Output file Nghiên cứu mã sửa lỗi trong mạng cảm biến không dây 2012 Học viên Trần Trọng Nghĩa Trang 1 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ *** TRẦN TRỌNG NGHĨA NGHIÊN CỨU MÃ SỬA LỖI TRONG[.]
Nghiên cứu mã sửa lỗi mạng cảm biến không dây 2012 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ *** TRẦN TRỌNG NGHĨA NGHIÊN CỨU MÃ SỬA LỖI TRONG MẠNG CẢM BIẾN KHÔNG DÂY LUẬN VĂN THẠC SĨ CÔNG NGHỆ ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG Hà Nội, 2012 Học viên: Trần Trọng Nghĩa Trang Nghiên cứu mã sửa lỗi mạng cảm biến không dây 2012 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ *** TRẦN TRỌNG NGHĨA NGHIÊN CỨU MÃ SỬA LỖI TRONG MẠNG CẢM BIẾN KHƠNG DÂY Ngành: Cơng nghệ Điện tử - Viễn thông Chuyên Ngành: Kỹ thuật Điện tử Mã số: 60 52 70 LUẬN VĂN THẠC SĨ CÔNG NGHỆ ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC : PGS.TS VƯƠNG ĐẠO VY Hà Nội - 2012 Học viên: Trần Trọng Nghĩa Trang Nghiên cứu mã sửa lỗi mạng cảm biến không dây 2012 MỤC LỤC Danh mục thuật ngữ Danh mục hình vẽ Danh mục bảng Mở đầu CHƢƠNG 1.TỔNG QUAN VỀ MẠNG CẢM BIẾN KHÔNG DÂY 11 Mạng cảm biến không dây 11 1.1 Các ứng dụng mạng cảm biến không dây 11 1.2 Thách thức mạng cảm biến không dây 21 1.3 Đặc điểm mạng cảm biến không dây 24 1.4 Kiến trúc giao thức phân tầng mạng cảm biến không dây 25 Giới thiệu chuẩn không dây IEEE 802.15.4 30 2.1 Lớp vật lý chuẩn IEEE 802.15.4 30 2.2 Lớp vật lý chuẩn IEEE 802.15.4 dải tần 2.4 GHz 32 Kết luận chương 34 CHƢƠNG 2.MÃ SỬA LỖI 35 Giới thiệu hệ truyền tin 35 1.1 Mơ hình hệ truyền tin 35 1.2 Phân loại kênh truyền 36 1.3 Hiệu suất kênh truyền 37 Mã sửa lỗi mạng cảm biến không dây 37 2.1 Mã khối tuyến tính 38 2.2 Hội chứng lỗi sửa lỗi 41 2.3 Khoảng cách tối thiểu mã khối tuyến tính 45 2.4 Khả phát lỗi khả sửa lỗi mã khối tuyến tính 45 2.5 Mã Hamming 47 2.6 Mã dịch vịng tuyến tính 50 Kết Luận Chương 55 CHƢƠNG 3.ÁP DỤNG MÃ SỬA LỖI - MẠNG CẢM BIẾN KHÔNG DÂY 56 1 Đặc trưng lỗi mạng cảm biến không dây 56 Ứng dụng mã sửa lỗi việc khắc phục mẫu lỗi bit, mẫu lỗi bit 58 Hiệu kênh truyền áp dụng mã sửa lỗi 61 Kết luận Chương 65 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 58 TÀI LIỆU THAM KHẢO 59 Học viên: Trần Trọng Nghĩa Trang Nghiên cứu mã sửa lỗi mạng cảm biến không dây 2012 DANH MỤC CÁC THUẬT NGỮ Chữ đầy đủ Chữ viết tắt Nghĩa tiếng Việt WSNs Wireless Sensor Networks Mạng cảm biến không dây GPS Global Positioning System Hệ thống định vị toàn cầu WINS Wireless Integrated Network Sensors Cảm biến mạng tích hợp không dây CDMA Code Division Multiple Access Đa truy nhập phân chia theo mã TDMA Time Division Multiple Access Đa truy nhập phân chia theo thời gian CSMA Truy cập đường truyền có lắng Carrier Sense Multiple Access nghe sóng mang SPIN Sensor protocols for information via Giao thức cho thông tin liệu thông qua đàm phán negotiation LEACH Low-energy adaptive clustering Giao thức phân cấp theo cụm thích ứng lượng thấp hierarchy PEGASIS Power-efficient Gathering in Sensor Tổng hợp lượng Information Systems hệ thống thông tin cảm biến GAF Geographic adaptive fidelity Giải thuật xác theo địa lý GEAR Geographic and Energy-Aware Định tuyến theo vùng địa lý sử dụng hiệu lượng Routing TEEN Threshold sensitive Energy Efficient Giao thức hiệu lượng nhạy cảm với mức sensor Network protocol ngưỡng APTEEN Adaptive Threshold sensitive Energy Giao thức hiệu Efficient sensor Network protocol lượng nhạy cảm với mức ngưỡng thích ứng SPEED A Spatiotemporal Communication Giao thức truyền tin không Protocol QoS for Wireless Sensor gian-thời gian cho mạng cảm Network biến không dây Quality of Service Chất lượng dịch vụ Học viên: Trần Trọng Nghĩa Trang Nghiên cứu mã sửa lỗi mạng cảm biến khơng dây SMP 2012 giao thúc quản lí mạng cảm Sensor Management Protocol biến TADAP Task Assignment and Data giao thức quảng bá liệu định nhiệm vụ cho Advertisement Protocol sensor SQDDP Sensor Query and Data giao thức phân phối liệu Dissemination Protocol truy vấn cảm biến ADC Analog-to-Digital Converter Bộ chuyển đổi tương tự - Số MAC Media Access Control Điều khiển truy nhập môi trường ADV Advertise Bản tin quảng bá REQ Request Bản tin yêu cầu DS - SS Directed-Sequence Spread Spectrum Trải phổ BS Base Station (Sink) Trạm gốc CH Cluster Head Nút chủ cụm ECC Error Correcting Code Mã sửa lỗi FEC Forward Error Correction Mã sửa lỗi chuyển tiếp ARQ Auto Repeat Request Tự động yêu cầu phát lại Học viên: Trần Trọng Nghĩa Trang Nghiên cứu mã sửa lỗi mạng cảm biến khơng dây 2012 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình 1.1: Ứng dụng mạng cảm biến không dây quân sự[6] 12 Hình 1.2: Ứng dụng mạng cảm biến khơng dây chăm sóc sức khỏe[6] 15 Hình 1.3: Cấu trúc mạng cảm biến khơng dây[6] 23 Hình 1.4: Giao thức phân tầng mạng cảm biến không dây[6] 24 Hình 1.5: Các dải tần vật lý chuẩn không dây IEEE 802.15.4[6] 29 Hình 1.6: Mơ hình mạng theo chuẩn IEEE 802.15.4[6] 30 Hình 1.7: Điều chế lớp vật lý chuẩn IEEE 802.15.4[4] 31 Hình 1.8: Các pha điều chế O-QPSK[4] 32 Hình 2.1: Mơ hình hệ truyền tin[7] 33 Hình 2.2: xác suất a) kênh truyền đối xứng nhị phân; b) kênh truyền nhị phân có xóa[7] 34 Hình 2.3: Hai kiểu truyền đầu phát đầu thu[7] 35 Hình 2.4: Định dạng từ mã[7] 37 Hình 2.5: Mạch điện tử mã hóa cho mã khối tuyến tính[7] 39 Hình 2.6: Mạch điện tử với hội chứng lỗi cho hệ thống mã hóa tuyến tính (n,k)[7] 41 Hình 2.7 : Mạch điện mã hóa cho mã dịch vịng tuyến tính (n,k) với đa thức sinh[7] 51 Hình 2.8: Mạch điện mã hóa cho mã dịch vịng tuyến tính dựa đa thức kiểm lỗi h(X)=1+h1X+…+Xk[7] .51 Hình 2.9: Mạch điện logic với n-k trạng thái lỗi[7] 52 Hình 3.1: Tỉ lệ gói khoảng cách[9] .55 Hình 3.2: Chiều dài khối lỗi [10] 56 Hình 3.3: Ảnh hưởng lỗi bit dẫn đường lên tỉ lệ gói tin[10] 57 Hình 3.4: Cách chèn bit dư thừa mã Hamming 58 Hình 3.5: Giản đồ kênh truyền 56 Học viên: Trần Trọng Nghĩa Trang Nghiên cứu mã sửa lỗi mạng cảm biến không dây 2012 DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1: Các dải tần dành cho ứng dụng Công nghiệp, khoa học y tế ISM 27 Bảng 1.2: Dải tần số tốc độ lớp vật lý chuẩn IEEE 802.15.4[6] 29 Bảng 1.3 : Ánh xạ ký tự sang giá trị chip[4] 31 Bảng 2.1 : Bảng từ mã Hamming (7,4,3) 46 Bảng 2.2: Bảng giá trị mẫu lỗi e 48 Bảng 2.3: Bảng giải mã cho mã dịch vịng tuyến tính (7,4) với đa thức sinh g(X)=1+X+X3[7] 53 Học viên: Trần Trọng Nghĩa Trang Nghiên cứu mã sửa lỗi mạng cảm biến không dây 2012 MỞ ĐẦU Trong trình phát triển khoa học, mạng cơng nghệ đóng vai trò quan trọng, làm thay đổi ngày sống người, theo hướng đại Đi đơi với q trình phát triển ấy, thay đổi theo chiều hướng xấu, tác động người tự nhiên, môi trường sống diễn ra, tác động ngược trở lại; nhiễm mơi trường, thay đổi khí hậu, hiệu ứng nhà kính, v.v Áp dụng cơng nghệ ngành điện tử, công nghệ thông tin viễn thông vào thực tiễn sống yêu cầu cấp thiết nhằm đạt chất lượng sống tốt Công nghệ cảm biến không dây tích hợp từ cơng nghệ: kỹ thuật điện tử, tin học viễn thông, ứng dụng rộng rãi phục vụ nhu cầu, mục đích khác người Rất nhiều chuẩn công nghệ không dây đời: chuẩn không dây IEEE 802.11b, IEEE 802.11g, IEEE 802.11n, bluetooth, IEEE 802.15.4 chuẩn khơng dây phù hợp với mức tiêu thụ lượng thấp trọng nghiên cứu phát triển, giải nhiều vấn đề từ tương tác người với tự nhiên Tuy nhiên trình truyền tin cơng nghệ mạng khơng dây ln xảy tình trạng lỗi, truyền sai thông tin tác động nhiễu mơi trường Trên sở kỹ thuật sửa lỗi nghiên cứu để phục vụ cho việc tối ưu kênh truyền, tối ưu lượng, tăng độ tin cậy kênh truyền hệ thống mạng cảm biến khơng dây Với mục đích đó, em định nghiên cứu xây dựng luận văn tốt nghiệp: “Nghiên cứu mã sửa lỗi mạng cảm biến không dây ” Nội dung tìm hiểu luận văn gồm chương, trình bày vấn đề sau: Chương 1: Tổng quan mạng cảm biến không dây Giới thiệu tổng quan mạng cảm biến khơng dây: Trong nêu rõ vai trò phạm vi ứng dụng, thách thức gặp phải Chương tìm hiểu chức nhiệm vụ phân lớp mô hình kiến trúc mạng, đồng thời giới thiệu chuẩn không dây thường sử dụng mạng cảm biến: chuẩn không dây IEEE 802.15.4 Chương 2: Mã sữa lỗi Chương giới thiệu kiến thức mơ hình truyền tin, điều kiện kênh truyền, kỹ thuật sửa lỗi sử dụng cho mạng truyền liệu nói chung mạng khơng dây nói riêng Chương tập trung giới thiệu kỹ thuật mã sửa lỗi chuyển tiếp, thường sử dụng để sửa mẫu lỗi đơn bit, sửa mẫu lỗi hai bit truyền liệu Trong đó, sâu tìm hiểu mã khối Học viên: Trần Trọng Nghĩa Trang Nghiên cứu mã sửa lỗi mạng cảm biến khơng dây 2012 tuyến tính, mã Hamming, mã dịch vòng ứng dụng nhiều kỹ thuật sửa lỗi chuyển tiếp Chương 3: Áp dụng mã sửa lỗi mạng cảm biến không dây Chương khảo sát tình lỗi đặc trưng mạng cảm biến khơng dây, đồng thời tính tốn giải tốn sửa lỗi truyền liệu mạng cảm biến không dây; đánh giá hiệu kỹ thuật sửa lỗi áp dụng Với khuôn khổ mục tiêu đề tài rộng lớn, kinh nghiệm thân cịn nhiều hạn chế nên luận văn khơng thể tránh khỏi thiếu sót Rất mong nhận ý kiến đóng góp thầy giáo bạn bè đồng nghiệp để luận văn hồn thiện Xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới thầy giáo hướng dẫn PGS.TS Vƣơng Đạo Vy định hướng, hướng dẫn, quan tâm giúp đỡ em trình thực hồn thành luận văn Xin chân thành cảm ơn thầy, cô giáo khoa Điện tử - Viễn thông trường Đại Học Công Nghệ, hỗ trợ kiến thức quí báu Xin chân thành cảm ơn tất ! Hà Nội, ngày 12 tháng 05 năm 2012 Học viên Trần Trọng Nghĩa Học viên: Trần Trọng Nghĩa Trang 10 Nghiên cứu mã sửa lỗi mạng cảm biến không dây CHƢƠNG 1 2012 TỔNG QUAN VỀ MẠNG CẢM BIẾN KHÔNG DÂY Mạng cảm biến không dây Mạng cảm biến không dây (Wireless Sensor Networks) mạng cảm biến, tập hợp nhiều thiết bị cảm biến, sử dụng cách thức liên kết truyền tin khơng dây (sóng vơ tuyến,) để thực kết nối nút mạng với Các nút mạng cảm biến thực tương tác với môi trường tự nhiên, giám sát số môi trường; cập nhật trạng thái kiện, tượng xảy môi trường khác Môi trường tương tác giới vật lý, hệ thống sinh học Các thông số cần cập thông qua mạng cảm biến thường là: nhiệt độ, độ ẩm, hướng gió, cường độ sáng, cường độ rung, cường độ âm thanh, mức điện áp, nồng độ hóa chất, mức độ ô nhiễm, hay chức thể sống Mạng cảm biến không dây bao gồm nhiều nút mạng hoạt động độc lập, thực cảm biến, tương tác với mơi trường, có khả điều khiển, đo lường thông số vật lý Các nút mạng liên kết với để hoàn thành tất tác vụ, nút mạng hoạt động đơn lẻ khơng thể đảm nhận hết nhiệm vụ: cảm biến môi trường, xử lý, truyền tin Lý phải sử dụng kết nối khơng dây hệ thống mạng cảm biến thường xây dựng từ hàng trăm đến hàng nghìn nút mạng, nên việc dây cho nút mạng không khả thi Mạng cảm biến khơng dây hữu ích, hỗ trợ nhiều ứng dụng khác giới thực, lợi ích to lớn mạng cảm biến khơng dây mang lại khả triển khai loại địa hình, địa lý nào, môi trường nguy hiểm, mà việc dây cho nút mạng cảm biến tiến hành Tính tự tổ chức, tự cấu hình, tính đặc trưng nút mạng, tăng khả mềm dẻo linh hoạt cho hệ thống mạng cảm biến khơng dây Vì thế, phù hợp phải triển khai mạng cảm biến không dây cho ứng dụng khu vực rộng lớn, đảm bảo khả xử lý, tính tốn hiệu cao Từ trợ giúp hệ thống mạng cảm biến không dây, người thực nhiều mơ hình tương tác, khám phá nhiều tượng, chất vật tự nhiên, mà trước chưa có điều kiện tìm hiểu nghiên cứu 1.1 Các ứng dụng mạng cảm biến không dây Mạng cảm biến không dây áp dụng nhiều lĩnh vực sống Dựa vào đặc điểm nút mạng, khác vai trò, nhiệm vụ, phân chia nút mạng mạng cảm biến khơng dây thành nút mạng sau: nút mạng đóng vai trị nút mạng cảm biến, hoạt động cảm biến môi trường truyền liệu; nút mạng đóng vai trị nút mạng chuyển tiếp, gọi nút mạng gốc, có nhiệm vụ điều khiển, nhận liệu chuyển tiếp liệu tới hệ thống xử lý Dựa mối quan hệ, liên kết, Học viên: Trần Trọng Nghĩa Trang 11 Nghiên cứu mã sửa lỗi mạng cảm biến không dây 1.3 2012 Đặc điểm mạng cảm biến không dây 1.3.1 Kích thước vật lý nhỏ Trong hướng phát triển cơng nghệ nào, kích thước cơng suất tiêu thụ chi phối khả xử lý, lưu trữ tương tác nút mạng sở Việc thiết kế phần cứng cho mạng cảm biến phải trọng đến giảm kích cỡ cơng suất tiêu thụ với yêu cầu định khả hoạt động Việc sử dụng phần mềm phải tạo hiệu để bù lại hạn chế phần cứng Chẳng hạn nút mạng hãng TelosB sản xuất sử dụng pin 2AA vi điều khiển MHz nhớ RAM 10kB, phát sóng theo chuẩn IEEE 802.15.4 Ngồi cịn tích hợp thêm kết nối USB cảm biến ánh sáng, độ ẩm hay nhiệt độ 1.3.2 Hoạt động đồng thời Phương thức hoạt động thiết bị mạng cảm biến cảm biến, xử lý thông tin truyền luồng thông tin với khối lượng xử lý thấp, gồm hoạt động: nhận lệnh, dừng, phân tích đáp ứng lại Thơng tin cảm biến thu nhận đồng thời cảm biến, thao tác truyền lên mạng, liệu nút cảm biến nhận từ nút cảm biến khác chuyển tiếp, hướng tới nút mạng nguồn thông qua định tuyến đa liên kết hay liên kết cầu Vì dung lượng nhớ nhỏ nên việc đệm khối lượng lớn liệu luồng thông tin vào, với luồng thông tin không khả thi Hơn nữa, luồng thông tin lại tạo số lượng lớn kiện mức thấp xen vào hoạt động xử lý mức cao Một số hoạt động xử lý mức cao kéo dài nhiều kiện thời gian thực Do đó, nút mạng phải thực nhiều công việc đồng thời cần phải có tập trung xử lý cao độ 1.3.3 Khả liên kết vật lý phân cấp điều khiển Số lượng điều khiển độc lập, khả điều khiển, tinh vi liên kết xử lý - lưu trữ - chuyển mạch mạng cảm biến thấp nhiều hệ thống thơng thường Điển hình, cảm hay truyền động (actuator) cung cấp giao diện đơn giản trực tiếp tới vi điều khiển chip đơn Ngược lại, hệ thống thông thường, với hoạt động xử lý phân tán, đồng thời kết hợp với loạt thiết bị nhiều mức điều khiển liên hệ cấu trúc bus phức tạp Các hạn chế kích thước cơng suất, khả định hình vật lý vi mạch bị giới hạn có chiều hướng cần hỗ trợ quản lý dòng đồng thời, tập trung nhờ xử lý kết hợp 1.3.4 Tính đa dạng thiết kế Các thiết bị cảm biến nối mạng có khuynh hướng dành riêng cho ứng dụng cụ thể, tức loại phần cứng hỗ trợ riêng cho ứng dụng Vì có phạm vi ứng dụng cảm biến rộng nên có nhiều kiểu Học viên: Trần Trọng Nghĩa Trang 24 Nghiên cứu mã sửa lỗi mạng cảm biến không dây 2012 thiết bị vật lý khác Với thiết bị riêng, điều quan trọng phải dễ dàng tập hợp thành phần phần mềm để có ứng dụng từ thành phần phần cứng Như vậy, loại thiết bị cần điều chỉnh phần mềm mức độ để có hiệu sử dụng phần cứng cao Môi trường phát triển chung cần thiết phép ứng dụng riêng xây dựng tập thiết bị mà khơng cần giao diện phức tạp Ngồi ra, chuyển đổi phạm vi phần cứng với phần mềm khả công nghệ 1.3.5 Hoạt động tin cậy Các thiết bị có số lượng lớn, triển khai phạm vi rộng với ứng dụng cụ thể Việc áp dụng kỹ thuật mã hóa sửa lỗi truyền thống nhằm tăng độ tin cậy truyền tin, truyền liệu nút mạng riêng lẻ, bị giới hạn kích thước cơng suất Việc tăng độ tin cậy việc truyền liệu điều cốt yếu Thêm vào đó, tăng độ tin cậy ứng dụng cịn khả chấp nhận khắc phục hỏng hóc nút mạng Như vậy, hệ thống hoạt động nút mạng đơn khơng mạnh mẽ mà cịn dễ dàng phát triển thêm ứng dụng phân tán với mức độ tin cậy cao 1.4 Kiến trúc giao thức phân tầng mạng cảm biến không dây Trong mạng cảm biến khơng dây, có phân cấp cho nút mạng Các nút mạng phân tán đóng vai trị thu thập liệu định tuyến để truyền liệu nút mạng đóng vai trị nút mạng gốc (sink/gateway) chuyển tiếp tới người dùng cuối Dữ liệu truyền tin qua kiến trúc đa đường (multi-hop) Các nút mạng sở liên kết thực thi nhiệm vụ với người dùng cuối thông qua Internet, vệ tinh, kết nối không dây (WiFi, mạng mắt lưới mesh, mạng tế bào, wimax ) Hình 1.3: Cấu trúc mạng cảm biến không dây [6] Giao thức phân tầng sử dụng cho cấu trúc mạng cảm biến khơng dây Giao thức phân tầng phối hợp tính toán vấn đề định tuyến, lượng kết hợp số liệu với giao thức mạng, truyền tin tin cậy, tăng hiệu sử dụng lượng thông qua môi trường không dây tăng cường liên kết Học viên: Trần Trọng Nghĩa Trang 25 Nghiên cứu mã sửa lỗi mạng cảm biến không dây 2012 nút mạng Giao thức phân tầng bao gồm: lớp ứng dụng (Application Layer), lớp giao vận (Transport Layer), lớp mạng (Network Layer), lớp liên kết số liệu (Datalink Layer), lớp vật lý (Physical Layer), mặt phẳng quản lý lượng (Power Management Plane), mặt phẳng quản lý di động (Mobility Management Plane) mặt phẳng quản lý nhiệm vụ (Task Management Plane) Hình 1.4: Giao thức phân tầng mạng cảm biến không dây [6] Tuỳ theo nhiệm vụ cảm biến, kiểu phần mềm ứng dụng xây dựng sử dụng lớp ứng dụng Lớp giao vận giúp trì dịng số liệu ứng dụng mạng cảm biến yêu cầu Lớp mạng tập trung vào việc định tuyến số liệu cung cấp lớp giao vận Do mơi trường có nhiễu nút cảm biến di động được, giao thức MAC phải tính tốn lượng tối thiểu hóa va chạm việc phát quảng bá tới nút lân cận Lớp vật lý sử dụng kỹ thuật điều chế, truyền nhận cần thiết đơn giản mạnh mẽ Thêm vào đó, mặt phẳng quản lý lượng, di động nhiệm vụ điều khiển phân phối lượng, phối hợp di chuyển nhiệm vụ nút cảm biến Các mặt phẳng giúp cho nút cảm biến phối hợp nhiệm vụ cảm biến giảm tổng lượng tiêu thụ Mặt phẳng quản lý lượng, quản lý việc nút cảm biến sử dụng lượng Chẳng hạn, nút cảm biến tắt phận nhận sau nhận tin từ nút lân cận Điều tránh việc nhận tin tới hai lần Ngoài ra, mức lượng nút cảm biến thấp, nút cảm biến thông báo tới tất nút lân cận mức lượng thấp thấp nên tham gia vào việc định tuyến cho tin Năng lượng lại dự trữ cho việc cảm biến Mặt phẳng quản lý di động, dò tìm ghi lại chuyển động nút cảm biến, tuyến đường hướng tới nút user ln trì nút cảm biến theo dõi nút cảm biến lân cận Với việc nhận biết nút cảm biến lân cận, nút cảm biến cân nhiệm vụ lượng sử dụng Học viên: Trần Trọng Nghĩa Trang 26 Nghiên cứu mã sửa lỗi mạng cảm biến không dây 2012 Mặt phẳng quản lý nhiệm vụ, cân xếp nhiệm vụ cảm biến cho vùng cụ thể Không phải tất cảm biến vùng yêu cầu thực nhiệm vụ cảm nhận thời điểm Kết vài nút cảm biến thực nhiệm vụ nhiều nút khác tuỳ theo mức lượng chúng Những mặt quản lý cần thiết, vậy, nút cảm biến làm việc với để có hiệu mặt lượng, định tuyến số liệu mạng cảm biến di động chia sẻ tài nguyên nút cảm biến Nếu không, nút cảm biến làm việc cách đơn lẻ Xuất phát quan điểm xem xét toàn mạng cảm biến, hiệu nút cảm biến hoạt động hợp tác với nhau, kéo dài tuổi thọ mạng 1.4.1 Lớp ứng dụng Mặc dù nhiều lĩnh vực ứng dụng cho mạng cảm biến vạch rõ đề xuất, giao thức lớp ứng dụng tiềm tàng cho mạng cảm biến vùng rộng lớn chưa khám phá Các giao thức lớp ứng dụng quan trọng giao thức quản lý cảm biến SMP (Sensor Management Protocol), giao thức phân nhiệm vụ quảng cáo số liệu TADAP (Task Assignment and Data Advertisement Protocol), giao thức truy vấn cảm biến phổ biến số liệu SQDDP (Sensor Query and Data Dissemination Protocol), cần thiết cho mạng cảm biến sở sơ đồ đề xuất có liên quan tới lớp khác lĩnh vực ứng dụng mạng cảm biến Tất giao thức lớp ứng dụng vấn đề nghiên cứu có tính mở 1.4.2 Lớp giao vận Lớp giao vận cung cấp dịch vụ tổ chức liên lạc đầu cuối từ nút cảm biến có báo cáo cần chuyển tới nút gốc tới người sử dụng Lớp giao vận đặc biệt cần thiết hệ thống có kế hoạch truy nhập thơng qua Internet mạng bên khác Giao thức TCP với chế cửa sổ truyền dẫn chưa phù hợp với đặc trưng môi trường mạng cảm biến Do đó, việc thiết lập liên kết đầu cuối từ nút cảm biến trực tiếp đến nút quản lý người sử dụng không hiệu Kỹ thuật phân tách TCP cần thiết để mạng cảm biến tương tác với mạng khác ví dụ Internet Trong kỹ thuật này, kết nối TCP sử dụng để liên lạc nút quản lý người sử dụng nút thu nhận (Sink) giao thức lớp giao vận phù hợp với môi trường mạng cảm biến sử dụng cho truyền tin nút thu nhận nút cảm biến Kết truyền tin nút người sử dụng nút thu nhận sử dụng giao UDP TCP thông qua Internet qua vệ tinh Mặt khác, việc truyền tin nút thu nhận nút cảm biến sử dụng hoàn toàn giao thức kiểu UDP, nút cảm biến có nhớ hạn chế Không giống giao thức kiểu TCP, kỹ thuật truyền tin đầu cuối (end to end) mạng cảm biến khơng địa tồn cục Các kỹ thuật Học viên: Trần Trọng Nghĩa Trang 27 Nghiên cứu mã sửa lỗi mạng cảm biến khơng dây 2012 dựa việc đặt tên thuộc tính sở để điểm đích gói số liệu Các nhân tố tiêu thụ lượng, khả mở rộng đặc trưng định tuyến tập trung số liệu khiến cho mạng cảm biến cần phải có chế khác lớp giao vận Yêu cầu nhấn mạnh cần thiết loại giao thức lớp giao vận 1.4.3 Lớp mạng Các nút cảm biến phân bố dày đặc trường gần bên tượng mục tiêu Giao thức định tuyến không dây đa đường phù hợp nút mạng cảm biến nút gốc cần thiết Kỹ thuật định tuyến mạng Ad hoc thông thường không phù hợp yêu cầu mạng cảm biến Lớp mạng mạng cảm biến thiết kế theo nguyên tắc sau : Hiệu suất lượng yếu tố quan trọng Hầu hết mạng cảm biến số liệu tập trung Việc tập hợp số liệu thực thi khơng cản trở hoạt động hợp tác nút cảm biến Một mạng cảm biến lý tưởng phải nhận biết việc đánh địa thuộc tính sở vị trí 1.4.4 Lớp liên kết Lớp liên kết số liệu chịu trách nhiệm ghép kênh cho dòng số liệu tách khung số liệu, điều khiển truy nhập môi trường sửa lỗi Nó đảm bảo tin cậy cho kết nối điểm - điểm (Point to Point) kết nối điểm - đa điểm (Point to Multipoint) mạng truyền tin Giao thức điều khiển truy cập: Chịu trách nhiệm tạo liên kết hình thành sở hạ tầng mạng Số lượng nút mạng mạng cảm biến khơng dây lên tới hàng nghìn nút mạng, nằm rải rác khu vực thực thi, vai trò giao thức điều khiển truy cập thiết lập mơ hình kết nối, đảm bảo việc truyền liệu Ngoài giao thức điều khiển truy cập phải đảm bảo việc truyền thông hiệu nút mạng Các thông số cần đảm bảo: thời gian, lượng, tần số Kiểm soát lỗi: Lớp liên kết phải chịu trách nhiệm vấn đề kiểm sốt lỗi cho việc truyền liệu Có hai kỹ thuật kiểm soát lỗi là: kỹ thuật sửa lỗi chuyển tiếp kỹ thuật tự động gửi phản hồi Kỹ thuật tự động gửi phản hồi thường không sử dụng mạng cảm biến khơng dây, vấn đề hiệu sử dụng lượng Kỹ thuật sửa lỗi chuyển tiếp xem kỹ thuật đơn giản, phức tạp phù hợp với kiến trúc mạng cảm biến không dây Học viên: Trần Trọng Nghĩa Trang 28 Nghiên cứu mã sửa lỗi mạng cảm biến không dây 2012 1.4.5 Lớp vật lý Lớp vật lý chịu trách nhiệm lựa chọn tần số, tạo tần số mang, tách sóng, điều chế mã hố số liệu Kế hoạch chọn tần số trình bày bảng 1.2 Việc tạo tần số tách sóng thuộc phạm vi thiết kế phần cứng thu phát nên không xem xét Các phần trọng hiệu ứng phát sóng, hiệu suất lượng kỹ thuật điều chế mạng cảm biến Hiển nhiên truyền tin vô tuyến với khoảng cách xa tốn xét lượng độ phức tạp hoạt động Trong thiết kế lớp vật lý cho mạng cảm biến, việc tối thiểu hoá lượng coi quan trọng, ngồi cịn vấn đề suy hao, phát tán, vật cản, phản xạ, nhiễu, hiệu ứng fading đa đường Thông thường, công suất đầu tối thiểu để chuyển tín hiệu qua khoảng cách d tỷ lệ với dn , ≤ n < Số mũ n gần với antenna tầm thấp kênh gần mặt đất điển hình mạng cảm biến Nguyên nhân triệt tiêu phần tín hiệu tia phản xạ mặt đất Để giải vấn đề này, người thiết kế phải hiểu rõ đặc tính đa dạng cố hữu khai thác chúng cách triệt để Ví dụ, truyền tin qua nhiều bước nhảy mạng cảm biến vượt qua cách hiệu vật chắn hiệu ứng suy hao đường truyền mật độ nút mạng đủ lớn Tương tự, suy hao đường truyền dung lượng kênh hạn chế độ tin cậy số liệu nhờ ta sử dụng lại tần số theo không gian Dải tần (kHz) Tần số trung tâm (kHz) 6765 - 6795 6780 12.553 - 13.567 14 26.957 - 27.283 27 40.66 - 40.70 40.68 433.05 - 434.79 433.92 902 - 928 915 2400 - 2500 2450 5725 - 5875 5800 24 - 24.25 24 61 - 61.5 61.25 122 - 123 122.5 244 - 246 245 Bảng 1.1: Các dải tần dành cho ứng dụng Công nghiệp, khoa học y tế ISM (Industrial, Scientific and Medical)[4] Việc lựa chọn phương thức điều chế tốt để vấn đề định tin cậy truyền tin mạng cảm biến Trong kỹ thuật điều chế số M giảm giảm thời gian truyền dẫn việc gửi nhiều bit kí hiệu lại làm tăng độ phức tạp mạch điện tăng công suất vô Học viên: Trần Trọng Nghĩa Trang 29 Nghiên cứu mã sửa lỗi mạng cảm biến không dây 2012 tuyến Với điều kiện cơng suất khởi kích vượt trội kỹ thuật điều chế số hai có hiệu lượng Vì thế, kỹ thuật điều chế số M có lợi với hệ thống có cơng suất khởi kích thấp Thiết bị băng tần cực rộng UWB (Ultrawideband) hay vô tuyến xung IR (Impulse Radio) sử dụng cho hệ thống radar xung băng tần gốc hệ thống đo khoảng cách, gần ý ứng dụng thông tin đặc biệt mạng không dây nhà UWB truyền dẫn với băng tần gốc nên không cần tần số mang trung tần Thông thường, điều chế vị trí xung sử dụng Ưu điểm UWB khả mau phục hồi với hiên tượng phát đa đường Việc sử dụng công suất truyền tin thấp thiết kế mạch đơn giản làm cho UWB thích hợp với mạng cảm biến Giới thiệu chuẩn không dây IEEE 802.15.4 Không gian ứng dụng rộng lớn mạng cảm biến không dây yêu cầu tảng phát triển tốt nhất, dẫn đến có nhiều mơ hình, kiến trúc thiết kế khác Với mục tiêu cần tiêu chuẩn hóa, xây dựng tảng có khả tương tác với thiết kế khác Xu hướng thiết kế mạng cảm biến không dây sử dụng kiến trúc mạng không dây cá nhân (WPAN) Mạng không dây cá nhân thường sử dụng để truyền tin khoảng cách ngắn, chi phí thấp, với mức tiêu thụ lượng mức thấp Chuẩn không dây IEEE 802.15 đưa nhằm mục đích đáp ứng tiêu chuẩn mạng WPAN Nhóm chuẩn khơng dây IEEE 802.15 phân biệt dựa vào yếu tố sau: tốc độ truyền liệu, sử dụng pin chất lượng QoS Với tốc độ truyền liệu cao (IEEE 802.15.3) đáp ứng cho ứng dụng đa phương tiện yêu cầu chất lượng dịch vụ cao QoS Với tốc độ truyền liệu trung bình đáp ứng cho việc xử lý nhiều tác vụ khác từ điện thoại cầm tay đến điện thoại thông minh PDA đảm bảo chất lượng dịch vụ QoS cho âm Với tốc độ truyền liệu mức thấp (IEEE 802.15.4/LR-WAPN) nhằm mục đích đáp ứng cho nhiều ứng dụng môi trường công nghiệp, khu dân cư, y tế với mức điện tiêu thụ thấp, chi phí giảm, khơng giống chuẩn WPAN khác đáp ứng tốc độ liệu truyền QoS Chuẩn IEEE 802.15.4 có phân lớp mơ hình OSI: lớp vật lý lớp điều khiển truy cập Tên thương mại chuẩn không dây IEEE 802.15.4 Zigbee Công nghệ IEEE 802.15.4 đáp ứng nhiều mặt: tốc độ truyền liệu thấp, giá thành hạ, công suất tiêu thụ thấp, phù hợp triển khai hệ thống mạng không dây ứng dụng điều khiển từ xa tự động hóa 2.1 Lớp vật lý chuẩn IEEE 802.15.4 Đặc trưng lớp vật lý kích hoạt tắt kênh truyền nhận sóng vô tuyến, phát lượng, số liên kết, lựa chọn kênh truyền, đánh Học viên: Trần Trọng Nghĩa Trang 30 Nghiên cứu mã sửa lỗi mạng cảm biến không dây 2012 giá kênh truyền thực q trình truyền nhận gói tin thơng qua phương tiện vật lý Có 27 kênh truyền vật lý: 16 kênh truyền dải tần 2450 MHz 10 kênh truyền dải tần 915 MHz kênh truyền dải tần 868 MHz Hình 1.5: Các dải tần vật lý chuẩn không dây IEEE 802.15.4 [6] Tần số băng thông kênh: fc= 868.3 MHz khoảng 868 – 868.6 MHz BW= 600 kHz fc= 906 + 2(k-1) MHz, k=1, … , 10 dải tần 900 MHz băng thông BW= MHz fc= 2405 + (k-11) MHz, k= 11, , 26 dải tần 2400 MHz băng thông BW= MHz Trong lớp vật lý, trình điều chế tiến hành trước truyền Quá trình điều chế pha nhị phân BPSK thường có bit lỗi sử dụng dải tần 868 915 MHz, điều chế pha trực giao (O-QPSK) thường có bit lỗi dải tần 2.4 GHz Tốc độ truyền liệu 250 kb/s kênh dải tần 2.4 GHz, 40 kb/s dải tần 915 MHz tốc độ 20 kb/s dải tần 868 MHz Dải Tần Điều chế Tốc độ bit Tốc độ ký tự 868 - 868.6 MHz BPSK 20 kb/s 20kS/s 902 – 9028 MHz BPSK 40 kb/s 40 kS/s 2400 – 2483.5 MHz O-QPSK 250 kb/s 62.5 kS/s Bảng 1.2: Dải tần số tốc độ lớp vật lý chuẩn IEEE 802.15.4[6] Trong hầu hết dải tần, dải tần 2.4 GHz dải tần chung tồn giới Các phịng thí nghiệm trường đại học giới nghiên cứu mạng cảm biến không dây thường sử dụng chuẩn IEEE 802.15.4 tính tương tác cao chúng Phạm vi truyền mạng cảm biến không dây thường từ 30 - 100m, nhiện chúng phụ thuộc vào thông số: đường (path loss), lượng tiêu thụ truyền liệu đơn vị khoảng cách Lớp điều khiển truy cập điều khiển truy cập kênh sóng vơ tuyến sử dụng chế đa truy cập sóng mang phát xung đột (CSMA-CA) Kênh truy cập hỗ trợ chế độ kiểu mạng hình kiểu mạng ngang hàng Các Học viên: Trần Trọng Nghĩa Trang 31 Nghiên cứu mã sửa lỗi mạng cảm biến không dây 2012 đặc tính khác lớp MAC như: đồng bộ, lựa chọn kênh động, báo hiệu khung truyền, liên kết an ninh Trong chuẩn IEEE 802.15.4 thưởng có kiểu thiết bị, thiết bị đầy đủ chức (FFD) thiết bị chức chuyên biệt (RFD) FFD mang đầy đủ chức đóng vai trị nút mạng chính, cịn gọi nút mạng phối hợp mạng cá nhân (Personal Area Network) Nút mạng chức sản xuất với chức giới hạn cho ứng dụng bản, tiêu thụ công suất thấp giá thành rẻ Tùy theo yêu cầu ứng dụng, FFD RFD hình thành mạng lưới hoạt động theo giao thức: mạng hình hay mạng ngang hàng Trong mạng hình thiết bị đầu cuối liên kết với nút mạng điều phối Các nút mạng được kết nối trực tiếp với nguồn ni, cịn nút mạng khác sử dụng pin để cấp nguồn Đối với mạng ngang hàng (peer – to – peer) sử dụng nút mạng điều phối; nhiên, thiết bị liên kết với nằm phạm vi phủ sóng Mạng ngang hàng đáp ứng mơi trường mạng với nhiều phức tạp mạng mắt lưới mesh nhiều, mạng hình dựa kết nối đơn với quản lý dễ dàng Hình 1.6: Mơ hình mạng theo chuẩn IEEE 802.15.4 [6] 2.2 Lớp vật lý chuẩn IEEE 802.15.4 dải tần 2.4 GHz Lớp vật lý chuẩn IEEE 802.15.4 dải tần 2.4 GHz sử dụng 16 chuỗi giả ngẫu nhiên trực giao điều chế trực giao O-QPSK Định nghĩa trực giao : Xét chuỗi Wm w j t | j 0,1, , 2m 1 chuỗi trực giao có chiều dài N=2m , họ chuỗi Walsh chiều dài 2m Một hàm F fi t | i 1, 2, , M với M chuỗi có chiều dài N=2m gọi chuỗi tựa trực giao thỏa mãn điều kiện sau: F chứa Wm Rij N với i j i≠j, Rij hàm tự tương quang fi(t) wj(t) Học viên: Trần Trọng Nghĩa Trang 32 Nghiên cứu mã sửa lỗi mạng cảm biến không dây 2012 Với f(t) ∈ F\Wm , w(t) ∈ Wm với số nguyên L, r thỏa L= 2l, 2≤l≤m; 0≤ r ≤ N/L-1 rL L 1 1 t rL f t wt min ( L) θmin(L) giá trị tương quan tối thiểu tập chuỗi có chiều dài L Chuỗi tựa trực giao tăng số lượng kênh làm tăng dung hệ thống Hình 1.7: Điều chế lớp vật lý chuẩn IEEE 802.15.4 [4] Với chuỗi bit nhị phân đến xác định b Phân chia chuỗi bit thành ký tự b0, b1, b2, b3 Mỗi ký tự ánh xạ tới 16 chuỗi tự trực giao dãy giả ngẫu nhiên PN Chuỗi giả ngẫu nhiên PN có chiều dài 32 chip xác định từ c0, c1, … , c31 Bảng 1.3 : Ánh xạ ký tự sang giá trị chip[4] Sau ký tự ánh xạ sang chip tương ứng, luồng liệu điều chế thông qua điều chế trực giao Các chip chẵn điều chế pha I chip lẻ điều chế pha Q Để hình thành phần bù cho trạng thái pha I pha Q chip pha Q bị trễ khoảng thời gian TC nghịch đảo tốc độ chip Học viên: Trần Trọng Nghĩa Trang 33 Nghiên cứu mã sửa lỗi mạng cảm biến không dây 2012 Hình 1.8: Các pha điều chế O-QPSK [4] Kết luận chƣơng Chương trình bày, giới thiệu cách khái quát mạng cảm biến không dây, phạm vi ứng dụng, thách thức, kiến trúc phân tầng mạng cảm biến không dây Mơ hình giao thức phân tầng mạng cảm biến khơng dây xây dựng dựa mơ hình phân lớp OSI, khác biệt mơ hình phân tầng mạng cảm biến khơng dây có thêm mặt phẳng quản lý, phối hợp với phân lớp để thực thi nhiệm vụ cách tốt Ngoài ra, chương giới thiệu chuẩn không dây IEEE 802.15.4, thường sử dụng phổ biến hệ thống mạng cảm biến không dây, đặc biệt cấu trúc lớp vật lý hoạt động dải tần 2.4 GHz – dải tần phổ biến kết nối không dây Học viên: Trần Trọng Nghĩa Trang 34 Nghiên cứu mã sửa lỗi mạng cảm biến không dây CHƢƠNG 2012 MÃ SỬA LỖI Truyền liệu với độ tin cậy cao vấn đề quan trọng mạng truyền liệu nói chung mạng cảm biến khơng dây nói riêng Trong thơng số tỉ lệ gói tin phải mức thấp nhất, liệu truyền qua kênh truyền nhiễu Chương tập trung vào mã khối tuyến tính, thường sử dụng kỹ thuật sửa lỗi chuyển tiếp, nhằm tăng cường khả truyền liệu xác, đáp ứng yêu cầu mức tiêu thụ lượng tiết kiệm mạng Giới thiệu hệ truyền tin Truyền tin không dây phát triển cách trăm năm, kể từ Marconi phát minh điện tín xuyên Đại Tây Dương năm 1896 Và lý thuyết truyền tin không dây xây dựng Claude E.Shanon vào năm 1948 Trong nghiên cứu mình, Shanon với mã hóa thơng tin, giảm tối đa lỗi xuất kênh truyền tốc độ giới hạn dung kênh Kể từ nhiều kỹ thuật mã hóa phát triển cho mơ hình truyền tin khơng dây 1.1 Mơ hình hệ truyền tin Trong hệ truyền tin số, chuỗi bit nhị phân đầu vào gọi chuỗi tin u, khối mã hóa biến đổi chuỗi thơng tin thành chuỗi mã hóa nhị phân v, gọi từ mã Khối điều chế chuyển đổi ký tự đầu sau mã hóa thành tín hiệu dạng sóng với chu kỳ Tc đưa vào kênh truyền, ý kênh truyền có tác động nhiễu Tín hiệu sóng nhận với chu kỳ Tc đầu thu, đưa vào khối điều chế, xảy q trình lượng tử hóa để chuyển đổi tín hiệu dạng sóng thành lại chuỗi bit nhị phân Chuỗi bit đầu giải điều chế tương ứng với chuỗi mã hóa v, ký hiệu chuỗi bit r Khối giải mã biến chuỗi r thành lại chuỗi nhị phân uˆ gọi chuỗi thơng tin ước tính Chính xác sau q trình giải điều chế uˆ phải u Tuy nhiên nhiễu kênh truyền nguyên nhân gây giải mã lỗi, bị sai Hình 2.1: Mơ hình hệ truyền tin [7] Học viên: Trần Trọng Nghĩa Trang 35 Nghiên cứu mã sửa lỗi mạng cảm biến không dây 1.2 2012 Phân loại kênh truyền Các kênh truyền có nhiễu kênh truyền khơng nhớ, nhiễu ảnh hưởng độc lập đến ký tự truyền Đối với kênh truyền có nhớ nhiễu kênh truyền khơng tác động lên q trình truyền Kênh truyền khơng nhớ gọi kênh truyền với lỗi ngẫu nhiên Xét kênh truyền đối xứng nhị phân, bit nhận xác q trình truyền tương ứng với xác suất 1-p Trong kênh truyền nhị phân có xóa, bit nhận có xác suất p ký tự xóa ε với xác suất q Hình 2.2: xác suất a) kênh truyền đối xứng nhị phân; b) kênh truyền nhị phân có xóa [7] Tải FULL (66 trang): https://bit.ly/3fQM1u2 Dự phòng: fb.com/KhoTaiLieuAZ Bên cạnh kênh truyền nhị phân, kênh truyền với xác suất theo hàm phân bố nghiên cứu rộng rãi, kênh ồn trắng theo phân bố Gauss, kênh pha đinh Rician, kênh pha đinh Rayleigh Xét chuỗi x m thông tin đầu vào kênh, thông tin đầu y m bằng: y m hl mx m l w m (2.1) l h m tập trọng số, w m nhiễu tác động Trong kênh ồn trắng xác suất mơ hình phân bố xác suất đơn giản hóa sau: y m x m w m (2.2) nhiễu ồn w m xác định chuỗi phân bố độc lập đồng biến ngẫu nhiên Các kênh pha đinh Rician pha đinh Rayleigh dùng để mô hệ truyền tin di động Mơ hình kênh pha đinh Rician thường áp dụng cho việc truyền trực tiếp phát di động với trạm thu Trong kênh pha đinh Rician tần số phẳng, độ lớn h m tạp thứ l biến ngẫu nhiên Rician w m kênh AWGN Học viên: Trần Trọng Nghĩa Trang 36 Nghiên cứu mã sửa lỗi mạng cảm biến khơng dây 2012 Hình 2.3: Hai kiểu truyền đầu phát đầu thu [3] Kênh pha đinh Rayleigh áp dụng trường hợp khơng có tín hiệu trực tiếp mà có nhiều tín hiệu phản xạ từ trạm phát di động tới trạm thu Trong kênh pha đinh Rayleigh tần số phẳng, độ lớn h m biến ngẫu nhiên Rayleigh w m kênh AWGN Trong kênh truyền này, lỗi xuất ngẫu nhiên chuỗi bit r 1.3 Hiệu suất kênh truyền Tải FULL (66 trang): https://bit.ly/3fQM1u2 Dự phòng: fb.com/KhoTaiLieuAZ Hiệu suất hệ thống truyền tin mã hóa, xác định xác suất giải mã lỗi độ lợi việc mã hóa so với hệ truyền tin khơng mã hóa truyền tin với tốc độ Có loại xác suất lỗi, tỷ lệ lỗi ký hiệu (WER) tỷ lệ lỗi bit (BER) Tỷ lệ lỗi ký hiệu xác suất giải mã ký hiệu uˆ đầu giải mã chứa lỗi (khác biệt so với ký hiệu truyền u) Tỷ lệ lỗi bit xác suất thông tin giải mã đầu giải mã bị lỗi Tỉ lệ lỗi bit coi thơng số cải thiện hiệu suất kênh truyền Đối với mạng cảm biến không dây, mã hóa tốt tỉ lệ lỗi bit phải mức thấp, vấn đáp ứng yêu cầu công suất tiêu thụ độ phức tạp giải mã Việc thực thiết kế khối mã hóa, khối giải mã cho lớp vật lý theo chuẩn IEEE 802.15.4 phải đảm bảo xác suất lỗi giải mã phải thấp nhất, chi phí mức chấp nhận công suất tiêu thụ hiệu tiết kiệm Kết nối không dây hai nút mạng mạng cảm biến khơng dây coi hệ truyền tin đơn giản, áp dụng mã sửa lỗi để cải thiện tăng cường mức độ tin cậy cho hệ truyền tin Mã sửa lỗi mạng cảm biến không dây Các kênh truyền không dây thường yêu cầu tỷ lệ lỗi thấp, tỷ lệ lỗi cao ảnh hưởng pha đinh đa đường - đặc trưng kênh truyền vô tuyến Trong thực tế có nhiều ứng dụng truyền hình ảnh, truyền liệu yêu cầu tỷ lệ lỗi thấp độ tin cậy tốt Đây vấn đề to lớn thiết kế hệ thống Học viên: Trần Trọng Nghĩa Trang 37 Nghiên cứu mã sửa lỗi mạng cảm biến không dây 2012 truyền thông không dây độ tin cậy kênh truyền liên tục thay đổi, có chất lượng khơng tốt, nhiều lỗi Để nâng cao chất lượng kênh truyền có kỹ thuật sửa lỗi phân biệt sau: Kỹ thuật yêu cầu phát lại tự động (Automatic Repeat Request): có khả phát lỗi khơng có cách tiếp cận hợp lý để sửa gói tin nhận có lỗi, thay vào kỹ thuật yêu cầu truyền lại gói tin liệu gói tin liệu nhận có lỗi Kỹ thuật sửa lỗi chuyển tiếp (Forward error correction): kỹ thuật sử dụng mã sửa lỗi, cách thêm bit dư thừa để khối nhận dựa vào kiểm lỗi gói tin trước truyền Cả kỹ thuật sửa lỗi chuyển tiếp kỹ thuật yêu cầu phát lại tự động kỹ thuật kiểm soát lỗi Kỹ thuật yêu cầu phát lại tự động, không hợp lý áp dụng trường hợp tỉ lệ lỗi nhỏ, dẫn đến độ trễ lớn ứng dụng yêu cầu thời gian thực Kỹ thuật sửa lỗi chuyển tiếp trì thơng lượng kênh truyền không đổi giới hạn độ trễ, đảm bảo độ tin cậy cao cho hệ thống truyền tin Có kiểu mã sửa lỗi sử dụng kỹ thuật sửa lỗi chuyển tiếp: mã khối tuyến tính mã chập Trong khn khổ luận văn tập trung nghiên cứu mã khối tuyến tính - ứng dụng sửa mẫu lỗi với số bit lỗi nhỏ mạng cảm biến không dây 2.1 Mã khối tuyến tính Trong mã khối, chuỗi thơng tin phân thành khối tin u với độ dài cố định k Có tổng cộng 2k tin phân biệt Thơng qua khối mã hóa, chuyển đổi tin u thành từ mã v có n thành phần với n > k Như với 2k tin u có 2k từ mã v Tập hợp 2k từ mã gọi mã khối (n,k), ký hiệu C ( ký hiệu C(n,k)) Tỷ lệ R=k/n gọi tốc độ mã hóa (hay cịn gọi độ lợi), hiểu số bit thông tin cần thiết mã hóa ký tự bit truyền Trong mã khối tuyến tính C, từ mã tương ứng v tính sau: v u.G (2.3) g g 00 g g 10 G g k 1 g k 1,0 v v0 Học viên: Trần Trọng Nghĩa g 01 g 0, n 1 g11 g1,n 1 g k 1,1 g k 1,n 1 v1 1 Trang 38 6814992 .. .Nghiên cứu mã sửa lỗi mạng cảm biến không dây 2012 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ *** TRẦN TRỌNG NGHĨA NGHIÊN CỨU MÃ SỬA LỖI TRONG MẠNG CẢM BIẾN KHƠNG DÂY Ngành:... Chương 3: Áp dụng mã sửa lỗi mạng cảm biến không dây Chương khảo sát tình lỗi đặc trưng mạng cảm biến khơng dây, đồng thời tính tốn giải toán sửa lỗi truyền liệu mạng cảm biến không dây; đánh giá... CẢM BIẾN KHÔNG DÂY Mạng cảm biến không dây Mạng cảm biến không dây (Wireless Sensor Networks) mạng cảm biến, tập hợp nhiều thiết bị cảm biến, sử dụng cách thức liên kết truyền tin khơng dây (sóng