Mô phỏng mạng Zigbee với OPNET 14.5 (P1)

Như đã giới thiệu ở bài giới thiệu các chương trình mô phỏng hệ 802.15.4/Zigbee, hiện nay có khá nhiều phần mềm có thể mô phỏng mạng không dây, cụ thể hơn là mạng cảm biến không dây – WSNs, phần mềm thương mại có, mở có; các chương trình này có hỗ trợ hoặc không hỗ trợ mạng 802.15.4/Zigbee. Trong bài viết này tôi sẽ giới thiệu sơ lược cách mô phỏng mạng Zigbee bẳng OPNET phiên bản 14.5.

Lý do để chọn OPNET là sự phổ biến của nó, đồng thời OPNET hỗ trợ mô phỏng mạng WSN tốt (cụ thể là tốt hơn NS2). Một đặc điểm nữa là OPNET tuy là phần mềm thương mại, nhưng miễn phí cho các trường Đại Học hay Học Viện. Và sau cùng, cũng quan trọng nhất, là kể từ phiên bản 14.5 trở đi OPNET có hỗ trợ thư viện cho Zigbee. Tuy thư viện này không đầy đủ như bản miêu tả kỹ thuật của Zigbee Alliance 2006, nhưng xem chừng rất phù hợp với các sản phẩm bán ra của các hãng như TI, Freescale, Atmel, hay Microchip … là chỉ hỗ trợ phương thức giao tiếp CSMA/CA không chia khe – unslotted CSMA/CA.

Với những người chưa biết nhiều về mạng máy tính thì việc bắt đầu làm việc với các mạng, đặc biệt là mạng không dây, có lẽ sẽ thắc mắc nhiều về các giao thức, cách hoạt động … Việc tìm hiểu các vấn đề này sẽ mất nhiều thời gian. Nếu bắt buộc phải dùng những thứ này để làm đồ án, hay một dự án nho nhỏ nào đấy, như điều khiển một con rô bốt, hay thu thập dữ liệu gì đó, có thể “nhắm mắt làm liều” cũng cho ra kết quả. Nhưng để “làm thật”, khảo sát độ trễ, tin cậy, bảo mật, ổn định thì cần tốn nhiều công sức tìm hiểu.

Việc mô phỏng giúp chúng ta tiếp cận nhanh và rẻ hơn đến mạng Zigbee. Trong loạt bài này tôi sẽ lần lượt giới thiệu đến các vấn đề sau:

  1. Tổng quan các mô hình mạng Zigbee (sử dụng cho các chương trình mô phỏng sau này)
  2. Mô phỏng mạng hình sao – star topology network.
  3. Mô phỏng mạng hình mắt lưới và hình cây – mesh topology & tree topology network.
  4. Mô phỏng với các địa hình, chướng ngại vật và các nút di động.

Để cài đặt OPNET 14.5 có thể tìm đọc trên các diễn đàn.

Tổng quan về các mô hình mạng Zigbee.

Mạng Zigbee được thiết kế nhắm với tiêu chí 3 thấp – tốc độ thấp, năng lượng thấp, và giá thành thấp. Để tìm hiểu kĩ hơn về mạng Zigbee/802.15.4 bạn có thể đọc ở “zigbee summary” của Sinem Coleri Ergen, hoặc “IEEE 802.15.4 for Wireless Sensor Network: A Technical Overview” của Annis Koubaa at. al. Về cấu hình hoạt động có thể chia thành 3 cấu hình như sau:

 

Mạng hình sao – star topology network.

star topology

Hình 1. Mạng hình sao.

Cấu hình mạng gồm môt điều phối viên mạng – zigbee PAN Coordinator – gọi tắt là ZC, và các điểm cuối – Zigbee end devices – gọi tắt là ZED. Mạng này là mạng tập trung, mọi liên lạc điều phải thông qua PC, ví dụ 2 nút mạng muốn trao đổi với nhau thì phải thông qua PC này. Có thể dễ thấy được là PC sẽ tiêu tốn nhiều năng lượng hơn các nút mạng khác, và mạng có tầm phủ sóng nhỏ (trong vòng bán kính khoảng 100m). Chuẩn IEEE 802.15.4 khuyến cáo chỉ nên sử dụng cấu trúc hình sao này cho các ứng dụng có tầm nhỏ, ví dụ như tự động hóa tòa nhà – home automation, thiết bị ngoại vi cho máy vi tính – personal computer peripherals, đồ chơi – toys and games.

 

Mạng mắt lưới – mesh topology.

mesh topology

Hình 2. Mạng mắt lưới.

Mạng cấu tạo từ 2 thành phần, các router, gọi là Zigbee router – ZR, và các điểm cuối ZED  Mạng mắt lưới không tập trung cao độ như mạng hình sao, thay vào đó là các kết nối điểm – điểm, per to per connection, nằm trong tầm phủ sóng của các điểm mạng. Mạng hoạt động theo chế độ ad – hoc, cho phép chuyển tiếp nhiều chặn (qua trung gian là các ZR), điều này đồng nghĩa với việc phải có cơ chế vạch đường đi – routing algorithm. Mạng như thế này có thể hoạt động trong tầm rất rộng lớn, tuy nhiên rất khó khăn trong việc giảm thiểu phức tạp trong việc liên kết bất cứ điểm – điểm nào trong mạng. Nói cách khác mạng mắt lưới này khó có thể đảm bảo thời gian truyền tối thiểu được.

 

Mạng hình cây – cluster tree topology.

tree topology

Hình 3. Mạng hình cây.

Là một trường hợp đặc biệt cảu mạng mắt lưới, mà chỉ có một đườn nối giữa hai nốt và có cơ chế đồng bộ riêng trong từng nhánh. Mạng hình cây này gồm một ZC, mỗi ZR trong mỗi nhánh, và các ZED. Mạng hình cây hứa hẹn sẽ đem về ưu điểm của hai mạng trên, mạng hình sao (khả năng đồng bộ, đường truyền tin cậy nhờ vào chế độ GTS) và mạng mắt lưới (co giãn về khoảng cách địa lý, tầm hoạt động rất rộng).

Tiếp – Mô phỏng mạng hình sao với OPNET.

4 thoughts on “Mô phỏng mạng Zigbee với OPNET 14.5 (P1)”

  1. Chào anh. Em đang tìm hiểu về phần định tuyến từ nguồn tới đích. Anh cho em hỏi em có dùng Zigbee để mô phỏng các giao thức định tuyến được không? (như là giao thức Leach-C) và nếu được thì a chỉ cho em vs. Cảm ơn anh..

    1. Leach-C hay phiên bản gốc LEACH nổi tiếng là giải thuật chia nhóm (clustering), không gọi là định tuyến (routing) bạn à. Vì cấu hình cơ bản của LEACH ở dạng hình sao, phân chia truy cập với TDMA, định tuyến chẳng đóng vai trò gì ở đây cả.

      Nếu bạn muốn mô phỏng định tuyến trên OPNET, Zigbee sẽ chẳng giúp nhiều được cho bạn.
      Thứ nhất: Zigbee đã bao gồm giải thuật AODV. Và như bạn thấy lớp mạng của Zigbee trong OPNET bị giấu đi (do vấn đề sở hữu trí tuệ). DO đó hầu như sẽ chẳng biết được Zigbee tìm đường như thế nào.

      Thứ hai: mô phỏng định tuyến thì bạn chỉ cần lớp vật lý và MAC là đủ. Lớp mạng dùng interface giao tiếp với lớp dưới. Bạn có thể lấy MAC của 802.11 hoặc 802.15.4 và viết lớp mạng ở trên.

      Vì interface của 802.11 trong OPNET tốt hơn nhiều so với 802.15.4, tôi thích dùng cái trước hơn🙂.

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