)  Zigbee: dựa trên physical layer và MAC layer của chuẩn WPAN 802.15.4 1.2. Mô hình giao thức mạng Mô hình giao thức bao gồm lớp vật lý, lớp liên kết dữ liệu, lớp mạng, lớp truyền tải, lớp ứng dụng và khi chia theo mặt phẳng quản lý thì bao gồm phần quản lý năng lượng, phần quản lý di động và phần quản lý nhiệm vụ. Mô hình giao thức mà nút chủ và các nút cảm biến sử dụng được trình bày như trong hình 1.2: 3 03-SV-2010-RD-VT §Þnh tuyÕn ph©n cÊp trong WSN Hình 1.2: Mô hình giao thức của mạng cảm biến 1.2.1. Theo mô hình OSI - Lớp ứng dụng: Tùy từng nhiệm vụ của mạng cảm biến mà các phần mềm ứng dụng khác nhau được xây dựng và sử dụng trong lớp ứng dụng. Trong lớp ứng dụng có một số giao thức quan trọng như giao thức quản lí mạng sensor (SMP), giao thức quảng bá dữ liệu và chỉ định nhiệm vụ cho từng sensor (TADAP), giao thức phân phối dữ liệu và truy vấn cảm biến (SQDDP). - Lớp truyền tải: Lớp truyền tải giúp duy trì luồng số liệu khi ứng dụng mạng cảm biến yêu cầu. Giao thức lớp vận chuyển giữa sink với người dùng (nút quản lý nhiệm vụ) có thể là giao thức UDP hay TCP thông qua internet hoặc vệ tinh. Còn giao tiếp giữa sink và các nút cảm biến yêu cầu các giao thức kiểu UDP do các nút cảm biến hạn chế về bộ nhớ. Hơn nữa các giao thức này còn phải tính đến sự tiêu thụ công suất, tính mở rộng và định tuyến tập trung dữ liệu . - Lớp mạng: Lớp mạng quan tâm đến định tuyến dữ liệu cung cấp bởi lớp truyền tải. Việc định tuyến trong mạng cảm biến ẩn chứa rất nhiều thách thức như mật độ các nút dày đặc, năng lượng hạn chế… Do vậy thiết kế lớp mạng trong mạng cảm biến phải tuân thủ các nguyên tắc sau:  Tính hiệu quả về năng lượng phải được đặt lên hàng đầu.  Các mạng cảm biến gần như là tập trung dữ liệu.  Tích hợp dữ liệu và giao thức mạng.  Phải có cơ chế địa chỉ theo thuộc tính và biết về vị trí. Nhìn chung, lớp mạng được chia thành ba loại dựa vào cấu trúc mạng: định tuyến ngang hàng, định tuyến phân cấp, định tuyến dựa theo vị trí. Về mặt hoạt động, chúng được chia thành định tuyến dựa trên đa đường (multipath-based), định tuyến theo truy vấn (query- based), định tuyến negotiation-based, định tuyến theo chất lượng dịch vụ (QoS-based), định tuyến kết hợp (coherent-based). Lớp vật lý Lớp liên kết dữ liệu Lớp mạng Lớp truyền tải Lớp ứng dụng quản lý năng lượng quản lý di động quản lý nhiệm vụ 4 03-SV-2010-RD-VT §Þnh tuyÕn ph©n cÊp trong WSN - Lớp liên kết dữ liệu: chịu trách nhiệm ghép các luồng dữ liệu, dò khung dữ liệu, điều khiển lỗi và truy nhập môi trường. Nó đảm bảo giao tiếp điểm - điểm, điểm - đa điểm tin cậy. Môi trường có tạp âm và các nút cảm biến có thể di động nên giao thức điều khiển truy nhập môi trường (MAC) phải xét đến vấn đề công suất và phải có khả năng tối thiểu hoá việc va chạm với thông tin quảng bá của các nút lân cận. - Lớp vật lý: chịu trách nhiệm lựa chọn tần số, phát tần số sóng mang, điều chế, lập mã và tách sóng. Bên cạnh đó, các phần quản lý công suất, quản lý di chuyển và quản lý nhiệm vụ sẽ giám sát việc sử dụng công suất, sự di chuyển và thực hiện nhiệm vụ giữa các nút cảm biến. Những phần này giúp các nút cảm biến phối hợp nhiệm vụ cảm biến và tiêu thụ công suất tổng thể thấp hơn. 1.2.1. Theo mặt phẳng quản lý -Phần quản lý năng lượng: điều khiển việc sử dụng công suất của nút cảm biến. Ví dụ, nút cảm biến có thể tắt khối thu của nó sau khi thu được một bản tin từ một nút lân cận tránh tạo ra các bản tin giống nhau. Tương tự, khi mức công suất của nút cảm biến thấp, nút cảm biến phát quảng bá tới các nút lân cận để thông báo nó có mức công suất thấp và không thể tham gia vào các bản tin chọn đường. Công suất còn lại sẽ được dành riêng cho nhiệm vụ cảm biến. - Phần quản lý di động: phát hiện và ghi lại sự di chuyển của các nút cảm biến để duy trì tuyến tới người sử dụng và các nút cảm biến có thể lưu vết của các nút cảm biến lân cận. Nhờ đó, các nút cảm biến có thể cân bằng giữa công suất của nó và nhiệm vụ thực hiện. - Phần quản lý nhiệm vụ: cân bằng và lên kế hoạch các nhiệm vụ cảm biến trong một vùng xác định. Không phải tất cả các nút cảm biến trong vùng đó đều phải thực hiện nhiệm vụ cảm biến tại cùng một thời điểm nên một số nút cảm biến thực hiện nhiệm vụ nhiều hơn các nút khác tuỳ theo mức công suất của nó. Những phần quản lý này cần thiết để các nút cảm biến có thể làm việc cùng nhau sử dụng hiệu quả công suất, chọn đường số liệu trong mạng cảm biến di động và phân chia tài nguyên giữa các nút cảm biến. 1.3. Các cấu trúc đặc trưng của mạng cảm biến 1.3.1. Cấu trúc phẳng (flat architecture) Trong cấu trúc phẳng (flat architecture) (hình 1.3), tất cả các nút đều ngang hàng và đồng nhất về mặt hình dạng và chức năng. Chúng giao tiếp với sink qua multihop sử dụng các nút ngang hàng làm bộ tiếp sóng. [...]... liên kết bất đối xứng và các đường giao nhau làm tăng độ phức tạp của giao thức 2.2.4 Định tuyến phân cấp Định tuyến phân cấp là loại định tuyến dự trên sự phân cấp theo cụm hoặc theo chuỗi, lợi dụng cấu trúc của mạng để đạt được hiệu quả về năng lượng, sự ổn định, sự mở rộng Trong loại giao thức này các nút mạng được chỉ định hoặc tự tổ chức thành các cụm (hoặc chuỗi) trong đó một nút có mức năng lượng... 03-SV-2010-RD-VT 12 §Þnh tuyÕn ph©n cÊp trong WSN 2.2 Các giao thức định tuyến 2.2.1 Định tuyến truyền trực tiếp Truyền tin trực tiếp là một giao thức định tuyến dữ liệu ở trung tâm mạng WSN Chức năng chính của giao thức là tiết kiệm năng lượng cho mạng bằng cách tạo ra sự tương tác giữa các node qua sự trao đổi thông điệp trong phạm vi lân cận Thành phần chính của giao thức này là gồm các thông điệp interests,... này, cluster-head có thể giao tiếp với các siêu node là “super-cluster-head” và như vậy cho đến lớp trên nhất của phân cấp, tại điểm mà dữ liệu được truyền đến trạm gốc Trong mạng lớn, sự phân cấp này có thể tiết kiệm được một lượng lớn năng lượng Hình 3.5: Mô hình mạng cảm biến chạy giao thức định tuyến LEACH Trong phần trên chúng ta đã đề cập đến LEACH, một giao thức định tuyến dựa trên nhóm tối thiểu... trong cụm và chuyển tiếp thông tin giữa các cụm (hoặc chuỗi) với nhau Việc tạo thành các cụm (hoặc chuỗi) có khả năng làm giảm tiêu thụ năng lượng và mở rộng thời gian sống của mạng Định tuyến phân cấp gồm 2 thuật toán tiêu biểu là : LEACH và PEGASIS Cụ thể về 2 thuật toán này sẽ được đề cập rõ hơn trong chương III 03-SV-2010-RD-VT 17 §Þnh tuyÕn ph©n cÊp trong WSN Chương III: GIAO THỨC ĐỊNH TUYẾN PHÂN... năng này có thể phân theo cấp, cấp thấp nhất thực hiện tất cả nhiệm vụ cảm nhận, cấp giữa tính toán, còn cấp cao nhất cùng phân phối dữ liệu (hình 1.5) 03-SV-2010-RD-VT 5 §Þnh tuyÕn ph©n cÊp trong WSN Hình 1.5: Cấu trúc mạng phân cấp chức năng theo lớp Nói cách khác, những nhiệm vụ xác định có thể được chia không đồng đều giữa các lớp, mỗi lớp có thể đảm nhận một nhiệm vụ xác định trong tính toán Khi... phải lúc nào cũng tìm được tuyến hay định tuyến hiệu quả Mô hình ở hình 2.5 cho thấy rõ hơn về trường hợp này Node cần chuyển gói dữ liệu cho D, nhưng trong mô hình thì khoảng cách từ S2 và S3 tới D đều xa hơn so với khoảng cách từ S1 tới D 03-SV-2010-RD-VT 16 §Þnh tuyÕn ph©n cÊp trong WSN Hình 2.5: Giải thuật định tuyến không hiệu quả Định tuyến theo vị trí phù hợp với mạng WSN vì yêu cầu ít thông tin... 2.1 Thách thức trong vấn đề định tuyến Mặc dù mạng cảm biến có khá nhiều điểm tương đồng so với các mạng adhoc có dây và không dây nhưng chúng cũng biểu lộ một số các đặc tính duy nhất mà tạo cho chúng tồn tại thành mạng riêng Chính những đặc tính này làm cho tập trung mũi nhọn vào yêu cầu thiết kế các giao thức định tuyến mới mà khác xa so với các giao thức định tuyến trong các mạng adhoc có dây và... Kỹ thuật truyền tin trực tiếp có hiệu suất sử dụng năng lượng cao, ổn định với môi trường có đặc tính động 03-SV-2010-RD-VT 14 §Þnh tuyÕn ph©n cÊp trong WSN 2.2.2 Định tuyến thông qua sự thỏa thuận Đối tượng chính của định tuyến này là tính hiệu quả của việc phát thông tin từ một node nào đó đến tất cả các node trong mạng Các giao thức đơn giản nhất là flooding và gossiping Flooding yêu cầu mỗi node... giao thức SPIN nhằm giải quyết hạn chế của giao thức truyền thống Trong giao thức này, mỗi node mạng có thể theo dõi sự tiêu thụ năng lượng trước khi phát hay xử lý dữ liệu Khi mức năng lượng xuống thấp, node sẽ ngừng gửi dữ liệu, việc truyền dữ liệu sẽ do một node khác có năng lượng cao hơn đảm nhiệm do đó SPIN giúp kéo dài thời gian sống của các node 2.2.3 Định tuyến theo vị trí Mục tiêu của giao thức. .. III 03-SV-2010-RD-VT 17 §Þnh tuyÕn ph©n cÊp trong WSN Chương III: GIAO THỨC ĐỊNH TUYẾN PHÂN CẤP LEACH VÀ PEGASIS 3.1 LEACH 3.1.1 Tổng quan về LEACH: LEACH (Low Energy Adaptive Clustering Hierarchy) là giao thức phân cấp theo cụm thích ứng năng lượng thấp dùng trong mạng cảm biến WSN Đây là giao thức thu thập và phân phát dữ liệu tới các sink, đặc biệt là các trạm cơ sở Với mục tiêu chính của LEACH là: . cÊp trong WSN 2.2. Các giao thức định tuyến 2.2.1. Định tuyến truyền trực tiếp Truyền tin trực tiếp là một giao thức định tuyến dữ liệu ở trung tâm mạng WSN. Chức năng chính của giao thức. 12 2.1. Thách thức trong vấn đề định tuyến 12 2.2. Các giao thức định tuyến 13 2.2.1. Định tuyến truyền trực tiếp 13 2.2.2. Định tuyến thông qua sự thỏa thuận 15 2.2.3. Định tuyến theo vị. biến.  Chương II: Định tuyến trong mạng cảm biến.  Chương III: Giao thức định tuyến phân cấp LEACH và PEGASIS.  Chương IV: Mô phỏng hoạt động định tuyến trong mạng WSN. Chúng em xin bày