Đang tải... (xem toàn văn)
MỤC LỤC DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT ..................................................v DANH MỤC CÁC BẢNG...........................................................................................vi DANH MỤC CÁC HÌNH ..........................................................................................vii MỞ ĐẦU .....................................................................................................................1 CHƯƠNG 1: ẢO HÓA TRONG MẠNG CẢM BIẾN KHÔNG DÂY .........................3 1.1 Tổng quan về mạng cảm biến không dây (WSN) .............................................3 1.1.1 Giới thiệu chung .........................................................................................3 1.1.2 Đặc điểm của mạng cảm biến không dây ...................................................4 1.1.3 Ứng dụng của mạng cảm biến không dây ..................................................5 1.2 Ảo hóa mạng cảm biến không dây ....................................................................8 1.2.1 Khái niệm....................................................................................................8 1.2.2 Mục tiêu của ảo hóa ...................................................................................9 1.2.3 Kiến trúc của mạng cảm biến không dây ảo hóa .....................................10 1.3 Một số lớp ứng dụng của mạng cảm biến không dây ảo hóa ..........................13 CHƯƠNG 2: GIAO THỨC ĐỊNH TUYẾN DÙNG CHO MẠNG CẢM BIẾN KHÔNG DÂY ẢO HÓA............................................................................................18 2.1 Định tuyến trong mạng cảm biến không dây ..................................................18 2.1.1 Thách thức của định tuyến trong mạng cảm biến không dây ...................18 2.1.2 Các giao thức định tuyến trong mạng cảm biến không dây .....................20 2.2 Giao thức EMRP .............................................................................................23 2.2.1 Pha thiết lập..............................................................................................23 2.2.2 Pha thành lập nhóm và chọn nhóm trưởng ..............................................25 2.2.3 Pha truyền tải dữ liệu ...............................................................................26 2.3 Định tuyến trong mạng cảm biến không dây ảo hóa .......................................30 2.4 Cải tiến EMRP dùng cho mạng cảm biến không dây ảo hóa ..........................34 2.4.1 Pha khởi tạo..............................................................................................35 2.4.2 Pha thành lập nhóm..................................................................................36 iv 2.4.3 Pha truyền dữ liệu ....................................................................................36 CHƯƠNG 3: CÀI ĐẶT, ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ MÔ PHỎNG .................................38 3.1 Công cụ mô phỏng OMNeT++ .......................................................................38 3.1.1 Mô hình mô phỏng trong OMNeT++ .......................................................39 3.1.2 Xây dựng và chạy thử mô hình mô phỏng ................................................41 3.2 Kịch bản mô phỏng .........................................................................................42 3.2.1 Thiết kế kich bản mô phỏng 1 ...................................................................43 3.2.2 Thiết kế kich bản mô phỏng 2 ...................................................................43 3.3 Cài đặt mô phỏng.............................................................................................44 3.3.1 Cài đặt OMNeT++:..................................................................................44 3.3.2 Xây dựng chương trình mô phỏng ............................................................46 3.4 Thử nghiệm và đánh giá kết quả .....................................................................49 3.4.1 Mô phỏng thử nghiệm...............................................................................49 3.4.2 Phân tích kết quả mô phỏng .....................................................................51 3.4.3 Đánh giá kết quả và hướng phát triển ......................................................53 KẾT LUẬN ................................................................................................................55 DANH MỤC CÁC TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................57 v DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT Từ viết tắt Viết đầy đủ BS Base Station CH Cluster Head EMRP Energy-Awared Meshed Routing Protocol GPS Global Positioning System HEED A hybrid, Energy-efficient, Distributed Clustering Approach for Ad-hoc Networks LEACH Low Energy Adaptive Clustering Hierarchy LLNs Low power and lossy networks OEDSR Optimized Energy-Delay Sub-network Routing OMNeT++ Objective Modular Network Tested in C++ PEGASIS Power-Efficient Gathering in Sensor Information Systems SGR Sensor Gateway Router SInP Sensor Infrastructure Provider TEEN Threshold-Sensitive Energy Efficient Protocols VSGR Vitual Sensor Gateway Router VSN Virtual Sensor Network VITRO Virtualized dIsTributed platform of smart Object SVNSP Sensor Virtualization Network Service Provider WSN Wireless Sensor Network vi DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 3.1 – Thời gian sống toàn mạng và thời gian nút đầu tiên hết năng lượng trong kịch bản mô phỏng 1 .................................................................................................51 Bảng 3.2 – Tỉ lệ lỗi truyển gói tin của mỗi mạng ảo trong kịch bản mô phỏng 1 ....52 Bảng 3.3 – Thời gian sống toàn mạng và thời gian nút đầu tiên hết năng lượng trong kịch bản mô phỏng 2 .................................................................................................52 Bảng 3.4 – Tỉ lệ lỗi truyển gói tin của mỗi mạng ảo trong kịch bản mô phỏng 2 ....52 vii DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 1.1 - Kiến trúc mạng VSN................................................................................11 Hình 1.2 - Ứng dụng bao phủ các không gian địa lý, các nút khác nhau bao phủ cùng một vùng địa lý và hợp tác với nhau để truyền dữ liệu từ nguồn (A1) về đích (S) ..............................................................................................................................13 Hình 1.3 – Sự hợp tác của các đối tượng thông minh trên các domain quản lý WSN khác nhau và các mạng phân tán về địa lý ................................................................14 Hình 1.4 – Mạng cảm biến ảo hình thành theo yêu cầu theo dõi sự phân bố không gian của một luồng hóa chất......................................................................................15 Hình 1.5 - Ứng dụng phân tách logic của mạng cảm biến đa mục đích với 2 mạng ảo giám sát 2 thông số khác nhau..............................................................................16 Hình 2.1 - Mô hình mạng EMRP với liên kết dạng lưới sau pha thiết lập ...............24 Hình 2.2 - Mô hình mạng hai mức liên kết trong EMRP..........................................27 Hình 2.3 - Lưu đồ hoạt động pha truyền tải dữ liệu của EMRP ...............................29 Hình 3.1 – Cấu trúc module NED .............................................................................40 Hình 3.2 – Start OMNet ++ ......................................................................................45 Hình 3.3 – Giao diện IDE của OMNeT++................................................................45 Hình 3.4 – Thông số cấu hình trong file omnetpp.ini ...............................................50 Hình 3.5 – Quá trình mô phỏng ................................................................................50 1 MỞ ĐẦU Hiện nay, rất nhiều mạng cảm biến không dây (Wireless Sensor Network - WSN) đã và đang được phát triển và chiếm vai trò rất quan trọng trong nhiều ứng dụng như: quản lý ngôi nhà thông minh, chăm sóc sức khỏe và tự động hóa trong công nghiệp…. Tuy nhiên các WSN truyền thống chỉ cho phép chạy một ứng dụng trên nó và không thể kết hợp trong WSN với các bộ cảm biến không đồng nhất để thực hiện một nhiệm vụ chung. Vì vậy để khắc phục nhược điểm này người ta đưa ra khái niệm mới là ảo hóa mạng cảm biến không dây (VSN). Ảo hóa mạng cảm biến không dây là việc cho phép nhiều mạng cảm biến không đồng nhất có thể cùng tồn tại trên một hạ tầng vật lý, khiến cho các mạng trở nên linh hoạt, đáp ứng được mục tiêu đa dạng khác nhau của nhiều loại dịch vụ. Cho tới thời điểm hiện nay, những nghiên cứu về vấn đề ảo hóa trong mạng cảm biến không dây chưa có nhiều. Đây là một đề tài tương đối mới, nhưng lại có tầm quan trọng không hề nhỏ vì những lợi ích thiết thực mà ảo hóa có thể mang lại. Việc cho phép nhiều mạng cảm biến không đồng nhất có thể cùng tồn tại trên một hạ tầng vật lý sẽ đem lại hiệu quả về mặt tiết kiệm chi phí phần cứng, chi phí quản lý… cho các ứng dụng triển khai. Việc ảo hóa mạng cảm biến không dây còn tạo ra sự linh hoạt, đa dạng và được ứng dụng trong nhiều trường hợp tương đối phức tạp mà mạng cảm biến không dây thông thường khó có thể đáp ứng được. Vấn đề định tuyến trong ảo hóa mạng cảm biến không dây sao cho phù hợp với các yêu cầu như khả năng mở rộng, tiết kiệm năng lượng… đặt ra những thách thức không nhỏ bởi các giao thức định tuyến cần có thêm một số yêu c ầu riêng so với các giao thức định tuyến không có ảo hóa để đáp ứng được những yêu cầu mà ảo hóa đặt ra. Chính vì vậy, cần phải có những thay đổi nhất định trên các giao thức định tuyến để chúng có thể được sử dụng trong mạng cảm biến không dây ảo hóa . Do đó trong luận văn này, em sẽ dựa vào giao thức định tuyến EMRP – là giao thức 2 định đường đa kênh có tối ưu năng lượng , cải tiến nó để đáp ứng được các yêu cầu của mạng cảm biến không dây ảo hóa. Nội dung của luận văn được tổ chức như sau: CHƯƠNG 1: ẢO HÓA TRONG MẠNG CẢM BIẾN KHÔNG DÂY Chương này sẽ trình bày một số lý thuyết cơ bản về mạng cảm biến không dây, đặc điểm của mạng cảm biến không dây và ứng dụng của mạng cảm biến không dây. Trên cơ sở đó, trình bày một số lý thuyết về ảo hóa mạng cảm biến không dây, kiến trúc chung của mạng cảm biến không dây ảo hóa, mục tiêu của ảo hóa và một số ứng dụng của mạng cảm biến không dây ảo hóa. CHƯƠNG 2: GIAO THỨC ĐỊNH TUYẾN DÙNG CHO MẠNG CẢM BIẾN KHÔNG DÂY ẢO HÓA Chương này sẽ trình bày về các đặc
HỌC VIỆN CƠNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THƠNG - PHẠM MINH TUẤN ĐỊNH TUYẾN TRONG MẠNG CẢM BIẾN KHÔNG DÂY ẢO HĨA Chun ngành: Hệ thống thơng tin Mã số: 60.48.01.04 LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC : PGS.TS ĐẶNG VĂN CHUYẾT HÀ NỘI - 2014 i LỜI CAM ĐOAN Tôi - Phạm Minh Tuấn - cam đoan cơng trình nghiên cứu thân hướng dẫn PGS.TS Đặng Văn Chuyết Các số liệu, kết nêu luận văn trung thực chưa công bố cơng trình khác Tác giả luận văn Phạm Minh Tuấn ii LỜI CẢM ƠN Để hoàn thành luận văn, nghiên cứu cố gắng thân, em xin gửi lờ i cảm ơn tới PGS.TS Đặng Văn Chuyết (Viện Công nghệ Thông tin Truyền thông – trường đại học Bách Khoa Hà Nội) giáo viên trực tiếp hướng dẫn tận tình bảo định hướng cho em tr ong suốt trình thực luận văn Em xin gửi lời cảm ơn tới T S Ngô Quỳnh Thu (bộ mơn Truyền thơng Mạng máy tính – Viện Công nghệ Thông tin Truyền thông, trường đại học Bách Khoa Hà Nội) giúp đỡ em trình nghiên cứu Em xin gửi lời cảm ơn chân thành cảm ơn tất thầy cô giáo Học viện Cơng nghệ Bưu Viễn thơng giảng dạy dìu dắt em trong su ốt q trình học tập trường từ cịn học đại học sau đại học Cuối cùng, em xin gửi lời cảm ơn tới lãnh đạo VNPT Cao Bằng, gia đình, bạn bè người bên cổ vũ tinh thần, tạo điều kiện thuận lợi cho em để em học tập tốt Em xin chân thành cảm ơn! iii MỤC LỤC DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT v DANH MỤC CÁC BẢNG vi DANH MỤC CÁC HÌNH vii MỞ ĐẦU .1 CHƯƠNG 1: ẢO HÓA TRONG MẠNG CẢM BIẾN KHÔNG DÂY 1.1 Tổng quan mạng cảm biến không dây (WSN) .3 1.1.1 Giới thiệu chung 1.1.2 Đặc điểm mạng cảm biến không dây 1.1.3 Ứng dụng mạng cảm biến không dây 1.2 Ảo hóa mạng cảm biến khơng dây 1.2.1 Khái niệm 1.2.2 Mục tiêu ảo hóa 1.2.3 Kiến trúc mạng cảm biến khơng dây ảo hóa .10 1.3 Một số lớp ứng dụng mạng cảm biến không dây ảo hóa 13 CHƯƠNG 2: GIAO THỨC ĐỊNH TUYẾN DÙNG CHO MẠNG CẢM BIẾN KHÔNG DÂY ẢO HÓA 18 2.1 Định tuyến mạng cảm biến không dây 18 2.1.1 Thách thức định tuyến mạng cảm biến không dây 18 2.1.2 Các giao thức định tuyến mạng cảm biến không dây .20 2.2 Giao thức EMRP .23 2.2.1 Pha thiết lập 23 2.2.2 Pha thành lập nhóm chọn nhóm trưởng 25 2.2.3 Pha truyền tải liệu .26 2.3 Định tuyến mạng cảm biến khơng dây ảo hóa .30 2.4 Cải tiến EMRP dùng cho mạng cảm biến không dây ảo hóa 34 2.4.1 Pha khởi tạo 35 2.4.2 Pha thành lập nhóm 36 iv 2.4.3 Pha truyền liệu 36 CHƯƠNG 3: CÀI ĐẶT, ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ MÔ PHỎNG 38 3.1 Công cụ mô OMNeT++ .38 3.1.1 Mơ hình mơ OMNeT++ .39 3.1.2 Xây dựng chạy thử mơ hình mơ p hỏng 41 3.2 Kịch mô 42 3.2.1 Thiết kế kich mô 43 3.2.2 Thiết kế kich mô 43 3.3 Cài đặt mô .44 3.3.1 Cài đặt OMNeT++: 44 3.3.2 Xây dựng chương trình mơ 46 3.4 Thử nghiệm đánh giá kết .49 3.4.1 Mô thử nghiệm .49 3.4.2 Phân tích kết mô .51 3.4.3 Đánh giá kết hướng phát triển 53 KẾT LUẬN 55 DANH MỤC CÁC TÀI LIỆU THAM KHẢO 57 v DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT Từ viết tắt Viết đầy đủ BS Base Station CH Cluster Head EMRP Energy-Awared Meshed Routing Protocol GPS Global Positioning System HEED A hybrid, Energy-efficient, Distributed Clustering Approach for Ad-hoc Networks LEACH Low Energy Adaptive Clustering Hierarchy LLNs Low power and lossy networks OEDSR Optimized Energy-Delay Sub-network Routing OMNeT++ Objective Modular Network Tested in C++ PEGASIS Power-Efficient Gathering in Sensor Information Systems SGR Sensor Gateway Router SInP Sensor Infrastructure Provider TEEN Threshold-Sensitive Energy Efficient Protocols VSGR Vitual Sensor Gateway Router VSN Virtual Sensor Network VITRO Virtualized dIsTributed platform of smart Object SVNSP Sensor Virtualization Network Service Provider WSN Wireless Sensor Network vi DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 3.1 – Thời gian sống toàn mạng thời gian nút hết lượng kịch mô 51 Bảng 3.2 – Tỉ lệ lỗi truyển gói tin mạng ảo kịch mơ 52 Bảng 3.3 – Thời gian sống toàn mạng thời gian nút hết lượng kịch mô 52 Bảng 3.4 – Tỉ lệ lỗi truyển gói tin mạng ảo kịch mô 52 vii DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 1.1 - Kiến trúc mạng VSN 11 Hình 1.2 - Ứng dụng bao phủ khơng gian địa lý, nút khác bao phủ vùng địa lý hợp tác với để truyền liệu từ nguồn (A1) đích (S) 13 Hình 1.3 – Sự hợp tác đối tượng thông minh domain quản lý WSN khác mạng phân tán địa lý 14 Hình 1.4 – Mạng cảm biến ảo hình thành theo yêu cầu theo dõi phân bố không gian luồng hóa chất 15 Hình 1.5 - Ứng dụng phân tách logic mạng cảm biến đa mục đích với mạng ảo giám sát thơng số khác 16 Hình 2.1 - Mơ hình mạng EMRP với liên kết dạng lưới sau pha thiết lập .24 Hình 2.2 - Mơ hình mạng hai mức liên kết EMRP 27 Hình 2.3 - Lưu đồ hoạt động pha truyền tải liệu EMRP .29 Hình 3.1 – Cấu trúc module NED .40 Hình 3.2 – Start OMNet ++ 45 Hình 3.3 – Giao diện IDE OMNeT++ 45 Hình 3.4 – Thơng số cấu hình file omnetpp.ini .50 Hình 3.5 – Q trình mơ 50 MỞ ĐẦU Hiện nay, nhiều mạng cảm biến không dây (Wireless Sensor Network WSN) phát triển chiếm vai trò quan trọng nhiều ứng dụng như: quản lý nhà thơng minh, chăm sóc sức khỏe tự động hóa công nghiệp… Tuy nhiên WSN truyền thống cho phép chạy ứng dụng khơng thể kết hợp WSN với cảm biến không đồng để thực nhiệm vụ chung Vì để khắc phục nhược điểm người ta đưa khái niệm ảo hóa mạng cảm biến khơng dây (VSN) Ảo hóa mạng cảm biến khơng dây việc cho phép nhiề u mạng cảm biến khơng đồng tồn hạ tầng vật lý, khiến cho mạng trở nên linh hoạt, đáp ứng mục tiêu đa dạng khác nhiều loại dịch vụ Cho tới thời điểm nay, nghiên cứu vấn đề ảo hóa mạng cảm biến khơng dây chưa có nhiều Đây đề tài tương đối mới, lại có tầm quan trọng khơng nhỏ lợi ích thiết thực mà ảo hóa mang lại V iệc cho phép nhiều mạng cảm biến không đồng tồn hạ tầng vật lý đem lại hiệu mặt tiết kiệm chi phí phần cứng, chi phí quản lý… cho ứng dụng triển khai Việc ảo hóa mạng cảm biến khơng dây cịn tạo linh hoạt, đa dạng ứng dụng nhiều trường hợp tương đối phức tạp mà mạng cảm biến không dây th ông thường khó đáp ứng Vấn đề định tuyến ảo hóa mạng cảm biến khơng dây cho phù hợp với yêu cầu khả mở rộng, tiết kiệm lượng… đặt thách thức không nhỏ giao thức định tuyến cần có thêm số yêu c ầu riêng so với giao thức định tuyến khơng có ảo hóa để đáp ứng yêu cầu mà ảo hóa đặt Chính vậy, cần phải có thay đổi định giao thức định tuyến để chúng sử dụng mạng cảm biến khơng dây ảo hóa Do luận văn này, em dựa vào giao thức định tuyến EMRP – giao thức định đường đa kênh có tối ưu lượng , cải tiến để đáp ứng yêu cầu mạng cảm biến không dây ảo hóa Nội dung luận văn tổ chức sau: CHƯƠNG 1: ẢO HÓA TRONG MẠNG CẢM BIẾN KHƠNG DÂY Chương trình bày số lý thuyết mạng cảm biến không dây, đặc điểm mạng cảm biến không dây ứng dụng mạng cảm biến khơng dây Trên sở đó, trình bày số lý thuyết ảo hóa mạng cảm biến không dây, kiến trúc chung mạng cảm biến khơng dây ảo hóa, mục tiêu ảo hóa số ứng dụng mạng cảm biến không dây ảo hóa CHƯƠNG 2: GIAO THỨC ĐỊNH TUYẾN DÙNG CHO MẠNG CẢM BIẾN KHƠNG DÂY ẢO HĨA Chương trình bày đặc điểm khác biệt c yêu cầu định tuyến mạng cảm biến không dây so với định tuyến mạng thông thường Trình bày yêu cầu định tuyến mạng cảm biến khơng dây ảo hóa Giới thiệu giao thức định tuyến EMRP cải tiến EMRP dùng cho ảo hóa CHƯƠNG 3: CÀI ĐẶT, ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ MƠ PHỎNG Thiết kế kịch mô phỏng, thiết lập mạng, thông số định tuyến xây dựng hàm mục tiêu cho kịch mô Lựa chọn công cụ mô cài đặt thử nghiệm đánh giá kết Do thời gian thực có hạn, đề tài nghiên cứu vấn đề tương đối chắn cịn nhiều thiếu sót cần sửa chữa bổ sung Em mong nhận giúp đỡ ý kiến đóng góp q báu thầy bạn bè để em tiếp tục hồn thiện đề tài 44 Tương tự, hàm chọn nhóm trưởng ứng dụng F1 CH F2CH, nút chọn làm nhóm trưởng nút có giá trị F1 CH F2CH lớn Hàm chọn nút chuyển tiếp ứng dụng F1, F2, nút chọn làm nút chuyển tiếp nút dự trữ nút có giá trị hàm F1 F2 lớn lớn thứ Điểm khác biệt trường hợp so với trường hợp thứ nút thuộc VSN1 VSN2 cài đặt ứng dụng nên chọn đường theo hàm F1 F2, tức VSN1 VSN2 có khả truyền liệu cho kiện thuộc VSN1 VSN2 3.3 Cài đặt mô 3.3.1 Cài đặt OMNeT++: Để cài đặt OMNeT++, ta phải tải phần mềm trang chủ với phiên (hiện 4.3.1): http://www.omnetpp.org/ Sau giải nén ổ gốc C (khơng nên giải vào Program File có chứa dấu cách) Chạy file: mingwenv.cmd sau chạy lệnh theo hướng dẫn file INSTALL.txt $ setenv $ /configure $ make Sau cài đặt xong để start IDE chạy lệnh omnetpp hình 3.2 45 Hình 3.2 – Start OMNet ++ Sau chọn thư mục làm việc, ta tạo project mơ Giao diện sau tạo project hình 3.3 Hình 3.3 – Giao diện IDE OMNeT++ 46 3.3.2 Xây dựng chương trình mơ Chương trình mơ ph ỏng xây dựng bao gồm thành phần bản: File EMRP_VSN.ned mơ tả module mơ hình mạng Các file mã nguồn Sensor.h, Sensor.cc, BaseStation.h, BaseStation.cc xử lý hoạt động module simple khai báo EMRP_VSN.ned File RoutingDef.h khai báo số sử dụng chương trình bao gồm: giá trị kiểu số phân loại gói tin, độ dài loại tin… File Message.msg khai báo loại gói tin trường liệu nằm tin File omnetpp.ini khai báo tham số đầu vào cho mơ kích thước mạng, số nút cảm biến, mức lượng ban đầu, giới hạn truyền tải, giới hạn cảm biến… File Result.txt lưu kết đầu chương trình t lượng toàn mạng, mức lượng nút, thời gian sống mạng, tổng số gói tin gửi đi, tổng số gói tin bị lỗi… Sau mô tả chi tiết cấu trúc hai thành phần quan trọng cấu trúc chương trình mơ OMNeT++ 3.3.2.1 File mơ tả topo mạng EMRP_VSN.ned Ngôn ngữ NED sử dụng để mô tả topology mơ hình OMNeT++ NED sử dụng phương pháp mơ tả module hố Điều có nghĩa mạng mơ tả tập hợp mô tả thành phần (các kênh, kiểu module đơn giản hay kết hợp) Các kênh, kiểu module đơn giản kết hợp sử dụng để mơ tả mạng sử dụng lại mô tả mạng khác Nội dung file EMRP_VSN.ned khai báo module sau: simple module Sensor: module đơn đại diện cho nút cảm biến simple module BaseStation: module đơn đại diện cho trạm gốc 47 simple module Event: module đơn đại diện cho kiện module mạng EMRP_VSN : bao gồm module đơn BaseStaion, tập hợp modunle đơn Event tập hợp module đơn Sensor Mỗi module đơn bao gồm khai báo sau: khai báo tham số: vị trí xpos, ypos – module BS cố định module Sensor ngẫu nhiên khoảng nhỏ kích thước mạng, tham số giới hạn truyền tải, giới hạn cảm biến, mức lượng, chuỗi hiển thị… khai báo cổng: module đơn có tập hợp cổng đầu vào in[] tập hợp cổng đầu out[] Module mạng EMRP_VSN bao gồm submodule nói trên, khai báo module mạng EMRP_VSN tiến hành gán giá trị cho tham số submodule thường lấy từ khai báo giá trị tham số file omnetpp.ini Source file EMRP_VSN.ned: network EMRP_VSN { parameters: int numberOfSensor; int numberOfEvents; int trRange; int ssRange; int frameNumber; int roundNumber; int xMax; int yMax; double energy; double switchLevel; @display("bgb=1000,500,#C6C6FF,#0000FF,2;bgg=500,1,#0000FF"); submodules: s[numberOfSensor]: Sensor { parameters: numberOfSensor = numberOfSensor; numberOfEvents = numberOfEvents; trRange = trRange; ssRange = ssRange; frameNumber = frameNumber; roundNumber = roundNumber; energy = energy; switchLevel = switchLevel; xPos = intuniform(0, xMax); yPos = intuniform(0, yMax); 48 } @display("p=$xPos,$yPos"); e[numberOfEvents]: Event { parameters: numberOfSensors = numberOfSensor; numberOfEvents = numberOfEvents; ssRange = ssRange; xPos = intuniform(0, xMax); yPos = intuniform(0, yMax); @display("p=$xPos,$yPos"); } bs: BaseStation { parameters: numberOfSensor = numberOfSensor; numberOfEvents = numberOfEvents; trRange = trRange; ssRange = ssRange; frameNumber = frameNumber; roundNumber = roundNumber; xPos = xMax/2; yPos = yMax; @display("p=$xPos,$yPos"); } } connections allowunconnected: 3.3.2.2 Các file mã nguồn Các file mã nguồn bao gồm Sensor.h, Sensor.cc, BaseStation.h, BaseStation.cc Mã nguồn viết ngôn ngữ C++ để xây dựng lớp tương ứng simple module khai báo file EMRP_VSN.ned Nội dung file lâp trình cách thức thực kiện module, hay nói khác thực hoạt động (behaviour) mơ hình Các module Sensor BaseStation lớp kế thừa từ lớp cSimpleModule thư viện OMNeT++ Khai báo class Sensor BaseStation: class Sensor: public cSimpleModule { …… } class BaseStation : public cSimpleModule { …… } 49 Cấu trúc mã nguồn module gồm có hàm sau: void initialize(): hàm khởi tạo lớp Trong trình khởi tạo, OMNeT++ xây dựng mạng: tạo module đơn module kết hợp (compound module) Sau kết nối chúng theo khai báo định nghĩa file NED, đ ồng thời với khai báo gán giá trị cho biến module void handleMessage(cMessage *msg): hàm gọi trình xử lý kiện Như hầu hết hoạt động hệ thống mơ lập trình hàm Hàm handleMessage() nhân mô (simulation kernel) gọi module nhận gói tin 3.4 Thử nghiệm đánh giá kết 3.4.1 Mô thử nghiệm Giao thức EMRP cải tiến cho ảo hóa đề xuất phần cài đặt thử nghiệm với công cụ mô OMNeT++ Đánh giá giao thức EMRP cải tiến cho ảo hóa tập trung vào việc so sánh hai mạng ảo VSN1 VSN2 khía cạnh quan trọng khả chịu lỗi khả tiết kiệm lượng Do mục tiêu đưa thiết kế mạng ảo đảm bảo cho mạng VSN1 có chất lượng thời gian sống lâu hơ n VSN2 nên hiệu mạng đánh giá qua thời gian sống mạng tỉ lệ lỗi gói tin Trong mô thực mức lượng ban đầu 1Jun trình hoạt động mạng khơng có can thiệp để tiếp thêm lượng Mơ hình mơ sử dụng để so sánh mạng cảm biến gồm 200 nút cảm biến với kích thước 1000x5 00m, gồm mạng ảo VSN1 VSN2 Mỗi mạng ảo có vị trí cố định trước với số nút cảm biến 100 nút kích thước mạng ảo 500x500m Số lượng gói tin liệu chuyển tới trạm gốc kiện 30 Giới hạn truyền tải 150m giới hạn cảm biến 70m Ngưỡng chuyển đổi nút chuyển tiếp dự trữ 0.5% mức lượng ban đầu nút cảm biến, ngưỡng giới hạn lượng dừng hoạt động nút đặt mức 1% 50 lượng ban đầu Một nút cảm biến dừng hoạt động định tuyến gửi nhận liệu cảm biến nhóm mức lượng xuống 1% mức lượng ban đầu Các thông số cấu hình file omnetpp.ini hình 3.4 Hình 3.4 – Thơng số cấu hình file omnetpp.ini Chương trình mơ chạy tất nút cảm biến mà có khoảng cách tới trạm gốc nhỏ giới hạn truyền tải hết lượng Khi có nghĩa khơng cịn tồn tuyến đường truyền tải liệu tới trạm gốc liên lạc trao đổi thông tin từ nút cảm biến mạng tới trạm gốc bị cắt đứt hồn tồn Q trình mơ diễn hình 3.5 Hình 3.5 – Quá trình mơ Sau kết thúc q trình mơ phỏng, kết c ác thông số đầu ghi lại file Result.txt bao gồm: 51 Thời gian sống mạng ảo (số vòng) Số vòng mạng ảo hoạt động nút mạng hết lượng Tổng số gói tin liệu gửi từ nhóm trưởng mạng ảo trình mạng hoạt động Tổng số gói tin bị lỗi liên kết q trình truyền gói tin mạng ảo 3.4.2 Phân tích kết mơ 3.4.2.1 Kịch mô Thời gian sống mạng: thời gian sống mạng đo thông số Thứ thời gian hoạt động thực mạng lúc mạng hết lượng đo tổng số vòng truyền liệu kiện mạng gốc Thứ hai thời gian hoạt động mạng nút mạng hết lượ ng, đo số vòng truyền liệu trạm gốc nút mạng hết lượng Kết mô bảng 3.1 cho thấy thời gian sống toàn mạng VSN1 kéo dài VSN2 khoảng 50 vòng thời gian nút hết lượng VSN1 kéo dài VSN2 khoảng 30 vòng Bảng 3.1 – Thời gian sống toàn mạng thời gian nút hết lượng kịch mô Mạng Thời gian sống Node hết toàn mạng (vòng) lượng (vòng) VSN1 294 267 VSN2 240 236 Tỉ lệ lỗi liên kết đo số gói liệu thất bại (không truyền tới trạm gốc) tổng số gói liệu truyền Một liên kết coi thất bại truyền tới nút hết lượng khơng thể tìm nút chuyển tiếp liệu Theo bảng 3.2, trường hợp mô thứ nhất, VSN1 có tỉ lệ lỗi truyền gói tin tương đối thấp thấp so với VSN2 52 Bảng 3.2 – Tỉ lệ lỗi truyển gói tin mạng ảo kịch mô Mạng Tổng số gói liệu Số liên kết lỗi Tỉ lệ lỗi (%) VSN1 8783 44 0.50 VSN2 7125 45 0.63 3.4.2.2 Kịch mô Thời gian sống mạng: Theo kết mô bảng 3.3 cho thấy thời gian sống toàn mạng VSN1 kéo dài VSN2 khoảng vòng thời gian nút hết lượng VSN1 kéo dài VSN2 khoảng 20 vòng So với trường hợp mơ thứ thời gian sống trường hợp ngắn mạng ảo độ chênh lệch mạng ảo thấp Bảng 3.3 – Thời gian sống toàn mạng thời gian nút hết lượng kịch mô Mạng Thời gian sống Node hết tồn mạng (vịng) lượng (vịng) VSN1 257 254 VSN2 253 232 Tỉ lệ lỗi liên kết: theo kết mơ có bảng 3.4, trường hợp mơ thứ hai VSN1 có tỉ lệ lỗi truyền tin tương đối thấp thấp so với VSN2 Tuy vậy, so với trường hợp mô thứ tỉ lệ cao mạng ảo Bảng 3.4 – Tỉ lệ lỗi truyển gói tin mạng ảo kịch mô Mạng Tổng số gói liệu Số liên kết lỗi Tỉ lệ lỗi (%) VSN1 7789 126 1.66 VSN2 7564 281 3.79 Trong hai trường hợp mô ta thấy việc sử dụng tài nguyên nút khơng đồng khu vực địa lý sử dụng giao thức EMRP cải tiến để định tuyến Trong hai kịch mô nút cảm biến cài đặt 53 nhiều ứng dụng Tùy theo kiện cảm biến mà nút cảm biến giao tiếp với định tuyến theo thơng số khác Hay n ói khác, giao thức định tuyến EMRP cải tiến đáp ứng yêu cầu ảo hóa nhằm tạo phương thức giao tiếp trực tiếp trao đổi thông tin liên quan đến tài nguyên ảo nút không đồng khu vực địa lý, nhằm mục tiêu sử dụng hiệu nguồn tài nguyên có sẵn Với hai kịch mô đưa ra, giao thức định tuyến EMRP cải tiến đáp ứng việc định tuyến cho ứng dụng khác Do kịch cài đặt ứng dụng khác nên kết thời gian sống, tỉ lệ lỗi khác cho mạng ảo Qua ta kết luận giao thức định tuyến EMRP cải tiến thích nghi với nhiều kịch định tuyến khác đáp ứng yêu cầu riêng biệt mạng ảo hóa ứng dụng nhấ t định 3.4.3 Đánh giá kết hướng phát triển Luận văn nghiên cứu việc ứng dụng giao thức đinh tuyến EMRP cho ảo hóa mạng cảm biến khơng dây Từ sở lý thuyết kết mô thực nghiệm ta đến kết luận: Giao thức định tuyến EMRP cải tiến đáp ứng yêu cầu ảo hóa nhằm tạo phương thức giao tiếp trực tiếp trao đổi thông tin liên quan đến tài nguyên ảo nút không đồng khu vực địa lý, nhằm mục tiêu sử dụng hiệu cá c nguồn tài nguyên có sẵn Qua q trình mơ thử nghiệm cho thấy giao thức định tuyến cải tiến thích nghi với nhiều kịch định tuyến khác đáp ứng yêu cầu riêng biệt mạng ảo hóa ứng dụng định Bên cạnh đ ó, số vấn đề tồn cần giải để giao thức linh hoạt hiệu Đây coi hướng phát triển tương lai cho giao thức cải tiến Đó là: Chương trình mơ cài đặt chạy nhiều kiện xảy lúc mạng Tại thời điểm mạng ảo có kiện sảy ra, nút thời điểm tham gia vào việc truyền liệu cho mạng 54 ảo Nếu nút cài đặt nhiều ứng dụng tức tham gia định tuyến cho nhiều nhiệm vụ khác Điều dẫn đến trường hợp sảy xung đột thời điểm nút nhận liệu truyền đến từ hai hay nhiều mạng ảo khác Tuy trường hợp sảy cần phải có thêm chế để tránh xung đột truyền liệu mạng ảo, tránh làm mát gói tin trình định tuyến Việc xây dựng hàm mục tiêu để phù hợp với thông số định tuyến mà mạng ảo hỗ trợ toán đáng quan tâm, mà cách xây dựng hàm mục tiêu khác lại dẫn đến trình định tuyến hiệu định tuyến khác Do thời gian làm luận văn có hạn nên luận văn chưa đánh giá khác hàm mục tiêu với loại thông số ảnh hưởng việc chọn hà m mục tiêu đến kết định tuyến Trong giới hạn luận văn thực hiện, thông số dùng cho giao thức EMRP cải tiến cho ảo hóa dừng lại thông số số lượng hop lượng nút cảm biến Ngồi cịn nhiều loại thông số định tu yến khác trình bày mục 2.3 luận văn sử dụng cho việc thể mục tiêu khác loại ứng dụng Việc xây dựng hàm mục tiêu cho thông số định tuyến đưa chúng vào sử dụng định tuyến hướng để phát triển giao thức 55 KẾT LUẬN Sau trình nghiên cứu, luận văn em hoàn thành hướng dẫn tận tình PGS.TS Đặng Văn Chuyết giúp đỡ TS Ngô Quỳnh Thu (Viện Công nghệ Thông tin Truyền thông – trường đ ại học Bách Khoa Hà Nội) Luận văn trình bày lý thuyết tổng quan mạng cảm biến không dây, ảo hóa mạng cảm biến khơng dây, vấn đề định tuyến ảo hóa mạng cảm biến khơng dây Qua thấy tầm quan t rọng lợi ích ảo hóa định tuyến mạng cảm biến ảo thực đề tài đáng quan tâm Với lý vậy, Luận văn vào nghiên cứu tìm hiểu giao thức định tuyến dành cho mạng cảm biến không dây ảo hóa, cải tiến giao thức EMRP có để phù hợp với ảo hóa mạng cảm biến khơng dây Bên cạnh đó, em sâu tìm hiểu ứng dụng ảo hóa để xây dựng kịch mô phù hợp với nhu cầu thực tế địa phương, đơn vị em công tác dùng cho giao thức EMRP cải tiến Kết mơ khẳng định giao thức EMRP cải tiến sử dụng để định tuyến cho nhiều mạng ảo khác hạ tầng vật lý, với dịch vụ khác chúng đáp ứng yêu cầu riêng biệt mạng ảo tiêu chí lựa chọn, ưu tiên cho q trình định tuyến Từ đạt mục đích đề chất lượng dịch vụ cung cấp Với tác dụng thấy rõ việc ảo hóa mang lại, tương lai không xa mạng cảm biến ảo phát triển rộng rãi nhanh chóng Em hi vọng luận văn góp phần vào việc nghiên cứu lĩnh vực tương đối mẻ Việt Nam Do thời gian có hạn với trình độ thân cịn hạn chế nên thuật tốn chưa thực hồn thiện chưa thứ nghiệm nhiều mơ hình mạng với kích thước mật độ nút mạng khác Trong tương lai, em mong phát triển giải pháp để tối ưu với nhiều loại mơ hình mạng, nhiều kịch ứng dụng 56 khác đồng thời cài đặt thiết bị phần cứng để thu kết hoạt động giao thức thực tế Học viên thực Phạm Minh Tuấn 57 DANH MỤC CÁC TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Anura P.Jayasumana, Tissa H Illangasekare (2007), “Virtual Sensor Networks – A Resource Efficient Approach for concurrent Applications”, Colorado School of Mines, International Conference on Information Technology [2] A Abbasi and M Younis (2007), “A survey on clustering algorithms for wireless sensor networks”, Computer Communications, Vol 30, 2007, pp 28262841 [3] Javier Lucio Ruiz-Andino, Panos Trakadas, Lambros Sarakis, Theodore Zahariadis, Nelly Leligou, Terpsichori Velivasaki, Kyriakos Georgouleas (2012), “D6.1 Trials/Demonstration Specification and setup”, Information and Commnication Technologies Programme, VITRO [4] Luis Javier García Villalba, Ana Lucila Sandoval Orozco, Alicia Triviño Cabrera and Cláudia Jacy Barenco Abbas (2009), “Routing Protocol in Wireless Sensor Network”, Sensors 2009,9, pp 8399-8421 [5] Marcello Antonucci (2010), “D2.1-VITRO Application Domain and Virtualization Requirements”, information and commnication Technologies Programme, VITRO [6] Marjan Radi, Behnam Dezfouli, Kamalrulnizam Abu Bakar and Malrey Lee (2012), “Multipath Routing in Wireless Sensor Networks: Survey and Research Challenges”, Sensors 2012, 12, pp 650-685 [7] Md Motaharul Islam, Eui-Nam Huh (2012), “Virtualization in Wireless Sensor Network: Challenges and Opportunities”, Journal of networks, 7(3), pp 412-418 [8] Nelly Leligou, Lambros Sarakis, Panos Trakadas, Vicent Gay, Kyriakos Georgouleas (2011),“D4.1 – VITRO Design Principles of trust-aware Routing Protocol Supporting Virtualization”, Information and Commnication Technologies Programme, VITRO 58 [9] Swades De, Chunming Qiao and Hongyi Wu (2003), “Meshed Multipath Routing: An Efficient Strategy in Sensor Networks”, Wireless Communications and Networking, 3(1), pp 1912-1917 [10] Vicent Gay,Theodore Zahariadis, Nelly Leligou, Panos Karzis, Terpsichori Velivasaki, Nikos Pappas, Monica Navarro, Mischa Dohler, Marcello Antonucci (2011), “D2.2 VITRO System Requirements”, information and commnication Technologies Programme, VITRO [11] Thu Ngo Quynh, Thuy Tran Vinh, Mai Banh Thi Quynh (2012).- “Multipath Routing for cluster-based and Event- based protocols in Wireless Sensor Network”, International Symposium on Information and Communication Technology (SoICT 2012), Halong, Vietnam [12] Thuy Tran Vinh, Thu Ngo Quynh, Mai Banh Thi Quynh (2012) – “EMRP: ENERGY–AWARE MESH ROUTING PROTOCOL FOR WIRELESS SENSOR NETWORKS”, International Conference on Advanced Technologies for Communications (ATC), Hanoi, Viet Nam [13] OMNeT++, version 4.2, a discrete event simulation system, http://www.omnetpp.org [14] VITRO - Virtualized dIsTributed platform of smart Object, http://www.vitrofp7.eu ... thuyết ảo hóa mạng cảm biến không dây, kiến trúc chung mạng cảm biến khơng dây ảo hóa, mục tiêu ảo hóa số ứng dụng mạng cảm biến không dây ảo hóa CHƯƠNG 2: GIAO THỨC ĐỊNH TUYẾN DÙNG CHO MẠNG CẢM BIẾN... THỨC ĐỊNH TUYẾN DÙNG CHO MẠNG CẢM BIẾN KHÔNG DÂY ẢO HÓA 2.1 Định tuyến mạng cảm biến không dây 2.1.1 Thách thức định tuyến mạng cảm biến khơng dây Mục tiêu việc thiết kế mạng cảm biến không dây. .. biến không dây ảo hóa 13 CHƯƠNG 2: GIAO THỨC ĐỊNH TUYẾN DÙNG CHO MẠNG CẢM BIẾN KHÔNG DÂY ẢO HÓA 18 2.1 Định tuyến mạng cảm biến không dây 18 2.1.1 Thách thức định tuyến mạng cảm