เครอขายเซนเซอรไรสาย IEEE802.15.4 แบบหลายเกตเวย

ชนะเดช แยมคล

วทยานพนธนเปนสวนหนงของการศกษาตามหลกสตรวศวกรรมศาสตรมหาบณฑต

สาขาวศวกรรมคอมพวเตอรและโทรคมนาคม คณะวศวกรรมศาสตร

มหาวทยาลยธรกจบณฑตย

พ.ศ. 2556

DPU

Multiple Gateways System for Wireless Sensor Network IEEE802.15.4

Chanadej Yamclee

A Thesis Submitted in Partial Fulfillment of the Requirements

for the Degree of Master of Engineering

Department of Computer and Telecommunication Engineering

Faculty of Engineering, Dhurakij Pundit University

2013

DPU

หวขอวทยานพนธ เครอขายเซนเซอรไรสาย IEEE802.15.4 แบบหลายเกตเวย ชอผเขยน ชนะเดช แยมคล อาจารยทปรกษาวทยานพนธ อาจารย ดร.ชยพร เขมะภาตะพนธ สาขาวชา วศวกรรมคอมพวเตอรและโทรคมนาคม ปการศกษา 2556

บทคดยอ

วทยานพนธนเสนอการเพมโหนดโคออดเนเตอรทท าหนาทเปนเกตเวยส ารองในเครอขายตรวจจบไรสายเพอสรางชองทางส ารองในกรณทเกตเวยหลกไมสามารถท างานได โดยปรบปรงการท างานของโพรโทคอลการคนหาเสนทางแบบ AODV ใหสามารถท างานดงกลาวได โดยท าการจ าลองการท างานดวยโปรแกรม NS2

ผลการทดสอบ พบวาวธการทเสนอท าใหประสทธภาพของเครอขายไรสายดขนดงน ค า Throughput ม คาส งขน เฉ ลย 6.44 kbps คา Packet Delivery Ratio (PDR) ม คาส งขน เฉ ลย 43.80% คา Packet Drop มคาต าลงเฉลย 43.80% และคา Packet Delay มคาไมตางกนเมอเทยบกบเครอขายเซนเซอรไรสายแบบดงเดม อยางไรกตามการปรบเปลยนการท างานของโพรโทคอล AODV ท าใหมระยะเวลาในการเปลยนเกตเวยเพมขนมากนเลกนอยและมคาไมแตกตางกนมากนกเมอ Packet Rate มอตราตางๆ

ฆ

DPU

ง

Thesis Title Multiple Gateways System for Wireless Sensor Network IEEE802.15.4

Author Chanadej Yamclee Thesis Advisor Chaiyaporn Khemapatapan, Ph.D. Department Computer and Telecommunication Engineering Academic Year 2013

ABSTRACT

This thesis proposes adding a coordinator node which acts as a redundant gateway into wireless sensor network or WSN. The redundant gateway will immediately serve WSN when the main gateway cannot operate. The propose method modifies the operation of routing protocol AODV. This study simulated the testing scenarios using program NS2.

The testing results found that the proposed method will improve the performance of WSN as following: Throughput of WSN increases about 6.44 kbps, Packet Delivery Ratio (PDR) increases about 43.80% and Packet Drop decreases about 43.80%. In addition, Packet Delay of the proposed method is not different in comparison with conventional WSN. However, the modification of protocol AODV will add a slightly duration of changing gateway which is not different for various Packet Rates.

DPU

จ

กตตกรรมประกาศ

วทยานพนธเลมนส าเรจไดดวยความกรณาของ อาจารย ดร.ชยพร เขมะภาตะพนธ

อาจารยทปรกษาวทยานพนธ ซงไดใหค าปรกษา เสนอแนะ และความชวยเหลอหลายสง ท าใหทก

อยางส าเรจไดดวยด ขอกราบขอบพระคณเปนอยางสงมา ณ ทนดวย

ขอกราบขอบคณกรรมการสอบวทยานพนธ อาจารย ดร.ประศาสน จนทราทพย อาจารย ดร.ลญฉกร วฒสทธกลกจ และ อาจารย ดร.วรพล พงษเพชร ทสละเวลามาเปนกรรมการสอบวทยานพนธ และไดใหขอเสนอแนะ ใหขอคดเหน รวมทงแนวทางการปรบปรงแกไขงานวจยนใหมความสมบรณมากทสด และขอขอบคณเพอนนกศกษาชวยตรวจทานการเขยนวทยานพนธ

ทายสดนประโยชนและความดของวทยานพนธฉบบน ขอมอบแตผมพระคณทกทานทใหความชวยเหลอและเสรมสรางก าลงกาย ก าลงใจให จนการท าวทยานพนธฉบบนส าเรจลงไดดวยด

ชนะเดช แยมคล

DPU

ฉ

สารบญ

หนา บทคดยอภาษาไทย................................................................................................................ ฆ บทคดยอภาษาองกฤษ........................................................................................................... ง กตตกรรมประกาศ................................................................................................................. จ สารบญตาราง........................................................................................................................ ซ สารบญภาพ........................................................................................................................... ญ ประมวลศพทและค ายอ......................................................................................................... ฒ บทท 1. บทน า…………………………………………………………..………………… 1 1.1 ทมาและความส าคญของงานวจย………..……………………………….….. 1 1.2 วตถประสงคของงานวจย………………………………………………….… 2 1.3 ขอบเขตของงานวจย………………………………………………….…...… 2 1.4 ประโยชนทคาดวาจะไดรบ…………………………………………….……. 3 2. ทฤษฎ และผลงานวจยทเกยวของ……………………………………………….... 4 2.1 เครอขายไรสาย……………………...………………………………………. 4 2.2 การประยกตใชงาน WSN…………………………………………………… 6 2.3 คณลกษณะของ WSN………...……………………………………………... 7 2.4 มาตรฐานและคณสมบตของ WSN……..…………………………………… 8 2.5 โครงสรางเครอขายเซนเซอรไรสาย ZigBee……………….………………... 9 2.6 โครงสราง LR-WPAN ……...…………….………………..…………….…. 11 2.7 พลงงานทใชใน WSN………………...…………………………………...… 12 2.8 กระบวนการเขาถงชองสญญาณสอสารใน WSN………………………….... 13 2.9 MAC ใน WSN………………………….........…………….……………….. 15 2.10 ยานความถทใชงานใน IEEE802.15.4……………………………………... 17 2.11 โพรโทคอลการคนหาเสนทางใน WSN……………………………………. 19 2.12 โพรโทคอล AODV…………………………….………………..………… 21 2.13 โปรแกรมจ าลองการท างานของเครอขาย NS2…………………………….. 26 2.14 งานวจยทเกยวของ………………...……………………………………..… 27

DPU

ช

สารบญ (ตอ)

บทท หนา 3. ระเบยบวธวจย……………………………………………………………………. 37 3.1 แนวทางการวจยและพฒนา…………………………………………………. 37 3.2 เครองมอทใชในงานวจย…………………………………………………….. 39 3.3 ขนตอนการด าเนนงานวจย……………………...……………………..….… 39 4. การทดลองและผลการทดลอง………………………………………………….… 70 4.1 หาคาพลงงานของเกตเวยส ารองทใชไปและเวลาทใชในการเปลยนเกตเวย.... 70 4.2 หาประสทธภาพของเครอขาย WSN แบบ 2 เกตเวยเทยบกบ 1 เกตเวย……... 80 5. สรปผลการวจยและขอเสนอแนะ…...…………………………………………… 94 5.1 สรปผลการวจย…………………………………………………...…………. 94 5.2 ปญหาและขอเสนอแนะ….……………………………………...…………... 94 บรรณานกรม.......................................................................................................................... 96 ภาคผนวก............................................................................................................................... 99 ประวตผเขยน......................................................................................................................... 107 5. บทสรปและขอเสนอแนะ………………………………………………………… บรรณานกรม………………………………………………………………………………. ประวตผเขยน........................................................................................................................

DPU

ซ

สารบญตาราง

ตารางท หนา 2.1 คาการตงคาพารามเตอรในโปรแกรม NS2…...……………..………………... 31 3.1 แผนการด าเนนงาน………………………………….…………………..……. 38 3.2 การตงคาตางๆ บน Topology แบบ 1 Coordinator/Gateway…….…..….……. 41 3.3 การตงคาตางๆ บน Topology แบบ 2 Coordinator/Gateway…….…...………. 42 3.4 ชอและคาตวแปรทก าหนด…………………..........................…….…………. 45 3.5 คาปรมาณความหนาแนนของขอมลตอเวลา……….…………………...…….. 55 3.6 คาทใชในการก าหนดคา Packet Interval……….…………………...…..……. 55 3.7 ผลการทดลองเบองตนใน WSN แบบ 1 เกตเวย……………..……...…..……. 60 3.8 ผลการทดลองเบองตนใน WSN แบบ 2 เกตเวย……………..……...…..……. 61 3.9 จ านวน packets ทใชในการทดลอง…………………………………………... 63 4.1 จ านวน packets ทใชในการทดลอง................................................................... 70 4.2 ผลการทดลองเมอเกตเวย 1 ไมสามารถตดตอได............................................... 76 4.3 ผลการทดลองเมอเกตเวย 1 เคลอนทออกจากเครอขาย...................................... 79 4.4 เปรยบเทยบคาเวลาการตอบสนอง Error ของเครอขาย WSN แบบ 2 เกตเวย.... 80 4.5 คาการหนวงเวลา packets delay ของแบบเกตเวย 1 เคลอนทออกนอกเครอขาย 81 4.6 คาการหนวงเวลา packets delay ของแบบเกตเวย 1 เสยหาย.............................. 82 4.7 คาความส าเรจในการสงขอมล %PDR ของเครอขาย WSN แบบ 2 เกตเวย โดย

ทเกตเวย 1 เกดการเสยหาย................................................................................

83 4.8 คาความส าเรจในการสงขอมล %PDR ของเครอขาย WSN แบบ 2 เกตเวย โดย

ทมเกตเวย 1 เคลอนทออกนอกเครอขาย...........................................................

84 4.9 คาปรมาณขอมลทสญเสยในเครอขาย (% Packets drop) ของเครอขาย WSN

แบบ 2 เกตเวย โดยทมเกตเวย 1 เสยหาย...........................................................

86 4.10 คาปรมาณขอมลทสญเสยในเครอขาย (% Packets drop) ของเครอขาย WSN

แบบ 2 เกตเวย โดยทมเกตเวย 1 เคลอนทออกนอกเครอขาย............................

87 4.11 ปรมาณ Throughput (kbps) กรณเกตเวย 1 เสยหาย......................................... 89 4.12 ปรมาณ Throughput (kbps) กรณเกตเวย 1 เคลอนทออกนอกเครอขาย……... 90

DPU

ฌ

สารบญตาราง (ตอ)

ตารางท หนา 4.13 ปรมาณขอมลของเครอขายแบบ 2 เกตเวย ทรบไดเทยบกบเวลา (Throughput

kbps) โดยเปรยบเทยบกรณเกตเวย 1 เสยหาย และกรณเกตเวย 1 เคลอนทออกนอกเครอขาย............................................................................................

92

DPU

ญ

สารบญภาพ

ภาพท หนา

2.1 แผนผงแสดงมาตรฐาน IEEE802………..………………………...…….…… 4 2.2 โครงสรางเครอขายของ ZigBee ………………………………...…………… 10 2.3 กลไกการท างาน CSMA/CA…………………………………………….....… 11 2.4 โครงสรางของ LR-WPAN...………………………………………………..... 12 2.5 การเขาถงชองสญญาณของ CSMA/CA……..………………………………... 12 2.6 โครงสรางเฟรมของ TDMA………………………….…………………...….. 14 2.7 การท างานของ S-MAC…….……………………………………….………... 16 2.8 การเปรยบเทยบการท างานของ S-MAC และ T-MAC…...…………………... 17 2.9 คายานความถทใชใน IEEE802.15.4-2006……...……………………………. 17 2.10 คาความถมลฐานของแตละชองสญญาณ……………………………………. 18 2.11 คาความถ 2.4GHz ททบซอนกนของ IEEE802.15.4 กบ IEEE802.11……... 18 2.12 โพรโทคอลการคนหาเสนทางทใชในเครอขายเฉพาะกจ……………............ 20 2.13 กระบวนการคนหาเสนทางไปยงโหนดปลายทาง (RREQ) ………...………. 23 2.14 การตอบขอความกลบ (RREP) ไปยงโหนดตนทาง…………………............. 24 2.15 การท างานของผใชงานผานโปรแกรม NS2…………………………............. 27 2.16 โครงสรางของ Multiple Gateway System………………………………….. 27 2.17 โครงสรางของ Terminal Gateway………………………………………….. 28 2.18 (a) Circular Topology

(b) An example of the multipath ruting in subnet ZigBee cluster-tree……...

30 2.19 (a) Packet delivery fraction

(b) Number of intra-path and inter-path interference in the different routing strategies…………………………………………………………………

32 2.20 (a) Number of collisions at the sink

(b) Number of intra-path collisions in the different routing stategies………

33 2.21 (a) Average end to end delay in the different routing at time: 0.05s to 1s

(b) at time: 0.005s to 2s…………………………………………………..…

34

DPU

ฎ

สารบญภาพ (ตอ)

ภาพท หนา

2.22 (a) Network lifetime (b) Throughput in the different routing stategies……………………………

35

2.23 การท างานของ IEEE802.15.4 MAC super frame…………………………… 36 3.1 โครงสรางของเครอขายทจะใชในการจ าลอง แบบม 1 Gateway…….…….…. 40 3.2 โครงสรางของเครอขายทจะใชในการจ าลอง แบบม 2 Gateways ….………... 42 3.3 ค าสงการใชโปรแกรม Network Simulator 2.35 เพอสงงาน Otcl Script…...… 43 3.4 แผนผงการก าหนดคาในโปรแกรมภาษา Otcl Script ส าหรบโมเดลจ าลอง...... 44 3.5 โครงสราง WSN และระยะหางระหวางโหนดตนทาง กบโหนดปลายทาง…... 46 3.6 การสงขอมลระหวางโหนด Source กบโหนด Destination ใน NS2………..… 47 3.7 ชวงเวลาในสง CBR Packet กรณทม 1 Gateway………………….…….……. 47 3.8 ล าดบขนตอนการสงขอมลของตวโพรโทคอล AODV………………….…… 49 3.9 โปรแกรม Network Animation จ าลองการท างานของ WSN 1 Gateway…….. 50 3.10 โปรแกรม Network Animation จ าลองการท างานของ WSN 2 Gateways….. 50 3.11 โครงสรางของ Trace ไฟล ทสรางขน………………………………….….... 51 3.12 ขอมลใน trace file หลงจากแบงขอมลแตละ column แลว……….…….…… 53 3.13 กราฟของคาเฉลยการหนวงเวลาแบบจดตอจด…………………...…….…… 54 3.14 ตวอยางการก าหนดคาของ CBR Packet………………………….….……… 55 3.15 รหสเทยม (Pseudo Code) การหาจ านวน CBR Packet ทโหนดตนทาง…….. 56 3.16 รหสเทยม (Pseudo Code) การหาจ านวน CBR Packet ทโหนดปลายทาง…... 56 3.17 รหสเทยม (Pseudo Code) การหาคาเฉลย CBR Packet ตอเวลา ทโหนดตน

ทาง……………………………………………………………………..........

57 3.18 รหสเทยม (Pseudo Code) การหาคาเฉลย CBR Packet ตอเวลา ทโหนด

ปลายทาง………………………………………………………………….....

57 3.19 รหสเทยม (Pseudo Code) การหาคาคาสดสวนของคาเฉลย CBR Packet ตอ

เวลาระหวางโหนดตนทาง กบโหนดปลายทาง……………………………...

58 3.20 ชวงเวลาในสง CBR Packet กรณทม 2 Gateways………………..…………. 59

DPU

ฏ

สารบญภาพ (ตอ)

ภาพท หนา

3.21 การปรบปรงโปรแกรมกรณทม 2 Gateways……………………..…………. 59 3.22 คาเปรยบเทยบ Throughput ระหวาง WSN แบบ 1 เกตเวย กบ 2 เกตเวย……. 61 3.23 คา PDR ระหวาง WSN แบบ 1 เกตเวย กบ 2 เกตเวย....................................... 62 3.24 เครอขายเซนเซอรไรสาย แบบ 2 เกตเวย ทใชในการทดลอง………………... 63 3.25 เครอขายทใชทดลองแบบเกตเวย 1 ไมสามารถตดตอได เนองจากรบความ

เสยหาย……………………………………………………………………….

64 3.26 เครอขายทใชทดลองแบบเกตเวย 1 ไมสามารถตดตอได เนองจากเคลอนท

ออกจากเครอขาย…………………………………………………………….

64 3.27 สวนทปรบปรงเพมเตมใน AODV.CC……………………………………… 65 3.28 สวนทปรบปรงเพมเตมใน AODV.CC เพอเชอมโยงขอมล…………………. 66 3.29 สวนทปรบปรงเพมเตมใน AODV.CC……………………………………… 66 3.30 สวนทปรบปรงเพมเตมใน AODV.CC เพอเชอมโยงขอมล............................. 67 3.31 สวนของโปรแกรมทพฒนาโดยภาษา TCL เพอสราง packets CBR................ 67 3.32 สวนของโปรแกรมทพฒนาโดยภาษา TCL เพอก าหนดเงอนไขในการ

เปลยนเกตเวย………………………………………………………………...

68 3.33 การสง Message RERR ออกไป เมอเกตเวยหลกไมสามารถท างานได……… 68 3.34 การสง Message RERR ออกไป เมอเกตเวยหลกไมสามารถท างานได……… 69 3.35 ขนตอนการรอ Message RERR เพอเปลยนเกตเวย…………………………. 69 4.1 คาพลงงานของเกตเวยส ารองทใชในขณะรอท างาน………………………….. 71 4.2 เวลาทใชในทดสอบ WSN กรณเกตเวยหลกหยดท างานแบบทนท ทนใด….... 72 4.3 เวลาทใชในทดสอบ WSN กรณเกตเวยหลกเคลอนทออกนอกเครอขาย……... 72 4.4 เวลาทโหนดตนทางไดรบ Message RERR เมอโหนดปลายทางเสยหาย

จ านวน Packets ทใชทดสอบ เทากบ 3000……………………………………

73 4.5 เวลาทโหนดตนทางไดรบ Message RERR เมอโหนดปลายทางเสยหาย

จ านวน Packets ทใชทดสอบ เทากบ 4000……………………………………

73

DPU

ฐ

สารบญภาพ (ตอ)

ภาพท หนา

4.6 เวลาทโหนดตนทางไดรบ Message RERR เมอโหนดปลายทางเสยหาย จ านวน Packets ทใชทดสอบ เทากบ 5000........................................................

74

4.7 เวลาทโหนดตนทางไดรบ Message RERR เมอโหนดปลายทางเสยหาย จ านวน Packets ทใชทดสอบ เทากบ 6000........................................................

74

4.8 เวลาทโหนดตนทางไดรบ Message RERR เมอโหนดปลายทางเสยหาย จ านวน Packets ทใชทดสอบ เทากบ 7000........................................................

75

4.9 เวลาทโหนดตนทางไดรบ Message RERR เมอโหนดปลายทางเสยหาย จ านวน Packets ทใชทดสอบ เทากบ 8000........................................................

75

4.10 เวลาทโหนดตนทางไดรบ Message RERR เมอโหนดปลายทางเคลอนทออก จ านวน Packets ทใชทดสอบ เทากบ 3000.......................................................

76

4.11 เวลาทโหนดตนทางไดรบ Message RERR เมอโหนดปลายทางเคลอนทออก จ านวน Packets ทใชทดสอบ เทากบ 4000.......................................................

77

4.12 เวลาทโหนดตนทางไดรบ Message RERR เมอโหนดปลายทางเคลอนทออก จ านวน Packets ทใชทดสอบ เทากบ 5000.......................................................

77

4.13 เวลาทโหนดตนทางไดรบ Message RERR เมอโหนดปลายทางเคลอนทออก จ านวน Packets ทใชทดสอบ เทากบ 6000.......................................................

78

4.14 เวลาทโหนดตนทางไดรบ Message RERR เมอโหนดปลายทางเคลอนทออก จ านวน Packets ทใชทดสอบ เทากบ 7000.......................................................

78

4.15 เวลาทโหนดตนทางไดรบ Message RERR เมอโหนดปลายทางเคลอนทออก จ านวน Packets ทใชทดสอบ เทากบ 8000.......................................................

79

4.16 เปรยบเทยบ Packets delay (ms) ของระบบ 1 เกตเวย กบ 2 เกตเวย ในกรณทเกตเวย 1 เคลอนท............................................................................................

81

4.17 เปรยบเทยบ Packets delay (ms) ของระบบ 1 เกตเวย กบ 2 เกตเวย ในกรณทเกตเวย 1 เสยหาย.............................................................................................

82

4.18 เปรยบเทยบ % PDR ของระบบ 1 เกตเวย กบ 2 เกตเวย ในกรณทเกตเวย 1 เสยหาย.............................................................................................................

84

DPU

ฑ

สารบญภาพ (ตอ)

ภาพท หนา

4.19 เปรยบเทยบ % PDR ของระบบ 1 เกตเวย กบ 2 เกตเวย ในกรณทเกตเวย 1 เคลอนท...........................................................................................................

85

4.20 เปรยบเทยบ % Packets Drop ของระบบ 1 เกตเวย กบ 2 เกตเวย ในกรณทเกตเวย 1 เสยหาย.............................................................................................

87

4.21 เปรยบเทยบ % Packets Drop ของระบบ 1 เกตเวย กบ 2 เกตเวย ในกรณทเกตเวย 1 มการเคลอนท...................................................................................

88

4.22 เปรยบเทยบ Throughput (kbps) ของระบบ 1 เกตเวย กบ 2 เกตเวย ในกรณทเกตเวย 1 เสยหาย.............................................................................................

90

4.23 เปรยบเทยบ Throughput (kbps) ของระบบ 1 เกตเวย กบ 2 เกตเวย ในกรณทเกตเวย 1 เคลอนท............................................................................................

91

4.24 เปรยบเทยบ Throughput (kbps) ของระบบ 2 เกตเวย ในกรณทเกตเวย 1 เสยหาย กบ เกตเวย 1 เคลอนท.........................................................................

92

DPU

ฒ

ประมวลศพทและค ายอ

ABR Associativity Based Routing AODV Ad-Hoc Distance Vector ARPAM Aeronautical Mobile Ad hoc Networks BEMS Building Energy Management System B-MAC Beamformed MAC CBR Constant Bit Rate CLH Cluster Head CLI Cluster Identifier C-MAC Cluster Based MAC CSMA Carrier Sense Multiple Access CSMA/CA Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance CTS Request to Send DARPA Defense Advanced Research Projects Agency D-MAC Directional MAC DSDV Destination Sequenced Distance Vector DSR Dynamic Source Routing FFD Full-function device FIFO First In First Out GHz Giga Hertz GSR Global State Routing IEEE Institute of Electrical and Electronics Engineers IETF Internet Engineering Task Force IP Internet Protocol ISI Information Sciences Institute Kbps Kilobit per second LLC Logical Link Control LR-WPAN Low-Rate Wireless Personal Area Networks MAC Media Access Control

DPU

ณ

ประมวลศพทและค ายอ (ตอ)

MANET Mobile Ad Hoc Network Mbps Megabit per second MHz Mega Hertz NAM Network Animation NS2.35 Network Simulation 2.35 OLSR Optimized Link State Routing OORP Order One MANET Routing Protocol OSI model Open Systems Interconnection model PAN Personal Area Network PAN ID Personal Area Network Identification PDR Packet Delivery Ratio PCS-MAC Physical Carrier Sense MAC PHY Physical P-MAC Parallel MAC PPS Packets Per Second RERR Route Error RF Radio Frequencies RFC3561 Request for Comments 3561 RFD Reduced-function device RREP Route Reply RREP-ACK Route Reply Acknowledgment RREQ Route Request RTP Real-time Transport Protocol RTS Clear to Send S-MAC Sensor Media Access Control SPOF Single Point of Failure SRM Scalable Reliable Multicast SSCS Service-specific Convergence Sub layer

DPU

ด

ประมวลศพทและค ายอ (ตอ)

TA Adaptive Timeout TBRPF Topology Dissemination Based on Reverse-Path Forwarding TCP Transmission Control Protocol TDMA Time Division Multiple Access T-MAC Timeout Media Access Control TTL Time to live UDP User Datagram Protocol U-MAC Universal Media Access Control Wise-MAC Wireless Sensor MAC WRP Wireless Routing Protocol WSN Wireless Sensor Network Z-MHTR ZigBee Multi-Path Hierarchical Tree Routing ZRP Zone Routing Protocol

DPU

บทท 1

บทน า

1.1 ทมาและความส าคญของงานวจย

ปจจบนระบบเครอขายเซนเซอรไรสายหรอ Wireless Sensor Network (WSN) ไดมการ

กลาวถงในวงการวจยมากขน อกทงยงมการน าเอา WSN มาประยกตใชงานจรงในภาคสวนตางๆ

เชน ทางดานการทหาร ไดมการน าใชตรวจจบการสนสะเทอนเมอมการโจมตดวยอาวธหนกภายใน

อาณาเขตทไดตดตงเซนเซอรไว หรอตรวจจบการเคลอนพลของฝายตรงขามทผานเขามาในบรเวณ

ทก าหนดไว ทางดานธรณวทยา ไดมการน ามาใชในการตดตงตวเซนเซอรไวทปากปลองภเขาไฟ

เพอตรวจสอบการสนสะเทอน กอนทจะเกดการระเบดของภเขาไฟ แมกระทงทางการส ารวจ

มหาสมทร กไดมการตดตงเซนเซอร เพอตรวจสอบตวแปรทางดานฟสกสตางๆ เชน อณหภม ความ

ดน ทระดบความลกตางๆ ซงทงหมดนเพอการน าเอาขอมลทางฟสกสตางๆ ทไดจากการตรวจจบ

หรอตรวจวด จากเครอขายเซนเซอรมาประมวลผลวเคราะหทสวนกลาง หรอใชเปนขอมลทางสถต

เพอแบงปนใหกบผทสนใจ ดงนน จากตวอยางทยกมาจะเหนไดวา บรเวณตางๆ ทมการตดตง

เครอขายเซนเซอรนน จะเปนพนท ทมสภาพภมศาสตรไมเหมาะกบการเดนสายไฟเพอสอสารกน

ระหวางตวเซนเซอร หรอตวเซนเซอรกบศนยกลางการเกบขอมล ดงนน WSN จงเปนตวเลอกทด

ส าหรบการประยกตใชงานเหลาน

ใน WSN ทถกตดตงนนโดยปกตจะประกอบไปดวยโหนดอย 3 โหนด โหนดท 1 คอ

เซนเซอรโหนด เพอใชเปนตวรบอนพตจากตวเซนเซอรหรอทรานสดวเซอรชนดตางๆ เชน เทอร

โมคปเปล อารทด ส าหรบการตรวจวดอณหภม สเตรนเกจ ส าหรบการตรวจจบความเครยด ความ

เคนในวตถ และสามารถใชเปนตวสงเอาตพต เพอไปควบคมอปกรณทางไฟฟา เชน รเลย โหนดท 2

คอเราทเตอรโหนด มหนาทการท างานเหมอนกบเซนเซอรโหนด แตมสามารถในการคนหา

เสนทางเพอสงผานขอมลทไดจากเซนเซอรโหนด ไปยงโคออดเนเตอรโหนด และโหนดสดทาย คอ

โคออดเนเตอรโหนดหรอเกตเวยโหนด ท าหนาทคอยรวบรวมขอมลทไดจากโหนดเราทเตอร

DPU

2

ทงหมดใน WSN เพอน าไปประมวลผลทสวนกลาง นอกจากนยงท าหนาทคอยควบคม จดการและ

แจกจายหมายเลขประจ าตวใหกบโหนดตางๆ ภายใน WSN ดงนนจะเหนไดวาถาเกตเวยโหนดใน

เครอขายมปญหาไมสามารถท างานไดตามฟงกชนแลว กจะท าใหใน WSN ไมสามารถตดตอกบ

สวนกลางการประมวลผลได จงหมายความวาใน WSN ทถกตดตงนนจะไมมประโยชนใดๆ เลย

เนองจากไมสามารถน าขอมลทตองการออกมาได หรออาจพดไดวาตวเกตเวยโหนด เปน SPOF

ของเครอขาย

ในงานวจยนจงน าเสนอการเพมจ านวนตวเกตเวยโหนดเขาไปใน WSN ซงแตเดม

สามารถมไดแค 1 ตว ในเครอขาย ดงนนการเพมตวเกตเวยโหนดเขาไปใน WSN นน สามารถทจะ

ชวยแกปญหาการเกด SPOF ทตวเกตเวยโหนดใน WSN ได

1.2 วตถประสงคของงานวจย

1. เพอสรางเสนทางส ารองใหกบขอมลทตองการออกจากเครอขายเซนเซอรไรสายตาม

มาตรฐาน IEEE802.15.4

2. เพอหาแนวทางในการเพมตวเกตเวยจาก 1 ตว เปน 2 ตว ภายใน WSN

3. ศกษาโพรโทคอลเสนทาง AODV เพอใชงานใน WSN ทมเกตเวย 2 ตว

4. เพอหาประสทธภาพของการสงขอมลประเภท CBR ทสงไปยงเกตเวยโหนด โดยใชโพร-

โทคอล AODV ทไดปรบปรงขน ภายใน WSN

1.3 ขอบเขตของงานวจย

1. มจ านวนเกตเวยโหนดใน WSN ทงหมด 2 โหนด

2. ใชโปรแกรมจ าลองเครอขาย NS2.35 ในการทดสอบโพรโทคอล AODV ใน WSN

3. โหนดใน WSN ทงหมด เปนแบบอยกบท ไมมการเคลอนท

4. การหาประสทธภาพของการสงขอมลเปนแบบ End to End โดยใชขอมลประเภท CBR

DPU

3

1.4 ประโยชนทคาดวาจะไดรบ

1. แกปญหาการเกด SPOF ทตวเกตเวยโหนด

2. เมอมขอมลตองการออกจาก WSN สามารถสงออกไดในกรณทมเกตเวยโหนดลม 1 โหนด

3. สามารถพฒนา หรอ ปรบปรงโพรโทคอลเสนทางใน WSN เพอเพมประสทธภาพในการ

สงขอมล

DPU

บทท 2

ทฤษฎ และผลงานวจยทเกยวของ

ทฤษฎทเกยวของ

2.1 เครอขายไรสาย ปจจบนเครอขายไรสายมการประยกตใชงานกนมากขน และมการแบงแยกกลม

งานวจยและพฒนาออกไปเปนแตละดานโดยถาอางองตามมาตรฐาน IEEE802 แลว สามารถแบงออกเปนสวนตางๆ ไดดงน

ภาพท 2.1 แผนผงแสดงมาตรฐาน IEEE802 ทมา: http://www.eetasia.com/ART_8800590160_590626_NT_3e1932a3.HTM

DPU

5

งานวจยนจะมงเนนไปในสวนของ IEEE802.15.4 LR-WPAN ซงเปนกลมทเนนเรองของอตราการสงขอมลทต า และการประหยดพลงงาน ซงเจาะจงไปทสวนทเปนมาตรฐาน IEEE802.15.4 ซงเปนมาตรฐานทมการน าไปใชงานใน WSN มากทสด ซง WSN คอเครอขายทประกอบไปดวยโหนดเซนเซอรตางๆ ทกระจายตวอยกนอยางอสระ เพอใชในการเฝาตดตามตวแปรทางดานฟสกสตางๆ ในบรเวณหรอพนททสนใจ เชน ความดน ระดบเสยง อณหภม ความชน ความเขมแสง แรง ความเคน ความเครยดทวตถ ฯลฯ โดยอาศยเซนเซอรทตรงกบความตองการในการวด เชน วดอณหภม อาจจะใช อารทด วดแรงอาจจะใชโหลดเซลล และตว WSN จะตองสามารถสงผานขอมลทไดมายงสวนกลางได ปจจบน WSN สมยใหมไดมการเพมความสามารถในการท างานโดยสามารถทจะควบคมอปกรณปลายทางทตออยกบโหนดของเครอขายได ในการพฒนาเครอขายเซนเซอรไรสายตงแตอดตนนไดแรงจงใจมาจากความตองการใชงานในทางการทหาร เชน สนามรบ ตรวจจบการบกรก การเคลอนพล การใชอาวธเคม จนถงในปจจบน ไดมการน ามาประยกตใชในหลากหลายอตสาหกรรม เชน การเฝาตดตามกระบวนการผลต การตดตามและควบคมการท างานของเครองจกร การตดตามสขภาพของผปวย

ใน WSN สามารถมโหนดจากไมกรอย จนกระทงเปนหลกพนได โดยแตละโหนดสามารถตอเขากบเซนเซอรแตละชนด ในแตละโหนดจะประกอบดวยสวนหลก 3 สวน ดงน สวนแรกภาคสงสญญาณวทยรวมถงสายอากาศ (RF Transceiver And Antenna) สวนของสายอากาศนนมทงแบบอยทตวโหนดหรอสายอากาศภายใน (Internal Antenna) และแบบทใชขวตอสายจากภาคสงสญญาณวทยไปยงสายอากาศดานนอก (External Antenna) สวนทสอง เปนสวนของคอนโทรล ซงโดยปกตจะใชไมโครคอนโทรลเลอรทมขนาดเลกและใชพลงงานต า รวมถงวงจรอนเตอรเฟสทเปนตวรบสญญาณจากตวเซนเซอรมายงตวไมโครคอนโทรเลอร โดยปก ตแลวสญญาณจากตวตวเซนเซอรมอย 2 แบบคอสญญาณทเปนแบบดจตอล กบสญญาณทเปนแบบอนาลอก สวนทสามเปนภาคจายไฟ ซงโดยปกตจะใชแบตเตอรเนองจากโหนดตางๆ จะถกกระจายตดตงในพนทตางๆ จงยากทจะใชพลงงานจากแหลงจายไฟปกต หรอจะใชพลงงานไฟฟาจากการผลตขนทโหนดเลยกไดเชน จากไดนาโมขนาดเลก หรอแผงเซลลพลงงานแสงอาทตย โดยระดบแรงดนทใชในแตละโหนดนนจะขนอยกบสวนควบคมวาใชแรงดนเทาไร โดยปกตจะใชอย 3.3 โวลตดซ

ตวเซนเซอรโหนดนนอาจจะมขนาดทแตกตางกน ซงขนอยกบงานทใช โดยตนทนของแตละโหนดมตงแตราคาถกจนกระทงราคาแพง ซงตวแปรดานตนทนทส าคญนนกคอ ความซบซอนของโหนด ฟงกชนในการท างานของแตละโหนด ซงปจจยตางๆ เหลานไมวาจะเปน ตนทน หรอขนาด เปนตวก าหนดคณสมบตทางกายภาพของโหนดเซนเซอร เชน อายการใชงาน

DPU

6

ของโหนดซงโหนดทตองการอายการท างานทนาน กจะตองการพลงงานในการท างานทสงกวาโหนดทไมตองการอายการท างานทยาว ขนาดของหนวยความจ า ความเรวในการประมวลผล และความเรวในการสอสารขอมล โดยโครงสราง WSN นน สามารถเปนไดท งแบบอยางงายเชน เครอขายแบบดาว (Star Network) จนกระทงถงเปนแบบทซบซอนมากๆ หรอเครอขายเมช (Mesh Network) โดยทงหมดนสามารถเรมการเชอมตอระหวางโหนดไดโดยการใชเสนทาง (Routing) หรอการกระจายขอมลออกไปทงหมด (Flooding)

2.2 การประยกตใชงาน WSN

การประยกตใชงานเครอขาย WSN นน สามารถใชงานไดหลากหลาย โดยขนอยวตถประสงคในการใชงาน และความตองการพนฐานของระบบ ไมวาจะเปนการตรวจวดเพอเกบขอมลเพยงการเดยว หรอมการควบคมสงการจากระยะไกล หรอตองการทงการตรวจวดเพอเกบขอมลและการควบคมสงการจากระยะไกล ซงในการตรวจวดนนจะตองหาเซนเซอรทเหมาะสมกบงานทตองการตรวจวด หรอการควบคมกจะตองการอปกรณควบคมทเหมาะสมกบงานมาใช โดยตวอยางการใชงาน WSN ทไดศกษามามอยหลากหลายซงไดแสดงรายละเอยดไวดงน

2.2.1 การเฝาระวงพนท (Area Monitoring) เปนการประยกตใชงาน WSN โดยการกระจายตวโหนดเซนเซอรไปยงพนท ทเรา

สนใจ ตวอยางเชนในงานดานการทหาร จะมการเฝาระวงพนทจากการรกรานของฝายตรงขาม เมอมการรกรานเขามากสงขอมลกลบมาทสวนกลางเพอรอค าสงในการจดฉนวนระเบดทตออยกบตวโหนดเซนเซอร แตในการใชงานดานการทหารจะตองค านงถงการรกษาความปลอดภยขอมลทถกสงภายในเครอขายเซนเซอรไรสาย เพอปองกนไมใหมการปลอมแปลงขอมลทใชในการท างานได ในงานดานการส ารวจแหลงทพยากรธรรมชาต เชนกาซ หรอน ามน หรอทรพยากรธรรมชาตอนๆ

2.2.2 การเฝาระวงสงแวดลอม และการเปลยนแปลงของโลก การเฝาระวงสงแวดลอม และการเปลยนแปลงของโลก เชน การตรวจจบการเกดภเขา

ไฟระเบด ตรวจจบกระแสน า อณหภมน าในมหาสมทร การตดตามการเจรญเตบโตของสตวหรอตนไมในปา การเคลอนทของธารน าแขง ในการเฝาระวงสงแวดลอม และการเปลยนแปลงของโลกนน ท าใหนกวทยาศาสตร สามารถเกบขอมลตวอยางทตองการใชในงานวจยโดยขอมลมลทไดเปนขอมลแบบตอเนองทางเวลา ท าใหสามารถน าขอมลเหลานนมาใชในการประกอบการตดสนใจตางๆ ได อกทงยงประหยดงบประมาณในการเดนทางเพอเขาไปเกบขอมลในพนทหางไกล และมความยากล าบากในการเขาถง

DPU

7

2.2.3 การเฝาระวงคณภาพของอากาศ เนองจากมลพษทางอากาศเรมมปรมาณมากขนในปจจบน จงตองมการตรวจวดกนเปน

ประจ า เพอปกปองประชากรและสงแวดลอมอนๆ อนเนองมาจากมลพษทางอากาศ ซงเปนภยอนตรายทอยรอบๆ ตวเรา ดงนนการเฝาระวงแบบตลอด (Real time monitoring) นนมความส าคญมาก เนองจากสภาวะอากาศมการเปลยนแปลงทรวดเรวมาก

2.2.4 การเฝาระวงมลพษทางอากาศ ปจจบน WSN มการตดตงใชงานในหลายๆ เมองเชน ลอนดอน เพอเฝาระวงแกสทเปน

อนตรายตอพลเมองของเขา โหนดเซนเซอรเหลานใชประโยชนจากเครอขายไรสาย แทนทจะเปนแบบสาย เนองจากสามารถเคลอนทไปเฝาระวงในจดตางๆ ได

นอกจากการประยกตใชงาน WSN ทไดกลาวและยกตวอยางมาแลว ยงมการใชงานอนๆ อกเชน การเฝาระวงการเคลอนทของหนาดน (Landslide detection) การเฝาระวงคณภาพของน า (Water quality monitoring) การเฝาระวงภยพบตทางธรรมชาต (Natural disaster prevention) การเฝาระวงในภาคอตสาหกรรม (Industrial monitoring) การเกบขอมลตาง (Data logging) การตดตามการท างานของเครองจกร (Machine health monitoring) การเฝาระวงน าเสย (Waste water monitoring) การเฝาระวงในภาคเกษตรกรรม (Agriculture monitoring) การเฝาระวงในบาน (Smart home monitoring) จะเหนไดวา WSN เรมเขามามบทบาทในชวตประจ าวนมากขน จงไดมการศกษาและพฒนาขดความสามารถของ WSN ใหสงขน เพอตอบโจทยความตองการทมากขน

2.3 คณลกษณะของ WSN

1) โหนดตางๆ ในเครอขายจะใชพลงงานจากแบตเตอร หรอจากการผลตขนมาดวยตวเอง 2) มการใช MAC ทเนนเรองการประหยดพลงงาน 3) เครอขายยงสามารถท างานไดเมอมบางโหนดเสยหาย 4) โหนดจะตองสามารถเคลอนยายได 5) แตละโหนดมลกษณะการท างานเปนล าดบชน 6) เครอขายตองรองรบการขยาย หรอเพมจ านวนของโหนด 7) สามารถทนอยไดภายในสภาพแวดลอมทเลวราย 8) สามารถตอกบเซนเซอรตางๆ ได 9) งายตอการใชงาน

DPU

8

ตวโหนดภายใน WSN เปรยบเสมอนเครองคอมพวเตอรขนาดเลกทสามารถรบสญญาณอนพตและสงสญญาณเอาทพตผานทางอนเตอรเฟสตางๆ โดยในการตดตอสอสารนนจะใชสญญาณวทย และตดตอกบตวเกตเวย เมอตองการสงขอมลออกนอกเครอขาย 2.4 มาตรฐานและคณสมบตของ WSN

ใน WSN มหลายสถาบนทชวยกนพฒนา ซง IEEE เปนสถาบนทมงเนนทชนท 1 กายภาพ (Physical layer) และชนท 2 ชนสอสารขอมล (Data link) สวน IETF) จะมงเนนไปทชนท 3 ชนเครอขาย (Network layer) และชนทสงกวาขนไป ตามการจดเรยงใน OSI model

มาตรฐาน IEEE802.15.4 เปนมาตรฐานทเกยวกบโครงสรางของเครอขายส าหรบเครอขายเซนเซอรไรสาย ตวมาตรฐานเนนไปทชนของกายภาพ (Physical layer) และชนเครอขาย (MAC layer) ส าหรบการประยกตใชงานเครอขายเซนเซอรไรสายนน หลกในการออกแบบนนตองการใหตอบโจทยเรองของการใชพลงงานในการท างานใหนอยทสด ตนทนทต า โหนดแตละโหนดครอบคลมพนทขนาดเลก แตมการใชเครอขายเมช (Mesh network) ในกรณทตองการตดตอสอสารเปนบรเวณกวางและครอบคลมโหนดจ านวนมาก โครงสรางของเครอขาย IEEE802.15.4 จะเรมจากลกษณะของเครอขาย เชน แบบดวงดาว โดยโหนดในเครอขายจะมอย 1โหนด ทจะคอยท าหนาทเปนโหนดประสานงาน (Node Coordinator) ซงจะท าหนาทระบชองการสอสารทไมทบซอนกนเพอปองกนการกวนกนของคลนความถ (Interference) โดยการสแกนหาระดบของพลงงานแตละชองทรบได ซงตวโหนดใดๆ ทอยในชองสญญาณเดยวกนกบตวโหนดประสานงาน (Node Coordinator) และตองการจะเชอมตอ กจะท าการสงสญญาณแจงเตอนออกมารองขอ (Beacon request) เพอขอเขารวมเครอขาย มเพยงตวโหนดประสานงาน (Node coordinator) เทานนทจะตอบสนองตอการรองขอนนๆ ซงเรยกกระบวนการนวา แอสโซซเอชน (Association) และม PAN Coordinator เปนตวประสานงาน ในการคยกบตวโหนดประสานงานอนๆ ทอยใน PAN เดยวกน ในกรณทม โหนดประสานงานมากกวา 1 โหนด ซงโหนด PAN Coordinator นอกจากการท าหนาทคอยประสานงานแลว ยงท าหนาทเปนเกตเวย เพอเชอมตอกบเครอขายอนๆ เพอใหงายตอการท าความเขาใจในงานวจยน จงขอแทนตวโหนด PAN Coordinator วา เกตเวยโหนด ในมาตรฐาน IEEE802.15.4 นน เมอมโหนดใดๆ เกาะกบตวโหนด แลว โหนดเหลานนสามารถทจะกลายเปนตวโหนดเราเตอร (Node router) ไดดวยตวเอง และสามารถยอมใหโหนดอนๆ เกาะกบตวมนไดตอ ผลทไดคอท าใหเกดการท าแอสโซซเอชน (Association) แบบหลายล าดบชน

DPU

9

โครงสรางของเครอขาย ZigBee นนจะประกอบไปดวยโหนดตางๆ จ านวนมากแตสามารถแบงออกเปนสองแบบหลกคอ โหนดทมฟงกชนการท างานแบบเตม Full-function device (FFD) และโหนดทถกตดฟงกชนทไมจ าเปนออก Reduced-function device (RFD) ซงในเครอขายจะตองประกอบไปดวย FFD อยางนอย 1 ตว เพอท าหนาทเปน PAN coordinator ตวโหนดทเปน FFD สามารถท างานได 3 รปแบบ ดงน

1) PAN coordinator node 2) Coordinator node 3) Device node ตวโหนดทเปน RFD จะถกก าหนดเพอท าหนาทในการตดตอกบสวนทเปนเซนเซอร

และมการท างานทไมซบซอน ซงบางทจะถกเรยกวาโหนดสดทาย และตองการทจะสงขอมลทมขนาดไมมากนก เนองจากตองการประหยดพลงงานทตวเองใหมากทสด โหนด FFD สามารถทจะคยกบโหนด RFD หรอ FFD ใดๆ กไดทงหมดในเครอขายเดยวกน แตโหนด RFD จะคยกบโหนด FFD ไดเทานน ไมสารมารถคยกบ RFD ดวยกนได ในบางครงตวโหนด FFD กสามารถทจะท าหนาทเปนโหนดเซนเซอรเพอใชในการเกบขอมลกไดขนอยกบการออกแบบตวเครอขาย

2.5 โครงสรางเครอขายเซนเซอรไรสาย ZigBee

โครงสรางเครอขายของ ZigBee จะแบงเปน 3 แบบ คอแบบดาว (Star topology) แบบจดตอจด (Peer-to-peer topology) และแบบกลมตนไม (Cluster tree topology)

2.5.1 โครงสรางแบบดาว (Star topology) ในโครงสรางแบบนการเรมการสอสารจะเรมขนระหวางโหนดโดยรอบกบโหนด

ควบคมสวนกลางหรอ (PAN coordinator) ตวโหนดควบคมสวนกลางอาจจะจ าเปนตองใชพลงงานจากแหลงพลงงานทมากโหนดโดยรอบ เนองจากจะตองตดตอกบโหนดโดยรอบตลอดเวลา แตโหนดโดยรอบอาจจะใชเพยงแคแบตเตอรอยางเดยว การประยกตใชงานจากประโยชนทไดจากโครงสรางแบบดาว คอการควบคมระบบอตโนมตภายในครวเรอน การท างานของเครอขายเกดขนหลงจากโหนด FFD เรมตนท างานในครงแรก ตวโหนด FFD ตวนอาจจะท าหนาทเปนโหนดควบคมสวนกลาง (PAN coordinator) ในแตละเครอขายดาว (Star Network) จะมหมายเลขก ากบหรอ (PAN ID) ซงจะไมซ ากบเครอขายอนๆ ภายในชองสญญาณสอสารเดยวกน ซงเปนการท าใหเครอขายนท างานโดยอสระกบเครอขายอนๆ

DPU

10

2.5.2 โครงสรางแบบจดตอจด (Peer-to-peer topology) หรอแบบตาขาย (Mesh topology) ในโครงสรางแบบนกเชนเดยวกบโครงสรางแบบดาว คอ จะมโหนดควบคมสวนกลาง

(PAN coordinator) เพยงโหนดเดยวเทานนในเครอขาย แตตวตวโหนดตางๆ สามารถสอสารกบโหนดใดๆ กไดเทาทอยในยานทสามารถตดตอกนกนได โครงสรางแบบนเปนเหมอนการท างานในลกษณะของ Ad-Hoc คอสามารถทจะสรางโครงขายขนมาดวยตวเองและดแลรกษาโครงขายไดดวยตวเอง ตวอยางการใชงานเครอขายแบบน เชน ในการควบคมในอตสาหกรรม การเฝาตดตามการเคลอนทตางๆ เนองจากระบบเหลานสามารถใชประโยชนจากคณสมบตของโครงสรางแบบนไดเปนอยางด ในโครงสรางแบบนจะยอมใหมการสรางเสนทางจากโหนดใดๆ ผาน ฮอปจ านวนมากได (Multiple hop) เพอไปยงโหนดใดๆ ในเครอขาย อกทงยงสามรถใหเสนทางทมเสถยรภาพจากการท าการหาเสนทางแบบหลายเสน (Multipath routing)

2.5.3 โครงสรางแบบกลมตนไม (Cluster tree topology) เปนโครงสรางทมลกษณะจ าเพาะหนงของโครงสรางแบบจดตอจด (peer-to-peer

topology) ซงมโหนดจ านวนมากเปน FFD และมโหนด RFD เชอมตอเขากบโหนดเหลาน ซงมลกษณะคลายกลมของตนไมโดยมกงกานเปนโหนด FFD และโหนด RFD เหมอนกบใบไม ซงเปนจดปลายสดของกงกานเหลานน โหนด FFD ทกๆ สามารถท าหนาทเปนตวประสานงานและคอยใหบรการกบโหนดอนๆ ทเปน FFD และ RFD ซงในโครงสรางแบบนจะมเพยงโหนดเดยวทท าหนาทเปนตวประสานงานเครอขาย (PAN coordinator)

ภาพท 2.2 โครงสรางเครอขายของ ZigBee ทมา: http://www.pervcomconsulting.com/IEEE.html

DPU

11

ตวตวประสานงานเครอขาย (PAN coordinator) ของกลมแรกจะท าหนาทเปนหวหนากลม CLH และก าหนดตวหมายเลขประจ ากลม CL ID เปน “0” หรอเลอกจาก PAN Identifier ทไมไดใช จากนนกจะกระจายเฟรมสญญาณเตอน (frames broadcasting beacon) ไปยงตวโหนดขางเคยง

2.6 โครงสราง Low Rate Wireless Personal Area Network (LR-WPAN)

โครงสรางของอปกรณทเปนแบบ LR-WPAN เนองจาก WSN มจดประสงคหลกคอการสงผานสญญาณจากโหนดเซนเซอรเพอมาประมวลผล โดยมการสงขอมลทมขนาดไมใหญมาก แตจะเนนทการใชพลงงานของตวโหนดเซนเซอรใหนอยทสด จงตองมการออกแบบสวนของ MAC เพอควบคมการเขาถงสอกลางในการสอสารขอมล ระหวางสวนของ Upper Layers ไปยง Physical Layers ในทนคอคลนความถ โดยมการใชงานคลนความถรวมกนระหวางโหนดเซนเซอรตางๆ

ภาพท 2.3 กลไกการท างาน CSMA/CA ทมา: http://en.wikipedia.org/wiki/File:Csma_ca.svg

DPU

12

ในกระบวนการตดตอกบชนกายภาพของ WSN นนจะอาศยกลไก ของ CSMA/CA ซงเปนกระบวนการในการขอใชตวกลางรวมกน และใชกลไกของการตรวจจบวาชองสญญาณวางอยหรอไม ถาวางกจะมการใชชองสญญาณนนๆ แตถาไมวากจะจบเวลาถอยหลงเปนเวลาเทากบ Backoff time จงเรมท าการขอใชชองสญญาณใหม

ภาพท 2.4 โครงสรางของ LR-WPAN ทมา: http://zigbeevsmbus.blogspot.com/2012/06/fossil-energy-crisis-havealways-lead-to.html

โดยจะมกลไกของตว MAC เปนตวควบคมการท างานของตวโหนด วาตองการใหตน หรอหลบ เมอไร โดยเนนไปทการใชพลงงานใหต าทสด เพอใหโหนดเซนเซอรอยไดนานทสด การท างานของ MAC จะใชการปรบเรองของคา Duty Cycles โดยถาชวงเวลาในการหลบมมากกวาชวงเวลาตนมากๆ กจะท าใหประหยดพลงงานในการสงขอมลได แตกตองระวงเรองของชวงเวลาในการตนเพอสงขอมลนน จะตองท าใหพรอมกนกบตว FFD ถาไมตรงอาจท าใหเกดการสงขอมลผดพลาด หรอไมไดสงเลยกได

2.7 พลงงานทใชใน WSN

ใน WSN สงทส าคญคอเรองพลงงาน ในการท างานของโหนดแตละโหนดนน จะตองมการใชพลงงานไปในการท างาน โดยรปแบบของพลงงานทถกใชไปใน WSN นน สามารถแบงไดเปนไดเปน 2 แบบ คอ

DPU

13

1) พลงงานทตองใช (Useful power consumption) เปนความตองการใชพลงงาน ส าหรบการสง หรอรบขอมล กระบวนการรองขอการสงขอมล การสงตอกระบวนการรองขอตางๆ หรอการสงขอมลไปยงโหนดขางเคยง (Node Neighbors)

2) พลงงานสญเสย (Wasteful power consumption) เปนพลงงานทสญเสยไปจากกระบวนการตางๆ เชน การรอชองสญญาณวาง เพอจะสงขอมล การสงขอมลใหม ในกรณทขอมลเดมทถกสงมการชนกนของขอมล กระบวนการทเซนเซอรไดรบแพคเกจทไมใชของมน 2.8 กระบวนการเขาถงชองสญญาณสอสารใน WSN

ใน WSN กระบวนการหรอกลไก ทตวโหนดตางๆ จะเขาถงชองสญญาณสอสาร หรอสอกลางทใชในการสอสารรวมกนนน ลวนแลวแตเปนกระบวนการทเกดขนในสวนของ MAC ซงสามารถแบงออกเปนกลมตางๆ ได 3 วธการ คอ

1) CSMA เปนรปแบบการเขาถงสอกลางแบบแยงชง (Contention based) คอจะไมมการจองสอกลางไว เหมอนแบบ TDMA ท าใหมการใชงานสอกลางไดอยางมประสทธภาพ แตจะมการเกดการหนวงเวลาบางในกรณทสอกลางมการใชหนาแนน ตวอยางรปแบบของ MAC ทท างานในลกษณะน ไดแก S-MAC, T-MAC, PCS-MAC, B-MAC, Wise-MAC, D-MAC, U-MAC, X-MAC, P-MAC, C-MAC, etc.

ภาพท 2.5 การเขาถงชองสญญาณของ CSMA/CA ทมา: http://www.hpl.hp.com/personal/Jean_Tourrilhes/Linux/Linux.Wireless.mac.html

DPU

14

2) TDMA เปนรปแบบการเขาถงสอกลางแบบมการจองชองเวลาไวกอน (Time slot) หรอ (Reservation based) เมอตองการสงขอมลกสามารถสงไดเลย ท าใหมประสทธภาพในการสงขอมลสง และเกดการหนวงเวลาในการรอการสงนอยเนองจากไมตองแยงสอกลางกน ตวอยางรปแบบของ MAC ทท างานในลกษณะน ไดแก ER-MAC, TRAMA, E-MACS, DE-MAC, BMA, SS-TDMA, L-MAC, etc.

ภาพท 2.6 โครงสรางเฟรมของ TDMA ทมา: http://en.wikipedia.org/wiki/File:Tdma-frame-structure.png

3) Hybrid (CSMA/TDMA) เปนรปแบบการเขาถงสอกลาง โดยมการประยกตเอาขอดของทง CSMA และ TDMA เขาดวยกน เชนการปรบคา Duty Cycle ในมคาเปลยนแปลงตามความหนาแนนของขอมล โดยการเพมจ านวนชองของ TDMA ตวอยางรปแบบของ MAC ทท างานในลกษณะน ไดแก IEEE802.15.4, PTDMA, DEE-MAC, µ-MAC, SCP-MAC, R-MAC, A-MAC, SPARE-MAC, Y-MAC, Z-MAC, H-MAC, etc.

DPU

15

2.9 Media Access Control (MAC) ใน WSN ใน WSN นน MAC มความส าคญ เนองจากถามการเลอกใช MAC ไมเหมาะสมกบการ

ใชงาน กจะท าใหไมสามารถใชงาน WSN ไดอยางมประสทธภาพ เพราะตว MAC เปนตวแปรทส าคญทจะท าใหโหนดตางๆ ใน WSN สามารถประหยดพลงงานในการสงและรบขอมล (Energy efficiency) หรอมประสทธภาพในแงของการสงขอมลส าเรจมากหรอนอย (Throughput) การหลกเลยงการชนกนของขอมล (Collision avoidance) การเพมจ านวนหรอลดจ านวนโหนดในเครอขาย (Scalability) การหนวงเวลาหรอการเขาถงขอมล (Delay and Latency) การใชงานชองสญญาณอยางมประสทธภาพ (Bandwidth utilization) ดงนนสวนใหญ MAC ตางๆ ทใชใน WSN จะมงเนนไปในเรองของการ ประหยดพลงงานในการสงและรบขอมล โดยตวอยางการท างานของ MAC แบบพนฐาน ทถกใชบอยใน WSN มดงน

2.9.1 S-MAC S-MAC เปน MAC ทมการท างานบนพนฐาน Contention based โดยจะมชวงเวลาหลบ

ทคงท (Regulates sleep periods) เพอประโยชนในเรองของการยดอายการใชงานเครอขายเซนเซอรไรสายใหนานขน โดยอาศยปจจย 4 อยาง ในการบรหารจดการพลงงาน

1) avoiding idle listening หลกเลยงการรบขอมลเขามา ในขณะทขอมลนนไมใชของตวเอง

2) static sleep scheduling ก าหนดชวงเวลาในการหลบเปนแบบคงท 3) preamble sampling เมอตวโหนดอยในสภาวะหลบ จะมการตนขนมาเปนชวงเวลา

สนๆ เพอคอยดวามโหนดใดสงขอมลมาใหหรอไม ถาไมมกจะหลบตอ ในขณะทตนขนมานน ถามโหนดใดสงขอมลให กจะตนมารบขอมล

4) off-line scheduling จะท างานเมอตวโหนดอยในสภาวะหลบ โดยจะท าการปดภาคสง และภาครบสญญาณวทย

DPU

16

ภาพท 2.7 การท างานของ S-MAC ทมา: http://www.cs.binghamton.edu/~kang/teaching/cs526/cs526_lect05_mac.ppt

2.9.2 T-MAC T-MAC เปน MAC ทมการท างานบนพนฐาน Contention based โดยจะมการท างาน

คลายกบตว S-MAC แตจะมการปรบเปลยนวธการในการเขาสโหมดการหลบ จากเดมตว S-MAC จะเปนแบบ static sleep scheduling จะถกปรบเปลยนมาเปน dynamic sleep scheduling โดยจะมการปรบเปลยนเวลาในการหลบ ตามปรมาณความหนาแนนของการสงและรบขอมล และใหตวจบเวลา TA เปนตวควบคมการเขสโหมดหลบ เมอไมการสงหรอรบขอมลเปนระยะเวลา > TA ตวโหนดนนกจะเขาสโหมดหลบ ท าใหเพมเวลาในการหลบไดมาขนและประหยดพลงงานมาขน จากภาพท 2.8 แสดงใหเหนวา คาเวลา TA ยงนอย ยงท าใหเขาส Sleep mode เรวขน ท าให T-MAC ประหยดพลงงานมากกวา S-MAC

DPU

17

ภาพท 2.8 การเปรยบเทยบการท างานของ S-MAC และ T-MAC ทมา: perso.ens-lyon.fr/eric.fleury/CPS/ART/Projet/MACPresentation.ppt‎ 2.10 ยานความถทใชงานใน IEEE802.15.4

ยานความถและชองสญญาณขอมลทใชใน WSN จะมอย 3 ยานความถ ซงในแตละยานความถกจะมจ านวนชองสญญาณในการสอสารทแตกตางกน

ภาพท 2.9 คายานความถทใชใน IEEE802.15.4-2006 ทมา: http://www.techonlineindia.com/techonline/design_centers/171033/introduction-wireless-sensor-network-concepts

DPU

18

ภาพท 2.10 คาความถมลฐานของแตละชองสญญาณ ทมา: http://thaieasyelec.com/article-wiki/basic-electronics/what-is-zigbee.html

ภาพท 2.11 คาความถ 2.4GHz ททบซอนกนของ IEEE802.15.4 กบ IEEE802.11 ทมา: http://www.eetasia.com/ART_8800550485_499488_NT_4a9289f5.HTM

DPU

19

จะเหนไดวาในยานความถ 2400MHz นนจะมใชในสวนของ IEEE802.15.4 กบ IEEE802.11b แตมสวนของ Bandwidth ทตางกน ดงนนจงอาจเกดการกวนกนของสญญาณได

2.11 โพรโทคอลการคนหาเสนทางใน WSN

ใน WSN มการเชอมกนแบบ Ad-Hoc mobile network ซงเปนวธการเชอมตอเครอขายแบบหนง ในระบบการสอสารไรสาย ทโหนดนนมการเคลอนทอยตลอดเวลา ดงนนเพอชวยใหการตดตอสอสารเปนไดอยางราบรนจงไดมการพฒนาตวโพรโทคอลในการคนหาเสนทาง ซงถกใชในการคนหาเสนทางระหวางโหนดตนทางไปยงโหนดปลายทาง ซงเปาหมายหลกของโพรโทคอลการคนหาเสนทางใน Ad-Hoc mobile network กเพอคนหาเสนทางทถกตองและมประสทธภาพระหวางคของโหนดเพอใหสงขอมลไปยงเปาหมายไดตามเวลาทเหมาะสม การสรางเสนทางนนควรจะท าใหเกน Overhead และใชชองสญญาณ Bandwidth ใหนอยทสด

ตงแตโครงการวจย DARPA เกยวกบเครอขายวทยแพกเกต ในชวงตนป 1970 มโพรโทคอล จ านวนมากไดรบการพฒนาเพอใชงานบน Ad-Hoc mobile network หรอ MANET โพรโทคอลทถกพฒนาขนมาดงกลาวกเพอจดการกบขอจ ากดตางๆ เชน การใชพลงงานสงในการท างาน การไดชองสญญาณทต า และมอตราความผดพลาดในการสงขอมลทสง ซงปจจบนโพรโทคอลการคนหาเสนทางทถกออกแบบมาเพอใชในAd-Hoc mobile network สามารถแบงออกเปน 3 กลม คอ

1) Table-driven protocols (Proactive) ประกอบไปดวยโพรโทคอลทใชวธการแบบ Distance Vector เชน DSDV, WRP และ โพรโทคอลทใชวธการแบบ Link State เชน OLSR, GSR, TBRPF

2) Source-initiated or Demand-driven protocols (Reactive) ประกอบไปดวยโพรโทคอลทใชวธการแบบ Distance Vector เชน AODV, ABR และ โพรโทคอลทใชวธการแบบ Link State เชน DSR

3) Hybrid protocols ประกอบไปดวยโพรโทคอลตางๆ เชน ARPAM, ZRP, OORP

DPU

20

Ad hoc routing protocols

Table-drivenSource-initiated

On-demand

DSDV WRP AODV DSR LMR ABR

TORA SSRCGSR ภาพท 2.12 โพรโทคอลการคนหาเสนทางทใชในเครอขายเฉพาะกจ ทมา: http://www.eexploria.com/routing-protocols-in-manets/

2.11.1 Table-driven protocols (Proactive) Table-driven protocols (Proactive) เปนโพรโทคอลประเภท Table-Driven เปนโพรโท

คอลทจะพยายามรกษาและอพเดทขอมลเสนทางจากโหนดหนงไปยงทกๆ โหนดในเครอขายใหเปนปจจบน โพรโทคอลเหลานจ าเปนตองใชในแตละโหนดเพอรกษาตารางเสนทาง หนงหรอมากกวาในการจดเกบขอมลเสนทาง และโพรโทคอลเหลานจะมตอบสนองตอการเปลยนแปลงตางๆ ในโครงสรางของเครอขายโดยการปรบปรงขอมลเสนทางในตาราง โดยการกระจายไปใหทวเครอขาย เพอใหเครอขายยงคงมตารางทสอดคลองกน จ านวนโหนดทมจ านวนมากมความเกยวของกบขนาดของตารางเสนทาง และมความจ าเปนทจะใชวธการกระจายแบบ Broadcast เมอมการเปลยนแปลงของโครงสรางของเครอขาย

2.11.2 Source-initiated or Demand-driven protocols (Reactive) Source-initiated or Demand-driven protocols (Reactive) เปนโพรโทคอลประเภท

Demand-Driven จะเรมท าการคนหาเสนทาง หรอจะสรางเสนทางกตอเมอมความตองการทจะสงขอมลจากโหนดตนทางเทาน น เ มอโหนดตนทางตองการเสนทางไปยงโหนดปลายทาง กระบวนการส ารวจเสนทางจะเกดขนภายในเครอขาย กระบวนการนจะเสรจสนกตอเมอพบเสนทางทงหมดทเปนไปไดและไดรบการตรวจสอบแลว เมอเสนทางไดถกสรางขน เสนทางจะถกดแลรกษาโดยกระบวนการซอมบ ารงเสนทาง จนกระทงเสนทางทไปยงปลายทางไมสามารถเขาถง

DPU

21

ไดทกๆ เสนทาง หรอจนกวาเสนทางนนจะไมเปนทตองการอกตอไป เสนทางนนๆ กจะถกก าจดออกไป

2.12 โพรโทคอล AODV

โพรโทคอลการคนหาเสนทาง AODV เปนโพรโทคอลแบบ Source Initiated On-Demand Driven/Reactive ซงจะท าการหาเสนทางกตอเมอจดเรมตนตองการหาเสนทางโดยหาเสนทางไปจนถงปลายทาง ซงจะเปนการหาเสนทางตามเสนทางทเปนไปไดจนถงปลายทางแลว จงหยดคนหาหาเสนทาง โพรโทคอล AODV ไดปรบปรงมาจาก DSDV เนองจากมความคลายคลงกนมาก แต AODV จะลดจ านวนครงในการทจะคนหาเสนทางลง โดยจะท าการคนหาเสนทางเมอมโนดตองการทจะสงขอมล หรอมการเคลอนทของโหนดเทานน ท าใหไมเปลอง Bandwidth ในชองสญญาณ

โพรโทคอล AODV เปนโพรโทคอลคนหาเสนทางตามมาตรฐาน RFC3561 ทถกใชงานกนอยางแพรหลายในเครอขายการสอสารเคลอนทแบบไรสาย ทมเปนแบบ ad hoc ซงจะตอบสนองตอการเปลยนแปลงเสนทางทเกดขนอยบอยๆ ไดอยางรวดเรว กนทรพยากรในการประมวลผล และหนวยความจ านอย รองรบการสรางเสนทางแบบหลายฮอบ (Multi Hop) มการก าหนดเสนทางแบบ Unicast เพอไปยงปลายทาง และปรบปรงเสนทาง ภายในเครอขายเฉพาะกจ โดยจะใชล าดบเลขหมาย (Destination sequence numbers) คอยก ากบเสนทางไปยงปลายทาง เพอใหมนใจไดวาจะไมเกดลปตลอดเวลาและหลกเลยงการเกดปญหาการนบล าดบหมายเลขจนถงคาอนนต โดยใชหลกการแบบ distance vector ของ Bellman-Ford โพรโทคอล AODV จะพยายามท าโหนดไดรบเสนทางโดยเรวทสดเมอมการการก าหนดโหนดปลายทางใหม และจะไมใชโหนดทไมไดท างานอยเพอไปยงโหนดปลายทาง โพรโทคอล AODV จะแจงใหโหนดรบรถงการเชอมโยงทถกตดขาด และเมอมการเปลยนแปลงโครงสรางของเครอขาย เพอใหโหนดนนยกเลกการใชเสนทางทถกตดขาดไป คณลกษณะเดนของโพรโทคอล AODV คอการใชงานของล าดบหมายเลขเพอไปยงโหนดปลายทาง (Destination sequence numbers) ส าหรบแตละเสนทาง ซงจะเปนหมายเลขทไมซ ากน และจะใสไปในเพคเกจขอมลทถกสงออกไป การใชล าดบหมายเลขปลายทางน จะเปนวธการปองกนการเกดลปในเครอขาย และท าใหงายตอการเขยนโปรแกรม ในการเลอกเสนทางไปยงโหนดปลายทางระหวางสองเสนทางทมนน โหนดปลายทางจะเลอกเพยงหนงล าดบหมายเลขเทานน

DPU

22

2.12.1 ความหมายของค าศพทในโพรโทคอล AODV ในตวโพรโทคอล AODV มการก าหนดความหมายของชอเรยกในตวโพรโทคอลไว

ดงน 1) Active route เปนเสนทางทสามารถไปยงโหนดปลายทางได ซงมรายการอยใน

ตารางเสนทาง และมการท าเครองหมายไววาสามารถใชงานได ซง Active route จะเปนเสนทางทใชสงขอมลได

2) Broadcast เปนการกระจายขอมลไปยงทอยไอพทถกก าหนดเปน Broadcast address ส าหรบไอพเวอรชน 4 ใช 255.255.255.255 โดยการกระจายแพคเกจนนจะชวยให AODV สามารถกระจายขอมลไปไดทวทงเครอขายเฉพาะกจ

3) Destination เปนโหนดปลายทางทตองการสงขอมลแพคเกจ โดยขอมลนจะแสดงในสวน IP Header การสรางเสนไปยงโหนดปลายทางนจะท าโดยโพรโทคอล AODV

4) Forwarding node เปนโหนดทยอมใหมการสงผานแพคเกจไปยงโหนดปลายทาง โดยการสงตอแพกเกตเหลานนไปยงโหนดขางเคยงโดยใช Unicast ซงเสนทางนจะถกใชงานโดย Routing control message

5) Forward route เปนเสนทางทจดตงขนเพอสงแพกเกตขอมลจากโหนดตนทางไปสโหนดปลายทางทตองการ ซงเกดขนในกระบวนการส ารวจเสนทาง

6) Invalid route เปนสนทางใดๆ ทหมดอาย และมการท าเครองหมายยกเลกไวในตารางเสนทางแลว จะถกน ามาใชในการจดเกบขอมลเสนทางทถกตองกอนหนาน เสนทางทถกยกเลกจะไมสามารถใชเพอสงตอแพกเกตขอมลได แตกสามารถใหขอมลทเปนประโยชนในการซอมแซมเสนทางและเปนขอมลให RREQ Message ในอนาคต

7) Originating node เปนโหนดทเปนจดเรมตนของกระบวนการส ารวจเสนทางใน AODV Message และอาจจะมการสงตอขอความนไปยงโหนดอนๆ ภายในเครอขายเฉพาะกจ ตวอยางเชน โหนดทเปนโหนดเรมตนในกระบวนการส ารวจเสนทาง และท าการกระจาย RREQ Message นนจะถกเรยกวา “Originating node of the RREQ message”

8) Reverse route เปนเสนทางทถกก าหนดขนเพอการสงตอ RREP แพกเกต กลบไปยงโหนดเรมตน จากโหนดปลายทาง หรอโหนดระหวางทางทมเสนทางไปยงโหนดปลายทาง

9) Sequence number เปนจ านวนตวเลขทเพมขนโดยแตละโหนดตนทาง ซงเปนกระบวนการสรางเสนทางใน AODV RREQ message ซงจะถกใชโดยโหนดอนๆ เพอตรวจสอบความเปนปจจบนของมลทมาจากโหนดตนทาง

10)Valid route เปนเสนทางทมการท าเครองหมายไววาสามารถใชในการสงแพกเกตได

DPU

23

โพรโทคอลสรางเสนทาง AODV ถกออกแบบมาเพอใชในเครอขายเฉพาะกจ (ad hoc network) โดยรองรบโหนดไดถงหลกพน และรองรบการเคลอนทของโหนดจ านวนมากในเครอขายไดด อกทงยงสามารถรองรบรปแบบการสงขอมลทมหลายระดบได AODV ถกออกแบบมาเพอลดการแพรกระจายแพกเกตในการปรบปรงเสนทาง และลด overhead ของขอมล เพอปรบปรงประสทธภาพ และขยายขนาดของเครอขายใหดขน

2.12.2 รปแบบของขอความ (Message Formats) ในโพรโทคอลสรางเสนทาง AODV ไดมการก าหนดรปแบบของขอความทสงและรบ

ระหวางโหนดไวดงน 1) Route Request (RREQ) Message Format 2) Route Reply (RREP) Message Format 3) Route Error (RERR) Message Format 4) Route Reply Acknowledgment (RREP-ACK) Message Format

2.12.3 การท างานของโพรโทคอล AODV การท างานของโพรโทคอล AODV จะเรมจากโหนดตนทางมการสงรองขอเสนทาง

(RREQ) มการตอบ Route Reply (RREP) หรอ Route Error (RERR) ส าหรบการสอสารแบบ Unicast ไปยงโหนดปลายทาง และเพอทจะจดการและประมวลผลขอมลเสนทางเหลานไดถกตอง จงมการจดเกบรกขอมลไวในตารางเสนทางทไปยงโหนดเปาหมาย โดยปกตแลวโพรโทคอล AODV จะใช UDP ในการสงขอมลไปยงพอรต 654

N3

N2

N4

N5

N7

N6

N1

N8

ภาพท 2.13 กระบวนการคนหาเสนทางไปยงโหนดปลายทาง (RREQ)

DPU

24

N3

N2

N4

N5

N7

N6

N1

N8

ภาพท 2.14 การตอบขอความกลบ (RREP) ไปยงโหนดตนทาง

ในโพรโทคอล AODV จะประกอบไปดวย Message Route Request (RREQ) Route

Replies (RREP) และ Route Errors (RERR) ซงเปนการรบแบบ UDP และมการใช IP header ยกตวอยาง การรองขอจากโหนดจะถกระบ IP Address ทเปนตนก าเนดของ Messages ส าหรบการ Broadcast Message นน จะใช IP address (255.255.255.255) โดยขนาดของการ Broadcast Message RREQ นน จะถกแสดงและก าหนดเปนคา TTL ทอยในสวนหวของไอพ เมอมโหนดเชอมตอเขามา และไมมเสนทางไปยงโหนดนน ถาตองการไปยงโหนดปลายทางนน จะมการ Broadcasts RREQ เพอคนหาเสนทางไปยงโหนดปลายทางนน เสนทางจะถกระบขนเมอ RREQ Message ไปถงยงโหนดปลายทางทระบไวดวยตวเอง หรอโหนดระหวางทางมเสนทางทสามารถไปยงโหนดปลายทาง ถาเสนทางใหมเปนเสนทางทถกตองสามารถไปยงปลายทางทอยใน RREQ ไดและมล าดบหมายเลข เสนทางนจะเปนเสนทางทใชส าหรบสง RREP กลบไปยงตนทาง โดยการ Unicast แตละโหนดจะคอยเฝาตดตามสถานะของการเชอมโยงถดไปยงโหนดทท างานอย เมอการเชอมโยงดงกลาวขาดลง ในระหวางการคนหาเสนทาง จะม RERR message ถกสงออกไปเพอแจงเตอนโหนดตางๆ ถงการสญเสยการเชอมโยงดงกลาว RERR Message จะแสดงใหโหนดปลายทางเลานนทอยใน Subnets เดยวกนถงการไมสามารถใชงานไดจากการเชอมโยงทมปญหา ซงกระบวนการนจะตองเปดใชงาน กลไกการรายงาน ซงในแตละโหนดจะเกบ Precursor List ภายในรายการจะประกอบไปดวย IP address ของโหนดขางเคยง ทเปนโหนดเพอใชเสนทางน าไปสปลายทาง ขอมลทอยในรายการนสวนใหญเกดจากการประมวลผลในการสราง RREP message ซงเปนโหนดทจะตองผานไปยงโหนดตนทาง โพรโทคอล AODV จะใชขอมลในการสรางเสนทางดงน

1) หมายเลขไอพทอยปลายทาง Destination IP Address 2) หมายเลขล าดบปลายทาง Destination Sequence Number

DPU

25

3) เครองหมายแสดงหมายเลขล าดบปลายทางทใชงานได Valid Destination Sequence Number flag

4) สถานะอนๆ Other state and routing flags (เชน valid, invalid, repairable, being repaired)

5) อนเทอรเฟซเครอขาย Network Interface 6) จ านวนโหนด Hop Count (number of hops needed to reach destination) 7) รายการโหนดถดไป Next Hop List of Precursors 8) อายของแพกเกต Lifetime (expiration or deletion time of the route)

2.12.4 การดแลรกษา Sequence Number การจดการหมายเลขล าดบเปนสงส าคญเพอทจะหลกเลยงการเกดลปในเสนทาง เมอ

การเชอมโยงถกตดขาด ท าใหไมสามารถเขาถงโหนดได โหนดปลายทางไมสามารถเขาถงการเชอมโยงในเครอขายได หรอเสนทางถกปดการใชงาน เมอเงอนไขเหลานเกดขน เสนทางนนกจะถกยกเลกโดยการท าเครองหมายทล าดบหมายเลขในตารางเสนทางไว โดยทกๆ โหนดทมขอมลอยในตารางเสนทาง จะตองมขอมลเกยวกบ Sequence Number ส าหรบไปยงหมายเลข IP address ของโหนดปลายทาง ซง Sequence Number นถกเรยกวา destination sequence number โดยตวเลขนจะถกปรบปรงอยเสมอเมอโหนดไดรบขอมล Sequence Number ใหมจาก RREQ RREP หรอ RERR message ซงเปนรบขอมลทเกยวกบโหนดปลายทาง โดยโหนดปลายทางจะมการเพมคา Sequence Number ของตวเองใน 2 กรณ

1) เพมทนทกอนทโหนดเรมตนจะคนพบเสนทาง มนจะท าการเพมคา Sequence Number ของตวมนเอง เพอปองกนไมใหเกดความขดแยงกบ Sequence Number ทสรางขนกอนหนาน ในขณะสงขอมลยอนกลบไปสเสนทางเรมตนของโหนดเรมตนทกระจาย RREQ ออกมา

2) เพมทนทกอนทโหนดปลายทางจะสง RREP เพอตอบสนองตอ RREQ โดยมนจะตองปรบปรงคา Sequence Number ของมนใหเปนคาสงสดของหมายเลขปจจบนและ Destination sequence number ในแพกเกต RREQ

โหนดปลายทางสามารถเพมคาหมายเลขล าดบ โดยหมายเลขล าดบจะเปนตวเลขจ านวนเตมขนาด 32 บต ซงมคาสงสดท 4294967295 เมอเพมจนถงคานแลวกจะเรมตนทศนยใหม ในทางกลบกนถาคดเปนจ านวนเตมแบบมเครองหมายคาจะเรมตงแต -2147483648 ถง 2147483647 และเพอเปนการตรวจสอบใหแนใจวาขอมลเกยวกบโหนดปลายทางไมเปนขอมลเดมทคางอย โหนดจะท ากการเปรยบเทยบคาเลขหมายล าดบปจจบนของมนกบคาเลขหมายล าดบทไดรบมาใหมจาก AODV Message ในการเปรยบเทยบนจะตองท าการเปรยบเทยบทางคณตศาสตรแบบคด

DPU

26

เครองหมายขนาด 32 บต ถาผลลพธของการลบหมายเลขล าดบระหวางหมายเลขเดมกบหมายเลขใหมมคานอยกวาศนย หมายความวาขอมลของโหนดใหมทสงเขาเกากวาขอมลเดมทเกบอยในโหนด

กรณทเสนทางทเชอมตอระหวางโหนดไปยงโหนดทสามารถเชอมไปยงโหนดปลายทางไดมการช ารดหรอขาดลง โหนดนนอาจมการเปลยนแปลงคาหมายเลขล าดบ โดยในกรณนจะท าการเพมคามายเลขล าดบทไปยงโหนดปลายทางน และท าการท าเครองหมาย “Invalid” เพอยกเลกเสนทางน แตเมอไรทมการรบขอมลใหมเขามาและคาหมายเลขล าดบนอยกวาหรอเทากบหมายเลขล าดบทถกบนทกไว นนหมายความวาโหนดนนสมควรจะไดรบการปรบปรง โหนดอาจจะมการเปลยนหมายเลขล าดบในตารางเสนทางของโหนดปลายทางถาอยในเงอนไขดงน

1) ถาโหนดนนเปนโหนดปลายทางเอง และตองการใหเสนทางใหมมายงตวมน 2) ถาไดรบ AODV message ทเปนขอมลใหมเกยวกบหมายเลขล าดบของโหนด

ปลายทาง 3) ถาไดรบ AODV message ทเปนขอมลวาเสนทางไปยงโหนดปลายทางนนช ารดหรอ

เสยหาย 2.13 โปรแกรมจ าลองการท างานของเครอขาย NS2

โปรแกรมการจ าลองการท างานของระบบเครอขายทมชอวา NS2 เปน discrete event simulator โดย NS2 ซงสนบสนนการท าแบบจ าลองการท างานของ UDP, TCP, Routing, Multicast protocols over wired และ wireless (local และ satellite) networks จากคณสมบตเหลานเราสามารถจ าลองการท างานของเครอขายได

NS2 มภาษาทใชอย 2 ภาษาดงคอ ภาษา C++ และ OTcl โดย NS2 เปน Open Source และสามารถทจะท างานไดทงบน Linux , FreeBSD, SunOS, Solaris, Window ถกพฒนาขนโดย ISI ซง NS2 เปนโปรแกรมทใชในการจ าลองการท างานของ network ในแบบทเปน Discrete event simulator ซงสนบสนนการจ าลองการเลอกเสนทางในการขนสง packet สามารถจ าลองการท างานของ multicast protocol และ IP protocol เชน UDP, TCP, RTP, SRM ทอยบนเครอขายประเภททเปน Wire และ Wireless (Local และ Satellite) ซง NS2 เปนเครองมอทมประโยชนมากทงยงสนบสนน multiple protocol และยงมความสามารถในการแสดงรายละเอยดของ Network traffic ออกมาในรปแบบของภาพเคลอนไหว รวมทงยงสนบสนนขนตอนวธในการจดเสนทาง และ Queuing เชน FIFO, Round-robin เปนตน

DPU

27

ภาพท 2.15 การท างานของผใชงานผานโปรแกรม NS2

ทมา: http://wiki.nectec.or.th/ngiwiki/pub/Project/IntelligentNMS/bm-ns2.pdf

2.14 งานวจยทเกยวของ 2.14.1 งานวจยเรอง Efficient Multiple Gateway System for WSN Management in BEMS

จากงานวจยของ Xuan He, Yuanchen Ma และ Mika Mizutani เปนงานวจยเกยวกบการใชระบบหลายเกตเวย ในเครอขายเซนเซอรไรสาย เพอเพมระ

สทธภาพในการบรหารจดการพลงงานในอาคาร BEMS โดยมการออกแบบไวใหมสถาปตยกรรม ทมเกตเวรหลกอยหนงตว โดยเชอมตอกบกบเครองแมขาย BEMS และรวมรวมขอมลจากเทอรมนอลเกตเวยตวอนๆ ทตอกบโหนดเซนเซอร

ภาพท 2.16 โครงสรางของ Multiple Gateway System

ทมา: Xuan He and Yuanchen Ma, “Efficient Multiple Gateway System for WSN Management in BEMS” Networked Sensing Systems (INSS), Belgium, June 2012.

BEMS Server

Main Gateway

Wireless Sensor Network

Gateway 1

Gateway 2

Mobile Control

Sensor Node

Sensor Node

Sensor Node

Sensor NodeInternet

DPU

28

ในกรณทตวเทอรมนอลเกตเวยในระบบตวใดตวหนงมปญญาตวโหนดเซนเซอรทตออยกบเทอรมนอลเกตเวยตวนน กจะหาเสนทางไปยงเทอรมนอลเกตเวยตวอนๆ ทยงท างานอย แลวจงสงตอขอมลออกไปยงเกตเวยหลก เพอสงตอไปยงเครองมขาย BEMS อกท ตวเทอรมนอลเกตเวยในสถาปตยกรรมนจะแตกตางกบตวเกตเวยปกตทวๆ ไป ตรงทจะตองใหตวโมดลควบคมและคอยสงสญญาณ ไปทดสอบแตละเกตเวยวายงท างานอยหรอไม ซงการสงสญญาณน จะเปนการกนทรพยากรดานชองสญญาณในเครอขาย

ภาพท 2.17 โครงสรางของ Terminal Gateway ทมา: Xuan He and Yuanchen Ma, “Efficient Multiple Gateway System for WSN Management in BEMS” Networked Sensing Systems (INSS), Belgium, June 2012.

จากสถาปตยกรรมแบบนตวกระบวนการหลก (Main process) จะเรมตนการท างานโดยการสรางตาราเสนทางโดยมเสนทางทงหมดของเกตเวยขางเคยง โดยตารางเสนทางนจะมพารามเตอรของการหนวงเวลา (delay time) การใชพลงงาน (Power consumption) และสถานะของเสนทาง คาการหนวงเวลาจะหาจากขนาดของหนวยความจะและสถานะของเสนทาง สวนคาการใชพลงงาน จะค านวณจากระยะทางของเกตเวยขางเคยง หลงจากค านวณทกอยางเสรจแลวเสนทางทดทสดจะถกเลอก ซงเปนเสนทางทประหยดพลงงานและมการหนวงเวลานอยทสด ตวสถานะของเสนทางจะถกระบเปน “ON” นอกนนจะระบเปน “OFF” ซงตวตารางเสนทางนจะถกปรบปรงอยเปนประจ า เมอเสนทางทดทสดขาด เสนทางทสองจะถกเลอกขนมาใชแทน ตวเกตเวยหลก จะท า

DPU

29

หนาทเปนเหมอนสะพานเพอเชอมระหวางเครอขายเซนเซอรไรสายกบเครอขายอนเตอรเนต โดยจะรบขอมลจากเทอรมนอลเกตเวย นอกจากนนยงท าหนาทในการรบค าสงจากตวผใชงานเพอสงไปยงเทอรมนอลเกตเวยและโหนดเซนเซอรปลายทางทตองการ ในงานวจยนไดประโยชนในการชวยใหตวเซนเซอรโหนดสามารถหาทางออกไปยงเกตเวยหลกไดงายขนเนองจากมหลายเกต-เวย และใชตวแปรเวลากบพลงงาน มาเปนสวนหนงในการเลอกเสนทางทดทสด ซงการใชวธนสามารถทจะลดเรองของการหนวงเวลาและการใชพลงงานไดทงค

ในสวนของงานวจยน จะมปญหาอยตรงสวนทเปนตวเกตเวยหลก เนองจากมแคเพยงตวเดยว ดงนนถาเกตเวยตวนมปญหา SPOF กจะท าใหเครอขายเซนเซอรไรสายไมสามารถตดตอกบเครอขายอนเตอรเนตได นนหมายความวาเครอขายเซนเซอรไรสายจะไมสามารถสงขอมลไปเกบบน BEMS เครองแมขายได

2.14.2 งานวจยเรอง Node disjoint multi-path routing for ZigBee cluster-tree Wireless Sensor Network จากงานวจยของ Zahia Bidai, Hafid Haffaf และ Moufida Maimour

เปนงานวจยทเกยวกบการสงขอมลในเครอขายเซนเซอรไรสายแบบหลายเสนทาง เนองจาก ZigBee เปนเครอขายแบบ Ad-hoc ทมรากฐานการพฒนามาจากมาตรฐาน IEEE802.15.4 ซงมงเนนไปทชนกายภาพ (Physical layers) และชนการเชอมโยงขอมล (MAC layers) โดยมงเนนการใชงานส าหรบงานทตองการสงผานขอมลทมขนาดต า (Low data rate) และใชพลงงานในการท างานทนอย จากคณลกษณะนตว ZigBee จงถกคาดหวงในการใชงานเปนเครอขายเซนเซอรไรสายในอตสาหกรรมเพอคอยวดและควบคมงานตางๆ ดงนนการใชงานทตองการสงผานขอมลทมขนาดสง (High data rate) ผานเครอขนาดน เชน การสงผานขอมลภาพเคลอนไหว จงเปนสงทนาสนใจ จากงานวจยน พวกเขาไดน าเสนอวธการทจะสงผานขอมลทมขนาดสง (High data rate) ผานเครอขายนโดยใชวธการสงแบบหลายเสนทาง โดยมการจ าลองการสงขอมลจากตนทางไปยงปลายทาง โดยใชโพรโทคอล Z-MHTR ซงเปนโพรโทคอลทสรางขนเพอใชงานในการสรางเสนทางแบบหลายเสนทางในการสงขอมลบนเครอขายรปแบบกลมตนไม (Cluster tree network) และท าการเปรยบเทยบกบโพรโทคอล AODV (Table driven or On-Demand) ซงเปนการสรางเสนทางแบบ Single-Path โดยใชโปรแกรมจ าลองการท างานเครอขาย NS2 ในการทดสอบ ท าการวดประสทธภาพของเครอขายดานการสงผานขอมล (Throughput Data) การหนวงเวลาในการสงขอมลระหวางตนทางไปยงปลายทาง (Delay end to end) และระยะเวลาของการใชงาน (Lifetime) ระหวางการสงผานขอมลทมขนาดสง (High data rate) และ สงผานขอมลทมขนาดต า (Low data rate)

DPU

30

ภาพท 2.18 ภาพ (a) Circular Topology ภาพ (b) An example of the multipath ruting in subnet ZigBee cluster-tree ทมา: Zahia Bidai and Hafid Haffaf “Node disjoint multi-path routing for zigbee cluster-tree Wireless Sensor Networks”, Multimedia Computing and Systems (ICMCS), Ouarzazate, Morocco, April 2011.

จากภาพท 2.18 ภาพ a เปนรปแบบเครอขายทจะน ามาจ าลอง โดยการก าหนดใหโหนดปลายทางในทนคอ โหนดประสานงานเครอขาย (PAN Coordinator node) อยทศนยกลางของเครอขาย และมการสงขอมลจากโหนดตนทาง (Source node) ผานไปยงเราเตอรโหนดตางๆ ภาพ b เปนตวอยางของเสนทางทถกสรางขนซงจะเหนไดวามอย 3 เสนทางทจะวงไปยงโหนดปลายทาง บนเครอขายแบบ กลมตนไม (Cluster tree)

ในการจ าลองการท างานของเครอขายเซนเซอรไรสาย บนโปรแกรม NS2 มการก าหนดคาพารามเตอร และตงคาตางๆ ดงน

DPU

31

ตารางท 2.1 คาการตงคาพารามเตอรในโปรแกรม NS2

พารามเตอร คาทก าหนด Number of Nodes 29 Radio Transmission range (m) 17 Number of FFD 28 Number of Simulation Runs (4*8) a total 32 Circle Radius R (m) 10 Number of Sources 1 Number of Sinks 1 (PAN Coordinator) Sink Position Center of the area Node Mobility None ZigBee Parameters (Lm, Cm, Rm) (3,4,4) Initial Energy of Sensor nodes 1 j Transmission Energy 0.3µ j/bit Reception Energy 0.3µ j/bit MAC Protocol IEEE802.15.4 (Non-Beacon mode with

unslotted CSMA/CA mechanism) Propagation Model Two Ray Ground Model Queue Size 50 Data Transfer Model Direct Data Transmission Traffic Model Poisson traffic Packet Size (bytes) 80 Simulation Area (m*m) 70*70 Traffic load (pps) 200, 100, 50, 20, 10, 5, 2, 1 Simulation Time (sec) 100

ในการวดผลของประสทธภาพของการท างานของวธ Z-MHTR นน พวกเขาพจารณา

ตวชวดตางๆ ดงน

DPU

32

1) Packet delivery fraction เปนคาความส าเรจในการรบขอมลทปลายทางกบจ านวนขอมลทถกสงจากตนทาง

2) Average end-to-end delay เปนคาการหนวงเวลาโดยเฉลย จากการขอมลจากตนทางไปยงปลายทาง

3) Network lifetime เปนคาเวลาทงหมดทเครอขายท างาน เมอปลายทางหยดรบขอมลจากตนทาง เครอขายกจะหยดท างาน

จากตวชวดขางตนสามารถตความหรอตงขอสงเกตอนๆ ไดดงน 1) เกดการชนกนของขอมลทโหนดปลายทาง ท าใหเกดการหลดของขอมลได ซงเปน

ปจจยทเกยวของกบจ านวนขอมลทหลดไป 2) เกดการชนกนของขอมลภายในเสนทางเดยวกน ท าใหเกดการหลดของขอมลได ซง

เปนปจจยทเกยวของกบจ านวนขอมลทหลดไป 3) เกดการรบกวนกนระหวางเสนทางภายใน กบเสนทางภายนอก ท าใหเกดการหลด

ของขอมลได ซงเปนปจจยทเกยวของกบจ านวนขอมลทหลดไป

ภาพท 2.19 ภาพ (a) Packet delivery fraction ภาพ (b) Number of intra-path and inter-path interference in the different routing strategies ทมา: Zahia Bidai and Hafid Haffaf “Node disjoint multi-path routing for zigbee cluster-tree Wireless Sensor Networks”, Multimedia Computing and Systems (ICMCS), Ouarzazate, Morocco, April 2011.

DPU

33

จากภาพท 2.19 ภาพ (a) จะเหนไดวาเปอรเซนตระหวางการสงและรบขอมลส าเรจนนแบบทเปนเสนทางเดยว (Zbr) จะมคาสงกวาการสงขอมลแบบหลายๆ เสนทางในทกๆ คาภาระการจราจร (Traffic Load) สวนภาพ (b) แสดงถงการรบกวนกนของเสนทางระหวางเสนทางภายใน กบเสนทางภายนอก จะเหนไดวาการรบกวนกนแบบทเปนเสนทางเดยว (Zbr) มคานอยกวาการสงขอมลแบบหลายๆ เสนทาง ตงแตการสงขอมลทมคามากกวา 20 pps

ภาพท 2.20 ภาพ (a) Number of collisions at the sink ภาพ (b) Number of intra-path collisions in the different routing stategies ทมา: Zahia Bidai and Hafid Haffaf “Node disjoint multi-path routing for zigbee cluster-tree Wireless Sensor Networks”, Multimedia Computing and Systems (ICMCS), Ouarzazate, Morocco, April 2011.

จากภาพท 2.20 ภาพ (a) จะแสดงใหเหนถงการชนกนของขอมลทตวโหนดปลายทาง

โดยการสงขอมลแบบทเปนเสนทางเดยว (Zbr) จะไมเกดการชนขอมลเลย แตแบบการสงขอมลแบบหลายๆ เสนทางมอย 1 เสนทางทไมมการชนกนของขอมล สวนอก 2 เสนทาง เรมมการชนของขอมลมากขนตงแตการสงขอมลทมคามากกวา 20 pps สวนภาพ (b) แสดงถงการชนกนของขอมลภายในเสนทางเดยวกน ซงการสงขอมลแบบหลายๆ เสนทาง ท าไดดกวาการสงขอมลแบบเสนทางเดยว แตกจะเหนไดวาเรมมการชนกนเกดขนอยางมากตงแตการสงขอมลทมคามากกวา 20 pps

DPU

34

ภาพท 2.21 ภาพ (a) Average end to end delay in the different routing at time: 0.05s to 1s ภาพ (b) at time: 0.005s to 2s ทมา: Zahia Bidai and Hafid Haffaf “Node disjoint multi-path routing for zigbee cluster-tree Wireless Sensor Networks”, Multimedia Computing and Systems (ICMCS), Ouarzazate, Morocco, April 2011.

จากภาพท 2.21 ภาพ (a) จะแสดงใหเหนถงคาเฉลยของการหนวงเวลาของขอมลจากตน

ทางไปยงปลายทาง โดยพจารณาขอมลทมขนาดตงแต 1pps ถง 20pps โดยการสงขอมลแบบทเปนเสนทางเดยว (Zbr) จะมการหนวงเวลานอยกวาแบบการสงขอมลแบบหลายๆ เสนทาง ซงมการหนวงเวลามาก ภาพ (b) จะแสดงใหเหนถงคาเฉลยของการหนวงเวลาของขอมลจากตนทางไปยงปลายทาง โดยพจารณาขอมลทมขนาดตงแต 50pps ถง 200pps ซงในกรณน ทงการสงขอมลแบบเสนทางเดยว แบบหลายเสนทาง เรมมการหนวงเวลามากขนเรอยๆ

DPU

35

ภาพท 2.22 ภาพ (a) Network lifetime ภาพ (b) Throughput in the different routing stategies ทมา: Zahia Bidai and Hafid Haffaf “Node disjoint multi-path routing for zigbee cluster-tree Wireless Sensor Networks”, Multimedia Computing and Systems (ICMCS), Ouarzazate, Morocco, April 2011.

จากภาพท 2.22 ภาพ (a) จะแสดงใหเหนถงอายการใชงานเครอขาย โดยแบบเสนทาง

เดยว โหนดปลายทางจะหยดรบขอมลกเมอโหนดแรกทเชอมตอกบมนหยดท างาน สวนแบบหลายเสนทาง ตวโหนดปลายทางจะหยดรบขอมลกเมอโหนดแรกของทกๆ เสนทาง ทเชอมตอกบมนหยดท างาน ซงทขนาดของขอมลทมการสงเทาๆ กนท 5pps ตวการท างานของเครอขายทใชงานแบบเสนทางเดยวจะท างานนอยกวา ซงท าใหอายการใชงานยาวนานกวา สวนท < 2pps และ > 100pps การท างานของเครอขายพอๆ กน ในภาพ (b) จะแสดงใหเหนถงขนาดของขอมลทผานเครอขายโดยทจราจรภายในเครอขายมากกวา 20pps การใชเสนทางเดยว จะใหขอมลผานไดมากทสด

ในสวนของงานวจยน จะมปญหาอยในเรองของการชนกนของขอมลภายในเสนทางเดยวกน และขามเสนทาง จงเปนสาเหตใหเกดการหนวงเวลาของขอมลและเปนผลท าใหการสงผานขอมลท าไดชาลง ดงนนจงคดวาการสงขอมลแบบเสนทางเดยวนาจะท าไดดกวาการสงหลายเสนทาง เนองจากเกดการชนกนของขอมลทโหนดปลายทาง และระหวางเสนทางนอยกวา อกทงยงท าใหการสงขอมลสามารถท าไดมากกวาแบบหลายเสนทาง

DPU

36

2.14.3 งานวจยเรอง Congestion Control for Industrial Wireless Communication Gateway จากงานวจยของ Tang Zhong, Mei Zhan

เปนงานวจยเกยวกบการลดความคบคงของขอมลท เกตเวย โดยอาศยการเพมประสทธภาพของ IEEE802.15.4 MAC super frame ซงโดยปกตแลวทตวเกตเวย การท างานจะท างานแบงเปน 2 สวนคอสวนท Active กบสวนทเปน Inactive ดงภาพท 2.23

ภาพท 2.23 การท างานของ IEEE802.15.4 MAC super frame ทมา: Tang Zhong, Mei Zhan “Congestion Control for Industrial Wireless Communication Gateway”

จากภาพท 2.23 (b) จะเหนไดวามการเพมการสงขอมลในสวนทเปน Inactive portion

ซงจะชวยลดปญหาความคบคงของขอมลทตวเกตเวยได แตอยางไรกตามงานวจยน ไมไดกลาวถงปญหาในกรณทเกตเวยเกดการเสยหาย ดงนนจงคดวาออาจเกดปญหา SPOF ทตวเกตเวยได

DPU

บทท 3 ระเบยบวธวจย

งานวจยนมวตถประสงคเพอศกษาและเปรยบเทยบการท างานของโพรโทคอล AODV

ส าหรบการสอสารขอมลภายในเครอขายเซนเซอรไรสายตามมาตรฐาน IEEE 802.15.4 ระหวาง Router Node กบ Coordinator Node ซงตว Coordinator Node จะท าหนาทเปน Gateway ในการตดตอสอสารกบเครอขายอนๆ โดยเปรยบเทยบกรณทม Coordinator Node 1 ตว กบ กรณทม Coordinator Node 2 ตว โดยงานวจยนจะแสดงใหเหนถงประโยชนของการม Coordinator Node ทมากกวา 1 ตว

3.1 แนวทางการวจยและพฒนา

1) ศกษาคนควาทฤษฎและงานวจยทเกยวของ โดยจะเรมจากเครอขายเซนเซอรไรสาย มาตรฐาน IEEE802.15.4 มการอธบายโครงสรางและหลกการท างานของอปกรณในเครอขายในชนกายภาพ (Physical layers) ชนการควบเขาถงสอกลางการสอสารขอมล (Medium Access Control) จากนนจะเปนสวนของชนเครอขาย (Network layers) ซงเปนชนทพดถงการเดนทางของขอมล และจะเปนสวนทส าคญในงานวจยน เพราะจะตองมการพฒนาและออกแบบโพรโทคอลเสนทางเพอใชงานในชนน ตอมาจะศกษาเกยวกบโพรโทคอลเสนทาง AODV ทใชในเครอขายเซนเซอรไรสาย โดยดเรองการท างานของโพรโทคอล ขอดและขอเสยของตวโพรโทคอลน เพอทจะน ามาเปนแนวทางในการพฒนาโพรโทคอลใหมขน สดทายเปนการศกษาการใชงานโปรแกรมจ าลองการท างานเครอขาย (Network Simulator) ในงานวจยนจะใชโปรแกรม NS2 ชวยในการสรางโหนดเซนเซอรไรสายและโพรโทคอลเสนทาง เพอทจะเปรยบเทยบการท างานของโพรโทคอล AODV ในกรณทม Coordinator Node 1 ตว กบ กรณทม Coordinator Node 2 ตว

2) ออกแบบโปรแกรมเพอใชในการจ าลองการท างานของเครอขายเซนเซอรไรสายแบบ Multiple gateways โดยใชภาษา OTcL ซงเปนภาษาสคป ในการสรางล าดบขนตอนการท างานของเครอขาย แลวจงใชโปรแกรม Network Simulator 2 หรอ NS2 ในการจ าลองการท างานของเครอขายเซนเซอรไรสาย โดยใชโปรโคอล AODV ในการคนหาและสรางเสนทางจาก Router

DPU

38

Node ไปยง Coordinator Node โดยมงเนนการออกแบบและพฒนาโปรแกรมใหเปนไปตามทระบไวในวตถประสงคของวจย

3) สรางโมเดลจ าลองการท างานของ IEEE802.15.4 โดยก าหนดใหมโหนดตนทางจ านวน 1 โหนด และโหนดปลายทางจ านวน 2 โหนด โดยโหนดทงหมดเปนแบบ FFD (Full Function Device) และเปนโหนดแบบไมมการเคลอนท

4) ทดสอบโมเดลจ าลอง จะท าโดยการใชโปรแกรม NS2 ในการจ าลองการท างานของเครอขายเซนเซอรไรสาย เพอเปรยบเทยบปรมาณ Throughput, Delay ของเครอขาย ในกรณทม Gateway 1, 2 ตว โดยใชโปรโคอลเสนทาง ระหวางโปรโคอล AODV

5) เปรยบเทยบ วเคราะหผลทไดจากการทดสอล และสรปการทดสอบ เพอทจะสรปผลการจ าลองระบบวาประสทธภาพของระบบนนเปนอยางไร

6) รวบรวมขอมลทไดทงหมด เพอจดท าวทยานพนธ โดยแผนการด าเนนงานทไดวางแผนไวแสดงอยในตารางท 3.1 ตารางท 3.1 แผนการด าเนนงาน พ.ย.

- ธ.ค. 55

ม.ค. -

ม.ค. 56

เม.ย. -

ม.ย. 56

ก.ค. -

ก.ย. 56

ต.ค. -

ธ.ค. 56

ม.ค. -

เม.ย. 57

พ.ค. -

ก.ค. 57

ศกษาขอมลและงานวจยทเกยวของ ศกษาการท างานของเครอขาย WSN และโพรโทคอล AODV

ศกษาการใชงานโปรแกรม NS2 ว เคราะหและศกษาแนวทางการพฒนา ท าการเปรยบเทยบผลจากการจ าลองระบบ

รวบรวมขอมลและวเคราะหผลจากการจ าลองระบบ แลวสรปผล

รวบรวมขอมลทไดท งหมดจดท าวทยานพนธ

DPU

39

3.2 เครองมอทใชในงานวจย 3.2.1 เครองคอมพวเตอรแบบพกพาจ านวน 1 เครอง ซงมคณสมบตดงน

1) CPU Intel® Core™ i3-3227U @ 1.90GHz 2) VGA Intel® HD Graphics 4000 3) RAM DDR3 4GB 4) Hard Disk, SATA 500GB 5) Network Adapter: Wireless LAN 802.11n 6) OS Microsoft Windows 8, 64-bit

3.2.2 ซอฟแวรทใชในการพฒนาและวจย มรายละเอยดดงน 1) VMWare Workstation Ver.9.01

a. CPU 2 Processor b. Memory 2 GB c. Hard Disk (SCSI) 20GB d. Network Adapter: NAT

2) OS Ubuntu Desktop 12.04 LTS 3) Network Simulator 2.34 (NS2) 4) C++ 5) OTcL Script

3.3 ขนตอนการด าเนนงานวจย

3.3.1 สรางโมเดลโครงขาย WSN สรางโมเดลโครงขายเพอใชในการจ าลองการท างานของโพรโทคอล AODV โดยมการ

ก าหนดโหนดทเปน Source และ Destination ในการสรางโมเดลโครงขายจ าลองของเครอขายเซนเซอรไรสายเพอใชงานงานวจยน จะแบงเปน 2 โมเดล โดยมการอางองโครงขายตนแบบของงานวจย Node disjoint multi-path routing for ZigBee cluster-tree Wireless Sensor Network ซงเปน Circular Topology โดยมการปรบขนาดของจ านวนโหนดใหเลกลง และเพมโหนดทเปน Coordinator Node ดงน

1) แบบท 1 Coordinator Node (1 Gateway) จะประกอบไปดวยโหนดทเปน FFD โหนด จ านวน 9 โหนด มโหนดทท าหนาทเปน Source จ านวน 1 โหนด และโหนดทท าหนาทเปนตว Destination จ านวน 1 โหนด โดยจะมการสงขอมลทเปน CBR Packet จาก Source โหนด ไปยง

DPU

40

Destination โหนด ก าหนดขนาดของทอพอโลย จะเปน 500 x 500 เมตร จากรปขางลาง จะประกอบไปดวย โหนด R0 ถง R8 รวมเปนทงหมด 9 โหนด โดยโหนด R0 จะท าหนาทเปน Source โหนด และโหนด R8 จะท าหนาทเปน Destination โหนด ในทนจะท างานเปน PAN Coordinator และ Gateway ในตว นอกนนโหนดทเหลอ R1 ถง R7 จ านวน 7 โหนด จะท าหนาทเปนโหนด Router โดยมการใชโพรโทคอล AODV ในการใหเสนทางภายในเครอขาย

ภาพท 3.1 โครงสรางของเครอขายทจะใชในการจ าลอง แบบม 1 Gateway

เมอมการก าหนดตวโครงสรางของเครอขายทจะใชในการจ าลอง แบบ 1 Gateway แลว ไดท าการก าหนดคาคณสมบตตางๆ ในโหนด และเครอขายทจะท าการจ าลองโดยมรายละเอยดตามตารางขางลาง

DPU

41

ตารางท 3.2 การตงคาตางๆ บนทอพอโลย แบบ 1 Coordinator/Gateway

พารามเตอร คาทก าหนด Number of Nodes 9 Number of FFD 9 Circle Radius R (m) 10 Number of Sources 1 Number of Sink 1 (PAN Coordinator) Sink Position Right of the area Node Mobility None MAC Protocol IEEE 802.15.4 (Non-Beacon mode with unslotted

CSMA/CA mechanism) Propagation Model Two Ray Ground Model Queue Size 50 Data Transfer Model Direct Data Transmission Traffic Model Poisson traffic Packet Type CBR Packet Size (bytes) 100 Simulation Area (m*m) 500*500 Packet Quantity 5000, 10000, 15000, 20000, 25000 Simulation Time (sec) 45

2) แบบ 2 PAN Coordinator จะประกอบไปดวยโหนดทเปน FFD โหนด จ านวน 10 โหนด มโหนดทท าหนาทเปน Source จ านวน 1 โหนด และโหนดทท าหนาทเปนตว Sink จ านวน 2 โหนด โดยจะมการสงขอมลทเปน CBR Packet จาก Source โหนด ไปยง Sink โหนด ก าหนดขนาดของทอพอโลย จะเปน 500 x 500 เมตร จากรปขางลาง จะประกอบไปดวย โหนด R0 ถง R9 รวมเปนทงหมด 10 โหนด โดยโหนด R0 จะท าหนาทเปน Source โหนด และโหนด R8, R9 จะท าหนาทเปน Destination โหนด ในทนจะท างานเปน PAN Coordinator และ Gateway ในตว นอกนนโหนดทเหลอ R1 ถง R7 จ านวน 7 โหนด จะท าหนาทเปนโหนด Router โดยมการใชโพรโทคอล AODV ในการใหเสนทางภายในเครอขาย

DPU

42

ภาพท 3.2 โครงสรางของเครอขายทจะใชในการจ าลอง แบบม 2 Gateways

เมอมการก าหนดตวโครงสรางของเครอขายทจะใชในการจ าลอง แบบ 1 Gateway แลว

ไดท าการก าหนดคาคณสมบตตางๆ ในโหนด และเครอขายทจะท าการจ าลองโดยมรายละเอยดตามตารางขางลาง

ตารางท 3.3 การตงคาตางๆ บนทอพอโลย แบบ 2 Coordinator/Gateway

พารามเตอร คาทก าหนด Number of Nodes 10 Number of FFD 10 Circle Radius R (m) 10 Number of Sources 1

DPU

43

ตารางท 3.3 (ตอ)

พารามเตอร คาทก าหนด Number of Sink 2 (PAN Coordinator) Sink Position Right of the area Node Mobility None MAC Protocol IEEE 802.15.4 (Non-Beacon mode with

unslotted CSMA/CA mechanism) Propagation Model Two Ray Ground Model Queue Size 50 Data Transfer Model Direct Data Transmission Traffic Model Poisson traffic Packet Type CBR Packet Size (bytes) 100 Simulation Area (m*m) 500*500 Packet Quantity 5000, 10000, 15000, 20000, 25000 Simulation Time (sec) 45

3.3.2 เรมก าหนดคาพารามเตอรในโปรแกรม NS2 ก าหนดคาพารามเตอรทจะใชในตวโปรแกรม Network Simulation 2 (NS-2) ตาม

ตารางท 3.2 และ 3.3 โดยจะสามารถก าหนดไดโดยการเขยนโปรแกรมผาน Otcl Script โดยมล าดบการก าหนดคาพารามเตอรตางๆ ตามแผนผงการก าหนดคาในโปรแกรมภาษา Otcl Script โดยตวโปรแกรมทเขยนขนจะใชโปรแกรม editor ชอ gedit ในการสรางสวนของ Otcl Scrip โดยใชนามสกล tcl ซงเปนโปรแกรมทท างานอยบน Ubuntu 12.04 และใชตวโปรแกรม Network Simulator 2.35 ในการจ าลองการท างาน โดยใชค าสงตามรปดานลางในการเรมโปรแกรม

ภาพท 3.3 ค าสงการใชโปรแกรม Network Simulator 2.35 เพอสงงาน Otcl Script

DPU

44

Otcl Scrip

Output NAM

Output TRACE

UDP Agent

CBR Traffic

NAM, TRACE

Run NAM File

Start

End

No

Yes

ภาพท 3.4 แผนผงการก าหนดคาในโปรแกรมภาษา Otcl Script ส าหรบโมเดลจ าลอง

โดยล าดบขนตอนการท างานของแผนผงมดงน 1) ก าหนดคาตวแปรทใชใน Otcl Scrip ในงานวจยนมการก าหนดตวแปรตางๆ ดงน

เพอใชเกบคาพารามเตอรตางๆ ทจะใชในการก าหนดโหนด และเครอขาย

DPU

45

ตารางท 3.4 ชอและคาตวแปรทก าหนด ชอตวแปร คาตวแปร การใชงาน

Chan WirelessChannel การก าหนดประเภทของชองการสอสารเปนแบบไรสาย

Prop TwoRayGround การก าหนดคาชนดของ radio-propagation netif 802_15_4 การก าหนดคาชนดของ Network interface mac 802_15_4 การก าหนดคาชนดของสอกลางทใชในการเขาถงชอง

การสอสาร ifq PriQueue การก าหนดคาชนดของการ Queue ant OmniAmtenna การก าหนดคาชนดของสายอากาศเปนแบบ Omni ifqlen 50 การก าหนดคาขนาดของ Buffer สงสดในแตละโหนด Nn 9 การก าหนดคาจ านวนโหนดทงหมดของเครอขาย เปน

9 โหนด rp AODV การก าหนดคาชนดของ Rounting Protocol เปน

AODV x 500 การก าหนดคาขนาดของเครอขายในแนวนอนเปน

500 เมตร y 500 การก าหนดคาขนาดของเครอขายในแนวตงเปน 500

เมตร stop 50 การก าหนดคาชวงเวลาทงหมดของการท างานใน

โปรแกรม เปน 50 วนาท Energymodel EnergyModel การก าหนดคาชนดของโมเดลพลงงานทใช Initialenergy 100 การก าหนดคาเรมตนของพลงงานทใช

2) สราง Output NAM ไฟล เพอใชในการแสดงผลบนโปรแกรม Network Animation โดยในงานวจยนมการสรางไฟล wsn.nam

3) สราง Output Trace ไฟล เพอใชในการเกบผลการจ าลองการท างานทเหตการณตางๆ โดยในงานวจยนมการสรางไฟล wsn.tr

DPU

46

4) สรางโหนด FFD และก าหนดคาโหนด และคาเรมตนเครอขาย โดยการเอาคาทใสไว ในตวแปรมาใสในแตละโหนด

5) ก าหนดต าแหนงของโหนดตางๆ บนเครอขาย โดยโหนด Source มระยะหางจากโหนด Destination 1 (Gateway 1) อย 400 เมตร และมระยะหางจากโหนด Destination 2 (Gateway 2) อย 447.21 เมตร โดยมลกษณะเปน Circular Topology ตามรปดานลาง

ภาพท 3.5 โครงสราง WSN และระยะหางระหวางโหนดตนทาง กบโหนดปลายทาง

6) ก าหนดชอโหนดเพอใหแสดงผลบนโปรแกรม Network Animation 7) สราง UDP Agent โดยจะมการก าหนดสวนของตวทเปน Source Node ใหเปน UDP

และตวทเปน Destination Node ใหเปนแบบ Null เพอคอยรบขอมล 8) สราง Packet Traffic ทเปนแบบ CBR เพอสงเขาไปในตว Source Node ผาน UDP

Agent เมอ CBR Packet ถกสงเขามาในตว UDP Agent กจะมการเชอมตอการสงขอมลไปยงตว Source node และสงผานไปยง MAC ทเปน 802.15.4 จากนนกสงออกไปยง Physical Layer ทเปน

DPU

47

แบบไรสายโดยอาศยคลนความถ 2.4GHz เปนสอกลาง เพอสงตอไปยง Destination Node ผานทาง 802.15.4 MAC ของโหนดปลายทางและสงขนไปยงตว Agent เปนการจบการสง CRB Packet

Physical Medium f = 2.4GHz

Source Node

802.15.4 MAC

CBR Traffic

UDP Agent

Destination Node

802.15.4 MAC

CBR Traffic

UDP-Null Agent

ภาพท 3.6 การสงขอมลระหวางโหนด Source กบโหนด Destination ใน NS2

9) ก าหนดชวงเวลาในการทดสอบแบบจ าลอง โดยมการก าหนดชวงเวลาในการทดสอบ 50 วนาท ดงน

50

450 5

CBR Packet

ภาพท 3.7 ชวงเวลาในสง CBR Packet กรณทม 1 Gateway

10) เรมท างานโปรแกรมจ าลองในระบบ โดยมชวงการท างาน 50 วนาท และตว CBR Packet เรมสงไปยง Destination Node ทเวลา 5 วนาท และหยดสงทเวลา 45 วนาท และโปรแกรมหยดท างานท 50 วนาท โดยมชวงเวลาการสง CBR Packet อยท 40 วนาท

11) เมอโปรแกรมท างานเสรจกจะท าการปดไฟล wsn.nam กบ wsn.tr โดยจะบนทกไวในทอยเดยวกนกบ wsn.tcl ไฟล

DPU

48

12) เรยกโปรแกรม Network Animation ขนมาเพอแสดงการจ าลองการท างานของเครอขายในรปของกราฟฟคภาพเคลอนไหว

13) จบการท างานของโปรแกรม น าผลของการจ าลองเครอขายเซนเซอรไรสายทไดในรปของ trace file ทอยในไฟล wsn.tr มาหาคาทตองการ

3.3.3 จ าลองการท างานของเครอขายในรปแบบภาพเคลอนไหว การจ าลองการท างานของเครอขายในรปแบบภาพเคลอนไหว เพอใหเหนเสนทางการ

เคลอนทของขอมล CBR packetsโดยเมอตวโปรแกรม Network Simulator ท างาน เสรจแลวกจะท าการสงใหมการเรยกตวโปรแกรม Network Animation เพอมาแสดงผลไฟลทมนามสกล nam ในทนใชชอ wsn.nam โดยในการแสดงผลนนจะสามารถสงใหตวโปรแกรมแสดงเหตการณทเกดขนตางๆ ในเครอขายตามเวลาทไดก าหนดไวตงแตเรมตน ในงานวจยนใชเวลาทงหมด 50 วนาท โดยบนหนาจอของตวโปรแกรม Network Simulator จะแสดงรปของโหนดทสรางขน ในทนจะมโหนดทงหมด 9 และ 10 โหนด โดยกรณทม 9 โหนด หมายถงกรณทมโหนดทเปนตนทาง Source โหนด จ านวน 1 โหนด คอ R0 และม Gateway จ านวน 1 โหนด คอ R8 และทเหลออก 7 โหนด จะเปนโหนด Router คอ R1 – R7 สวนกรณทม 10 โหนด หมายถงกรณทมโหนดทเปนตนทาง Source โหนด จ านวน 1 โหนด คอ R0 และม Gateway จ านวน 2 โหนด คอ R8, R9 และทเหลออก 7 โหนด คอ R1 – R7 จะเปนโหนด Router

เมอมการกดปมเรมท างาน ตวโหนดทท าหนาทเปน Source “R0” กจะเรมท าการ Broadcast packet “RREQ” ไปยงโหนดขางเคยง “R1”, “R2”, “R4” เมอโหนดขางเดยงไดรบ packet “RREQ” กจะตรวจสอบวาตวมนเองเปนโหนดปลายทางหรอไม ถาไมใชกจะสงตอ packet “RREQ” ไปยงโหนดขางเคยงตอไป “R3”,”R7”,”R6”,”R5”,”R8” เมอโหนด “R8” ไดรบ packet “RREQ” และตรวจสอบแลววา ตวเองเปนโหนด Destination กจะสราง packet “RREP” ตอบกลบไปยงเสนทางทสง packet “RREQ” ทมหมายเลขล าดบนมา คอโหนด “R4” จากนนเมอโหนด “R8” ไดรบ packet “RREQ” ทมหมายเลขล าดบเดยวกน ทมาจากโหนดอนๆ กจะ Drop packet “RREQ” นนทงไป เพอปองกนการเกดลปในเครอขาย เมอ packet “RREP” ทตอบกลบ ไปถงตวโหนด Source “R0“ ตวโหนด Source “R0” กจะสง packet “CBR” ไปยงเสนทางทรบมา ในกรณทเสนทางจากโหนด “R4” ทไปยงโหนด “R8” ไมสามารถใชงานได ตวโหนด “R4” กจะกระจาย Broadcast packet “RRER” กลบไปยงโหนดตนทาง กคอโหนด “R0” เพอใหเรมกระบวนการคนหาเสนทางใหม

DPU

49

ภาพท 3.8 ล าดบขนตอนการสงขอมลของตวโพรโทคอล AODV

จากภาพท 3.8 ตวโปรโตตคอล AODV ในสภาวะทก าลงรอทจะสงขอมล เมอโหนดไดรบการรองขอเสนทาง “RREQ” จะมการปรบปรงเสนทางในตารางเสนทาง โดยการตรวจสอบเสนทางและหมายเลขล าดบ ถามโหนดปลายทางในตารางเสนทาง และหมายเลขล าดบเปนปจจบน กจะสง “RREP” กลบไปยงโหนดตนทางตามเสนทางเดมทรบ “RREP” มา แตถาไมมโหนดปลายทางในตารางเสนทาง กจะท าการสงตอ “Forward RREQ” ไปยงโหนดขางเคยง เมอโหนดใดๆ ไดรบ “RREP” กจะตรวจสอบวาเปนของตวเองหรอไม ถาไมใชกจะ Drop “RREP” นนทงไป แตถาใช กจะปรบปรงเสนทางในตารางเสนทางของตวเอง แลวดวาตวเองเปนโหนดตนทางหรอไม ถาไมใชกจะสง “RREP” ตอไป ถาใช กจะสรางเสนทาง เพอให UDP สงขอมลไปยงโหนดปลายทาง

DPU

50

ภาพท 3.9 โปรแกรม Network Animation ขณะจ าลองการท างานของ WSN 1 Gateway

ภาพท 3.10 โปรแกรม Network Animation ขณะจ าลองการท างาน WSN แบบ 2 Gateways

DPU

51

3.3.4 วเคราะหผลการจ าลองการท างานของ WSN แบบ 1 Gateway น าผลการจ าลองการท างานของเครอขายทอยใน trace file มาท าการวเคราะหใน

โปรแกรม LibreOffice3 ซงเปนโปรแกรมทท างานบนระบบปฎบตการ Ubuntu โดยรายละเอยดของ Trace ไฟลทถกสรางขน จะมตวอยางรายละเอยดตามภาพท 3.8 ดานลาง

ภาพท 3.11 โครงสรางของ Trace ไฟล ทสรางขน

โดยใน Otcl script ทเขยนขนจะก าหนดใหมการสราง Trace ไฟล ชอ wsn.tr ทจะบนทกเหตการณทเกดขน ทสวนของ Router และ Agent เพอดเหตการณทเกดขนในแตละ packet โดยมโครงสรางของ Trace ไฟลจะมรายละเอยดของแตละคอลมนดงน

รายละเอยดคอลมนท 1-7

Event Time Node Trace Level Flags SEQNO

Packet Type

รายละเอยดคอลมนท 8-13 Packet Size

MAC [a b c d]

Energy ei es et er Flags Network

Transport Message

คอลมนท 1 (Event) แสดงรายละเอยดของเหตการณทเกดขนนะเวลานนๆ โดยมความหมายของแตละ Event ดงน

1) s: มการสงขอมล 2) r: มการรบขอมล 3) D: ขอมลถก Drop

DPU

52

คอลมนท 2 (Time) แสดงเวลาทเกดขนทเหตการณนนๆ มหนวยเปนวนาท คอลมนท 3 (Node) แสดงหมายเลขโหนดทเกดเหตการณนนๆ คอลมนท 4 (Trace Level) บอกถงสวนทมการเกบขอมล แตละชอมความหมายดงน 1) RTR: เกยวกบเสนทาง 2) AGT: เกยวกบตวโปรแกรมประยกต เชน UDP คอลมนท 5 (Flags) เปนการแสดงเครองหมายตางๆ คอลมนท 6 (SEQNO) บอกถงหมายเลขล าดบของเพคเกจ คอลมนท 7 (Packet Type) บอกถงชนดของเพคเกจทเกดขน เชน AODV, CBR คอลมนท 8 (Packet Size) บอกถงขนาดของเพคเกจมหนวยเปนไบต (Byte) คอลมนท 9 (MAC [a b c d]) มความหมายแตละต าแหนงดงน 1) ต าแหนง a -- the packet duration in mac layer header 2) ต าแหนง b -- the mac address of destination 3) ต าแหนง c -- the mac address of source 4) ต าแหนง d -- the mac type of the packet body คอลมนท 10 (Energy ei es et er) บอกถงระดบพลงงานในโหนดนนๆ โดยม

รายละเอยดดงน 1) ต าแหนง Energy – ระดบพลงงานทเหลออยในโหนดนนๆ 2) ต าแหนง ei – คอ Idle Power เปนคาพลงงานทถกใชไปในขณะ idle มหนวยเปนวตต 3) ต าแหนง es – คอ Sleep Power เปนคาพลงงานทถกใชไปในขณะทโหนดหลบอย มหนวยเปนวตต 4) ต าแหนง et – คอ Transmitting Power เปนคาพลงงานทถกใชไปในขณะทมการสงขอมล มหนวยเปนวตต 5) ต าแหนง er -- คอ Receiving Power เปนคาพลงงานทถกใชไปในขณะทมการรบขอมล มหนวยเปนวตต คอลมนท 11 (Flags) เปนการแสดงเครองหมายตางๆ คอลมนท 12 (Network) เปนการแสดงคาในสวนของเครอขายประกอบไปดวย 1) src_addr, dst_addr, TTL, next_hop_addr คอลมนท 12 (Transport) เปนการแสดงคาในสวนของชน Transport ประกอบไปดวย 1) seq_no, ack_no, no_of_fwds, opt_no_of_fwds

DPU

53

คอลมนท 13 (Message) บอกประเภทของขอมลทโตตอบกน เชน Request, Reply ตวอยางขอมลใน Trace ไฟลทเขยนขน เชน s 5.000000000 _0_ AGT --- 18455 cbr

100 [0 0 0 0] [energy 91.093916 ei 0.000 es 0.000 et 0.438 er 8.468] ------- [0:255 -1:255 30 0] หมายความวา มการสงขอมลทเวลา 5.0 วนาท และเกดขนทโหนด “0” โดยมชนดของขอมลเปนแบบ “cbr” และหมายเลขล าดบของแพคเกจเปน “18455” มขนาดขอมลเปน 100 Byte มระดบพลงงานทเหลออย 91.093916 วตต พลงงานทใชในสภาวะ Idle = 0 วตต พลงงานทใชในสภาวะ Sleep = 0 วตต พลงงานทใชในการสงขอมล = 0.438 วตต พลงงานทใชในการรบขอมล = 8.468 วตต มโหนดตนทาง source address “0” port “255” มโหนดปลายทาง destination address “-1” คอการกระจาย Broadcast port “255” ม TTL “30” และมโหนดถดไปจ านวน “0”

การเปดไฟล wsn.tr พอท าการวเคาะหขอมลทไดจากการจ าลอง ในงานวจยนไดใชโปรแกรม LibreOffice 3 เนองจากเปนโปรแกรม Freeware ทมหาใหในตว Ubuntu ทเปนโปรแกรม Freeware GNU ดวยคณสมบตของตวโปรแกรม LibreOffice 3 ทสามารถใชฟงกชนในการค านวณทางสถต และการก าหนดเงอนไงได เชน ฟงกชน SUM, MAX, MIN, AVERAGE, IF ท าใหสามารถหาคาผลลพธตางๆ ได

เมอน าขอมลทไดมาวเคราะหแลวสามารถท าการสรางกราฟแสดงผลการทดลองโดยใชโปรแกรม LibreOffice 3 โดยในภาพท 3.12 แสดงตวอยางตารางขอมลไดจากการวเคราะหขอมลใน wsn.tr โดย เมอไดขอมลทตองการทงหมดแลว จะท าการสรางกราฟแสดงผลขอมลทไดดงภาพท 3.13

ภาพท 3.12 ขอมลใน trace file หลงจากแบงขอมลแตละ column แลว

DPU

54

ภาพท 3.13 กราฟของคาเฉลยการหนวงเวลาแบบจดตอจด

จากภาพท 3.13 เปนกราฟทแสดงคาเฉลยการหนวงเวลาแบบจดตอจด โดยเรมจากโหนดตนทาง R0 ไปยงโหนดปลายทาง R8 โดยมการเปลยนแปลงปรมาณ packet CBR ทสงเขามาในเครอขายเซนเซอรไรสายทมตว Coordinator/Gateway Node เพยง 1 ตว ในแกนนอนแสดงใหเหนถงปรมาณ ความหนาแนนของ packet CBR ทเวลาเทากนคอ 40 วนาท เมอความหนาแนนของ packet CBR มปรมาณสงขน จะท าใหเกดคาเฉลยการหนวงเวลาแบบจดตอจด มากขนตาม

3.3.5 สรางทอพอโลย ของ WSN แบบ 2 gateways เพมตว Gateway ตวท 2 เขาไปใน WSN เพอใหเหนถงความแตกตาง จงท าการจ าลองตวเครอขายเซนเซอรไรสายทม Gateway 1 ตว โดยใชตวโพรโทคอล AODV แลวใสรปแบบของขอมลทเปน CBR (constant bit rate) โดยจะท าการปรบเปลยนปรมาณความหนาแนนของขอมลทสงเขาไปยงตวโหนดตนทาง R0 โดยมปรมาณความหนาแนนของขอมลตอเวลาดงน

DPU

55

ตารางท 3.5 คาปรมาณความหนาแนนของขอมลตอเวลา

ครงท 1 ครงท 2 ครงท 3 ครงท 4 ครงท 5 5000 packets 10000 packets 15000 packets 20000 packets 25000 packets

125 packets/sec 250 packets/sec 375 packets/sec 500 packets/sec 625 packets/sec

ในการก าหนดคาของปรมาณความหนาแนนของขอมลในสวนของโปรแกรมจะสามารถท าไดโดยก าหนด คาของ CBR Packet Interval ในสวนของ Otcl script ตอนก าหนดรายละเอยดของขอมล CBR โดยมรายละเอยดดงน

ตารางท 3.6 คาทใชในการก าหนดคา Packet Interval

CBR Interval 1 CBR Interval 2 CBR Interval 3 CBR Interval 4 CBR Interval 5 0.008 0.004 0.002667 0.002 0.0016

ตวอยางค าสงทใชในการก าหนดคาชนดขอมลทเปน CBR ในการก าหนดคานนจะตองมการก าหนดคาของ Packet Size : 100 และคา Packet Interval เมอก าหนดเรยบรอยแลวกท าการเชอมตอ CBR packet เขากบตว Agent “udp_src”

ภาพท 3.14 ตวอยางการก าหนดคาของ CBR Packet

3.3.6 ประเมนผลการจ าลองเบองตนใน WSN ในประเมนผลการวจยน จะตองหาตวแปรตางๆ โดยคาตวแปรทตองการหาหลงจาก

จ าลองการท างานของเครอขายเซนเซอรไรสาย จะประกอบไปดวยตวแปรตางๆ ดงน 1) จ านวน CBR Packet ทโหนดตนทาง ในการจ าลองเครอขายนคอ R0 โดยสามารถ

เขยนเปนซโดโคด (Pseudo Code) ไดดงน

DPU

56

ภาพท 3.15 ซโดโคด (Pseudo Code) การหาจ านวน CBR Packet ทโหนดตนทาง

2) จ านวน CBR Packet ทโหนดปลายทาง ในการจ าลองเครอขายนคอ R8 โดยสามารถเขยนเปนซโดโคด (Pseudo Code) ไดดงน

ภาพท 3.16 ซโดโคด (Pseudo Code) การหาจ านวน CBR Packet ทโหนดปลายทาง

3) คาเฉลย CBR Packet ตอเวลา ทโหนดตนทาง ในการจ าลองเครอขายนคอ R0 โดยสามารถเขยนเปนซโดโคด (Pseudo Code) ไดดงน

DPU

57

ภาพท 3.17 ซโดโคด (Pseudo Code) การหาคาเฉลย CBR Packet ตอเวลา ทโหนดตนทาง

4) คาเฉลย CBR Packet ตอเวลา ทโหนดปลายทาง ในการจ าลองเครอขายนคอ R8 โดยสามารถเขยนเปนซโดโคด (Pseudo Code) ไดดงน

ภาพท 3.18 ซโดโคด (Pseudo Code) การหาคาเฉลย CBR Packet ตอเวลา ทโหนดปลายทาง

5) คาสดสวนของคาเฉลย CBR Packet ตอเวลาระหวางทโหนดปลายทาง ในการจ าลองเครอขายนคอ R8 เทยบกบ โหนดตนทาง ในการจ าลองเครอขายนคอ R0

DPU

58

ภาพท 3.19 ซโดโคด (Pseudo Code) การหาคาคาสดสวนของคาเฉลย CBR Packet ตอเวลาระหวางโหนดตนทาง กบโหนดปลายทาง

6) จ านวน CBR Packet ทถก Drop ทโหนดปลายทาง ในการจ าลองเครอขายนคอ R8 7) คาเฉลยการหนวงเวลาแบบ End-to-End delay ของ CBR Packet ระหวางโหนดตน

ทาง ในการจ าลองเครอขายนคอ R0 กบโหนดปลายทาง ในการจ าลองเครอขายนคอ R8 8) คาสดสวนของการสงขอมลส าเรจ PDR% ระหวางโหนดตนทาง ในการจ าลอง

เครอขายนคอ R0 กบโหนดปลายทาง ในการจ าลองเครอขายนคอ R8 เมอท าการจ าลองการท างานของ WSN แบบ 1 Gateway และไดคาตวแปรทตองการ

ทราบคาทงหมดแลว กจะท าการจ าลองการท างานของ WSN แบบ 2 Gateway โดยมการปรบคาในสวนของเวลาทสงขอมล CBR packet ไปยงโหนดปลายทาง ในการจ าลองเครอขายนคอ R8 จากเดมจะเรมสงทเวลา 5 วนาท และหยดสงทเวลา 45 วนาท รวมเปน 40 วนาท ใหมาเปน สงเรมทเวลา 5 วนาท และหยดสงทเวลา 25 วนาท รวมเปน 20 วนาท จากนนใหหยดการท างานของโหนดปลายทาง ในการจ าลองเครอขายนคอ R8 และเปลยนโหนดปลายทางใหม ในการจ าลองเครอขายนคอ R9 และเรมสงขอมล CBR packet ไปยงโหนดปลายทาง R9 ใหมทเวลา 25 วนาท และหยดสงทเวลา 45 วนาท รวมเปนเวลา 20 วนาท เมอน าเวลาทสงขอมลไปทโหนด R8 และ R9 รวมกน จะได 40 วนาท ซงเทากบตอนทม โหนดปลายทางเดยว โดยการโหนดปลายทางน เพอเปนการจ าลองในการท างานของเครอขายในกรณท ม Gateway อย 2 ตว เมอท างานไดสกระยะแลว ตว Gateway 1 มปญหาไมสามารถรบขอมลได จงจ าเปนตองยาย Gateway จาก Gateway 1 ไปเปน Gateway 2 เพอสงขอมลออกนอกเครอขายแทน รายละเอยดชวงเวลาในการท างานสามารถแสดงไดดงภาพท 3.20

DPU

59

50450 5 10 15 20 25 30 35 40

CBR Packet GW1

CBR Packet GW2

GW1: Fail

sec

ภาพท 3.20 ชวงเวลาในสง CBR Packet กรณทม 2 Gateways

ภาพท 3.21 การปรบปรงโปรแกรมกรณทม 2 Gateways

DPU

60

ในภาพท 3.21 แสดงสวนโปรแกรมทท าการปรบปรง เพอใหสามารถสงขอมล packets CBR ไปยง Gateways ทง 2 ตว ตามชวงเวลาทก าหนดในภาพท 3.20 เพอจ าลองใหเหนความแตกตางของ WSN ในกรณทม 1 Gateway กบ 2 Gateway โดยอาศยโพรโทคอล AODV

จากตารางท 3.7 คา Throughput และคา PDR จะเหนไดวาเมอจ านวน CBR packets มปรมาณมากขนจะท าให Throughput และคา PDR มคาทนอยลง เนองจากตวโหนดไมสามารถรองรบปรมาณขอมลทมจ านวนมากขน ดงจะเหนไดจากขอมลทรบไดในโหนด R8 ขณะทมจ านวน CBR packets ตงแต 7000 ขนไปมคาเทาเดม และเมอพจารณาในสวนของจ านวน Packets Drops จะเหนวามจ านวนมากขนเรอยๆ อนเปนผลมาจากการทโหนด R8 หยดท างาน

ตารางท 3.7 ผลการทดลองเบองตนใน WSN แบบ 1 เกตเวย

Parameter Sending Data (Packets)

6000 7000 8000 9000 10000 Simulate time (s) 40 40 40 40 40

Data Receive R8 (Packets) 2999 3192 3192 3192 3192

Avg. Throughput R8 (Kbps) 12.50 11.40 9.98 8.87 7.98

Packet Delivery Ratio (R8) (%) 49.98 45.60 39.90 35.47 31.92

Packet Drops (R8) (Packets) 3001 3808 4808 5808 6808

จากตารางท 3.8 ผลการทดลองเบองตนใน WSN แบบ 2 เกตเวย โดยผลทไดเมอมการ

หาคาปรมาณ Throughput และคา PDR จะเหนไดวาทจ านวนปรมาณ CBR packets ตางๆ จะไดปรมาณคาของ Throughput และคา PDR ของ WSN แบบ 2 เกตเวย มคามากกวาเมอเทยบกบแบบเครอขายทม 1 เกตเวย เนองจากตวโหนด R9 ทท าหนาทเปนเกตเวย 2 สามารถชวยรองรบปรมาณขอมลทมจ านวนมากขนได

DPU

61

ตารางท 3.8 ผลการทดลองเบองตนใน WSN แบบ 2 เกตเวย

Parameter Sending Data (Packets)

6000 7000 8000 9000 10000 Simulate time (s) 40 40 40 40 40

Data Received R8 (Packets) 2999 3192 3192 3192 3192

Data Received R9 (Packets) 887 634 159 54 54

Avg. Throughput R8+R9 (Kbps) 16.19 13.66 10.47 9.02 8.12

Packet Delivery Ratio R8+R9 (%) 64.77 54.66 41.89 36.07 32.46

Packet Drops R8+R9 (Packets) 2114 3174 4649 5754 6754

ภาพท 3.22 คาเปรยบเทยบ Throughput ระหวาง WSN แบบ 1 เกตเวย กบ 2 เกตเวย

DPU

62

ภาพท 3.23 คา PDR ระหวาง WSN แบบ 1 เกตเวย กบ 2 เกตเวย

จากกราฟในภาพท 3.22 และ 3.23 แสดงการเปรยบเทยบคา Throughput และคา PDR

ของเครอขายแบบ 1 และ 2 เกตเวย ซงจะเหนไดวาเครอขายแบบ 2 เกตเวย สามารถท าไดสงกวาแบบเครอขาย 1 เกตเวย ซงปรมาณ Throughput ทการสง Packets 6000 มคามากกวาทสง Packets 10000 นน เนองจากถาดตารางท 3.8 พบวาจ านวน Packets Drop ของเกตเวย 2 มคามากขนเมอมการสงขอมลมากขน เนองจากเกตเวย 2 อยไกลสด ท าให Buffer ทโหนดระหวางทางเตม มผลท าให Packets ทถกสงมาใหมถก Drop ไป แตโดยรวมของการจ าลองการสง CBR packets ทคาตางๆ พบวาในเครอขาย 2 เกตเวย สามารถท าไดสงกวาแบบเครอขาย 1 เกตเวย โดยการใชโพรโทคอลเสนทาง AODV และโหนดภายในเครอขายไมมการเคลอนท แตในกรณมความหนาแนนของขอมลในเครอขายจ านวนมาก สวนตางของคา Throughput ของเครอขาย และคา PDR นนจะมคาไมสงมาก โดยพบวาคา Throughput มคาสงขนเฉลย 1.35 Kbps และคา Packet Delivery Ratio (PDR) ของ WSN แบบ 2 เกตเวย มคาสงขนเฉลย 5.39% เมอเทยบกบ WSN แบบเดมทม 1 เกตเวย

จากการทดลองเบองตนจะเหนไดวา เครอขาย WSN แบบ 2 เกตเวย สามารถเพมปรมาณ Throughput ของเครอขายได เมอเทยบกบ WSN แบบ 1 เกตเวย หลงจากการทดลองเบองตนแลวไดมการก าหนดเงอนไขในการทดลองเพมเตมและมการปรบปรงตวโพรโตคอล AODV เพมเตมเพอใหสามารถท างานบน WSN แบบเกตเวยหลายตวได

DPU

63

หลงจากไดผลการทดลองเบองตนแลว ไดท าการปรบปรงการทดลองเครอขายเซนเซอรไรสาย Wireless Sensor Network (WSN) แบบเกตเวยหลายตว เพอใหครอบคลมรปแบบการใชงานจรงของ WSN และลดปญหาการเกดการ drop ของขอมลระหวางทาง โดยมงเนนการทดลองเพอหาคาพลงงานทใชในเกตเวยส ารอง และเวลาทใชในการเปลยนเกตเวย รวมถงแสดงใหเหนถงประสทธภาพจากการเปรยบเทยบการท างานของ WSN แบบ 2 เกตเวย กบ แบบ 1 เกตเวย

3.3.7 ก าหนดรปแบบเครอขาย WSN ใหมทใชในการทดลองโพรโตคอล AODV เครอขาย WSN ทใชในการทดลองนประกอบไปดวยโหนดเกตเวย 2 โหนด ซงมโหนด

R0 ท าหนาทเปนโหนดตนทาง โหนด R1 ท าหนาทเปนเปนเกตเวยหลก โหนด R2 ท าหนาทเปนเกตเวยส ารอง รายละเอยดแสดงใหเหนดงรปท 3.24

เกตเวย 1

R0 R2

พนท 1000 เมตร x 1000 เมตร

S Dโหนดตนทาง โหนดปลายทาง

เกตเวย 2

R1

ภาพท 3.24 เครอขายเซนเซอรไรสาย แบบ 2 เกตเวย ทใชในการทดลอง

ในการทดลองมการสงขอมลจากโหนดตนทางไปยงเกตเวย โดยใชชนดของขอมลแบบ CBR ขนาด 100 Byte และมการปรบเปลยนปรมาณของขอมลทสงเขาไป ในชวงเวลาทก าหนด โดยมรายละเอยดของล าดบขอมลทใชในการทดลองตามตารางท 3.9

ตารางท 3.9 จ านวน packets ทใชในการทดลอง Time (sec) 40 40 40 40 40 40 Packets 3000 4000 5000 6000 7000 8000

DPU

64

เพอใหการทดลองครอบคลมรปแบบการใชงานจรงของเครอขาย WSN ทจะเกดปญหาทตวเกตเวย จงมการก าหนดรปแบบของการเกดปญหาทตวเกตเวยเดมไว 2 แบบ ดงน

1. เมอเกตเวย 1 ไมสามารถตดตอได เนองจากรบความเสยหาย แบบทนททนใด

เกตเวย 1

R0 R2

พนท 1000 เมตร x 1000 เมตร

S Dโหนดตนทาง โหนดปลายทาง

เกตเวย 2

R1

ภาพท 3.25 เครอขายทใชทดลองแบบเกตเวย 1 ไมสามารถตดตอได เนองจากรบความเสยหาย

2. เมอเกตเวย 1 ไมสามารถตดตอได เนองจากมการเคลอนทออกจากเครอขาย

เกตเวย 1

R0 R2

พนท 1000 เมตร x 1000 เมตร

S Dโหนดตนทาง โหนดปลายทาง

เกตเวย 2

R1

ภาพท 3.26 เครอขายทใชทดลองแบบเกตเวย 1 ไมสามารถตดตอได เนองจากเคลอนทออกจากเครอขาย

DPU

65

ในการทดลองจะมการก าหนดเวลาทเกดการเสยหายทตวเกตเวย _1_ ไวท วนาทท 25 และมการเคลอนทของเกตเวย _1_ ออกจากเครอขาย จากต าแหนง Y: 250m, X: 250m มาเปน Y: 0.1m, X: 250m ดวยความเรว 100m/s หลงการก าหนดเวลาในการทดสอบแลว จะท าการทดสอบโดยเรมสง packets ทเวลา 5 วนาท และหยดทเวลา 45 วนาท

ในการทดลองนไดมการปรบปรงตวโพรโทคอล AODV ใหมการแสดงเวลาทโหนดตนทางไดรบ Message RERR เมอโหนดปลายทางเสยหาย เพอจะใชเปนเวลาทจะเปลยนตวเกตเวย จากตวท 1 เปนตวท 2 โดยมสวนทปรบเปลยนใน AODV.CC เพอตรวจสอบ Message RERR เมอเกตเวยปลายทาง ทโหนดตนทางสงขอมลไป ไมสามารถรบขอมล และท าการเพม Time Stamp และ Error Status เพอใหตวโหนดตนทางรบร เพอจะไดท าการเปลยนเกตเวยได โดยมปรบเปลยนตามภาพท 3.27

ภาพท 3.27 สวนทปรบปรงเพมเตมใน AODV.CC

ในสวนของการท างานของ NS2 จะมการท างานของภาษา C++ ภาษา OCTL และภาษา TCL ทเปนเชนนเนองจาก ตวโครงสรางของภาษา C++ จะท างานไดเรว จงถกใชในสวนของการท างานของโพรโทคอล ทมเ รองของเวลาเขามาเกยวของ แตในสวนของการปรบเปลยนคาพารามเตอรตางๆ ในการควบคมการท างานของตวโหนดนน จะใชสวนของตว OTCL และ TCL ในการสงขอมลใหเนองจากงายตอการใชงาน ดงนนในสวนนจงจ าเปนตองสรางตวแปรทใชในการเชอมโยง แลกเปลยนขอมล ระหวาง ภาษา C++ ภาษา OCTL และTCL ซงในทนจะเปนการสรางตวแปร “gw_chgtime”_ และ “gw_” ซงเปนตวแปรประเภททศนยม กบตวเลข ตามล าดบ เพอสงขอมลใหกบตวโหนดตนทาง ในการตดสนใจในการเปลยนเกตเวย ซงสวนทเปนการปรบปรงใน AODV.CC เพอเชอมโยงขอมลมรายละเอยดตาม ภาพท 3.28

DPU

66

ภาพท 3.28 สวนทปรบปรงเพมเตมใน AODV.CC เพอเชอมโยงขอมล

ในการทดลองนไดมการปรบปรงตวโพรโทคอล AODV ใหมการแสดงเวลาทโหนดตนทางไดรบ Message RERR เมอโหนดปลายทางเสยหาย เพอจะใชเปนเวลาทจะเปลยนตวเกตเวย จากตวท 1 เปนตวท 2 โดยมสวนทปรบเปลยนใน AODV.CC เพอตรวจสอบ Message RERR เมอเกตเวยปลายทาง ทโหนดตนทางสงขอมลไป ไมสามารถรบขอมล และท าการเพม Time Stamp และ Error Status เพอใหตวโหนดตนทางรบร เพอจะไดท าการเปลยนเกตเวยได โดยมปรบเปลยนตามภาพท 3.29

ภาพท 3.29 สวนทปรบปรงเพมเตมใน AODV.CC

ในสวนของการท างานของ NS2 จะมการท างานของภาษา C++ ภาษา OCTL และภาษา TCL ทเปนเชนนเนองจาก ตวโครงสรางของภาษา C++ จะท างานไดเรว จงถกใชในสวนของการท างานของโพรโทคอล ทมเ รองของเวลาเขามาเกยวของ แตในสวนของการปรบเปลยนคาพารามเตอรตางๆ ในการควบคมการท างานของตวโหนดนน จะใชสวนของตว OTCL และ TCL ในการสงขอมลใหเนองจากงายตอการใชงาน ดงนนในสวนนจงจ าเปนตองสรางตวแปรทใชในการเชอมโยง แลกเปลยนขอมล ระหวาง ภาษา C++ ภาษา OCTL และTCL ซงในทนจะเปนการสรางตวแปร “gw_chgtime”_ และ “gw_” ซงเปนตวแปรประเภททศนยม กบตวเลข ตามล าดบ เพอสงขอมล

DPU

67

ใหกบตวโหนดตนทาง ในการตดสนใจในการเปลยนเกตเวย ซงสวนทเปนการปรบปรงใน AODV.CC เพอเชอมโยงขอมลมรายละเอยดตาม ภาพท 3.30

ภาพท 3.30 สวนทปรบปรงเพมเตมใน AODV.CC เพอเชอมโยงขอมล

จากภาพท 3.29 การเพมและเชอมโยงตวแปร “gw_chgtime”_ และ “gw_” เมอโปรแกรมเรมท างาน ในกรณทโหนดมการสง Message RERR กจะเขามาท างานในสวนของโปรแกรมตามภาพท 3.25 ซงจะท าการเพมคา “gw_” ขน และท าการเกบคาเวลาขณะนน เพอใชเปนเวลาทจะเรมท าการเปลยนเกตเวยในสวนของ TCL ซงผลจากการทดลอง ไดมการเกบคาเวลาทจะท าเรมท าการเปลยนเกตเวย ทปรมาณขอมล ตามตารางท 3.9

ในสวนของการท างานของตวโปรแกรมทใชภาษา TCL เพอก าหนดการท างานและเงอนไขตางๆ บนเครอขายนน จะมการก าหนดเงอนไขในการเปลยนเกตเวยในเครอขาย โดยการพฒนาโปรแกรมตามรายละเอยดในภาพท 3.31 และ 3.32

ภาพท 3.31 สวนของโปรแกรมทพฒนาโดยภาษา TCL เพอสราง packets CBR

DPU

68

ภาพท 3.32 สวนของโปรแกรมทพฒนาโดยภาษา TCL เพอก าหนดเงอนไขในการเปลยนเกตเวย

ในสวนของการเปลยนเกตเวยจะอาศยเงอนไขเมอเกตเวยหลกมการสง Message RERR ออกไป เมอเกตเวยหลกไมสามารถท างานได โดยแสดงในภาพท 3.33

R0R1

Packet drop

Packet drop

R1เกตเวย 1

โหนดเซนเซอร

R1

R0

ภาพท 3.33 การสง Message RERR ออกไป เมอเกตเวยหลกไมสามารถท างานได ในภาพท 3.33 เปนการท างานของโพรโทคอล AODV แบบเดม ซงเมอโหนดตนทางตองการสงขอมลไปใหเกตเวยหลก กจะมการสง Message RREQ ออกไปเพอรองขอเสนทาง เมอเกตเวยหลกไดรบ Message RREQ แลวกจะมการตอบกลบ Message RREP ไปยงเสนทางทดทสด เมอโหนดตนทางไดรบ Message RREP กจะเรมกระบวนการสงขอมล เมอเกตเวยหลกไมสามารถท างานไดหรอเสนทางไปยงเกตเวยหลกไมสามารถใชงานได ตวโหนดตนทางกจะสง Message RERR ออกไปยงโหนดขางเคยงเพอรองขอเสนทางใหมทไปยงเกตเวยหลกอกครง ซงในกรณนจะไมสามารถรองขอเสนทางใหมได เนองจากเกตเวยหลกเสยหาย ดงนนขอมลทเหลอกจะถก drop ไป

ในภาพท 3.34 เปนการท างานของโพรโทคอล AODV แบบใหมทใชกบ WSN แบบเกตเวยหลายตว ซงจะอาศยจงหวะทโหนดตนทางสง Message RERR ออกไป โดยโหนดตนทางจะม

DPU

69

เกตเวยส ารองอยในรายการแลว กจะเปลยนไปใชเกตเวยส ารองทนทโดยเรมกระบวนการ RREQ ใหม แตใชโหนดปลายทางเปนเกตเวยส ารองแทน โดยภาพท 3.35 เปนล าดบขนตอนการท างานของโพรโทคอล AODV แบบใหมทใชกบ WSN แบบเกตเวยหลายตว

R0 R2R1

Packet drop

R1 เกตเวย 1

โหนดเซนเซอร

R1

R0

R2 เกตเวย 2

ภาพท 3.34 การสง Message RERR ออกไป เมอเกตเวยหลกไมสามารถท างานได

Start

Check TimeChange Gateway

Wait RERR

Send RERR

Yes

No

End

ภาพท 3.35 ขนตอนการรอ Message RERR เพอเปลยนเกตเวย

DPU

บทท 4

การทดลองและผลการทดลอง

ในงานวจยนไดท าการทดลองเครอขายเซนเซอรไรสาย Wireless Sensor Network (WSN) แบบ 2 เกตเวย โดยมงเนนการทดลองเพอแสดงใหเหนถงประสทธภาพจากการเปรยบเทยบการท างานของ WSN แบบ 2 เกตเวย คอเกตเวยหลก และเกตเวยส ารอง กบ WSN แบบ 1 เกตเวย ทมเพยงเกตเวยหลกเพยงอยางเดยว

4.1 หาคาพลงงานของเกตเวยส ารองทใชไปและเวลาทใชในการเปลยนเกตเวย

ในการทดลองมการสงขอมลจากโหนดตนทางไปยงเกตเวย โดยใชชนดของขอมลแบบ CBR ขนาด 100 Byte และมการปรบเปลยนปรมาณของขอมลทสงเขาไป ในชวงเวลาทก าหนด โดยมรายละเอยดของล าดบขอมลทใชในการทดลองตามตารางท 4.1

ตารางท 4.1 จ านวน packets ทใชในการทดลอง Time (sec) 40 40 40 40 40 40

Packets 3000 4000 5000 6000 7000 8000

ในการทดลองจะมการก าหนดเวลาทเกตเวยหลก จะเกดปญหาจนไมสามารถท างานได

ไวท วนาทท 25 โดยมลกษณะของปญหาอย 2 รปแบบ คอ เกตเวยหลกเสยหายแบบทนททนใด และเกตเวยหลกมการเคลอนทออกนอกเครอขายจากต าแหนง Y: 250m, X: 250m มาเปน Y: 0.1m, X: 250m ดวยความเรว 100m/s หลงการก าหนดเวลาในการทดสอบแลว จะท าการทดสอบโดยเรมสง packets ทเวลา 5 วนาท และหยดทเวลา 45 วนาท

4.1.1 หาคาพลงงานของเกตเวยส ารอง ในการทดลองบนเครอขาย WSN แบบเกตเวยหลายตว ไดมการหาคาพลงงานทเกตเวย

ส ารองใชในการรอเพอทจะท างานเมอเกตเวยหลกไมสามารถรบสงขอมลได ซงแสดงใหเหนรปท 4.1 โดยเมอดจากกราฟแลวจะเหนไดวาตวเกตเวยส ารองมการใชพลงงานไปในขณะรอ แสดงมการ

DPU

71

ใชพลงงานมากขนเรอยๆ เมอความหนาแนนของขอมลมาขน ทงนเนองมาจากวาตวเกตเวยส ารองกจะท าหนาทในการสงตอขอมลไปยงโหนดอนๆ ขางเคยงดวยเชนกน

ภาพท 4.1 คาพลงงานของเกตเวยส ารองทใชในขณะรอท างาน

4.1.2 เวลาทใชในการเปลยนเกตเวย ผลจากการทดลอง ไดมการเกบคาเวลาทจะท าเรมท าการเปลยนเกตเวย ทปรมาณขอมล

ตามตารางท 4.1 โดยจะมคาเวลาทใชในการเปลยนเกตเวยอย 2 กรณคอ ในกรณเกตเวยหลกเสยหายแบบทนททนใด และในกรณเกตเวยหลกมการเคลอนทออกนอกเครอขาย ซงแสดงชวงเวลาในการทดลองใหเหนในภาพท 4.2 และ 4.3 โดยภาพท 4.4 ถงภาพท 4.9 เปนผลการทดลองของเครอขาย 2 เกตเวย ในกรณท 1 คอเมอเกตเวยหลก ไมสามารถตดตอได เนองจากรบความเสยหาย แบบทนททนใด สวนภาพท 4.10 ถงภาพท 4.15 เปนผลการทดลองของเครอขาย 2 เกตเวย ในกรณท 2 คอเมอเกตเวยหลก ไมสามารถตดตอได เนองจากมการเคลอนทออกจากเครอขาย

DPU

72

ภาพท 4.2 เวลาทใชในทดสอบ WSN กรณเกตเวยหลกหยดท างานแบบทนท ทนใด

ภาพท 4.3 เวลาทใชในทดสอบ WSN กรณเกตเวยหลกเคลอนทออกนอกเครอขาย

50450 5 10 15 20 25 30 35 40

เกตเวย 1 ท างานเกตเวย 2 ท างาน

t

วนาท

เกตเวย 1 หยดท างานเกตเวย 1 ท างาน

เกตเวย 2 ท างาน

เกตเวย 1 ท างาน

เกตเวย 1 เสยหาย ทนท ทนใด

เกตเวย 2 สแตนดบาย

เวลาทรอเปลยนเกตเวย = t

50450 5 10 15 20 25 30 35 40

เกตเวย 1 ท างานเกตเวย 2 ท างาน

t

วนาท

เกตเวย 1 หยดท างานเกตเวย 1 ท างาน

เกตเวย 2 ท างาน

เกตเวย 1 เคลอนท

เกตเวย 2 สแตนดบาย

เวลาทรอเปลยนเกตเวย = t

เกตเวย 1 ท างาน

เกตเวย 1 เคลอนท

DPU

73

ภาพท 4.4 เวลาทโหนดตนทางไดรบ Message RERR เมอโหนดปลายทางเสยหาย จ านวน Packets ทใชทดสอบ เทากบ 3000

ภาพท 4.5 เวลาทโหนดตนทางไดรบ Message RERR เมอโหนดปลายทางเสยหาย จ านวน Packets ทใชทดสอบ เทากบ 4000

DPU

74

ภาพท 4.6 เวลาทโหนดตนทางไดรบ Message RERR เมอโหนดปลายทางเสยหาย จ านวน Packets ทใชทดสอบ เทากบ 5000

ภาพท 4.7 เวลาทโหนดตนทางไดรบ Message RERR เมอโหนดปลายทางเสยหาย จ านวน Packets ทใชทดสอบ เทากบ 6000

DPU

75

ภาพท 4.8 เวลาทโหนดตนทางไดรบ Message RERR เมอโหนดปลายทางเสยหาย จ านวน Packets ทใชทดสอบ เทากบ 7000

ภาพท 4.9 เวลาทโหนดตนทางไดรบ Message RERR เมอโหนดปลายทางเสยหาย จ านวน Packets ทใชทดสอบ เทากบ 8000

จากภาพท 4.6 ถงภาพท 4.11 เปนผลการทดลองของเครอขาย 2 เกตเวย ในกรณท 1 คอเมอเกตเวย 1 ไมสามารถตดตอได ซงจากผลการทดลองจะเหนไดวา เมอมการปดการท างานของตวเกตเวย 1 แลวนน จะท าใหตวโพรโทคอล AODV ทปรบปรงแลว มการแสดงจ านวนครงทมการสง

DPU

76

ขอมล Error และแสดงคาเวลาทมการสง message ERROR โดยผลการทดลองทไดแสดงในตารางท 4.2

ตารางท 4.2 ผลการทดลองเมอเกตเวย 1 ไมสามารถตดตอได

Packets 3000 4000 5000 6000 7000 8000 Even Time (sec)

25.000000

25.000000

25.000000

25.000000

25.000000

25.000000

Error Time (sec)

25.026265

25.026265

25.027865

25.026055

25.027335

25.027335

Response Time (sec) 0.02626 0.02626 0.02786 0.02605 0.02734 0.02734

จากตารางท 4.2 จะเหนไดวาคาเวลาทมการตอบสนอง (Response time) หลงจากมการ

ปดการท างานของตวเกตเวย 1 แลวนน ทคา packets ตางๆ มคาไมตางกนเฉลยอยประมาณ 0.02685 วนาท และมคาต าสดอยท 0.02605 วนาท และมคาสงสดอยท 0.02786 วนาท

ภาพท 4.10 เวลาทโหนดตนทางไดรบ Message RERR เมอโหนดปลายทางเคลอนทออก จ านวน Packets ทใชทดสอบ เทากบ 3000

DPU

77

ภาพท 4.11 เวลาทโหนดตนทางไดรบ Message RERR เมอโหนดปลายทางเคลอนทออก จ านวน Packets ทใชทดสอบ เทากบ 4000

ภาพท 4.12 เวลาทโหนดตนทางไดรบ Message RERR เมอโหนดปลายทางเคลอนทออก จ านวน Packets ทใชทดสอบ เทากบ 5000

DPU

78

รปท 4.13 เวลาทโหนดตนทางไดรบ Message RERR เมอโหนดปลายทางเคลอนทออก จ านวน Packets ทใชทดสอบ เทากบ 6000

ภาพท 4.14 เวลาทโหนดตนทางไดรบ Message RERR เมอโหนดปลายทางเคลอนทออก จ านวน Packets ทใชทดสอบ เทากบ 7000

DPU

79

ภาพท 4.15 เวลาทโหนดตนทางไดรบ Message RERR เมอโหนดปลายทางเคลอนทออก จ านวน Packets ทใชทดสอบ เทากบ 8000

จากภาพท 4.10 ถงภาพท 4.15 เปนผลการทดลองของเครอขาย 2 เกตเวย ในกรณท 1 คอเมอเกตเวย 1 ไมสามารถตดตอได เนองจากมการเคลอนทออกนอกเครอขาย ซงจากผลการทดลองจะเหนไดวา เมอมการปดการท างานของตวเกตเวย 1 แลวนน จะท าใหตวโพรโทคอล AODV ทปรบปรงแลว มการแสดงจ านวนครงทมการสงขอมล Error และแสดงคาเวลาทมการสง message ERROR โดยผลการทดลองทไดแสดงในตารางท 4.3

ตารางท 4.3 ผลการทดลองเมอเกตเวย 1 เคลอนทออกจากเครอขาย

Packets 3000 4000 5000 6000 7000 8000 Even Time (sec) 25.00000 25.00000 25.00000 25.00000 25.00000 25.00000 Error Time (sec) 26.69549 26.69371 26.69059 26.68905 26.68872 26.68872 Response Time (sec) 1.69549 1.69371 1.69059 1.68905 1.68872 1.68872

จากตารางท 4.3 จะเหนไดวาคาเวลาทมการตอบสนอง (Response time) หลงจากทตว

เกตเวย 1 เคลอนทออกนอกเครอขายทคา packets ตางๆ คาเวลาตอบสนองทสงออกมา มคาไม

DPU

80

ตางกนเฉลยอยประมาณ 1.69105 วนาท และมคาต าสดอยท 1.68872 วนาท และมคาสงสดอยท 1.69549 วนาท ตารางท 4.4 เปรยบเทยบคาเวลาการตอบสนอง Error ของเครอขาย WSN แบบ 2 เกตเวย

Packets 3000 4000 5000 6000 7000 8000

Even Time (sec) 25.000 25.000 25.000 25.000 25.000 25.000 Response Time (sec) Turn-Down

0.02626

0.02626

0.02786

0.02605

0.02734

0.02734

Response Time (sec) Move

1.69549

1.69371

1.69059

1.68905

1.68872

1.68872

จากตารางท 4.4 ไดวาคาเวลาการตอบสนอง Error หลงจากมการทดลองการท างานทง 2

รปแบบคอ แบบเกตเวยหยดท างาน กบแบบเกตเวยเคลอนทนน พบวาแบบเกตเวยเคลอนทจมการตอบสนอง Error ชากวาแบบเกตเวยหยดท างาน ทเปนเชนนเพราะวา ตวเกตเวยทก าลงเคลอนทออกจากเครอขายนน ยงคงสามารถตดตอกบตวโหนดตนทางไดอย แมกระทงในขณะทตวเองเคลอนท จะกระทงตวเองหลดออกจากเครอขาย จงมการตอบสนองตอ Error ดงนนจงท าใหเกดการตอบสนองชากวา แตอยางไรกตามการทดลองทงสองแบบกสามารถ สงคาเวลาและสถานะ เพอท าการเปลยนเกตเวยได 4.2 หาประสทธภาพของเครอขายเซนเซอรไรสายแบบ 2 เกตเวย เทยบกบ แบบ 1 เกตเวย

หลงจากท าการทดลองเพอเกบขอมลในรปของ trace file เรยบรอยแลว กเอาขอมลทไดมาท าการวเคราะห โดยการหาคาทตองการดงน

1 หาคาการหนวงเวลาจากโหนดตนทาง ไปยงโหนดปลายทาง (packets delay) 2 หาคาความส าเรจในการสงขอมลจากโหนดตนทาง ไปยงโหนดปลายทาง (%PDR) 3 หาคาปรมาณขอมลทสญเสยในเครอขาย (%packets drop) 4 หาคาปรมาณขอมลทเกตเวยหลกและเกตเวยส ารองรบไดเทยบกบเวลา (Throughput

kbps) ในการหาประสทธภาพของเครอขายเซนเซอรไรสายแบบ 2 เกตเวย เทยบกบ แบบ 1

เกตเวยนน ในแตละแบบจะประกอบไปดวยการทดลองแบบปดการท างานของเกตเวยเดม กบการยายต าแหนงของเกตเวยเดมออกนอกเครอขาย

DPU

81

4.2.1 หาคาการหนวงเวลาจากโหนดตนทางไปยงโหนดปลายทาง (packets delay) ในสวนนจะเปนการหาคาการหนวงเวลาจากโหนดตนทาง ไปยงโหนดปลายทาง

(packets delay) ซงจะท าการหาคาเวลาสงสด และต าสดของแตละ packet จากนนจงน าคาทไดมาหาคาสวนตาง แลวน ามารวมกน จากนนหารดวยจ านวน packets ทงหมดเพอหาคาเฉลย ซงไดผลดงน ตารางท 4.5 คาการหนวงเวลา packets delay ของแบบเกตเวย 1 เคลอนทออกนอกเครอขาย

Packets 3,000 4,000 5,000 6,000 7,000 8,000 1 Gateway 6.980 6.977 6.977 7.335 268.475 301.322 2 Gateway 6.954 6.963 6.969 7.379 265.403 300.660

ภาพท 4.16 เปรยบเทยบ Packets delay (ms) ของระบบ 1 เกตเวย กบ 2 เกตเวย ในกรณทเกตเวย 1 เคลอนท

จากตารางท 4.5 น ามาแสดงในรปแบบของกราฟเสนได ตามภาพท 4.19 จะเหนไดวาคา

การหนวงเวลา packet delay ของเครอขาย WSN แบบ 2 เกตเวย กบแบบ 1 เกตเวย จะมคาไมตางกนมากเกอบทกๆ ขนาด packets ทสงเขาไป เนองจากการท างานของเครอขาย WSN แบบ 2 เกตเวย

-

50.00

100.00

150.00

200.00

250.00

300.00

350.00

3000 4000 5000 6000 7000 8000

เปรยบเทยบ Packets delay (ms.) ของระบบ 1 เกตเวย กบ 2 เกตเวย ในกรณทเกตเวย 1 เคลอนท

Delay Node Move Delay Node Move

Delay (ms.)

Packets

DPU

82

นน ตวเกตเวย 1 กบ 2 ไมไดท างานพรอมกน จงไมมผลในการชวยรบขอมลจากโหนดตนทาง โดยในตวเกตเวย 2 จะท างานกตอเมอ เกตเวย 1 เคลอนทออกนอกเครอขายเทานน ตารางท 4.6 คาการหนวงเวลา packets delay ของแบบเกตเวย 1 เสยหาย

Packets 3,000 4,000 5,000 6,000 7,000 8,000 1 Gateway 6.988 6.982 6.980 7.340 288.135 300.478 2 Gateway 6.957 6.962 6.969 7.385 287.923 300.478

จากตารางท 4.6 เปนผลการทดลองของเครอขาย WSN แบบ 2 เกตเวย กบเครอขายแบบ

1 เกตเวย โดยเปนการหาคาการหนวงเวลา packets delay ของเครอขาย ในกรณทเกตเวย 1 ดรบความเสยหาย ซงน ามาแสดงเปรยบเทยบใหเหนตามภาพท 4.20.

ภาพท 4.17 เปรยบเทยบ Packets delay (ms) ของระบบ 1 เกตเวย กบ 2 เกตเวย ในกรณทเกตเวย 1 เสยหาย

-

50.00

100.00

150.00

200.00

250.00

300.00

350.00

3000 4000 5000 6000 7000 8000

เปรยบเทยบ Packets delay (ms) ของระบบ 1 เกตเวย กบ 2 เกตเวย ในกรณท

เกตเวย 1 เสยหาย

1 Gateway 2 Gateways

Delay (ms.)

Packets

DPU

83

ในภาพท 4.20 จะเหนไดวาคาการหนวงเวลา ของเครอขาย WSN แบบ 2 เกตเวย กบเครอขายแบบ 1 เกตเวย นนมคาไมตางกนอยางเหนไดชด ซงผลการทดลองมลกษณะคลายกบแบบกรณทเกตเวย 1 เคลอนทออกนอกเครอขาย ทงนกเปนเพราะการท างานของเครอขาย WSN แบบ 2 เกตเวย นน ตวเกตเวย 1 กบ 2 ไมไดท างานพรอมกน จงไมมผลในการชวยรบขอมลจากโหนดตนทาง โดยในตวเกตเวย 2 จะท างานกตอเมอ เกตเวย 1 เสยหายเทานน

4.2.2 หาคาความส าเรจในการสงขอมลจากโหนดตนทาง ไปยงโหนดปลายทาง (%PDR) ในสวนนจะเปนการหาคาความส าเรจในการสงขอมลจากโหนดตนทาง ไปยงโหนด

ปลายทาง (%PDR) โดยจะท าการเปรยบเทยบผลการทดลองทงแบบเครอขาย WSN แบบ 2 เกตเวย และแบบเครอขายแบบ 1 เกตเวย ซงมท าการทดลองใน 2 กรณ คอ กรณทเกตเวย 1 เคลอนทออกจากเครอขาย กบกรณทเกตเวย 1 เกดการเสยหาย โดยผลการทดลองแสดงไวในตารางท 4.7 และตางท 4.8

ตารางท 4.7 คาความส าเรจในการสงขอมล %PDR ของเครอขาย WSN แบบ 2 เกตเวย โดยทเกต-เวย 1 เกดการเสยหาย

Packets 3,000 4,000 5,000 6,000 7,000 8,000 1 Gateway 50.00% 49.99% 50.00% 49.98% 45.65% 39.95% 2 Gateway 99.93% 99.93% 99.92% 99.92% 91.97% 80.48%

จากตารางท 4.7 เปนตารางแสดงผลการทดลองหาคาความส าเรจในการสงขอมล

%PDR ของ แบบเกตเวย 1 เสยหาย ซงน ามาแสดงเปนกราฟเสนไดตามภาพท 4.21

DPU

84

ภาพท 4.18 เปรยบเทยบ % PDR ของระบบ 1 เกตเวย กบ 2 เกตเวย ในกรณทเกตเวย 1 เสยหาย

ในภาพท 4.21 เปนกราฟเสนแสดงผลการทดลองหาคาความส าเรจในการสงขอมล %PDR ของ แบบเกตเวย 1 เสยหาย ซงจะเหนไดวา คา %PDR ของเครอขาย WSN แบบ 2 เกตเวย มคาสงกวา แบบ 1 เกตเวย ประมาเกอบ 2 เทา ททกๆ ปรมาณ packets ทสงเขาไป โดยตงแต 3000 ถง 6000 packets คา %PDR ของแบบ 2 เกตเวยสงเกอบ 100% สวนตงแต 6000 ถง 8000 เรมลดลง ทเปนเชนนนาจะเกดจาก ความเรวของขอมลทถงสงเขามามคาสงขน จนเกดปญหาเรองจาก Drop ของขอมล จากปญหาเรองของขนาด Buffer ทจ ากดของตวโหนดเอง ซงลกษณะเชนนเกดขนในทศทางเดยวกนทงแบบ 1 เกตเวย และ 2 เกตเวย

ตารางท 4.8 คาความส าเรจในการสงขอมล %PDR ของเครอขาย WSN แบบ 2 เกตเวย โดยทมเกต-เวย 1 เคลอนทออกนอกเครอขาย

Packets 3,000 4,000 5,000 6,000 7,000 8,000 1 Gateway 54.17% 54.16% 54.18% 54.17% 49.46% 43.29% 2 Gateway 99.90% 99.93% 99.94% 99.93% 92.00% 80.50%

0.00%

20.00%

40.00%

60.00%

80.00%

100.00%

120.00%

3000 4000 5000 6000 7000 8000

เปรยบเทยบ % PDR ของระบบ 1 เกตเวย กบ 2 เกตเวย ในกรณทเกตเวย 1 เสยหาย

1 Gateway 2 Gateways

%PDR

Packets

DPU

85

จากตารางท 4.8 เปนตารางแสดงผลการทดลองหาคาความส าเรจในการสงขอมล %PDR ของ แบบเกตเวย 1 เคลอนทออกนอกเครอขาย ซงน ามาแสดงเปนกราฟเสนไดตามภาพท 4.22

ภาพท 4.19 เปรยบเทยบ % PDR ของระบบ 1 เกตเวย กบ 2 เกตเวย ในกรณทเกตเวย 1 เคลอนท

ในภาพท 4.19 เปนกราฟเสนแสดงผลการทดลองหาคาความส าเรจในการสงขอมล %PDR ของ แบบเกตเวย 1 เคลอนทออกนอกเครอขาย ซงจะเหนไดวา คา %PDR ของเครอขาย WSN แบบ 2 เกตเวย มคาสงกวา แบบ 1 เกตเวย ประมาเกอบ 2 เทา ททกๆ ปรมาณ packets ทสงเขาไป โดยตงแต 3000 ถง 5000 packets คา %PDR ของแบบ 2 เกตเวยสงเกอบ 100% สวนตงแต 6000 ถง 8000 เรมลดลง ทเปนเชนนนาจะเกดจาก ความเรวของขอมลทถงสงเขามามคาสงขน จนเกดปญหาเรองจาก Drop ของขอมล จากปญหาเรองของขนาด Buffer ทจ ากดของตวโหนดเอง ซงลกษณะเชนนเกดขนในทศทางเดยวกนทงแบบ 1 เกตเวย และ 2 เกตเวย

โดยเมอพจารณาจากภาพท 4.18 และภาพท 4.19 แลว จะเหนไดวาผลการทดลองมแนวโนมไปในทศทางเดยวกน คอตงแต 3000 ถง 6000 packets คา %PDR ของแบบ 2 เกตเวยสง

0.00%

20.00%

40.00%

60.00%

80.00%

100.00%

120.00%

3000 4000 5000 6000 7000 8000

เปรยบเทยบ % PDR ของระบบ 1 เกตเวย กบ 2 เกตเวย ในกรณทเกตเวย 1 เคลอนท

1 Gateway 2 Gateways

%PDR

Packets

DPU

86

เกอบ 100% สวนตงแต 6000 ถง 8000 เรมลดลง ดงนนขนาดของ Buffer จงนาจะมผลตอคาความส าเรจการสงขอมล %PDR

4.2.3 หาคาปรมาณขอมลทสญเสยในเครอขาย (% Packets drop) ในสวนนจะเปนการหาคาปรมาณขอมลทสญเสยในเครอขาย (% Packets drop) ซงจะ

ท าการนบจ านวน packets drop ทเกดขนในเครอขาย ในการทดลองนจะนบในสวนของ CBR packets drop ทเกดขนท โหนดตางๆ ในเครอขาย WSN ทงแบบ 1 เกตเวย และแบบ 2 เกตเวย โดยพจารณาทงในกรณ ทเกตเวย 1 เกดการเสยหาย และกรณทเกตเวย 1 เคลอนทออกนอกเครอขาย แลวน าคาทนบไดมาเทยบกบจ านวน CBR packets ทสงเขาไปในเครอขาย ทปรมาณความหนาแนนของ packets ทตางกน ในชวงเวลาเดยวกน ซงไดผลการทดลองดงน

ตารางท 4.9 คาปรมาณขอมลทสญเสยในเครอขาย (% Packets drop) ของเครอขาย WSN แบบ 2 เกตเวย โดยทมเกตเวย 1 เสยหาย

Packets 3,000 4,000 5,000 6,000 7,000 8,000 1 Gateway 50.00% 50.00% 50.00% 50.02% 54.34% 60.05% 2 Gateway 0.07% 0.05% 0.08% 0.08% 8.01% 19.53%

จากตารางท 4.9 เปนตารางแสดงผลการทดลองหาคาปรมาณขอมลทสญเสยในเครอขาย

(% Packets drop) ของเครอขาย WSN แบบ 2 เกตเวย โดยทมเกตเวย 1 เสยหาย ซงน ามาแสดงเปนกราฟเสนไดตามภาพท 4.20

DPU

87

ภาพท 4.20 เปรยบเทยบ % Packets Drop ของระบบ 1 เกตเวย กบ 2 เกตเวย ในกรณทเกตเวย 1 เสยหาย

ในภาพท 4.20 เปนกราฟเสนแสดงผลการทดลองหาคาปรมาณขอมลทสญเสยในเครอขาย (% Packets drop) ของเครอขาย WSN แบบ 2 เกตเวย โดยทมเกตเวย 1 เสยหาย ซงจะเหนไดวา คา %Packets drop ของเครอขาย WSN แบบ 1 เกตเวย มคาสงกวา แบบ 2 เกตเวย ประมาเกอบ 45% ททกๆ ปรมาณ packets ทสงเขาไป โดยตงแต 3000 ถง 6000 packets คา %Packets drop ของแบบ 2 เกตเวยต าเกอบ 0% สวนตงแต 6000 ถง 8000 เรมมคามากขน ทเปนเชนนนาจะเกดจาก ความเรวของขอมลทถงสงเขามามคาสงขน จนเกดปญหาเรองจาก Drop ของขอมล จากปญหาเรองของขนาด Buffer ทจ ากดของตวโหนดเอง ซงลกษณะเชนนเกดขนในทศทางเดยวกนทงแบบ 1 เกตเวย และ 2 เกตเวย

ตารางท 4.10 คาปรมาณขอมลทสญเสยในเครอขาย (% Packets drop) ของเครอขาย WSN แบบ 2 เกตเวย โดยทมเกตเวย 1 เคลอนทออกนอกเครอขาย

Packets 3,000 4,000 5,000 6,000 7,000 8,000 1 Gateway 45.83% 45.83% 45.82% 45.83% 50.53% 56.71% 2 Gateway 0.10% 0.05% 0.06% 0.07% 7.99% 19.50%

0.00%

10.00%

20.00%

30.00%

40.00%

50.00%

60.00%

70.00%

3000 4000 5000 6000 7000 8000

เปรยบเทยบ % Packets Drop ของระบบ 1 เกตเวย กบ 2 เกตเวย ในกรณ

ท เกตเวย 1 เสยหาย

1 Gateway 2 Gateways

%Packets Drop

Packets

DPU

88

จากตารางท 4.10 เปนตารางแสดงผลการทดลองหาคาปรมาณขอมลทสญเสยในเครอขาย (% Packets drop) ของเครอขาย WSN แบบ 2 เกตเวย โดยทมเกตเวย 1 เคลอนทออกนอกเครอขาย ซงน ามาแสดงเปนกราฟเสนไดตามภาพท 4.24

ภาพท 4.21 เปรยบเทยบ % Packets Drop ของระบบ 1 เกตเวย กบ 2 เกตเวย ในกรณทเกตเวย 1 มการเคลอนท

ในภาพท 4.21 เปนกราฟเสนแสดงผลการทดลองหาคาปรมาณขอมลทสญเสยในเครอขาย (% Packets drop) ของเครอขาย WSN แบบ 2 เกตเวย โดยทมเกตเวย 1 เคลอนทออกนอกเครอขาย ซงจะเหนไดวา คา %Packets drop ของเครอขาย WSN แบบ 1 เกตเวย มคาสงกวา แบบ 2 เกตเวย ประมาเกอบ 45% ททกๆ ปรมาณ packets ทสงเขาไป โดยตงแต 3000 ถง 6000 packets คา %Packets drop ของแบบ 2 เกตเวยต าเกอบ 0% สวนตงแต 6000 ถง 8000 เรมมคามากขน ทเปนเชนนนาจะเกดจาก ความเรวของขอมลทถงสงเขามามคาสงขน จนเกดปญหาเรองจาก Drop ของขอมล จากปญหาเรองของขนาด Buffer ทจ ากดของตวโหนดเอง ซงลกษณะเชนนเกดขนในทศทางเดยวกนทงแบบ 1 เกตเวย และ 2 เกตเวย

0.00%

10.00%

20.00%

30.00%

40.00%

50.00%

60.00%

3000 4000 5000 6000 7000 8000

เปรยบเทยบ % Packets Drop ของระบบ 1 เกตเวย กบ 2 เกตเวย ในกรณท

เกตเวย 1 เคลอนท

1 Gateway 2 Gateways

% Packets Drop

Packets

DPU

89

โดยเมอพจารณาจากภาพท 4.20 และภาพท 4.21 แลว จะเหนไดวาผลการทดลองมแนวโนมไปในทศทางเดยวกน คอตงแต 3000 ถง 6000 packets คา %Packets drop ของเครอขาย WSN แบบ 2 เกตเวย มคาต าเกอบ 0% สวนตงแต 6000 ถง 8000 เรมสงขน ดงนนขนาดของ Buffer จงนาจะมผลตอคาปรมาณขอมลทสญเสยในเครอขาย (% Packets drop)

4.2.4 หาคาปรมาณขอมลทเกตเวย 1 และเกตเวย 2 รบไดเทยบกบเวลา (Throughput kbps) ในการทดลองสวนสดทายนจะเปนการหาคาปรมาณขอมลทเกตเวย 1 และเกตเวย 2 รบ

ไดเทยบกบเวลา (Throughput kbps) ซงจะท าการนบจ านวน CBR packets ทสงเขาไปในเครอขาย เทยบกบ CBR packets ทสามารถรบไดทเกตเวย 1 เกตเวย 2 แลวน าคาทไดมารวมกน บนเครอขาย WSN ทงแบบ 1 เกตเวย และแบบ 2 เกตเวย โดยพจารณาทงในกรณ ทเกตเวยหลกเกดการเสยหาย และกรณทเกตเวยหลกเคลอนทออกนอกเครอขาย ซงไดผลดงน ตารางท 4.11 ปรมาณขอมลทเกตเวย 1 และเกตเวย 2 รบไดเทยบกบเวลา (Throughput kbps) กรณเกตเวย 1 เสยหาย

Packets 3,000 4,000 5,000 6,000 7,000 8,000 1 Gateway 3.57 4.76 5.95 7.14 7.61 7.61 2 Gateway 7.50 9.99 12.49 14.99 15.97 15.97

จากตารางท 4.11 เปนตารางแสดงผลการทดลองหาคาปรมาณขอมลทเกตเวย 1 และท

เกตเวย 2 สามารถรบไดเทยบกบเวลา (Throughput kbps) ของเครอขาย WSN แบบ 2 เกตเวย โดยทมเกตเวย 1 เสยหาย ซงน ามาแสดงเปนกราฟเสนไดตามภาพท 4.25

DPU

90

ภาพท 4.22 เปรยบเทยบ Throughput (kbps) ของระบบ 1 เกตเวย กบ 2 เกตเวย ในกรณทเกตเวย 1 เสยหาย

ในภาพท 4.22 เปนกราฟเสนแสดงผลการทดลองหาคาปรมาณขอมลทเกตเวย 1 และทเกตเวย 2 สามารถรบไดเทยบกบเวลา (Throughput kbps) ของเครอขาย WSN แบบ 2 เกตเวย โดยทมเกตเวย 1 เสยหาย ซงจะเหนไดวา คา Throughput ของเครอขาย WSN แบบ 2 เกตเวย มคาสงกวา แบบ 1 เกตเวย ททกๆ ปรมาณ packets ทสงเขาไป โดยตงแต 3000 ถง 7000 packets คา Throughput ของเครอขายมความชนสงกวาคา Throughput ของขอมลตงแต 7000 ถง 8000 ทเปนเชนนนาจะเกดจาก ความเรวของขอมลทถงสงเขามามคาสงขน จนเกดปญหาเรองจาก Drop ของขอมล จากปญหาเรองของขนาด Buffer ทจ ากดของตวโหนดเอง ซงลกษณะเชนนเกดขนในทศทางเดยวกนทงแบบ 1 เกตเวย และ 2 เกตเวย ตารางท 4.12 ปรมาณขอมลทเกตเวย 1 และเกตเวย 2 รบไดเทยบกบเวลา (Throughput kbps) กรณเกตเวย 1 เคลอนทออกนอกเครอขาย

Packets 3,000 4,000 5,000 6,000 7,000 8,000 1 Gateway 3.69 4.93 6.77 7.39 7.87 7.87 2 Gateway 7.49 10.00 12.49 14.99 16.10 16.10

0.000

2.000

4.000

6.000

8.000

10.000

12.000

14.000

16.000

18.000

3000 4000 5000 6000 7000 8000

เปรยบเทยบ Throughput (kbps) ของระบบ 1 เกตเวย กบ 2 เกตเวย ใน

กรณทเกตเวย 1 เสยหาย

1 Gateway 2 Gateways

Packets

kbps DPU

91

จากตารางท 4.12 เปนตารางแสดงผลการทดลองหาคาปรมาณขอมลทเกตเวย 1 และทเกตเวย 2 สามารถรบไดเทยบกบเวลา (Throughput kbps) ของเครอขาย WSN แบบ 2 เกตเวย โดยทมเกตเวย 1 เคลอนทออกนอกเครอขาย ซงน ามาแสดงเปนกราฟเสนไดตามภาพท 4.26

ภาพท 4.23 เปรยบเทยบ Throughput (kbps) ของระบบ 1 เกตเวย กบ 2 เกตเวย ในกรณทเกตเวย 1 เคลอนท

ในภาพท 4.23 เปนกราฟเสนแสดงผลการทดลองหาคาปรมาณขอมลทเกตเวย 1 และทเกตเวย 2 สามารถรบไดเทยบกบเวลา (Throughput kbps) ของเครอขาย WSN แบบ 2 เกตเวย โดยทมเกตเวย 1 เคลอนทออกนอกเครอขาย ซงจะเหนไดวา คา Throughput ของเครอขาย WSN แบบ 2 เกตเวย มคาสงกวา แบบ 1 เกตเวย ททกๆ ปรมาณ packets ทสงเขาไป โดยตงแต 3000 ถง 7000 packets คา Throughput ของเครอขายมความชนสงกวาคา Throughput ของขอมลตงแต 8000 ถง 8000 ทเปนเชนนนาจะเกดจาก ความเรวของขอมลทถงสงเขามามคาสงขน จนเกดปญหาเรองจาก Drop ของขอมล จากปญหาเรองของขนาด Buffer ทจ ากดของตวโหนดเอง ซงลกษณะเชนนเกดขนในทศทางเดยวกนทงแบบ 1 เกตเวย และ 2 เกตเวย

0.000

2.000

4.000

6.000

8.000

10.000

12.000

14.000

16.000

18.000

3000 4000 5000 6000 7000 8000

เปรยบเทยบ Throughput (kbps)ของระบบ 1 เกตเวย กบ 2 เกตเวย ในกรณท

เกตเวย 1 เคลอนท

1 Gateway 2 Gateways

kbps

Packets

DPU

92

ตารางท 4.13 ปรมาณขอมลของเครอขายแบบ 2 เกตเวย ทรบไดเทยบกบเวลา (Throughput kbps) โดยเปรยบเทยบกรณเกตเวย 1 เสยหาย และกรณเกตเวย 1 เคลอนทออกนอกเครอขาย

Packets 3,000 4,000 5,000 6,000 7,000 8,000 Gateway 1 damage

7.50 9.99 12.49 14.99 15.97 15.97

Gateway 1 move

7.49 10.00 12.49 14.99 16.10 16.10

จากตารางท 4.13 เปนตารางแสดงผลการทดลองหาคาปรมาณขอมลของเครอขายแบบ

2 เกตเวย ทรบไดเทยบกบเวลา (Throughput kbps) โดยเปรยบเทยบกรณเกตเวย 1 เสยหาย และกรณเกตเวย 1 เคลอนทออกนอกเครอขาย ซงน ามาแสดงเปนกราฟเสนไดตามภาพท 4.27

ภาพท 4.24 เปรยบเทยบ Throughput (kbps) ของระบบ 2 เกตเวย ในกรณทเกตเวย 1 เสยหาย กบ เกตเวย 1 เคลอนท

0.000

2.000

4.000

6.000

8.000

10.000

12.000

14.000

16.000

18.000

3000 4000 5000 6000 7000 8000

เปรยบเทยบ Throughput (kbps) ของระบบ 2 เกตเวย ในกรณทเกตเวย 1 เสยหาย กบเกตเวย 1 เคลอนท

Gateway 1 เสยหาย Gateway 1 เคลอนท

kbps

Packets

DPU

93

จากภาพท 4.24 แสดงใหเหนถงผลการเปรยบเทยบปรมาณ Throughput ของเครอขาย WSN แบบใช 2 เกตเวย โดยเกตเวยตวท 2 จะท างานกตอเมอ เกตเวย 1 เสยหาย หรอ เคลอนทออกนอกเครอขาย ซงเมอเปรยบเทยบผลการทดลองทง 2 กรณแลว พบวาสามารถท างานไดใกลเคยงกนมาก โดยแบบเกตเวย 1 เคลอนท จะเรมมคา Throughput มากกวาเลกนอย ในกรณทปรมาณขอมลในเครอขายมคาตงแต 6000 ถง 8000 ซงนาจะเปนผลมาจากความเรวในการสงขอมลตอเวลาทมากขนจงท าใหมโอกาสทปรมาณขอมลทรบไดทเกตเวย มคามากกวากรณทมความเรวในการสงขอมลตอเวลาทต ากวา และมปรมาณ %Packets drop ในกรณเกตเวยเคลอนท มคานอยกวากรณเกตเวยเสยหาย DPU

บทท 5

สรปผลการวจยและขอเสนอแนะ 5.1 สรปผลการวจย

งานวจยนน าเสนอเครอขายเซนเซอรไรสายตามมาตรฐาน IEEE802.15.4 แบบหลาย เกตเวย เพอหาเสนทางส ารองใหกบโหนดในเครอขายเซนเซอรไรสาย Wireless Sensor Network (WSN) ในกรณทตวเกตเวยหลกทใชงานอยปจจบนเกดปญหาไมสามารถสงขอมลออกนอกเครอขาย WSN ได โดยจากเครอขาย WSN แบบหลายเกตเวยทไดสรางขนและท าการทดลอง พบวาสามารถท างานไดด และมประสทธภาพ โดยดไดจากการวดผลประสทธภาพของระบบ เชน ปรมาณงาน Throughput รวมของระบบทคาสงขนเกอบเทาตวเมอเทยบกบเครอขาย WSN เดมทม 1 เกตเวย

ถงแมวาเครอขายเซนเซอรไรสายแบบเกตเวยหลายตวจะสามารถเพมประสทธภาพในการสงขอมลออกนอกเครอขายได แตกตองสญเสยพลงงานทใชไปกบการรอเพอทจะท างานของเกตเวยส ารอง ซงมแนวโนมทจะเพมขนเมอความหนาแนนของขอมลในเครอขายมคามากขน อนเนองมาจากการท าหนาทเปรยบเสมอนโหนดแบบ FFD ในเครอขาย WSN 5.2 ปญหาและขอเสนอแนะ

5.2.1 ปญหาทพบในงานวจย ในงานวจยนใชตวโปรแกรมจ าลองการท างานของเครอขาย NS2 เวอรชน 2.35 ซงเปน

โปรแกรมทตองอาศยระยะเวลาในการศกษาท าความเขาใจทนาน จงท าใหตองเสยเวลาในการทดลองไปคอนขางมาก และในสวนของการอานขอมลจาก Trace ไฟล ทมขนาดใหญ จงท าใหตองใชเวลาในการวเคราะหนาน

ในงานวจยนเปนงานวจยเกยวกบการศกษาเรองของการเปลยนเกตเวยในเครอขาย WSN ซงยงไมครอบคลมถงการวเคราะหเรองของขอมลทจะตองถกสงตอไปยงเครอขายอนๆ เพอเกบ วามขอมลสญหายระหวางทางหรอไม

DPU

95

5.2.2 ขอเสนอแนะ ในเรองของการวเคราะหขอมลนาจะใชการเขยนโปรแกรมเพอเปดไฟลมาวเคราะห

ขอมลแทนการใชโปรแกรมส าเรจรป ในเรองของการวเคาะหขอมลทสญหายในเครอขายนาจะลองใหสวนของโพรโทคอลท

เปน TCP แทนการใช UDP ควรหาวธในการจดการเรองพลงงานทสญเสยในเกตเวยส ารองในระหวางไมไดท างาน DPU

บรรณานกรม

DPU

97

บรรณานกรม

ภาษาไทย บทความ

อนรกษ เชยชม และ ชยพร เขมะภาตะพนธ.(2553). "การประยกตเครอขายตรวจจบสญญาณไรสาย

เพอประมวลผลขอมลความเรวลมส าหรบชวยตดสนใจในการตดตงกงหนลมผลตกระแสไฟฟา". การประชมการวจยระดบบณฑตศกษาแหงชาต มหาวทยาลยเชยงใหม ครงท 2. 26 พฤศจกายน 2553. หนา 620-629.

นภาพร พมปร และ ประโยชน ค าสวสด.(2556). “การบบอดขอมลในเครอขายเซนเซอรไรสาย” ECTI-CARD 2013. หนา 173-178.

สารสนเทศจากสออเลกทรอนกส

จตตมา นตยวรรณ โสฬส ชคตตรยาพงษ (2550). Network Simulator (NS2) สบคนขอมลเมอวนท 25 มกราคม 2557. จาก http://wiki.nectec.or.th/ngiwiki/pub/Project/IntelligentNMS/bm-ns2.pdf

ภาษาตางประเทศ

ARTICLES

Luca De Nardis & Maria-Gabriella.(2007, March). “Overview of the IEEE 802.15.4/4a standards

for low data rate Wireless Personal Data Networks” WPNC 2007. Germany. P. Manoyut & W. Suntiamorntut.(2012, February). “Modified Local Repair in AODV for

LoWPANs” IMCOM 2012. Kula Lumpur. Malaysia. Xuan He & Yuanchen Ma.(2012, June). “Efficient Multiple Gateway System for WSN

Management in BEMS” Networked Sensing Systems (INSS). Belgium.

DPU

98

Zahia Bidai & Hafid Haffaf.(2011, April). “Node disjoint multi-path routing for zigbee cluster-tree Wireless Sensor Networks”. Multimedia Computing and Systems. Morocco. DPU

ภาคผนวก

DPU

100

ผลงานทางวชาการ

DPU

101

DPU

102

DPU

103

DPU

104

DPU

105

DPU

106

DPU

107

ประวตผเขยน

ชอ-นามสกล นายชนะเดช แยมคล ประวตการศกษา ปการศกษา 2545 ส าเรจการศกษาระดบปรญญาตร

สาขาวศวกรรมระบบวดคม คณะวศวกรรมศาสตร มหาวทยาลยเทคโนโลยมหานคร

ต าแหนงและสถานทท างานปจจบน ผจดการฝายขาย บรษท แอมดา จ ากด DPU