Đồ án Vấn đề năng lượng trong mạng Wireless Sensor và đánh giá bằng mô phỏng

Mục lục

Mục lục . 1

Thuật ngữ viết tắt . 4

Lời nói đầu . 6

Chương I : Tổng quan về mạng Wireless Sensor . 7

1.1. Giới thiệu mạng cảm biến không dây . 7

1.2. Nền tảng phát triển mạng . 7

1.2.1. Mạng Ad hoc không dây . 7

1.2.2. Nền tảng công nghệ . 10

1.3. Mô tả hệ thống. 12

1.3.1. Mô tả hệ thống tổng quát . 12

1.3.2. Hệ thống WISENET . 13

1.4. Tổng quan về kiến trúc mạng . 17

1.4.1. Lớp ứng dụng . 18

1.4.1.1. Giao thức quản lý Sensor . 18

1.4.1.2. Giao thức phân nhiệm vụ và quảng cáo số liệu . 19

1.4.1.3 Giao thức truy vấn Sensor và phổ biến số liệu . 20

1.4.2 Lớp giao vận . 20

1.4.3 Lớp mạng . 21

1.4.4. Liên kết liên mạng . 21

1.4.5 Lớp liên kết số liệu . 22

1.4.5.1 Điều khiển truy nhập môi tr-ờng truyền dẫn . 22

1.4.5.2 Điều khiển sửa lỗi . 23

1.4.6 Lớp vật lý . 24

1.5. Đặc điểm của mạng Wireless Sensor . 25

1.5.1. Kích th-ớc vật lý nhỏ và tiêu thụ công suất thấp . 25

1.5.2. Hoạt động đồng thời với độ tập trung cao . 26

1.5.3. Khả năng liên kết vật lý và phân cấp điều khiển hạn chế . 26

1.5.4. Tính đa dạng trong thiết kế và sử dụng . 26

1.5.5. Hoạt động tin cậy . 27

1.6. ứng dụng của mạng Sensor . 27

1.6.1. ứng dụng trong quân sự. 27

1.6.2. ứng dụng về môi tr-ờng . 29

1.6.3. ứng dụng trong y tế . 30

1.6.4. ứng dụng trong gia đình . 30

1.6.5. Các ứng dụng th-ơng mại khác . 31

Chương II : Năng l-ợng trong mạng Wireless Sensor . 33

2.1. Tính đặc thù của mạng . 33

2.1.1. Hạn chế phần cứng . 33

2.1.2. Môi trường hoạt động . 34

2.1.3. Môi trường truyền dẫn . 35

2.2. Sự tiêu thụ năng lượng . 36

2.2.1. Năng lượng cho nhiệm vụ cảm biến . 37

2.2.2. Năng lượng cho truyền thông . 37

2.2.3. Năng lượng cho xử lý . 38

2.3. Các giải pháp tiết kiệm năng lượng . 38

2.3.1. Giải pháp định tuyến . 38

2.3.1.1. Các phương pháp định tuyến tối ưu về năng lượng . 39

2.3.1.2. Phương pháp định tuyến số liệu tập trung . 40

2.3.1.3. Các giao thức lớp mạng khác được đề xuất cho mạng Sensor . 41

2.3.2. Giải pháp truy nhập môi trường truyền dẫn . 46

2.3.2.1. Yêu cầu với giao thức điều khiển truy nhậpmôi trường (MAC) cho

mạng sensor . 46

2.3.2.2. Các giao thức MAC cho mạng sensor . 47

2.3.2.3. Các chế độ hoạt động tiết kiệm năng l-ợng . 50

2.3.3. Quản lý nguồn công suất . 50

2.3.3.1 Thời gian tồn tại . 51

2.3.3.2 Phát hiện nguồn thấp "Low Battery" . 51

2.3.3.3. Cảnh báo "Low Battery" . 53

2.3.4. Tận dụng các nguồn năng lượng trong tự nhiên. 54

2.3.1.1. Tế bào quang điện . 55

2.3.1.2. Các nguồn năng lượng khác . 56

Chương III : Phần mềm mô phỏng năng lượng cho mạng Wireless Sensor . 57

3.1. Mô hình hoá mô phỏng .57

3.1. Mô hình nguồn năng lượng . 57

3.3. Thiết kế phần mềm mô phỏng mạng Wireless Sensor . 58

3.3.1. Phần mềm NS-2 .58

3.3.2. Cơ sở phát triển mô phỏng mạng Sensor trên nền NS-2 . 61

3.3.3. Các định dạng mới trong NS-2 . 62

3.3.4. Thay đổi trong NS-2 . 64

3.4. Thiết lập mã lập trình mô phỏng . 66

3.4.1. Thiết lập kênh hiện tượng và kênh dữ liệu . 66

3.4.2. Thiết lập một giao thức MAC cho kênh Phenomenon . 66

3.4.3. Thiết lập các nút Phenomenon với giao thức "định tuyến" Phenom . 66

3.4.4. Thiết lập tốc độ và kiểu xung của Phenomenon. 67

3.4.5. Định hình nút Sensor . 68

3.4.6. Thiết lập các nút Non-Sensor (điểm thu thập dữ liệu, Gateway) . 69

3.4.7. Gắn kết các tác nhân Sensor . 70

3.4.8. Gắn kết một tác nhân UDP và ứng dụng Sensor cho mỗi nút . 70

3.4.9. Khởi động ứng dụng Sensor . 70

Chương IV: Mô phỏng mạng Wireless Sensor . 71

4.1. Mục đính mô phỏng . 71

4.2. Thực hiện mô phỏng . 72

4.2.1. Mã ch-ơng trình . 72

4.2.1. Phân tích kết quả . 73

4.2. Kết quả . 74

4.2.1. Sự tổn hao năng lượng . 75

4.2.2. Tốc độ giảm năng lượng khi tăng số nút mạng . 77

4.2.3. Tốc độ giảm năng lượng khi mật độ mạng khôngđổi . 78

4.2. Đánh giá . 79

Kết luận . 80

Tài liệu tham khảo . 81