slide thuyết trình về lớp MAC trong mạng cảm biến không dây

LOGO

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

ĐỀ TÀI:

NGHIÊN CỨU LỚP TRUY NHẬP
PHƯƠNG TIỆN MAC CỦA MẠNG
CẢM BIẾN KHÔNG DÂY
Giảng viên hướng dẫn : TS. Hoàng Trọng Minh
Sinh viên thực hiện
: Nguyễn Thị Duyên
Lớp
: D14CQVT04
Khóa
: 2014-2019
1


NỘI DUNG

Chương 1: Tổng quan về mạng cảm biến
không dây

NỘI
DUNG

Chương 2: Các kỹ thuật truy nhập môi
trường
Chương 3: Kiến trúc S-MAC
Kết luận

2


CHƯƠNG 1: Tổng quan về mạng cảm biến không dây
1.Tổng quan
Mạng cảm biến không dây - WSN là tập hợp các thiết bị cảm biến sử dụng
liên kết không dây để phối hợp thực hiện thu thập thông tin dữ liệu.
2. Cấu trúc của mạng cảm biến không dây

3


CHƯƠNG 1: Tổng quan về mạng cảm biến không dây

Cấu tạo một node cảm biến

Kiến trúc giao thức mạng
WSN
4


CHƯƠNG 1: Tổng quan về mạng cảm biến không dây
3. Ứng dụng của mạng cảm biến không dây

5


CHƯƠNG 2: Các kỹ thuật truy nhập môi trường
1. Tổng quan
Tất cả các giao thức điều khiển truy nhập môi trường MAC cho mạng

không dây quản lý việc sử dụng liên kết sóng vô tuyến để đảm bảo hiệu
quả sử dụng của các băng thông.
Yêu cầu đối với các giao thức MAC cho mạng WSN
• Khả năng mở rộng
• Độ trễ
• Thông lượng
• Sự công bằng
• Độ chắc chắn
• Tính ổn định
• Hiệu quả năng lượng
Các nguyên nhân gây ra lãng phí năng lượng
• Xung đột và tắc nghẽn
• Nghe lén
• Nghe nhàn rỗi

6


CHƯƠNG 2: Các kỹ thuật truy nhập môi trường
2. Các giao thức điều khiển truy nhập môi trường MAC
Giao thức phân chia cố
định
Mỗi node được chia một
lượng cố định tài nguyên
kênh truyền. Dùng tài
nguyên này một cách
riêng biệt mà không bị
tranh chấp với các node
khác.

Giao thức phân chia theo
nhu cầu
Chia dung lượng kênh cho
các node theo cách tối ưu
hay gần như tối ưu. Giao
thức phân chia theo nhu cầu
bỏ qua các nút ở trạng thái
nghỉ và chỉ xem xét các nút
sẵn sàng phát.

Giao thức phân
chia ngẫu nhiên
Không chia trước
băng thông cho các
node. Tất cả các
node trong mạng
phải tranh chấp để
truy nhập đường
truyền.

Giao thức đặc trưng: Giao thức đặc trưng: thăm ALOHA , CSMA,
FDMA, TDMA, CDMA
dò và đặt khe thời gian
CSMA/CD,
CSMA/CA, 802.11
7


CHƯƠNG 2: Các kỹ thuật truy nhập môi trường
3. Các kỹ thuật truy nhập MAC trong mạng cảm biến không dây

Giao thức dựa trên lập
lịch
Dựa trên sự phân chia
tài nguyên trước cho mỗi
node. Dùng mô hình
tương tự TDMA, kênh
truyền được chia thành
các khe thời gian, các
khe này chính là lịch
trình để các node hoạt
động.

Giao thức dựa
trên tranh chấp
Tối thiểu hoặc
tránh hoàn toàn
đụng độ. Ý tưởng
căn bản để giảm
tiêu
thụ
năng
lượng là để các
node vào trạng
thái ngủ khi không
hoạt động.

Giao thức dựa trên kết
hợp
Đặc trưng là giao thức ZMAC.
Z-MAC dựa vào các khe

thời gian tương tự như các
giải pháp dựa trên TDMA.
Nhưng sự khác biệt ở đây là
mỗi khe có thể bị đánh cắp
bởi các nút khác nếu nó
không được sử dụng.

SMACS, Bluetooth,
LEACH

S-MAC,
DSMAC, T-MAC,
STEM, WiseMAC

Z-MAC
8


CHƯƠNG 3: Kiến trúc S-MAC
1. Tổng quan
S-MAC (Sensor-MAC) là giao thức điều khiển truy nhập trung bình được
thiết kế cho các mạng cảm biến không dây. S-MAC được xây dựng dựa
trên các giao thức tranh chấp.

Chu kỳ nghe và ngủ
định kỳ trong S-MAC

Khuôn dạng của
một khung S-MAC

9


CHƯƠNG 3: Kiến trúc S-MAC
2. Đồng bộ hóa
Mục tiêu: để các nút
trong mạng biết được
lịch trình thức ngủ của
các nút lân cận, từ đó
có thể trao đổi dữ liệu
chính xác.

Các thành phần
liên quan đến đồng
bộ hóa trong SMAC: gói SYNC,
bảng
lịch
biểu,
danh sách lân cận.

Các bước trong đồng bộ
hóa: chọn lịch trình đầu
tiên, cập nhật và duy trì
lịch biểu, khám phá lân
cận định kỳ, cập nhật
danh sách lân cận định kỳ.

3.Cảm biến sóng mang
Node sẽ thực hiện cảm biến sóng mang trước khi gửi dữ liệu.
S-MAC định nghĩa hai NAV (véc tơ định vị mạng). Một được gọi

đơn giản là NAV và được sử dụng để chỉ trạng thái của chính
nút cảm biến có bận hay không. Một cái khác được gọi là
Neighbor NAV dùng để theo dõi các lân cận của nút. Chỉ khi cả
hai NAV có giá trị bằng 0 sẽ cho biết phương tiện là rảnh và có
thể bắt đầu trao đổi dữ liệu

10


CHƯƠNG 3: Kiến trúc S-MAC
4. Kỹ thuật RTS/CTS
Sau khi cảm nhận CS xác định môi trường rảnh, nút gửi phát gói RTS và
nút nhận sẵn sàng nhận dữ liệu bằng cách phát gói CTS.

Các lân cận của nút gửi và nhận chuyển sang chế độ ngủ để tiết kiệm năng
lượng.

11


CHƯƠNG 3: Kiến trúc S-MAC
5. Nghe thích ứng

không có nghe thích ứng

nghe thích ứng

12

CHƯƠNG 3: Kiến trúc S-MAC
6. Truyền thông điệp
Dữ liệu cần truyền được chia thành nhiều phân đoạn nhỏ. Sử dụng kỹ
thuật RTS/CTS để truyền các phân đoạn dữ liệu nhỏ này.
7. So Sánh hiệu năng của S-MAC so với 802.11
a) Thiết bị sử dụng

Rene Motes dùng hệ điều hành TinyOS

13


CHƯƠNG 3: Kiến trúc S-MAC
b) Cài đặt thông số
Triển khai 3 đối tượng cần so sánh: IEEE 802.11 DCF,
Overhearing avoidance, S-MAC
c) Mô hình giao thức thực hiện

14


CHƯƠNG 3: Kiến trúc S-MAC
d) Kết quả và phân tích
• Tiêu thụ năng lượng trung bình đo được trong các nút nguồn A và B

15


CHƯƠNG 3: Kiến trúc S-MAC
• Đo phần trăm thời gian mà các nút nguồn ở chế độ ngủ

16


CHƯƠNG 3: Kiến trúc S-MAC
• Tiêu thụ năng lượng đo được tại nút trung gian

17


KẾT LUẬN

Mạng cảm biến không dây là một lĩnh vực nghiên cứu vô cùng
rộng, kiến thức được đề cập trong đồ án này chỉ là phần nhỏ kiến
thức về mạng cảm biến.
Đồ án đã nêu ra được tổng quan, cấu trúc của mạng cảm biến
không dây. Các kỹ thuật truy nhập môi trường nói chung.
Nêu được các kỹ thuật đặc trưng sử dụng trong S-MAC và đã so
sánh hiệu năng của S-MAC so với 802.11. Từ đó thấy được SMAC có hiệu quả tốt về tiêu thụ năng lượng.

18


LOGO

19