Slide

Đề tài:Đề tài:

Đánh giá hiệu năng giao thức định tuyến phân cấp Đánh giá hiệu năng giao thức định tuyến phân cấp mạng WSNmạng WSN

Giáo viên hướng dẫn : ThS. Đặng Trung Hiếu

Sinh viên thực hiện : Nguyễn Đình Thiệu

Hà Nội, 1-2013

TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐiỆN LỰCTRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐiỆN LỰCKhoa Điện tử Viễn thôngKhoa Điện tử Viễn thông

NỘI DUNGNỘI DUNG

Giao thức định tuyến phân cấp trong mạng Giao thức định tuyến phân cấp trong mạng WSNWSN

2

Tổng quan về mạng cảm biến không dây Tổng quan về mạng cảm biến không dây 1

Đánh giá mức tiêu thụ năng lượng giao Đánh giá mức tiêu thụ năng lượng giao thức định tuyến phân cấp mạng WSNthức định tuyến phân cấp mạng WSN3

Đánh giá hiệu năng giao thức định tuyến phân cấp mạng WSNĐánh giá hiệu năng giao thức định tuyến phân cấp mạng WSN

Mạng cảm biến không dây (Wireless Sensor Network) là mạng

liên kết các thiết bị tự vận hành, liên kết với nhau bằng kết nối

sóng vô tuyến trang bị cảm biến để giám sát các tham số trong

một môi trường vật lý.

Các nút mạng có chức năng cảm ứng, quan sát môi trường xung

quanh như nhiệt độ, độ ẩm, ánh sáng, âm thanh, độ rung, độ bức

xạ, độ ô nhiễm…; theo dõi các mục tiêu cố định hoặc di động.

Giới thiệu

SinkSinkInternet, vệ tinh

Internet, vệ tinh

Nút cảm biến

Trường cảm biếnNgười dùng

Nút quản lý tác vụ

Mô hình hoạt động của mạng WSN

Ứng dụng mạng WSNỨng dụng mạng WSNỨng dụng mạng WSNỨng dụng mạng WSN

Ngôi nhà thông minh

HT giao thông thông minh

Môi trường và nông nghiệp

Quân sự và an toàn công nghiệp

Y tế và giám sát sức khỏe

Giám sát hoạt động công nghiệp

Ứng dụng của mạng WSN

Số lượng nút cảm biến khá lớn nên không thể xây dựng một

quy tắc cho địa chỉ toàn cục khi triển khai.

Các nút cảm biến bị hạn chế về công suất, khả năng xử lý

và dung lượng bộ nhớ.

Số liệu được lựa chọn bởi các nút cảm biến thường dựa

vào hiện tượng chung, do đó sẽ có độ dư thừa.

Vấn đề định tuyến trong mạng WSN

LEACH (Low Energy Adaptive Clustering Hierachy): giao thức phân cấp

theo cụm thích ứng năng lượng thấp dùng trong mạng WSN.

Mục tiêu chính của LEACH là mở rộng thời gian sống của mạng, giảm sự

tiêu thụ năng lượng của mỗi nút mạng, sử dụng tập trung dữ liệu để giảm

bản tin truyền dẫn trong mạng.

Giao thức định tuyến LEACH

Mô hình mạng WSN sử dụng giao thức định tuyến phân cấp LEACH

Giao thức định tuyến LEACH (tiếp)

Quá trình hoạt động của LEACH được chia thành 2 pha là

pha thiết lập và pha ổn định.

Pha thiết lập bao gồm 2 bước là lựa chọn nút chủ và

thông tin về cụm.

Pha ổn định trạng thái gồm thu thập dữ liệu, tập trung

dữ liệu và truyền đến trạm gốc.

P: tỷ lệ phần trăm mong muốn trở thành nút chủ

cụm.

r: vòng (chu kỳ) hiện tại

G: tập hợp các nút chưa trở thành nút chủ cụm ở

1/P vòng trước đó

PEGASIS (Power-Efficient Gathering in Sensor Information Systems): Tập trung

hiệu suất năng lượng trong hệ thống thông tin cảm biến.

Mục tiêu chính của PEGASIS là làm giảm năng lượng tiêu thụ và truyền dữ liệu

thu thập được từ các nút đến trạm gốc với độ trễ thấp.

Mô hình mạng WSN sử dụng giao thức định tuyến phân cấp PEGASIS

Giao thức định tuyến PEGASIS

Giao thức định tuyến PEGASIS (tiếp)

Quá trình hoạt động của PEGASIS:

Khởi tạo mạng, xây dựng chuỗi.

Chọn nút chủ.

Truyền dữ liệu.

Xử lý lỗi khi nút chết.

Xử lý lỗi khi một nút chết

1

2

3

4

5

6

BSBS

Mô hình mạng PEGASIS

Mặc dù có những cải tiến đáng kể so với LEACH, nhưng một vấn đề

hạn chế trong PEGASIS là trễ truyền.

Mô hình khắc phục nhược điểm của PEGASIS

Giao thức định tuyến PEGASIS (tiếp)

Mô hình chuỗi conGiải thuật tập hợp dữ liệu song song

Thiết lập thông số mô phỏng

Đánh giá mức tiêu thụ năng lượng giao thức định tuyến phân cấp mạng WSN

Số nút 100 nút 100 nút 100 nút

Phạm vi 50m x 50m 50m x 50m 100m x 100m

Năng lượng ban đầu 0.25J 0.5J 0.25J

Năng lượng tiêu tốn khi xử lý 1 bit

50nJ/bit50nJ/bit 50nJ/bit

Chiều dài mỗi bản tin DATA

2000bit 2000bit 2000bit

1. Kết quả mô phỏng mạng có kích thước (50m,50m) với mức năng lượng ban đầu 0.25J/node.

Đánh giá mức tiêu thụ năng lượng giao thức định tuyến phân cấp mạng WSN (tiếp)

Giao thứcGiao thức 1% nút chết1% nút chết 20% nút chết20% nút chết 50% nút chết50% nút chết 100% nút chết100% nút chết

Direct 54 62 76 117

LEACH 402 480 523 635

PEGASIS 788 1004 1041 1096



Direct 108 124 152 235

LEACH 803 962 1036 1208

PEGASIS 1578 2011 2082 2192



Direct 14 16 20 30

LEACH 166 204 232 308

PEGASIS 335 624 684 779

Đơn vị: vòng chu kỳ

4. Tổng hợp kết quả mô phỏng

Phạm viPhạm vi Năng lượng Năng lượng (J/Node)(J/Node) Giao thứcGiao thức 1% nút chết1% nút chết 20% nút chết20% nút chết 50% nút chết50% nút chết 100% nút chết100% nút chết

50m x 50m

0.25

Direct 54 62 76 117

LEACH 402 480 523 635

PEGASIS 788 1004 1041 1096

0.5

Direct 108 124 152 235

LEACH 803 962 1036 1208

PEGASIS 1578 2011 2082 2192

1

Direct 215 248 304 471

LEACH 1610 1921 2055 2351

PEGASIS 3159 4023 4165 4379

100m x 100m

0.25

Direct 14 16 20 30

LEACH 166 204 232 308

PEGASIS 335 624 684 779

0.5

Direct 28 32 40 61

LEACH 339 408 461 576

PEGASIS 675 1250 1362 1544

1

Direct 56 64 80 122

LEACH 690 812 911 1077

PEGASIS 1346 2497 2720 3076


Đơn vị: vòng chu kỳ


Nhận xét, đánh giá chung

PEGASIS tiết kiệm năng lượng hơn so với LEACH và Direct.

Trong PEGASIS, các nút chết đồng loạt sau khi 20% nút trong mạng bị

chết.

PEGASIS khắc phục được nhược điểm của LEACH bằng cách loại bỏ

thông tin mào đầu của các cụm động, tối thiểu hóa khoảng cách truyền

nhận giữa các nút trong mạng và chỉ sử dụng 1 lần truyền dữ liệu hợp

nhất đến trạm cơ sở.

19/04/23

KẾT LUẬNKẾT LUẬN

LEACH vào PEGASIS có mức tiêu thụ năng lượng thấp hơn

so với Direct

Mặc dù có những cải tiến đáng kể so với LEACH nhưng

PEGASIS vẫn tồn tại hạn chế đó là trễ trong mạng khá lớn,

đặc biệt là khi kích hướng mạng lớn.

Xin trân trọng cảm ơn!Xin trân trọng cảm ơn!

Documents

Slide