DSpace at VNU: Giao thức MAC sử dụng năng lượng hiệu quả và thích ứng cho mạng cảm biến không dây (An Adaptiven Energy - Efficient MAC Protocol for Wireless Sensor Networks)

Giao thức MAC sử dụng năng lượng hiệu quả
và thích ứng cho mạng cảm biến không dây
(An Adaptiven Energy - Efficient MAC
Protocol for Wireless Sensor Networks)
Đào Trọng Biên
Trường Đại học Công nghệ. Đại học Quốc gia Hà Nội
Luận văn ThS. Công nghệ thông tin : 60 48 15
Người hướng dẫn : PGS.TS. Nguyễn Đình Việt
Năm bảo vệ: 2013
89 tr .
Abstract. Giới thiệu tổng quan về mạng cảm biến không dây, nghiên cứu đánh giá
một số cơ chế điều khiển truy nhập môi trường truyền (MAC) cho các mạng thông
thường gồm đa truy nhập phân chia theo tần số (FDMA), đa truy nhập phân chia theo
thời gian (TDMA), đa truy nhập phân chia theo mã (CDMA) và CSMA, các giao thức
điển hình có thể sử dụng cho mạng cảm biến không dây như CSMA, S-MAC, T-MAC
và đặc biệt đã cải tiến giao thức T-MAC thành giao thức T-MACn (Timeout MAC
new). Tác giả đã mô phỏng và đánh giá hiệu quả sử dụng năng lượng của các giao
thức MAC đó thông qua bộ phần mềm mô phỏng OMNET++..
Keywords. Truyền dữ liệu; Mạng máy tính; Đa truy nhập; Mạng cảm biến không dây

Content.
Trong thời gian gần đây, thực tế đặt ra nhu cầu khám phá, quản lý, theo dõi và
thu thập thông tin tại những nơi nguy hiểm như núi lửa, rừng, chiến trường .v.v. Các
nhu cầu đó khó có thể triển khai với hệ thống mạng hiện thời, do đó đã thúc đẩy mạnh
việc nghiên cứu và triển khai mạng cảm biến không dây (WSN - Wireless Sensor
Network).
Mạng cảm biến không dây có thể bao gồm từ hàng chục đến hàng trăm, hàng
nghìn, thậm chí hàng triệu thiết bị cảm biến (Sensors) thông minh, mỗi thiết bị được
trang bị một bộ xử lý, một bộ nhớ dung lượng nhỏ, bộ thu phát sóng vô tuyến và các
cảm biến để đo ánh sáng, độ ẩm, áp suất, nhiệt độ, v.v. Mạng cảm biến liên hệ bằng

sóng vô tuyến, tiêu thụ cực ít năng lượng, hoạt động liên tục trong mọi điều kiện, môi
trường.
Với sự thuận lợi và khó khăn khi thiết kế và triển khai mạng cảm biến
không dây (WSN) đã đặt ra nhiều hướng nghiên cứu để hoàn chỉnh hệ thống, trong đó
có các hướng nghiên cứu chính và đang được quan tâm mạnh mẽ từ các nhà khoa học
đó là: Điều khiển truy nhập môi trường truyền cho mạng cảm biến không dây, định
tuyến, điều khiển trao đổi số liệu tin cậy giữa các thiết bị cảm biến. Vấn đề năng lượng
và sử dụng tiết kiệm năng lượng, vấn đề đảm bảo chất lượng dịch vụ (QoS) v.v. Trong
đó vấn đề giảm tiêu hao năng lượng là một trong số vấn đề được quan tâm hàng đầu,
do đây là vấn đề sống còn quyết định thời gian sống của toàn hệ thống mạng WSN.
Nghiên cứu về “giao thức MAC sử dụng năng lượng hiệu quả và thích ứng của mạng
cảm biến không dây” có ý nghĩa lý luận và thực tiễn.
Mục tiêu chính của luận văn là nghiên cứu tổng thể về mạng cảm biến không
dây (WSN), ứng dụng và một số giao thức trong lớp MAC nhằm mục tiêu sử dụng
năng lượng một cách hiệu quả và thích ứng để kéo dài thời gian sống của toàn hệ
thống mạng. Phân tích và đánh giá hiệu quả sử dụng năng lượng của một số giao thức
lớp MAC đặc trưng như CSMA, S-MAC, T-MAC và giao thức T-MACn được tác giả
cải tiến từ giao thức T-MAC.
Bố cục của luận văn tuân theo mẫu của trường Đại Học Công Nghệ ĐHQGHN; Luận văn gồm 4 chương chính, ngoài ra còn có các phần mở đầu, kết luận
và tài liệu tham khảo. Phần kết luận nêu tóm tắt các vấn đề đã trình bày trong các
chương, đánh giá các kết quả đã đạt được. Nội dung các chương được tóm tắt như sau:
Chương 1: Trình bày tổng quan về mạng cảm biến không dây, kiến trúc mạng
cảm biến, các lĩnh vực ứng dụng cơ bản của mạng cảm biến, một số vấn đề đặt ra trong
việc sử dụng hiệu quả năng lượng trong cơ chế điểu khiển truy nhập đường truyền
(MAC) áp dụng cho mạng cảm biến không dây.
Chương 2: Nghiên cứu một số giao thức điển hình trong lớp MAC và nguyên
nhân gây nên sự lãng phí năng lượng của chúng trong mạng cảm biến không dây, gồm
các giao thức: CSMA, S-MAC (Sensor MAC), T-MAC (Time out MAC).
Chương 3: Giới thiệu về OMNet++, một công cụ mô phỏng đang được các nhà

nghiên cứu trên toàn thế giới sử dụng rộng rãi. Các ví dụ được sử dụng lấy từ mã
nguồn mà tác giả dùng để mô phỏng các giao thức MAC trong đề tài.
Chương 4: Cải tiến giao thức T-MAC thành giao thức T-MACn (Timeout MAC
new), thực hiện mô phỏng, ghi nhận kết quả và đánh giá hiệu quả sử dụng năng lượng


của các giao thức: CSMA, S-MAC, T-MAC, T-MACn bằng bộ chương trình
OMNet++.
Trong quá trình hoàn thành luận văn của mình, tác giả đã hết sức cố gắng, song
luận văn có thể vẫn còn những hạn chế nhất định, tác giả rất mong nhận được những
góp ý của các thầy giáo để chỉnh sửa cho hoàn thiện hơn. Qua đây, tác giả xin chân
thành cảm ơn PGS.TS. Nguyễn Đình Việt, thầy đã gợi ý về đề tài, hướng dẫn, chỉ bảo
tận tình và cung cấp nhiều tài liệu quý liên quan trong quá trình tác giả thực hiện luận
văn này. Tác giả cũng xin chân thành cảm ơn các Thầy, Cô đã dạy, giúp đỡ và truyền
cảm hứng học tập, nghiên cứu trong suốt quá trình học tập tại Trường Đại học Công
nghệ - Đại học Quốc gia Hà Nội.

TÀI LIỆU THAM KHẢO
1. W. Ye, J. Heidemann, and D. Estrin (2002), "An energy-efficient mac protocol for
wireless sensor networks", In IEEE Infocom New York, pp 1567-1576.
2. J.M.Van Dam,”An Adaptive Energy-Ecient MAC Protocol for Wireless Sensor
Networks”, June, 2003.
3. W. Heinzelman, A. Chandrakasan, and H. Balakrishnan (2000), Energy-efficient
communication protocol for wireless microsensor networks, In Proc 33rd Hawaii Intl
Conf on System Sciences, USA.
4. A. Varga (2000), The OMNeT++ discrete event simulation system, In European
Simulation Multiconference, Prague, Czech Republic.
5. Texas Instruments (2003), MSP430x1xx Family User's Guide, SLAU049B, USA.
6. Tijs van Dam , Koen Langendoen “An Adaptive Energy-Efficient MAC Protocol
for Wireless Sensor Networks ” Faculty of Information Technology and Systems Delft

University of Technology The Netherlands .
7. Hongwei Zhang “An Introduction to Wireless Sensor Networks ”. Wayne State
University.


8. M. Aykut Yigitel *, Ozlem Durmaz Incel, Cem Ersoy “QoS-aware MAC protocols
for wireless sensor networks: A survey ”. Computer Networks Research Laboratory,
Netlab, Department of Computer Engineering, Bogazici University, Bebek, 34342
Istanbul, Turkey .
9. Qiangfeng Jiang, D. Manivannan “Routing Protocols for Sensor Networks ”.
Department of Computer Science University of Kentucky Lexington, KY 40506.
10.



và modul “omneteyes” được sử dụng từ nguồn

của trường đại học Twente tại
Netherlands.