Các chương trình mô phỏng hệ 802.15.4/Zigbee với OPNET

Mạng 802.15.4/Zigbee từ sau năm 2005 nổi lên trở thành một chủ đề “hot” trong thế giới điều khiển cũng như trong ngành mạng cảm biến không dây – Wireless Sensor Networks.

Nhằm tạo điều kiện tốt hơn để nghiên cứu mạng Zigbee, nhiều nhóm nghiên cứu trên thế giới đã tạo ra những chương trình mô phỏng dựa trên nền tảng OPNET hay NS-2. Ưu điểm có thể kể đến của chương trình mô phỏng như: nhanh chóng, ít tốn kém, uyển chuyển trong thiết kế, giảm thiểu khối lượng công việc lập trình, phân tích kết quả dễ dàng hơn.

Chương trình mô phỏng

Nguồn gốc

Mã nguồn mở

Có định hướng hỗ trợ WSN

Địa chỉ

OPNET

OPNET Tech. Inc.

Không

http://www.opnet.com

OMNet++

TU Budapest (Hungary)

Không

http://www.omnetpp.org

Castalia
(OMNet++ based)

NICTA (Australia)

http://castalia.npc.nicta.com.au

NS-2

USC (USA)

Không

http://nsnam.isi.edu/nsnam

SENSORSIM (ns-2 based)

UCLA (USA)

http://nesl.ee.ucla.edu/projects/sensorsim/

GloMoSim

UCLA (USA)

Không

http://pcl.cs.ucla.edu/projects/glomosim/

TOSSIM

UCB (USA)

http://www.cs.berkeley.edu/~pal/research/tossim.html

SENSE 3.0

Rensselaer PI (USA)

http://www.ita.cs.rpi.edu/sense

 

Trong các chương trình ở trên thì OPNET và NS-2 được chú ý hơn cả, vì có lịch sử lâu đời cũng như đảm bảo từ công ty sản xuất hay từ hỗ trợ của cộng đồng.

NS2 là chương trình nguồn mở, được phát triển bởi cộng đồng. Với ưu điểm miễn phí, đặc biệt là có nhiều nhóm đã viết các chương trình, thư viện cho 802.15.4Zigbee; tuy nhiên nhiều kết quả cho thấy dữ liệu thu được từ mô phỏng và thực nghiệm khá khác nhau. Điều này không phải là quá khó hiểu vì NS-2 được phát triển trước tiên cho mạng có nền tảng IP, và sau đó được mở rộng thêm cho mạng wireless network.

OPNET không phải là phần mềm nguồn mở nhưng miễn phí cho các trường đại học hay viện nghiên cứu (riêng với công ty muốn sử dụng phải trả số tiền không nhỏ). OPNET là chương trình mô phỏng theo định hướng sự kiện – event orientation, và hỗ trợ rất tốt các mạng không dây, trong đó có wireless ad – hoc network. Cho tới thời điểm hiện nay có một số chương trình viết sẵn cho 802.15.4/Zigbee từ các nhóm nghiên cứu ở Châu Âu và cả từ công ty OPNET Tech., mỗi chương trình có những ưu và nhược điểm riêng.

 

1. Thư viện Zigbee của OPNET Tech. Inc.

Kể từ phiên bản 14.5 trở đi, OPNET có sẵn thư viện cho giao tiếp mạng Zigbee (phiên bản trước đó không có thư viện này). Thư viện này viết cho 4 lớp, gồm lớp vật lý – physical, lớp điều khiển truy cập kênh truyền – medium access control, lớp mạng – network, và lớp ứng dụng – application.

Các đặc tính của thư viện này bao gồm (liệt kê từ tài liệu của OPNET Inc.).

Bảng 1. Đặc tính của thư viện Zigbee của OPNET Inc.

 

Hình 1. Mô phỏng Zigbee với thư viện từ OPNET Inc.

Rất đáng tiếc là thư viện chỉ hỗ trợ chế độ hoạt động non – beacon – enable, có nghĩa là các điểm nút chỉ có thể truyền theo kiểu unslot – CSMA/CA. Tuy nhiên chương trình này cung cấp cái nhìn tốt về cơ chế vạch đường đi (routing) của Zigbee.

 

2. Thư viện 802.15.4 của nhóm IPP-HURRAY.

Tôi phải nhấn mạnh đây không phải là thư viện cho Zigbee mà chỉ cho IEEE 802.15.4, đơn giản vì 802.15.4 không phải là Zigbee.

Ngoài Zigbee còn có nhiều chuẩn khác hoạt động trên nền tảng IEEE 802.15.4, có thể kể đến như 6loWPAN, ISA 100, WirelessHART. Việc nghiên cứu nền tảng 802.15.4, gồm lớp vật lý và lớp MAC, là cần thiết để đánh giá khả năng hoạt động của các chuẩn trên.

Một trong những chương trình đáng tin cậy được viết bởi nhóm IPP-HURRAY  của đại học Bách Khoa Porto, Bồ Đào Nha. Chương trình mô phỏng IEEE 802.15.4 hỗ trợ cơ chế hoạt động beacon – enablekhông hỗ trợ chế độ non – beacon – enable (trái ngược với chương trình ở trên). Điều này được giải thích là vì chế độ non – beacon enable không thể cung cấp khả năng tiếp cận đường truyền tin cậy – reliable service – khi chỉ dựa trên cơ chế unslot – CSMA/CA; còn beacon – enable đưa ra 2 giải pháp là slot – CSMA/CAGTS (là một biến thể của TDMA), và với TDMA thì có thể có đường truyền tin cậy.

Bảng 2. Đặc tính của thư viện 802.15.4 của nhóm IPP-HURRAY.

 

Hình 2. Mô phỏng 802.15.4 với thư viện từ IPP-HURRAY.

Vì chương trình chỉ hỗ trợ lớp MAC, lớp vật lý, và lớp ứng dụng đơn giản nên bạn không thể thấy được toàn bộ một ứng dụng tổng thể (Zigbee, hay 6loWPAN …), tuy nhiên lại rất giá trị khi cần khảo sát đặc tính kênh truyền. Về mặt cá nhân tôi sử dụng chương trình này cho việc học tập của mình nhiều hơn là chương trình của OPNET Inc.

Sau cùng, mô phỏng không thể thay thế việc thực thi trong môi trường thực, cũng tựa như cuộc sống ảo trên mạng và giao tiếp đời thường vậy. Cần cầm múi hàn làm mạch thật mới có sản phẩm tốt được🙂.

3 thoughts on “Các chương trình mô phỏng hệ 802.15.4/Zigbee với OPNET”

Gửi phản hồi

Mời bạn điền thông tin vào ô dưới đây hoặc kích vào một biểu tượng để đăng nhập:

WordPress.com Logo

Bạn đang bình luận bằng tài khoản WordPress.com Log Out / Thay đổi )

Twitter picture

Bạn đang bình luận bằng tài khoản Twitter Log Out / Thay đổi )

Facebook photo

Bạn đang bình luận bằng tài khoản Facebook Log Out / Thay đổi )

Google+ photo

Bạn đang bình luận bằng tài khoản Google+ Log Out / Thay đổi )

Connecting to %s