- 79 Định tuyến tin cậy trong mạng cảm biến không dây Đỗ Thị Hằng – KTVT2014A v DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1 Các thành phần của một nút cảm biến [1. - Cấu trúc mạng cảm biến không dây. - 9 Hình 1.8 Kiến trúc giao thức của mạng cảm biến không dây. - Ứng dụng của cảm biến không dây trong giám sát và bảo vệ môi trường [7. - Ứng dụng cảm biến không dây trong y tế [7. - Ứng dụng cảm biến không dây trong gia đình [7. - Ứng dụng cảm biến không dây trong hệ thống giao thông thông minh [7]16 Hình 1.13. - Ứng dụng cảm biến không dây trong quân sự [7. - Ứng dụng cảm biến không dây trong công nghiệp [7. - Các loại giao thức định tuyến trong mạng cảm biến không dây WSN [5. - 49 Định tuyến tin cậy trong mạng cảm biến không dây Đỗ Thị Hằng – KTVT2014A vi Hình 3.2. - 82 Định tuyến tin cậy trong mạng cảm biến không dây Đỗ Thị Hằng – KTVT2014A vii MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN. - 1 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ MẠNG CẢM BIẾN KHÔNG DÂY. - Cấu trúc nút cảm biến không dây. - Kiến trúc giao thức của mạng cảm biến không dây. - Ứng dụng của mạng cảm biến không dây. - 18 CHƯƠNG 2: ĐỊNH TUYẾN TRONG MẠNG CẢM BIẾN KHÔNG DÂY. - 19 Định tuyến tin cậy trong mạng cảm biến không dây Đỗ Thị Hằng – KTVT2014A viii 2.1. - Mô hình dữ liệu trong mạng cảm biến. - Phân loại các giao thức định tuyến trong mạng cảm biến không dây 21 2.2. - 41 CHƯƠNG 3: ĐỊNH TUYẾN TIN CẬY TRONG MẠNG CẢM BIẾN KHÔNG DÂY. - Tổng quan về định tuyến tin cậy trong mạng cảm biến không dây. - Các thuật toán định tuyến tin cậy trong mạng cảm biến không dây. - 49 Định tuyến tin cậy trong mạng cảm biến không dây Đỗ Thị Hằng – KTVT2014A ix 3.2.3. - Định tuyến tin cậy trong mạng cảm biến không dây Đỗ Thị Hằng – KTVT2014A 2 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ MẠNG CẢM BIẾN KHÔNG DÂY 1.1. - Các nút cảm biến này yêu cầu tiêu thụ công suất thấp. - Định tuyến tin cậy trong mạng cảm biến không dây Đỗ Thị Hằng – KTVT2014A 3 Mạng cảm biến có một số đặc điểm sau. - Hình 1.1 Các thành phần của một nút cảm biến [1] Các thiết bị cảm biến thông thường bao gồm hai thành phần cấu thành: vi mạch cảm biến và bộ chuyển đổi tương tự-số (ADC). - Định tuyến tin cậy trong mạng cảm biến không dây Đỗ Thị Hằng – KTVT2014A 5 Hình 1.2 Minh họa nguyên lý hoạt động của MFC Hình 1.3 Cấu tạo Ultra-Capacitor MFC là loại pin có mật độ năng lượng cao rất thích hợp khi thiết kế nguồn năng lượng cho các nút cảm biến. - Siêu tụ, bản chất là tụ điện, vẫn giữ được đặc tính này, do đó siêu tụ có mật độ công suất rất Định tuyến tin cậy trong mạng cảm biến không dây Đỗ Thị Hằng – KTVT2014A 6 lớn. - Cấu trúc mạng cảm biến không dây Hình 1.4. - Định tuyến tin cậy trong mạng cảm biến không dây Đỗ Thị Hằng – KTVT2014A 9 Hình 1.6 Cấu trúc mạng phân cấp [7] Trong cấu trúc này các nút tạo thành một hệ thống cấp bậc mà ở đó mỗi nút ở một mức xác định thực hiện các nhiệm vụ đã định sẵn. - Định tuyến trong mạng cảm biến không dây. - Định tuyến tin cậy trong mạng cảm biến không dây Đỗ Thị Hằng – KTVT2014A 13 Hình 1.9. - Định tuyến tin cậy trong mạng cảm biến không dây Đỗ Thị Hằng – KTVT2014A 14 Hình 1.10. - Định tuyến tin cậy trong mạng cảm biến không dây Đỗ Thị Hằng – KTVT2014A 15 Hình 1.11. - Ứng dụng cảm biến không dây trong hệ thống giao thông thông minh [7] 1.5.5. - Định tuyến tin cậy trong mạng cảm biến không dây Đỗ Thị Hằng – KTVT2014A 17 Hình 1.13. - Định tuyến tin cậy trong mạng cảm biến không dây Đỗ Thị Hằng – KTVT2014A 18 1.5.6. - Ứng dụng cảm biến không dây trong công nghiệp [7] Trong hình 1.14, các nút cảm biến kết nối thành mạng lưới gửi dữ liệu đến nút trung tâm. - Định tuyến tin cậy trong mạng cảm biến không dây Đỗ Thị Hằng – KTVT2014A 19 CHƯƠNG 2: ĐỊNH TUYẾN TRONG MẠNG CẢM BIẾN KHÔNG DÂY 2.1. - Mô hình dữ liệu trong mạng cảm biến Mô hình dữ liệu mô tả luồng thông tin giữa các nút cảm biến và các trạm cơ sở. - Trong định tuyến đa chặng của mạng cảm biến không dây, các nút trung gian đóng vai trò chuyển tiếp dữ liệu giữa nguồn và đích. - Việc xác định xem tập hợp các nút nào tạo thành đường dẫn chuyển tiếp dữ liệu Định tuyến tin cậy trong mạng cảm biến không dây Đỗ Thị Hằng – KTVT2014A 21 giữa nguồn và đích là một nhiệm vụ quan trọng trong thuật toán định tuyến. - Hình 2.2 tóm tắt lại các loại giao thức định tuyến được sử dụng trong mạng cảm biến không dây WSN. - Định tuyến tin cậy trong mạng cảm biến không dây Đỗ Thị Hằng – KTVT2014A 22 2.2.1.1. - Quá trình bắt tay ba bước của SPIN Định tuyến tin cậy trong mạng cảm biến không dây Đỗ Thị Hằng – KTVT2014A 23 Hình 2.4. - Giao thức Directed Diffusion Định tuyến tin cậy trong mạng cảm biến không dây Đỗ Thị Hằng – KTVT2014A 24 Giao thức Directed Diffusion (tạm dịch: giao thức truyền tin trực tiếp) sử dụng lược đồ tập trung dữ liệu và các nút đều biết về ứng dụng. - Vì thế nhờ việc sử dụng các thông tin yêu cầu và gradient, chúng thiết lập được các Định tuyến tin cậy trong mạng cảm biến không dây Đỗ Thị Hằng – KTVT2014A 25 đường truyền giữa trạm gốc và các nguồn. - Giao thức LEACH LEACH (Low-Energy Adaptive Clustering Hierarchy) là một trong số những cách tiếp cận định tuyến phân cấp đầu tiên cho mạng cảm biến không dây. - Việc này sẽ tiết kiệm năng lượng vì quá trình truyền chỉ cần thực hiện bằng các nút chủ của cụm thay cho việc sử Định tuyến tin cậy trong mạng cảm biến không dây Đỗ Thị Hằng – KTVT2014A 26 dụng tất cả các nút cảm biến. - Trong giao thức này các nút cảm biến liên tục cảm nhận môi trường, nhưng gửi dữ liệu không thường xuyên. - Định tuyến tin cậy trong mạng cảm biến không dây Đỗ Thị Hằng – KTVT2014A 29 Hình 2.7. - Định tuyến tin cậy trong mạng cảm biến không dây Đỗ Thị Hằng – KTVT2014A 30 Hình 2.8. - Pha thành lập cụm và thuật toán lựa chọn cụm trưởng: Định tuyến tin cậy trong mạng cảm biến không dây Đỗ Thị Hằng – KTVT2014A 32 Ban đầu, tất cả các nút mạng ở trạng thái nghỉ để tiết kiệm năng lượng. - Thuật toán ở đây đảm bảo nút với mức năng lượng còn lại lớn nhất và gần Định tuyến tin cậy trong mạng cảm biến không dây Đỗ Thị Hằng – KTVT2014A 33 nhất với sự kiện xảy ra được lựa chọn làm cụm trưởng. - Định tuyến tin cậy trong mạng cảm biến không dây Đỗ Thị Hằng – KTVT2014A 34 Hình 2.10. - Hàm được định nghĩa như sau: (2.2) Định tuyến tin cậy trong mạng cảm biến không dây Đỗ Thị Hằng – KTVT2014A 36 Trong đó: ERes(j. - Các nút cảm biến được đánh địa chỉ theo vị trí của chúng. - Trong giao thức này, toàn bộ mạng Định tuyến tin cậy trong mạng cảm biến không dây Đỗ Thị Hằng – KTVT2014A 37 sẽ được chia thành các khu vực cố định và hình thành lưới ảo. - Giao thức này dùng sự nhận biết về năng lượng và thông tin vị trí của các nút lân cận để định Định tuyến tin cậy trong mạng cảm biến không dây Đỗ Thị Hằng – KTVT2014A 38 tuyến bản tin truy vấn về vùng đích. - Định tuyến tin cậy trong mạng cảm biến không dây Đỗ Thị Hằng – KTVT2014A 39 2.3.1.2. - Trong giao thức này, Trạm gốc gửi bản tin interest tới các nút cảm biến trong mạng. - Khi đó sẽ hình thành các đường Định tuyến tin cậy trong mạng cảm biến không dây Đỗ Thị Hằng – KTVT2014A 40 để gửi dữ liệu (hoặc theo một đường riêng hoặc qua đường mà tác nhân đã thiết lập). - Giao thức xử lí kết hợp và không kết hợp Xử lí dữ liệu là một thành phần trong hoạt động của mạng cảm biến không dây. - Nhìn chung các nút cảm biến sẽ kết hợp với nhau trong quá trình xử lí dữ liệu khác Định tuyến tin cậy trong mạng cảm biến không dây Đỗ Thị Hằng – KTVT2014A 41 nhau khi truyền trong mạng. - Định tuyến tin cậy trong mạng cảm biến không dây Đỗ Thị Hằng – KTVT2014A 42 CHƯƠNG 3: ĐỊNH TUYẾN TIN CẬY TRONG MẠNG CẢM BIẾN KHÔNG DÂY 3.1. - Xét một mạng cảm biến không dây được triển khai trong giám sát và phòng chống cháy rừng. - Một cách đầy đủ, tính tin cậy của một giao thức định tuyến trong mạng cảm biến không dây có thể thể hiện qua các yếu tố sau. - Các giao thức định tuyến khác chưa đề cập nhiều tới vấn đề Định tuyến tin cậy trong mạng cảm biến không dây Đỗ Thị Hằng – KTVT2014A 44 định tuyến tin cậy. - Phần tiếp theo của chương này sẽ trình bày một số thuật toán định tuyến tin cậy trong mạng cảm biến không dây. - Giao thức đánh giá độ tin cậy của một tuyến kết nối dựa trên bộ tham số (m, k) Định tuyến tin cậy trong mạng cảm biến không dây Đỗ Thị Hằng – KTVT2014A 45 Bộ tham số (m, k) được đề xuất lần đầu tiên bởi M. - Định tuyến tin cậy trong mạng cảm biến không dây Đỗ Thị Hằng – KTVT2014A 46 Ban đầu, mỗi nút đặt giá trị số chặng của chúng lớn hơn giá trị số chặng lớn nhất trong toàn mạng, ví dụ bằng 1000. - Định tuyến tin cậy trong mạng cảm biến không dây Đỗ Thị Hằng – KTVT2014A 47 Cuối cùng, sau toàn bộ quá trình trên mỗi nút trong mạng cảm biến có thể tính được số chặng tối thiểu từ chúng tới nút chủ và biết được tập các nút chuyển tiếp tương ứng. - Định tuyến tin cậy trong mạng cảm biến không dây Đỗ Thị Hằng – KTVT2014A 49 Hình 3.1. - Đây là kiểu thuật toán định tuyến đa đường dựa trên quá trình Định tuyến tin cậy trong mạng cảm biến không dây Đỗ Thị Hằng – KTVT2014A 50 chuyển tiếp nhãn. - Hình 3.2 minh họa quá trình truyền nhãn trong mạng cảm biến. - Định tuyến tin cậy trong mạng cảm biến không dây Đỗ Thị Hằng – KTVT2014A 52 Hình 3.3. - Định tuyến tin cậy trong mạng cảm biến không dây Đỗ Thị Hằng – KTVT2014A 53 Hình 3.4. - Hình 3.5 chỉ ra quá trình phân phối nhãn trong toàn mạng cảm biến. - Định tuyến tin cậy trong mạng cảm biến không dây Đỗ Thị Hằng – KTVT2014A 55 Hình 3.7 minh họa quá trình bản tin yêu cầu REQ được truyền ngược lại từ nút chủ tới nút nguồn theo con dường SINK S). - Định tuyến tin cậy trong mạng cảm biến không dây Đỗ Thị Hằng – KTVT2014A 56 Hình 3.8. - Định tuyến tin cậy trong mạng cảm biến không dây Đỗ Thị Hằng – KTVT2014A 57 Hoặc cho tới khi không thể thiết lập được đường chuyển tiếp nhãn mới độc lập. - Định tuyến tin cậy trong mạng cảm biến không dây Đỗ Thị Hằng – KTVT2014A 58 Hình 3.11. - Nếu trong bảng định tuyến không có một đường truyền nào từ Định tuyến tin cậy trong mạng cảm biến không dây Đỗ Thị Hằng – KTVT2014A 60 nút chủ tới nút nguồn, thì nút chủ sẽ tiến hành quá trình tìm kiếm đường truyền dẫn dịch vụ (SPD). - Quá trình lưu trữ năng lượng đường truyền dẫn có liên quan tới năng lượng của các nút cảm biến trên đường truyền đó. - Định tuyến tin cậy trong mạng cảm biến không dây Đỗ Thị Hằng – KTVT2014A 62 Hình 3.13. - Đầu tiên, nút trung gian kiểm tra phần Định tuyến tin cậy trong mạng cảm biến không dây Đỗ Thị Hằng – KTVT2014A 63 năng lượng sẵn có của nó. - Mối quan hệ giữa Ei và prbd Định tuyến tin cậy trong mạng cảm biến không dây Đỗ Thị Hằng – KTVT2014A 64 Giá trị của prbd biểu thị trạng thái năng lượng của một nút cảm biến. - Giá trị này càng nhỏ thì năng lượng của nút cảm biến càng nhiều. - Lưu trữ năng lượng đường truyền dẫn liên quan trực tiếp tới vấn đề năng lượng của các nút cảm biến. - Yêu Định tuyến tin cậy trong mạng cảm biến không dây Đỗ Thị Hằng – KTVT2014A 65 cầu này sẽ được truyền định hướng từ nút nguồn tới nút chủ dọc theo đường truyền dẫn dịch vụ. - Kết nối mạng Định tuyến tin cậy trong mạng cảm biến không dây Đỗ Thị Hằng – KTVT2014A 66 Hình 3.15.b. - Do bộ nhớ rất hạn chế, các nút cảm biến sẽ làm mất một lượng lớn dữ liệu quan trọng. - Định tuyến tin cậy trong mạng cảm biến không dây Đỗ Thị Hằng – KTVT2014A 68 Quá trình tìm đường truyền dự phòng được tiến hành khi một nút chủ nhận thấy rằng không có bất kỳ đường dự phòng nào tới nó. - Đồng thời với quá trình trên, nút chủ cũng bắt đầu một quá trình tìm đường chính mới khi Định tuyến tin cậy trong mạng cảm biến không dây Đỗ Thị Hằng – KTVT2014A 76 nó nhận được bản tin cảnh báo lỗi. - Định tuyến tin cậy trong mạng cảm biến không dây Đỗ Thị Hằng – KTVT2014A 81 Hình 3.19. - Ngoài ra luận văn cũng đã trình bày một số giao thức định tuyến thông thường và các giao thức định tuyến tin cậy trong mạng cảm biến không dây. - Em xin chân thành cảm ơn! Học viên Đỗ Thị Hằng Định tuyến tin cậy trong mạng cảm biến không dây Đỗ Thị Hằng – KTVT2014A 84 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1]. - Định tuyến tin cậy trong mạng cảm biến không dây Đỗ Thị Hằng – KTVT2014A 85 [12]
Xem thử không khả dụng, vui lòng xem tại trang nguồn hoặc xem
Tóm tắt