CHƯƠNG 5. THỰC HIỆN MÔ PHỎNG VÀ ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ32
5.2 Thực hiện mô phỏng
5.2.3 Kết quả mô phỏng một đầu vào
Hình 5-9. Dữ liệu output tại node sink
Giảm gói tin
Dựa vào sơ đồ mạng trên ta sẽ cấu hình node cảm biến ở các chương trình khác nhau để mô phỏng. Node cảm biến sẽ được cấu hình với hoạt động nhận biết bằng fuzzy. Trong khi các node khác hoạt động bình thường. Các quy tắc nhận biết được xây dựng trong phần 4.3. Trong trường hợp này ta thay đổi nhiệt độ trung
SVTH: Lê Thị Thanh Thảo ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
bình 1 lần là 50C để xem phản ứng nhận biết các thông số của node như thế nào trong các trường hợp thay đổi. Sau khi mô phỏng node cảm biến sẽ truyền dữ liệu về node sink. Khi đó, cửa sổ output như hình 5-9.
Các trường hợp nhiệt độ môi trường thay đổi ở 100C, 150C, 200C là:
Khi nhiệt độ ở 100C: Node cảm biến sẽ xuất dữ liệu “Cảnh báo, Mote sẽ truyền dữ liệu 10 giây 1 lần” và ở node sink sẽ nhận được dữ liệu hiện tại là 100C.
Hình 5-10. Bảng tin node sensor gửi khi nhiệt độ 100C
Khi nhiệt độ ở 150C: Node cảm biến sẽ xuất dữ liệu “Theo dõi, Mote sẽ truyền dữ liệu 3 phút 1 lần” và ở node sink sẽ nhận được dữ liệu hiện tại là 150C.
Hình 5-11. Bảng tin node sensor gửi khi nhiệt độ 150C
Khi nhiệt độ ở 200C: Node cảm biến sẽ xuất dữ liệu “Bình thường, Mote sẽ truyền dữ liệu 10 phút 1 lần” và ở node sink sẽ nhận được dữ liệu hiện tại là 200C.
Hình 5-12. Bảng tin node sensor gửi khi nhiệt độ 200C
Ta thấy số lượng gói tin sẽ thay đổi ứng với từng trường hợp node cảm biến nhận được. Khi nhiệt độ môi trường ở dưới 100C hoặc trên 280C node cảm biến nhận được báo hiệu là “Cảnh báo”. Node cảm biến sẽ gửi dữ liệu 10 giây 1 lần và số
SVTH: Lê Thị Thanh Thảo ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
lượng gói tin bằng với node cảm biến bình thường.
Trường hợp nhiệt độ môi trường từ 140C tới 160C hoặc từ 220C tới 240C node cảm biến nhận được báo hiệu: “Theo dõi”. Khi đó dữ liệu sẽ gửi 3 phút 1 lần và sẽ giảm 1/3 số lượng gói tin so với node cảm biến bình thường.
Khi nhiệt độ môi trường ở khoảng từ 14 đến 240C node cảm biến nhận được báo hiệu là “Bình thường”. Node cảm biến sẽ gửi dữ liệu 10 phút 1 lần và số lượng gói tin giảm 1/10 so với node cảm biến bình thường.
Hình 5-13. Lưu lượng gói tin ứng với các trường hợp khác nhau
Kết hợp với các trường hợp khác
Trong mô phỏng này là node sink phát hiện mất kết nối mạng IP ngoài hoặc mất kết nối giữa node cảm biến và máy tính, node sink sẽ gửi broadcast cho tất cả
0 5 10 15 20 25 30 35
0 50 100 150 200 250 300 350
18 134 251 377 491 620 737 852 973 1100 1215 1336 1460 1572 1698 1820 1937 2053 2177 2296 2420 2531 2651 2774 2899 Temperature (0C)
Number of Packet
Time(s)
Traffic on Mote
Normal Fuzzy
SVTH: Lê Thị Thanh Thảo ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
các node còn lại, và khi node cảm biến nhận biết được các thông số thì sẽ không gửi nữa mà sẽ lưu vào bộ nhớ. Điều này giúp node cảm biến tiết kiệm năng lượng trong quá trình truyền tin. Trong chương trình mô phỏng này ta sẽ giả sử khi click vào nút “Button” thì node sink lỗi sẽ xảy ra và khi đó sẽ gửi broadcast cho các node cảm biến còn lại.
Hình 5-14. Node sink gửi broadcast cho các node còn lại và Node sensor thông báo không gửi gói tin
Trong mô phỏng này thì node cảm biến 3 được thiết kế với nhiệm vụ nhận broadcast và không gửi dữ liệu nữa và lưu và bộ nhớ (đường màu xanh lá). Node 2 chỉ được cấu hình nhận biết thông số mà không kết hợp logic mờ (đường màu đỏ), và node 4 được cấu hình bình thường (đường màu xanh dương). Thì sau gần 1 giờ mô phỏng trong đó:
SVTH: Lê Thị Thanh Thảo ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Hình 5-15. Lưu lượng gói tin ứng với trường hợp bị mất kết nối
Toàn bộ lưu lượng
Để nhìn tổng quát hơn về số lượng gói tin gửi đi của toàn bộ mạng, ta tính tổng số gói tin gửi tại mỗi node cảm biến. Bảng thống kê lưu lượng tại 1 node trong các trường hợp là:
Bảng 5-1. Lưu lượng trên node cảm biến trong tất cả các trường hợp Node cảm
biến
Số gói tin sử dụng logic mờ
Số gói tin bình
thường % giảm
Tổng
cộng 4 132 300 56%
Ta thấy tổng số gói tin gửi tin đi tại node cảm biến của toàn bộ mạng trong
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50
0 50 100 150 200 250 300 350
Time 123 247 367 490 610 729 842 962 1085 1209 1326 1448 1565 1682 1808 1928 2042 2167 2285 2404 2524 2649 2763 2886 Tempurater (0 C)
Number of Packet
Traffic on Mote
Normal
Normal_gw_connection Fuzzy_gw_connection Tempurature
SVTH: Lê Thị Thanh Thảo ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
các trường hợp nhận biết sử dụng logic mờ sẽ giảm 56% so với bình thường. Hơn nữa, giảm lưu lượng trong mỗi node sẽ dẫn đến giảm lưu lượng chuyển tiếp của các node khác. Do đó, định nghĩa của ngữ cảnh trong từng ứng dụng, từng môi trường là rất quan trọng vì có thể ảnh hưởng rất nhiều đến hiệu quả của mạng.
Tiêu tốn năng lƣợng
Trong phần đánh giá năng lượng này ta sẽ đánh giá năng lượng của node cảm biến nhận biết các thông số sử dụng logic mờ so với node cảm biến bình thường trong từng trường hợp. Để chính xác ta sẽ mô phỏng mạng gồm 1 node sink nhận dữ liệu từ 2 node cảm biến, 1 node sử dụng nhận biết còn node kia thì không.
Thời gian mô phỏng là 3 giờ, giờ đầu nhiệt độ môi trường là 200C, 2 giờ tiếp theo là 150C và 100C.
Hình 5-16. Sơ đồ mô phỏng giữa 2 node
Trong giờ đầu khi nhiệt độ môi trường là 200C, ta có bảng thống kê công suất là:
SVTH: Lê Thị Thanh Thảo ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Bảng 5-2. Công suất của sensor trong giờ thứ nhất ở 200C Giờ Mote Nhiệt
độ
CPU Power
LPM Power
Listen Power
Transmit Power
Power (mW)
1 Fuzzy 20 0.353 0.153 0.381 0.008 0.886
Normal 20 0.355 0.153 0.475 0.2 1.183
Trong giờ tiếp theo khi nhiệt độ môi trường là 150C, ta có bảng thống kê công suất là:
Bảng 5-3. Công suất của sensor trong giờ thứ hai ở 150C Giờ Mote Nhiệt
độ
CPU Power
LPM Power
Listen Power
Transmit Power
Power (mW)
2
Fuzzy 15 0.347 0.153 0.392 0.025 0.917
Normal 15 0.355 0.153 0.475 0.2 1.183
Trong giờ thứ 3 khi nhiệt độ môi trường là 100C, ta có bảng thống kê công suất là:
Bảng 5-4. Công suất của sensor trong giờ thứ ba ở 100C Giờ Mote Nhiệt
độ
CPU Power
LPM Power
Listen Power
Transmit Power
Power (mW)
3
Fuzzy 10 0.372 0.152 0.426 0.088 1.038
Normal 10 0.355 0.153 0.475 0.2 1.183
Công suất tiêu thụ trung bình trong ba giờ là:
Bảng 5-5. Công suất trung bình của sensor trong ba giờ Giờ Mote Nhiệt
độ
CPU Power
LPM Power
Listen Power
Transmit Power
Power (mW) Aver-
age
Fuzzy 0.357 0.1527 0.3997 0.0403 0.947
Normal 0.355 0.153 0.475 0.2 1.183
Như vậy, công suất tiêu thụ trung bình trong ba giờ đối với node cảm biến có
SVTH: Lê Thị Thanh Thảo ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
sử dụng logic mờ là: 0.947mW nhỏ hơn công suất tiêu tốn của node bình thường là: 1.183mW. Như vậy tuy năng lượng CPU có lớn hơn vì xử lý logic mờ nhưng xét về tổng thể thì trong điều kiện nhận biết bình thường thời gian sử dụng pin của mote sẽ lâu hơn node cảm biến bình thường. Còn trong trường hợp báo động thì công suất tiêu thụ của node có logic mờ sẽ cao hơn do quá trình xử lý phức tạp hơn.