Định tuyến đa đường trong mạng cảm biến không dây.

- VŨ ĐỨC HÙNG ĐỊNH TUYẾN ĐA ĐƢỜNG TRONG MẠNG CẢM BIẾN KHÔNG DÂY Chuyên ngành : Công nghệ thông tin LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT CÔNG NGHỆ THÔNG TIN NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC : TS.
- NGÔ QUỲNH THU HÀ NỘI - 2015 2 CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự do – Hạnh phúc BẢN XÁC NHẬN CHỈNH SỬA LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ và tên tác giả luận văn: Vũ Đức Hùng Đề tài luận văn: Định tuyến đa đƣờng trong mạng cảm biến không dây Chuyên ngành:Công nghệ thông tin Mã số SV: CA120599 Tác giả, Ngƣời hƣớng dẫn khoa học và Hội đồng chấm luận văn xác nhận tác giả đã sửa chữa, bổ sung luận văn theo biên bản họp Hội đồng ngày 25/4/2015 với các nội dung sau: 1.
- 13 CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐỊNH TUYẾN ĐA ĐƢỜNG TRONG MẠNG CẢM BIẾN KHÔNG DÂY.
- ĐỊNH TUYẾN TRONG MẠNG CẢM BIẾN KHÔNG DÂY.
- ĐỊNH TUYẾN ĐA ĐƢỜNG TRONG MẠNG CẢM BIẾN KHÔNG DÂY .
- Một số phƣơng pháp định tuyến đa đƣờng trong mạng cảm biến không dây.
- Yếu tố cơ bản trong thiết kế các giao thức định tuyến đa đƣờng.
- 21 CHƢƠNG 2: MỘT SỐ GIAO THỨC ĐỊNH TUYẾN ĐA ĐƢỜNG TRONG MẠNG CẢM BIẾN KHÔNG DÂY.
- PHÂN LOẠI GIAO THỨC ĐỊNH TUYẾN ĐA ĐƢỜNG.
- ĐỊNH TUYẾN ĐA ĐƢỜNG LUÂN PHIÊN (ALTERNATIVE PATH ROUTING.
- Giao thức kết hợp nhiều đƣờng (Braided Multipath Routing.
- Giao thức định tuyến đa đƣờng truyền dữ liệu đáng tin cậy và hiệu quả năng lƣợng (Reliable and Energy-Aware Multipath Routing.
- ĐỊNH TUYẾN ĐA ĐƢỜNG ĐỒNG THỜI (Concurrent Multipath Routing) 32 2.3.1.
- Giao thức truyền số liệu đáng tin cậy (Multipath Routing Protocols for Reliable Data Transmission.
- Một số giao thức định tuyến đa đƣờng sử dụng hiệu quả các nguồn tài nguyên mạng.
- 45 CHƢƠNG 3: MÔ PHỎNG CÁC GIAO THỨC ĐỊNH TUYẾN AODV, DSDV VÀ AOMDV.
- MÔ PHỎNG GIAO THỨC ĐỊNH TUYẾN AODV, DSDV VÀ AOMDV DỰA TRÊN PHẦN MỀM NS2.
- Mô phỏng hoạt động của giao thức AOMDV.
- 22 Hình 2.1: Phân loại của giao thức định tuyến đa đƣờng hiện có trong mạng cảm biến không dây.
- 25 Hình 2.2: Phân loại các phƣơng pháp tiếp cận giao thức định tuyến đa đƣờng.
- 26 Hình 2.3: Hoạt động cơ bản của giao thức định tuyến Directed Disffusion.
- 28 Hình 2.4: Giao thức kết hợp nhiều đƣờng.
- 30 Hình 2.5: Xây dựng giao thức định tuyến đa đƣờng.
- 64 Hình 3.2: Các bƣớc xây dựng định tuyến đa đƣờng (a), (b), (c), (d), (e) và (f.
- 66 Hình 3.3: Mô phỏng thông lƣợng AODV, DSDV và AOMDV.
- 70 Hình 3.6: Các thông tin chi tiết ở nút 0 - AODV.
- 71 Hình 3.7: Các thông tin chi tiết ở nút 0 – DSDV.
- 72 Hình 3.8: Các thông tin chi tiết ở nút 0 - AOMDV.
- 72 Hình 3.9: Các thông tin về trễ theo thời gian khi gửi dữ liệu ở nút 0.
- 73 Hình 3.10: Các thông tin về trễ theo thời gian khi gửi dữ liệu ở nút 0 – AOMDV.
- 73 Hình 3.11: Các thông tin về trễ theo gói dữ liệu khi gửi dữ liệu ở nút 0.
- 75 Hình 3.14: Các thông tin về Jitter theo thời gian khi gửi dữ liệu ở nút 0 AOMDV .
- 75 Hình 3.15: Thông lƣợng khi gửi dữ liệu ở nút 0 - AODV.
- 76 Hình 3.16: Thông lƣợng khi gửi dữ liệu ở nút 0 - DSDV.
- 76 8 Hình 3.17: Thông lƣợng khi gửi dữ liệu ở nút 0 – AOMDV.
- 77 Hình 3.18: Thông lƣợng khi nhận dữ liệu ở nút 0.
- 77 Hình 3.19: Thông lƣợng khi nhận dữ liệu ở nút 0 – AOMDV.
- 79 Hình 3.22: Tổng hợp các kết quả TCP và ACK – AOMDV.
- 79 Hình 3.23: Tổng hợp các kết quả về thông tin định tuyến truyền TCP – AODV.
- 80 Hình 3.24: Tổng hợp các kết quả về thông tin định tuyến truyền TCP – DSDV.
- 81 Hình 3.25: Tổng hợp các kết quả về thông tin định tuyến truyền TCP – AOMDV .
- 81 Hình 3.26: Tổng hợp các kết quả về thông tin định tuyến truyền ACK – AODV.
- 82 Hình 3.27: Tổng hợp các kết quả về thông tin định tuyến truyền ACK – DSDV.
- 82 Hình 3.28: Tổng hợp các kết quả về thông tin định tuyến truyền ACK – AOMDV 83 9 DANH MỤC BẢNG Bảng 2.1: Tổng hợp của các giao thức định tuyến đa đƣờng luân phiên.
- 29 Bảng 2.2: Tóm tắt các giao thức định tuyến đa đƣờng đƣợc lựa chọn đƣợc thiết kế để cung cấp truyền dữ liệu đáng tin cậy.
- 34 Bảng 2.3: Tóm tắt các giao thức định tuyến đa đƣờng chủ yếu đƣợc thiết kế để cung cấp cho việc sử dụng nguồn lực hiệu quả.
- 46 Bảng 2.4: Xây dựng bảng định tuyến tại nút nguồn của AODV, AOMDV.
- 57 10 THUẬT NGỮ VIẾT TẮT ACK Acknowledgment Báo nhận AODV Ad-hoc on-demand distance vector routing Định tuyến khoảng cách véctơ theo yêu cầu tùy biến AOMDV Ad-hoc on-Demand Multipath Distance Vector Định tuyến vector khoảng cách đa đƣờng theo yêu cầu DPS Dynamic Packet State Đảm bảo dịch vụ trễ DSDV Destination Sequenced Distance Vector Định tuyến theo bảng dựa trên vesctơ khoảng cách FEC Correction Forward Error Điều chỉnh chuyển tiếp lỗi I2MR Interference-Minimized Multipath Routing Đinh tuyến đa đƣờng giảm thiểu nhiễu trên đƣờng NS2 Netwwork Simulation Mô phỏng mạng MAC Medium Access Control Điều khiển truy nhập môi trƣờng MID Multiple Interface Declaration Công bố đa giao diện MPR Multi-Point Relay Chuyển tiếp đa điểm OLSR Optimized Link State Routing Protocol Giao thức định tuyến trạng thái liên kết tối ƣu.
- QoS Quality of service Chất lƣợng dịch vụ RREP Route Reply Hồi đáp tuyến RREQ Route Request Yêu cầu tuyến RERR Route Error Lỗi tuyến TCP Transmission Control Protocol Giao thức truyền tin có hƣớng liên kết TC Topology Control Điều khiển cấu hình mạng TTL Time to live Thời gian sống UDP User Datagram Protocol Giao thức có tốc độ truyền tin nhanh WLAN Wireless Local Area Network Mạng cục bộ không dây 11 MỞ ĐẦU 1.
- Tính khoa học và tính cấp thiết của luận văn Mạng cảm biến không dây (Wireless Sensor Network) là một kết cấu hạ tầng bao gồm các thành phần cảm nhận (đo lƣờng), tính toán và truyền thông nhằm cung cấp cho ngƣời quản trị khả năng đo đạc, quan sát và tác động lại với các sự kiện, hiện tƣợng trong một môi trƣờng xác định.
- Các ứng dụng điển hình của mạng cảm biến không dây bao gồm các ứng dụng thu thập dữ liệu, theo dõi, giám sát, y học.
- Một mạng cảm biến không dây có thể bao gồm hàng trăm, hàng nghìn nút mạng.
- Các nút cảm biến đƣợc phân bố rải rác trong trƣờng cảm biến.
- Mỗi nút cảm biến có khả năng thu thập và định tuyến dữ liệu đến một điểm thu thập (Sink/Gateway) và ngƣời dùng cuối.
- Trong mạng cảm biến không dây, các nút cảm biến thực hiện đồng thời cả hai chức năng đó là.
- Chức năng sinh dữ liệu: Các nút cảm biến thu thập thông tin về các sự kiện trong trƣờng cảm biến và thực hiện việc truyền thông để gửi dữ liệu của chúng về điểm thu thập.
- Chức năng định tuyến dữ liệu: Các nút cảm biến cũng tham gia vào quá trình chuyển tiếp các bản tin nhận đƣợc từ các nút lân cận trong tuyến đƣờng đa chặng đến điểm thu thập.
- Hầu hết các ứng dụng chính của mạng cảm biến không dây là thu thập thông tin cảm nhận đƣợc trong trƣờng cảm biến nên các giao thức thu thập dữ liệu nhận đƣợc nhiều sự quan tâm nghiên cứu trong cộng đồng mạng cảm biến không dây.
- 12 Ngày nay, phƣơng pháp tiếp cận đa đƣờng định tuyến đƣợc sử dụng rộng rãi trong các mạng cảm biến không dây để cải thiện hiệu suất mạng thông qua việc sử dụng hiệu quả các nguồn tài nguyên mạng có sẵn.
- Theo đó, mục đích chính của luận văn này là trình bày các khái niệm về các phƣơng pháp tiếp cận đa tuyến và những thách thức cơ bản của nó, cũng nhƣ những động lực cơ bản cho việc sử dụng kỹ thuật này trong các mạng cảm biến không dây.
- Ngoài ra, tác giả trình bày một phân loại toàn diện trên một số giao thức định tuyến đa đƣờng hiện có, đƣợc thiết kế đặc biệt cho các mạng cảm biến không dây.
- Luận văn nghiên cứu sự phát triển của từng loại giao thức và giải thích hoạt động của các giao thức khác nhau với những ƣu điểm và nhƣợc điểm của chúng.
- So sánh và tóm tắt một số thuật kỹ thuật định tuyến đa đƣờng hiện tại đã và đang đƣợc nghiên cứu và sử dụng.
- Luận văn xác định các vấn đề mở cho nghiên cứu hơn nữa trong sự phát triển của các giao thức định tuyến đa đƣờng cho các mạng cảm biến không dây.
- Dựa trên các giao thức hiện có, cuối cùng tác giả thực hiện mô phỏng thuật toán định tuyến đơn đƣờng AODV, DSDV với định tuyến đa đƣờng AOMDV dựa trên phần mềm NS2 và một số nhật xét, đánh giá trên một số thông số cơ bản cho các mạng cảm biến.
- Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu của luận văn là các giao thức định tuyến đa đƣờng và tập trung vào một số giao thức mang lại hiệu quả về năng lƣợng trong WSN đã và đang đƣợc nghiên cứu.
- Tập trung tìm hiểu các thức hoạt động cụ thể của giao thức AODV, DSDV và mô phỏng hoạt động và so sánh với giao thức AOMDV trên phần mềm NS2.
- Phạm vi nghiên cứu của luận văn là tác giả tập trung vào các phƣơng pháp định tuyến đa đƣờng hiện có, một số giao thức định tuyến đã đƣợc cải tiến và tập trung vào sự nhận thức về năng lƣợng, thông lƣợng, độ trễ, trong mạng cảm biến không dây.
- Mục tiêu của luận văn Mục tiêu của luận văn là: Nghiên cứu các giao thức định tuyến đa đƣờng trong mạng cảm biến không dây, từ đó nghiên cứu và mô phỏng thuật toán định tuyến đơn đƣờng AODV, DSDV với định tuyến đa đƣờng AOMDV trên phần mềm NS2 và đánh giá hiệu năng của giao thức.
- Nghiên cứu về các giao thức định tuyến đa đƣờng hiện đang đƣợc áp dụng cho các mạng cảm biến, ngoài ra tác giả tập trung vào vấn đề năng lƣợng cho mạng cảm biến không dây, phân tích đánh giá và so sánh các loại giao thức định tuyến này.
- Nghiên cứu một số giao thức định tuyến đa đƣờng, một số giao thức cải tiến đã đƣợc nghiên cứu, tập trung vào giao thức AODV, DSDV và AOMDV.
- Tìm hiểu cách hoạt động và mô phỏng, đánh giá giao thức này thông qua phần mềm NS2 ■ Thực thi và phân tích đánh giá hiệu năng của giao thức dựa trên phần mềm NS2 4.
- Về nghiên cứu lý thuyết, tác giả nghiên cứu khảo sát các giao thức định tuyến đa đƣờng và tập trung vào vấn đề năng lƣợng cho mạng cảm biến không dây dựa vào các kiến thức cơ bản và các kết quả nghiên cứu lý thuyết đã đƣợc công bố.
- Tác giả thực hiện mô phỏng giao thức định tuyến AODV, DSDV, AOMDV từ đó tác giả đánh giá các kết quả dựa trên giao thức đã mô phỏng và kết luận về hiệu năng của giao thức định tuyến AODV, DSDV và AOMDV.
- Nội dung của luận văn Luận án đƣợc trình bày thành 03 chƣơng nhƣ sau: Chƣơng 1: Định tuyến đa đƣờng trong mạng cảm biến không dây.
- Chƣơng này trình bày những nghiên cứu về giao thức định tuyến đa đƣờng trong mạng cảm biến không dây, tìm hiểu các kết quả nghiên cứu khảo sát 14 và đánh giá về các giao thức định tuyến đa đƣờng trong mạng cảm biến không dây.
- Chƣơng 2: Một số giao thức định tuyến đa đường trong mạng cảm biến không dây.
- Chƣơng này tìm hiểu một số giao thức định tuyến đa đƣờng đã đƣợc nghiên cứu và đánh giá điểm ƣu, nhƣợc của các giao thức.
- Phân tích, đánh giá một số điểm mạnh, điểm yếu của một số giao thức đã và đang đƣợc nghiên cứu.
- tập trung vào giao thức AODV, DSDV và AOMDV.
- Chƣơng 3: Mô phỏng giao thức định tuyến AODV, DSDV và AOMDV.
- Giao thức này đƣợc mô phỏng nhằm đánh giá hoạt động và phân tích về một số chỉ số về hiệu năng của các nút mạng dựa trên giao thức.
- 15 CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐỊNH TUYẾN ĐA ĐƢỜNG TRONG MẠNG CẢM BIẾN KHÔNG DÂY 1.1.
- ĐỊNH TUYẾN TRONG MẠNG CẢM BIẾN KHÔNG DÂY Tiến bộ mới trong công nghệ truyền thông không dây và sản xuất các thiết bị không dây không tốn kém đã dẫn đến sự ra đời của mạng cảm biến không dây công suất thấp.
- Do dễ dàng triển khai mạng và các chức năng đặc thù của các nút cảm biến, mạng cảm biến không dây đã đƣợc sử dụng cho một loạt các ứng dụng nhƣ y tế, theo dõi mục tiêu, quan trắc môi trƣờng, và rất nhiều những lĩnh vực khác [1].
- Nhiệm vụ chính của các nút cảm biến trong mỗi ứng dụng là cảm nhận khu vực mục tiêu và truyền tải thông tin thu thập của nó đến nút nguồn.
- Vấn đề về hạn chế nguồn lực của các nút cảm biến và công suất thấp của các nút cảm biến trong kết nối không dây.[2] Kết hợp với nhu cầu hoạt động khác nhau của các ứng dụng khác nhau áp đặt nhiều thách thức trong việc thiết kế các giao thức truyền thông hiệu quả cho các mạng cảm biến không dây [3].
- Trong khi đó, việc thiết kế các giao thức định tuyến phù hợp để đáp ứng nhu cầu hoạt động khác nhau của các ứng dụng khác nhau đƣợc coi là một vấn đề quan trọng trong mạng cảm biến không dây.
- Trong bối cảnh này, các nhà nghiên cứu đã đề xuất nhiều giao thức định tuyến để cải thiện nhu cầu hiệu suất của các ứng dụng khác nhau thông qua các lớp mạng của các mạng cảm biến không.
- Hầu hết các giao thức định tuyến hiện có trong mạng cảm biến không dây đều đƣợc thiết kế dựa trên các chiến lƣợc định tuyến đơn đƣờng mà không xem xét những ảnh hƣởng của cƣờng độ tải lƣu lƣợng khác nhau.
- Mặc dù các phƣơng thức định tuyến đơn đƣờng thông qua đơn đƣờng cách tiếp cận định tuyến có thể đƣợc thực hiện với độ phức tạp tính toán tối thiểu và sử dụng nguồn lực, sự hạn chế của phƣơng thức định tuyến đơn đƣờng làm giảm thông lƣợng mạng đạt đƣợc.
- Vì vậy, do sự hạn chế nguồn lực của các nút cảm biến và công suất không cao của các kết nối không dây trong mạng cảm biến, phƣơng pháp định tuyến đơn đƣờng không thể đƣợc coi là phƣơng pháp hiệu quả để đáp ứng nhu cầu hiệu suất của các ứng dụng khác nhau.
- Để khắc phục với những hạn chế của các kỹ thuật định tuyến đơn đƣờng, một loại chiến lƣợc định tuyến, đó đƣợc gọi là phƣơng pháp định tuyến đa đƣờng đã trở thành nhƣ là một kỹ thuật đầy hứa hẹn trong cảm biến không dây.
- Việc truyền tải dữ liệu từ các khu vực mục tiêu về phía nút gốc là nhiệm vụ chính của các mạng cảm biến không dây, các phƣơng pháp đƣợc sử dụng để chuyển tiếp các gói dữ liệu giữa mỗi cặp nút nguồn - gốc là một vấn đề quan trọng cần đƣợc giải quyết trong việc phát triển các mạng này.
- Khi các nhu cầu hoạt động của các mạng cảm biến không dây đƣợc ứng dụng cụ thể, các giao thức định tuyến sẽ phải đáp ứng các yêu cầu QoS (Quality of Service) quản lý chất lƣợng dịch vụ của ứng dụng mà mạng đƣợc triển khai.
- Ví dụ, những thách thức trong việc thiết kế các giao thức định tuyến cho các ứng dụng thời gian quan trọng (ví dụ, theo dõi mục tiêu và quản lý thiên tai) là khác nhau từ các vấn đề cần đƣợc xem xét trong việc phát triển các giao thức định tuyến cho các ứng dụng khác nhau.
- Nhiều giao thức định tuyến đƣợc đề xuất trong thập kỷ qua để giải quyết những thách thức định tuyến đƣợc áp đặt bởi các tính năng mới của mạng cảm biến.
- Al-Karaki et al.[4] Phân loại các giao thức định tuyến hiện có trong mạng cảm biến không dây từ hai quan điểm khác nhau: (1) Theo cấu trúc mạng (2) Theo hoạt động của giao thức.
- Từ quan điểm cấu trúc mạng, các thuật toán định tuyến đƣợc phân loại theo cấu trúc phẳng, cấu trúc phân cấp và vị trí dựa trên các giao thức định tuyến.
- Giao thức định tuyến phẳng đƣợc thiết kế cho các mạng với các nút đồng nhất, tức là tất cả các nút mạng có khả năng xử lý và truyền tải dữ liệu giống nhau

Xem thử không khả dụng, vui lòng xem tại trang nguồn
hoặc xem Tóm tắt