DSpace at VNU: Nghiên cứu, cải tiến giao thức định tuyến LEACH hiệu quả về mặt năng lượng trong mạng cảm biến không dây (WSN)

Nghiên cứu, cải tiến giao thức định tuyến
LEACH hiệu quả về mặt năng lượng trong
mạng cảm biến không dây (WSN)
Nguyễn Thành Công
Trường Đại học Công nghệ
Luận văn ThS Chuyên ngành: Truyền dữ liệu và Mạng máy tính
Người hướng dẫn: TS. Nguyễn Việt Anh
Năm bảo vệ: 2014

Keywords. Giao thức định tuyến leach; Mạng cảm biến không dây; Công nghệ thông
tin.

Content
MỞ ĐẦU
1. Đặt vấn đề, định hướng nghiên cứu.
Trong những năm gần đây, các hệ thống mạng không dây nói chung và hệ thống mạng
cảm biến không dây (Wireless Sensor Network viết tắt là WSN) nói riêng đã và đang được
nghiên cứu và triển khai bởi rất nhiều các nhà khoa học, các trường đại học, các viện nghiên
cứu, các tổ chức xã hội, quốc phòng, an ninh, kinh tế...
Với hàng loạt các ứng dụng đang được triển khai trong hầu hết các lĩnh vực của đời
sống con người như: giám sát môi trường tự nhiên, ngôi nhà thông minh, giám sát và thu thập
các sự kiện trong môi trường độc hại, nông nghiệp chính xác, giám sát hoạt động của kẻ địch
trên chiến trường, giám sát an ninh, theo dõi sức khỏe bệnh nhân,…mạng WSN đang dần trở
thành một phần không thể thiếu trong cuộc sống.
Không giống như các mạng không dây đang tồn tại, các nút mạng trong mạng WSN có
kích thước rất nhỏ và có năng lượng hạn chế (rất khó hoặc không có khả năng nạp thêm), tô
pô mạng không ổn định.... Do đó các kỹ thuật và các giao thức được phát triển cho các mạng
đã tồn tại không thể áp dụng trực tiếp cho mạng WSN được. Yêu cầu được đặt ra cho các nhà
nghiên cứu là tạo ra các giao thức mới phù hợp với các đặc điểm của mạng WSN.
Do các nút trong mạng WSN có năng lượng hạn chế, tuổi thọ của mạng WSN lại phụ
thuộc vào mức tiêu hao năng lượng của các nút mạng mà nguyên nhân chính của sự tiêu hao

năng lượng của các nút cảm biến là hoạt động truyền thông nên một giao thức định tuyến


được thiết kế tốt sẽ góp phần đáng kể vào việc kéo dài tuổi thọ cũng như tăng tính hiệu quả
của mạng.
Từ khi mạng ra đời đến nay, đã có rất nhiều các giao thức định tuyến được thiết kế cho
mạng này, có thể kể ra ở đây là SPIN, LEACH, PEAGSIS, TEEN….Ngoài việc thiết kế ra các
giao thức định tuyến mới cho mạng WSN thì việc nghiên cứu, cải tiến các giao thức đã có để
giao thức hoạt động tốt hơn cũng rất cần thiết. Vì vậy tôi đã chọn đề tài “Nghiên cứu, cải tiến
giao thức định tuyến LEACH hiệu quả về mặt năng lượng trong mạng cảm biến không dây
(WSN)” để nghiên cứu trong luận văn này. Mục đích của luận văn là nghiên cứu về giao thức
LEACH, tìm hiểu các giao thức cải tiến từ giao thức này, đề xuất cải tiến cho giao thức
LEACH, mô phỏng và so sánh giao thức LEACH với giao thức cải tiến của mình.


2. Mục tiêu
Từ mục đích của luận văn tôi xin đưa ra các mục tiêu cụ thể như sau:
 Tìm hiểu tổng quan về mạng WSN.
 Phân loại giao các thức định tuyến và tìm hiểu về một số giao thức định tuyến
trong mạng WSN.
 Nghiên cứu về giao thức LEACH và tìm hiểu một số cải tiến của nó, đưa ra đề
xuất của mình.
 Nghiên cứu một số các công cụ mô phỏng mạng hỗ trợ mô phỏng mạng WSN và
các công cụ hỗ trợ cho việc phân tích và hiển thị kết quả mô phỏng.
 Thiết lập kịch bản mô phỏng, tiến hành mô phỏng, so sánh và đánh giá kết quả
mô phỏng.
Trên cơ sở các tìm hiểu và nghiên cứu trên viết luận văn với nội dung: “Nghiên cứu, cải
tiến giao thức định tuyến LEACH hiệu quả về mặt năng lượng trong mạng cảm biến không
dây (WSN)”.
3. Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu lý thuyết:
- Nghiên cứu tổng quan về mạng WSN, vấn đề định tuyến trong mạng WSN, một số
giao thức định tuyến trong mạng WSN và các vấn đề liên quan.
- Nghiên cứu về giao thức LEACH, tìm hiểu về một số giao thức cải tiến từ giao thức
này.
Thực nghiệm:
- Đưa ra đề xuất cải tiến giao thức LEACH hiệu quả về mặt năng lượng.
- Tiến hành mô phỏng và so sánh, đánh giá kết quả.
4. Bố cục
Để có thể thực hiện được các mục tiêu của luận văn, bố cục luận văn được tôi tổ chức
thành năm chương như sau:
Chương 1. Tổng quan về mạng cảm biến không dây (WSN): Giới thiệu một cách tổng
quan về mạng WSN, lịch sử của mạng WSN, cấu tạo phần cứng và các thành phần phần mềm
của một nút cảm biến, kiến trúc truyền thông của WSN, những yếu tố ảnh hưởng đến thiết kế
mạng WSN, chồng giao thức mạng WSN, các ứng dụng của mạng WSN.
Chương 2. Định tuyến trong mạng WSN: Giới thiệu về định tuyến trong mạng WSN,
tìm hiểu về các thách thức gặp phải trong vấn đề định tuyến, tìm hiểu về việc phân loại các
giao thức định tuyến trong mạng WSN, nghiên cứu một số giao thức định tuyến trong mạng
WSN.
Chương 3. Giao thức LEACH và cải tiến: Giới thiệu và nghiên cứu về hoạt động của
giao thức LEACH, tìm hiểu một số giao thức cải tiến từ giao thức LEACH đã được đề xuất,
và đề xuất cải tiến của tác giả.


Chương 4. Các công cụ mô phỏng mạng WSN: Tìm hiểu các công cụ mô phỏng hỗ trợ
mô phỏng mạng WSN, nghiên cứu công cụ mô phỏng mạng NS2 và tìm hiểu một số công cụ
hỗ trợ việc phân tích và hiển thị kết quả mô phỏng thu được.
Chương 5. Mô phỏng và đánh giá kết quả: Tiến hành mô phỏng và so sánh, đánh giá
kết quả.
Phần kết luận và hướng phát triển: tổng kết những công việc đã thực hiện, những kết

quả đã đạt được đồng thời cũng nêu các công việc và hướng nghiên cứu trong tương lai.

Reference

TÀI LIỆU THAM KHẢO
Tiếng Việt
1. Nguyễn Đình Việt (2010), Bài giảng đánh giá hiệu năng mạng máy tính, Trường Đại học
Công nghệ - Đại học quốc gia Hà Nội.
Tiếng Anh
2. Kazem Sohraby,Daniel Minoli, Taieb, “WIRELESS SENSOR NETWORKS Technology,
Protocols, and Applications”.
3. Ian F. Akyildiz (Georgia Institute of Technology, USA), Mehmet Can Vuran (University of
Nebraska-Lincoln, USA), “Wireless Sensor Networks”
4. Ahmad Abed Alhameed Alkhatib, Gurvinder Singh Baicher (University of Wales
Newport, City Campus, Usk Way, NP20 2BP, Newport, U.K), “Wireless Sensor Network
Architecture”.
5. Waltenegus Dargie (Technical University of Dresden, Germany), Christian Poellabauer
(University of Notre Dame, USA), “FUNDAMENTALS OF WIRELESS SENSOR
NETWORKS THEORY AND PRACTICE”
6. Holger Karl, Andreas Willig, “Protocols and architectures for wireless sensor networks
Holger Karl, Andreas Willig”.
7. Wendi Rabiner Heinzelman, Anantha Chandrakasan, and Hari Balakrishnan
Massachusetts Institute of Technology Cambridge, MA 02139,
Communication Protocol forWireless Microsensor Networks”.

“Energy-Efficient

8. Fan Xiangning, Song Yulin. "Improvement on LEACH Protocol of Wireless Sensor
Network", 2007.
9. V. Loscrif, G. Morabito and S. Marano. "A Two-Levels Hierarchy for Low-Energy

Adaptive Clustering Hierarchy".
10. Dissertation, Hang Zhou, Zhe Jiang and Mo Xiaoyan, “Study and Design on Cluster
Routing Protocols of Wireless Sensor Networks”, 2006.


11. W. B. Heinzelman et al., “An Application-Specific Protocol Architecture for Wireless
Microsensor Networks”.
12. Nguyen Duy Tan, Longzhe Han, Nguyen Dinh Viet, and Minho Jo “An Improved
LEACH Routing Protocol for Energy-Efficiency of Wireless Sensor Networks”.
13. M. Bani Yassein, A. Al-zou'bi, Y. Khamayseh, W. Mardini, “Improvement on LEACH
Protocol of Wireless Sensor Network (VLEACH)”.
14. Yazeed Al-Obaisat, Robin Braun, “On Wireless Sensor Networks: Architectures,
Protocols, Applications, and Management”, Institute of Information and Communication
Technologies University of Technology, Australia.
15. Xiaodong Xian, Weiren Shi and He Huang(2008), “Comparison of OMNET++ and other
simulator for simulation”, 978-1-4244-1718-6/08© 2008 IEEE, p 1439-1443.
16. Kevin Fall, Kannan Varadhan (2010), The NS Manual Formerly NS Notes and
Docmentation, The VINT Project. A Colllaboration between researchers at UC Berkeley,
LBL, USC/ISI, and Xerox PARC.