DSpace at VNU: Nghiên cứu, đánh giá và mô phỏng một số giao thức định tuyến trong mạng cảm biến không dây

Nghiên cứu, đánh giá và mô phỏng một số
giao thức định tuyến trong mạng cảm biến
không dây
Lưu Hoàng Vũ
Trường Đại học Công Nghệ
Luận văn Thạc sĩ ngành: Kỹ thuật điện tử; Mã số: 60 52 70
Người hướng dẫn: PGS.TS. Vương Đạo Vy
Năm bảo vệ: 2009
Abstract: Tổng quan về mạng cảm biến không dây (WSN): đưa ra định nghĩa, cấu
trúc mạng WSN, các yếu tố ảnh hưởng đến cấu trúc mạng WSN, những khó khăn
trong việc phát triển mạng WSN. Giới thiệu về định tuyến trong mạng WSN: nêu lên
các vấn đề phải đối mặt khi định tuyến, đưa ra các giao thức định tuyến đang được
dùng trong mạng cảm biến và cách phân loại, tiếp cận với vấn đề này. Giới thiệu 3 loại
định tuyến chính là giao thức trung tâm dữ liệu, giao thức phân cấp và giao thức dựa
vào vị trí. Nghiên cứu về kiến trúc giao thức LEACH: khái niệm về LEACH, cách
hình thành cụm (Cluter) và nút chủ cụm (Cluster Head) trong WSN; pha thiết lập và
pha ổn định của LEACH; tồng hợp dữ liệu tại nút chủ cụm; các thuật toán nâng cao
của LEACH là LEACH–C và LEACH–F. Sử dụng NS – 2 là phần mềm mô phỏng
mạng điều khiển sự kiện riêng rẽ hướng đối tượng, được phát triển tại UC Berkely,
viết bằng ngôn ngữ C++ và OTcl để mô phỏng WSN trên hệ điều hành Ubuntu: Khái
quát về phần mô phỏng mạng NS – 2 và xây dựng mô hình phần mềm cho các giao
thức mạng. Phân tích và nghiên cứu các vấn đề về năng lượng, thời gian sống, dữ liệu
truyền và thời gian trễ trên trạm gốc
Keywords: Giao thức định tuyến; Mạng cảm biến không dây; Viễn thông
Content
LỜI NÓI ĐẦU
Trong những năm gần đây, do sự tiến bộ của khoa học kỹ thuật, việc sản xuất các thiết
bị cảm biến nhỏ và chi phí thấp trở nên khả thi về mặt kỹ thuật và mặt kinh tế. Việc thiết kế
và thực hiện có hiệu quả mạng cảm biến không dây trở thành lĩnh vực thu hút được nhiều sự
quan tâm vì tiềm năng ứng dụng của mạng cảm biến trong các lĩnh vực trong đời sống hàng
ngày như trong y tế, trong công nghiệp, trong quân sự…Tuy vậy, việc thiết kế và thực hiện có

hiệu quả mạng cảm biến không dây phải đối mặt với rất nhiều thách thức, một trong những
thách thức lớn nhất trong mạng cảm biến là nguồn năng lượng bị giới hạn và không thể nạp


lại, chính vì thế hiện nay rất nhiều nghiên cứu đang tập trung vào việc cải thiện khả năng sử
dụng hiệu quả năng lượng của toàn mạng.
Xuất phát từ những phát từ những yêu cầu thực tế đó, đề tài “Nghiên cứu, đánh giá
và mô phỏng một số giao thức định tuyến trong mạng cảm biến không dây” thực hiện việc
giới thiệu một cách tổng quan về mạng cảm biến không dây, các giao thức cũng như các giải
thuật định tuyến thường được dùng: LEACH, LEACH-C, MTE, STAT-CLUSTER, đồng thời
sử dụng phần mềm NS-2 để mô phỏng, đánh giá 4 giao thức đó.
Luận văn gồm có 4 chương:
Chương 1: Tổng quan về mạng cảm biến không dây (WSN): đưa ra định nghĩa, cấu
trúc mạng WSN, các yếu tố ảnh hưởng đến cấu trúc mạng WSN, các thách thức mà mạng
WSN phải đối mặt.
Chương 2: Định tuyến trong mạng cảm biến không dây: đưa ra các vấn đề phải đối
mặt khi định tuyến, đưa ra các giao thức định tuyến đang được dùng trong mạng cảm biến và
trình bày cách phân loại các cách tiếp cận với vấn đề này. Ba loại định tuyến chính được đưa
ra trong chương này là giao thức trung tâm dữ liệu, giao thức phân cấp và giao thức dựa vào
vị trí.
Chương 3: Kiến trúc giao thức LEACH: khái niệm về LEACH, cách hình thành cụm
(Cluster) và nút chủ cụm (Cluster Head) trong LEACH; pha thiết lập và pha ổn định của
LEACH; tổng hợp dữ liệu tại nút chủ cụm; các thuật toán nâng cáo của LEACH là LEACH-C
và LEACH-F.
Chương 4: Sử dụng NS-2 để mô phỏng WSN trên hệ điều hành Ubuntu: Khái quát về
phần mềm mô phỏng mạng NS-2 và xây dựng mô hình phần mềm mô phỏng cho các giao
thức mạng. Phân tích và nghiên cứu các vấn đề về năng lượng, thời gian sống, dữ liệu truyền
và thời gian trễ trên trạm gốc.
References
[1]-Bhaskar Krishnamachari, “Networking Wireless Sensors”, Cambridge University Press,

2005.
[2]-HolgerKarl and AndreasWillig, “Protocols and Architectures for Wireless Sensor
Networks”, John Wiley & Sons, Ltd, 2005.
[3]-I.F. Akyildiz, W. Su*, Y. Sankarasubramaniam, E. Cayirci, “Wireless sensor networks: a
survey”,

Broadband and Wireless Networking Laboratory, School of Electrical and

Computer Engineering, Georgia Institute of Technology, Atlanta, GA 30332, USA, Received
12 December 2001; accepted 20 December 2001

2


[4]-Jamal N. Al-Karaki Ahmed E. Kamal, “Routing Techniques in Wireless

Sensor

Networks”, Dept. of Electrical and Computer Engineering Iowa State University, Ames,
Iowa 50011.
[5]-Kazem Sohraby, Daniel Minoli, Taieb Znati, “Wireless sensor networks technology
protocols and applications”, John Wiley & Sons, Ltd, 2007.
[6]-K. Kalpakis, K. Dasgupta, and P. Namjoshi, “Maximum Lifetime Data Gathering and
Aggregation in Wireless Sensor Networks”, In the Proceedings of the 2002 IEEE International
Conference on Networking (ICN'02), Atlanta, Georgia, August 26-29, 2002. pp. 685-696.
[7]-“The MIT uAMPS code ns extensions”, Massachusett Institute of Technology
Cambridge, August 2007.
[8]-“The NS Manual”: />[9]-W. Rabiner Heinzelman, A. Chandrakasan, and H. Balakrishnan, “Energy-Efficient
Communication Protocol for Wireless Microsensor Networks”, Proceedings of the 33rd
International Conference on System Sciences (HICSS '00), January 2000, pp. 1-10.

3