Đồ án Lập trình nhúng để thu nhận xử lý và truyền dữ liệu không dây với giải thuật MCFA

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC DÂN LẬP HẢI PHÒNG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH CÔNG NGHỆ THÔNG TINĐỀ TÀI: LẬP TRÌNH NHÚNG ĐỂ THU NHẬN XỬ LÝ VÀ TRUYỀN DỮ LIỆU KHÔNG DÂY VỚI GIẢI THUẬT MCFAGiáo viên hướng dẫn: THS.Nguyễn Trọng Thể Sinh viên thực hiện: Nguyễn Tiến Mạnh Lớp: CT8021NỘI DUNGTổng quan về mạng WSNGiao thức định tuyến trong WSNKiến trúc mạng WSNThuật toán MCFA(Minimum Cost Forwarding Algorithm)Thử nghiệm và đánh giáKết luậnTổng quan về mạng WSN Mạng cảm nhận không dây (Wireless Sensor Network - WSN) WSN = Cảm nhận + CPU + RadioYêu cầu đối với mạng WSNKhả năng tự cấu hìnhTiết kiệm năng lượngGiá thành thấpAn toàn bảo mật dữ liệuƯu nhược điểm của WSNƯu điểm của WSN Tính linh hoạtTiết kiệm chi phí xây lắpDễ dàng di chuyển Dễ dàng sử dụng và cài đặtThuận tiện mở rộng hệ thống mạngNhược điểm của WSNNăng lượng tiêu thụ PINTốc độ truyền dữ liệu thấpAn toàn bảo mật thông tin phức tạpKhoảng cách giữa các nút mạng ngắn ( Lm + Cn,m) { Ln = Lm + Cn,m Sau đó thiết lập biến đếm thời gian = A*Cn,m (gọi là biến thời gian hạn định) }Sự kiện: nếu N đạt biến thời gian hạn định thì nó phát message ADV có chứa Ln Trong đó các biến: Ln, Lm: là costs của node N, M so với nút cơ sở sink Cn;m: là cost giữa hai liên kết node N và M A: là hệ số thời gian thực nghiệmThuật toán tại nút cơ sởNút cơ sở thực hiện quá trình nhận dữ liệu từ các nút con Thực hiện khởi phát một quá trình quảng bá bản tin xây dựng giá cho các nút trong mạng Nr: hằng số tỉ lệ giữa quá trình nhận gói tin và quảng bá xây dựng giá tại nút cơ sở.Ncost: giá của tuyến liên kết Thuật toán tại nút cơ sở Hoạt động tại nút cơ sở được chia làm 2 phaPha nhận dữ liệu Nút cơ sở sẽ thực hiện thu vô tuyến để nhận dữ liệu từ các nút trung gian lưu vào bộ nhớ để phân tích xử lý số liệu Pha quảng báĐược bắt đầu khi tham số Nr =0 Nút cơ sở sẽ đưa ra gói tin quảng bá giá Ncost = 0 và ID của gói tin là ID của nút cơ sở (ID=1)Gói tin được chuyển tới vùng đệm TX và thực hiện quảng bá gói tin xây dựng giáThuật toán tại nút trung gianChuyển tiếp dữ liệu Thực hiện thu thập dữ liệuCcost = giá hiện tạiNcost = giá của gói tin quảng bá giáIcost = giá của gói tin tới Thử nghiệm và đánh giá Cơ sở thử nghiệm Phần cứng: Lựa chọn nút mạng là vi điều khiển CC1010 của hãng ChipconMô hình thử nghiệm và kết quả Trong các mô hình thử nghiệm đưa ra dưới đây ID của nút gốc mặc định là 1ID của các nút được gán lần lượt từ 2 tới 4 với giá tương ứng ban đầu là vô cùngDo có 4 nút mạng nên quy định giá vô cùng tương ứng với cost = 10 Truyền đơn bước Trong mô hình này ta sử dụng một nút truyền và một nút cơ sởCác bước tiến hành: Nạp chương trình nút cơ sở cho nút mạng có gắn thiết bị hiển thị LCD, ID=1 Nạp chương trình nút trung gian cho một nút mạng khác ID=2 Triển khai sắp xếp thiết bị theo mô hình: Ý nghĩa Trong thử nghiệm này thực chất là để kiểm tra hoạt động của nút mạng chứ không có ý nghĩa nhiều trong định tuyếnNút gửi dữ liệu trực tiếp về trạm gốc. Tuy nhiên bản tin xây dựng giá vẫn được gửi tới nút ID = 2 bởi vậy ID = 2 vẫn sẽ cập nhật giá của tuyếnTruyền đa bướcThử nghiệm với 4 nút mạngCác bước tiến hành: Nạp chương trình nút cơ sở cho nút mạng có gắn thiết bị hiển thị LCD, ID=1 Nạp chương trình nút trung gian cho một nút mạng khác, ID=2,3,4 Triển khai sắp xếp thiết bị theo 2 mô hìnhTruyền đa bước Tình huống thực nghiệm Truyền khi topo mạng thay đổi, tắt nguồn của nút ID 3 hoặc 4Ý nghĩa Như trên mô hình thử nghiệm ID3 và ID4 có chung một nút chuyển tiếp là ID2, như vậy trong trường hợp cả 2 cùng có dữ liệu và trong ứng dụng của thực nghiệm là truyền dữ liệu liên tục, sẽ xảy ra tình huống xảy ra xung độtNhư vậy ta sẽ để lần lượt ID3 và ID4 hoạt động và trong trường hợp cả 2 cùng hoạt động để đánh giá tình huống xung đột và hiệu quả của thủ tục thâm nhập môi trườngTruyền đa bướcTình huống thực nghiệm Truyền khi topo mạng thay đổi, tắt nguồn của nút 3 hoặc nút 2 Ý nghĩaTrong mô hình thực nghiệm nàyID4 sẽ có 2 lựa chọn tuyến để chuyển tiếp dữ liệu về trạm gốc Trong trường hợp một tuyến bị hỏng hoặc hết năng lượng thì ID4 vẫn có khả năng gửi dữ liệu về qua nút còn lại, qua đây ta cũng thấy sẽ có xung đột giữa ID2 và ID3 khi cả 2 cùng gửi dữ liệu về trạm cơ sở, hoặc gửi gói tin quảng bá giá tới ID4.ĐÁNH GIÁƯu điểm của MCFAHoạt động đơn giảnKhông quá phức tạp Không đòi hỏi dung lượng bộ nhớ lớnKhông đòi hỏi cập nhật thông tin thường xuyênKhông cần duy trì bảng định tuyến phức tạp Với định tuyến giá tối thiểu đã hạn chế được một lượng lớn gói tin không cần thiết hướng ra ngoài mạng. Với các phương pháp định tuyến khác, dù nút mạng không nằm trên tuyến tối ưu thì gói tin vẫn yêu cầu được chuyển tiếp ĐÁNH GIÁNhược điểm Khả năng xung đột caoKhó dàn đều việc tiêu thụ năng lượng giữa các nútẢnh hưởng tới thời gian sống của toàn mạngHiệu suất chuyển tiếp các gói tin thấp đối với các nút ở xa nút cơ sởKết luậnĐể phát triển thuật toán định tuyến tốt phải nhìn nhận rằng có những hạn chế trong nhóm giao thức định tuyến bình đẳngXung đột dữ liệuKiểm soát năng lượng chưa đủ mạnhXác suất gửi thành công gói tin không kiểm soát đượcGiải phápKết hợp giao thức định tuyến MCFA với định tuyến phân cấpKết hợp sự đơn giản của định tuyến theo giá và sự hiệu quả của định tuyến phân cấp về tiêu thụ năng lượng và tránh xung đột Đó là hướng nghiên cứu định tuyến cho mạng WSN trong tương laiEM XIN CHÂN THÀNH CẢM ƠN