Câu 1 Phân biệt giữa sự cảm biến (cảm nhận) với bộ cảm biến? cho ví dụ? Bộ cảm biến là thiết bị điện tử cảm nhận những thay đổi từ môi trường bên ngoài và biến đổi thành các tín hiệu điện để điều khiể[.]
Câu 1: Phân biệt cảm biến (cảm nhận) với cảm biến? cho ví dụ? Bộ cảm biến là thiết bị điện tử cảm nhận thay đổi từ môi trường bên ngồi biến đổi thành tín hiệu điện để điều khiển thiết bị khác Cảm biến ba thành phần hệ thống điều khiển Có nhiều loại cảm biến khác như cảm biến nhiệt, cảm biến quang, cảm biến hồng ngoại, Câu 2: Có loại cảm biến nào? Nêu khác loại cảm biến đó? Biến trở tuyến tính, biến trở góc quay dùng để chuyển đổi dịch chuyển thành điện áp Ngồi cịn chuyển đổi kiểu điện cảm và điện dung Nguyên tắc chung để đo đại lượng khơng điện như nhiệt độ, quang thơng, lực, ứng suất, kích thước, di chuyển, tốc độ phương pháp điện biến đổi chúng thành tín hiệu điện Cấu trúc thiết bị đo gồm ba thành phần: Bộ phận chuyển đổi hay cảm biến, cấu đo điện sơ đồ mạch trung gian hay mạch gia ơng tín hiệu ví dụ mạch khuếch đại, chỉnh lưu, ổn định Cảm biến xenxin làm phần tử đo lường hệ bám sát góc quay, truyền thị góc quay cự ly xa mà khơng thực khí Biến áp xoay (quay) dùng để biến đổi điện áp của cuộn sơ cấp hoặc góc quay cuộn sơ cấp thành tín hiệu tương ứng với chúng Biến áp xoay sin, cos để đo góc quay của rơto, đặt cuộn sơ cấp, thành điện áp tỉ lệ thuận với sin hay cos góc quay Biến áp xoay tuyến tính biến đổi độ lệch góc quay rơto thành điện áp tỉ lệ tuyến tính Con quay bậc tự quay bậc tụ sử dụng làm cảm biến đo sai lệch góc đo tốc độ góc tuyệt đối hệ thống ổn định đường ngắm dụng cụ quan sát ngắm bắn Cảm biến tốc độ - mã hóa quang học đĩa mã có khắc vạch mà ánh sáng qua Phía sau đĩa mã đặt phototransistor chịu tác dụng nguồn sáng Động đĩa mã gắn đồng trục, quay ánh sáng chiếu đến phototransistor lúc bị ngăn lại, lúc không bị ngăn lại làm cho tín hiệu cực colecto là chuỗi xung Trên đĩa mã có khắc hai vịng vạch, ngồi A B có số vạch, lệch 90° (vạch A trước B 90°) Nếu đĩa mã quay theo chiều kim đồng hồ chuỗi xung B nhanh chuỗi xung A ½ chu kỳ và ngược lại Thiết bị đo tốc độ DC Tachometer, AC Tachometer, Optical Tachometer Cảm biến nhiệt độ Pt 56Ω, Pt 100Ω, Thermocouple… Câu 3: Kể tên thách thức khó khăn mạng cảm biến khơng dây? Loại hình dịch vụ: Chức mạng thơng tin thơng thường hiển nhiên di chuyển bit từ nơi đến nơi khác Đối với WSN, di chuyển bit bước kết thúc, khơng phải mục đích thực tế Hơn nữa, WSN kỳ vọng cung cấp thơng tin có ý nghĩa và/ hành động theo nhiệm vụ cho Ngoài ra, khái niệm phạm vi tương tác, khu vực địa lý đặc trưng hay khoảng thời gian trở nên quan trọng Do yêu cầu phải có mơ hình mạng với giao diện cách nghĩ dịch vụ mạng Chất lượng dịch vụ: Liên quan chặt chẽ đến loại hình dịch vụ mạng chất lượng dịch vụ Thơng thường, chất lượng dịch vụ thể ứng dụng thuộc loại hình đa phương tiện Trễ bị chặn băng thơng tối thiểu khơng thích hợp cho ứng dụng có trễ băng thơng liệu truyền nhỏ Trong số trường hợp, việc cung cấp gói liệu thừa, trường hợp khác, yêu cầu độ tin cậy cao Những trường hợp làm tăng vai trò trễ cấu chấp hành điều khiển theo thời gian thực mạng cảm biến Chất lượng dịch vụ vào hệ số cung cấp gói tin chưa đầy đủ cịn liên quan đến số lượng chất lượng thông tin đối tượng khu vực quan sát Mức chịu lỗi: Do nút hết lượng bị hỏng, thông tin vô tuyến hai nút bị gián đoạn nên WSN có lỗi Trong trường hợp vậy, để hạn chế lỗi WSN nên có số nút nhiều mức cần thiết Thời gian sử dụng: Trong nhiều trường hợp, nút phải dựa vào nguồn lượng hạn chế (sử dụng pin) Việc thay nguồn pin không thực tế thực tức thời WSN phải sử dụng thời gian thực nhiệm vụ giao Do đó, tuổi thọ WSN quan trọng hiển nhiên, cách thức để WSN sử dụng lượng cách có hiệu thực cần thiết Để thay đổi bổ sung thêm lượng cho WSN, nguồn có cơng suất hạn chế (vídụ pin mặt trời) sử dụng cho nút cảm biến Thông thường, nguồn không đủ mạnh để đảm bảo cho hoạt động diễn liên tục dùng để xạc pin Với cách làm tuổi thọ WSN, theo lý thuyết, vô hạn Tuổi thọ WSN tỉ lệ nghịch với chất lượng dịch vụ: sử dụng nhiều lượng làm tăng chất lượng dịch vụ làm giảm tuổi thọ mạng Chính vậy, thiết kế WSN phải cân hai yếu tố Định nghĩa xác tuổi thọ phụ thuộc vào ứng dụng cụ thể mạng Đó khoảng thời gian từ mạng bắt đầu sử dụng nút bị hỏng (hoặc hết lượng); bao gồm khoảng thời gian từ mạng bắt đầu sử dụng kết nối hai nhiều nút khoảng thời gian 50% nút bị hỏng; khoảng thời gian lần điểm nằm vùng quan sát khơng cịn chịu giám sát nút cảm biến (trong nhiều trường hợp, WSN sử dụng số nút cảm biến nhiều yêu cầu nên điểm chịu giám sát nhiều nút) Khả mở rộng: Từ WSN gồm số lượng lớn nút, kiến trúc giao thức mạng làm việc có khả mở rộng Dải rộng mật độ: Trong WSN, số lượng nút đơn vị diện tích mật độ mạng - khác đáng kể Các ứng dụng khác có mật độ nút khác Ngay ứng dụng định, mật độ khác theo thời gian không gian nút di chuyển bị hỏng; mật độ đồng tồn mạng (do vị trí đặt nút khơng hồn hảo) mạng nên thích ứng với biến đổi Khả trình: khơng cần nút để xử lý thơng tin mà cịn dùng để nút phản ứng linh hoạt thay đổi nhiệm vụ Các nút cần lập trình, chương trình phải thay đổi trình hoạt động, nhiệm vụ trở nên quan trọng Xử lý lý thông tin theo cách định sẵn đáp ứng yêu cầu Có khả bảo dưỡng: Khi mơi trường WSN thân WSN thay đổi (hết pin, nút bị hỏng, có nhiệm vụ mới) hệ thống phải thích nghi với điều Nó theo dõi trạng thái để thay đổi thơng số để lựa chọn tiêu chí hoạt động (ví dụ chất lượng dịch vụ bị giảm sút nguồn lượng bị yếu đi) Trong trường hợp này, mạng phải tự bảo dưỡng, tương tác với chế bảo dưỡng bên ngồi để q trình hoạt động đảm bảo chất lượng đặt Câu 4.so sánh mạng truyền thống WSN Mạng truyền thống WSN -Thiết kế đa dụng, phục vụ nhiều ứng dụng -Thiết kế mục đích, phục vụ cho ứng dụng riêng biệt -Thiết kế chủ yếu liên quan đến hiệu suất thời gian chờ mạng -Năng lượng điều kiện ràng buộc thiết kế tất nút thiết bị mạng -mạng thiết kế xây dựng theo kế hoạch -Nhân sự, cấu trúc mạng tài nguyên thường dùng cho ad hoc (ko có kế hoạch) -Mạng thết bị hoạt động điều khiển môi trường tốt -Bảo dưỡng sửa chữa chung -Mạng cảm biến thường hoạt động môi trường khắc nghiệt -Truy cập vật lý tới nút cảm biến thường khó khăn, chí ko thể mạng thường dễ truy cập -Thiết bị hỏng dự đoán xác định thiết kế mạng -Thiết bị hỏng xác định nhờ việc bảo dưỡng sửa chữa -tất định cách tập trung mà ko cần thơng qua người quản lý -nắm bắt kiến thức mạng toàn cầu thường thuận tiện quản lý tập trung khả thi Câu 5: Cho mạch cầu Wheatstone sử dụng cảm biến nhiệt độ loại điện trở Rx hình 1.1 Giả thiết , nhiệt độ thời 80 0F Lấy chuẩn cảm biến cho điện áp V out = 0V nhiệt độ 800F a.Tính giá trị mong muốn ? b.Điện áp (dưới dạng hàm điện áp nguồn cung cấp) nhiệt độ 900F, việc tăng nhiệt độ dẫn đến việc tăng trở kháng lên 20%? giải a).Vout =0 => mạch cầu cân bằng I1.R1 = I3.R3 I1.R2 = I3.Rx => R1/R2 = R3/Rx R2 = R1.Rx/R3 = 10.10/20 = Ω b) VR2= R2.(Vcc /(R1+R2)) VRx=Rx .(Vcc /(R3+Rx)) Vout = VR2-VRx = Vcc/(R2/(R1+R2) –Rx/(R3+Rx)) Câu 6: Nêu khó khăn cho việc chọn đường WSN? Chọn đường WSN khó khăn đặc tính riêng phân biệt mạng với mạng vô tuyến khác mạng ad-hoc mạng tế bào Trước hết, số lượng nút cảm biến lớn nên xây dựng quy tắc cho địa toàn cục triển khai phần điều khiển cho việc thiết lập ID cao Vì vậy, giao thức dựa IP truyền thống khơng áp dụng cho WSN Thứ hai, khác với mạng thơng tin nói chung, hầu hết ứng dụng mạng cảm biến yêu cầu truyền số liệu cảm biến từ nhiều nguồn tới nút gốc Thứ ba, nút cảm biến bị hạn chế công suất, khả xử lý dung lượng nhớ Thứ tư, hầu hết ứng dụng, nút WSN thường có vị trí cố định Tuy nhiên, số ứng dụng, nút cảm biến phép di chuyển thay đổi vị trí (mặc dù với độ di chuyển thấp) Thứ năm, mạng cảm biến thường phụ thuộc vào ứng dụng Thứ sáu, vị trí nút cảm biến đóng vai trị quan trọng việc lựa chọn số liệu thường dựa vào vị trí Hiện chưa thích hợp cho việc sử dụng phần cứng hệ thống định vị toàn cầu (GPS) cho mục đích Các phương pháp xác định vị trí nút cảm biến thường dựa vào cường độ tín hiệu từ số điểm xác định Cuối cùng, số liệu lựa chọn nút cảm biến WSN thường dựa vào tượng chung, có độ dư thừa Các giao thức chọn đường phải khắc phục độ dư thừa để sử dụng hiệu băng thơng Tóm lại, phương pháp chọn đường WSN cần phải quan tâm đến đặc tính riêng WSN với yêu cầu ứng dụng cấu trúc Câu Kể tên lĩnh vực ứng dụng WSN đời sống?(Nếu kể tên, khơng cần phân tích bỏ phân tích đi) Các ứng dụng cứu trợ thiên tai: Đây ứng dụng ý WSN Hiện tượng thường gặp phát cháy rừng: nút cảm biến trang bị nhiệt kế xác định vị trí (theo hệ toạ độ tuyệt đối tương đối, tức vị trí so với nút khác) Các cảm biến thả vào đám cháy, ví dụ khu rừng từ máy bay Chúng tạo “bản đồ nhiệt độ” chung khu vực xác định chu vi khu vực có nhiệt độ cao để tiếp cận từ bên ngồi Ví dụ tương tự kiểm sốt tai nạn nhà máy hóa chất Giám sát môi trường lập đồ đa dạng sinh học: Các WSN dùng để giám sát mơi trường, ví dụ chất nhiễm hóa học vị trí đổ rác Liên quan mật thiết với việc giám sát môi trường sử dụng WSN để biết số lượng loài động thực vật sống mơi trường Ưu điểm WSN cảm biến giám sát, hoạt động thời gian dài, giao tiếp vơ tuyến có đặt gần đối tượng quan sát Quản lý thiết bị: Để quản lý nhiều thiết bị tòa nhà, WSN có loạt ứng dụng Một ví dụ đơn giản vào khơng cần chìa khố nơi người đeo phù hiệu, cho phép WSN kiểm tra người phép vào khu vực Ví dụ mở rộng để phát kẻ xâm nhập, ví dụ phương tiện họ khỏi quan làm việc Một WSN diện rộng theo dõi vị trí phương tiện báo cho nhân viên an ninh Bảo dưỡng giám sát máy: Một ý tưởng cố định nút cảm biến nơi đặt máy móc khó tiếp cận, nơi phát chấn động cho thấy cần thiết phải bảo trì Trường hợp robot trục xe đoàn tàu Các ứng dụng khác sản xuất máy đặt nơi có phóng xạ, chứa nhiều chất độc hại, nằm sâu lịng đất Ưu điểm WSN hoạt động không cần dây nối nên không cần phải bảo dưỡng, cảm biến có giá thành thấp thường xuyên cài đặt lại Trong nông nghiệp: Áp dụng WSN vào nông nghiệp làm cho việc thụ phấn tưới tiêu xác cách đặt cảm biến đo độ ẩm/ thành phần đất vào môi trường Chỉ cần số lượng tương đối cảm biến nhỏ đủ, khoảng cảm biến cho vùng có diện tích 100 m × 100 m Tương tự, giám sát sâu bọ thực theo dõi có độ phân giải cao Ngồi ra, chăn ni tăng lợi nhuận từ việc gắn cảm biến cho lợn bò để kiểm sốt tình trạng sức khoẻ động vật (bằng cách kiểm tra nhiệt độ thể, đếm bước…) báo động vượt ngưỡng cho phép Câu 8.Nêu tóm tắt công nghệ thường dùng WSN? Giao tiếp vô tuyến đa bước nhảy: Khi giao tiếp vô tuyến, thông tin trực tiếp phải đối mặt với số hạn chế Đặc biệt, giao tiếp đường dài thực sử dụng công suất phát cao Việc sử dụng nút trung gian trễ làm giảm tổng lượng yêu cầu Do đó, với WSN,giao tiếp đa bước nhảy thành phần cần thiết Sử dụng lượng có hiệu quả: Để kéo dài tuổi thọ việc sử dụng lượng cách có hiệu kỹ thuật quan trọng Điều giải cách sử dụng hiệu lượng truyền liệu hai nút (đo bit /J) quan trọng xác định hiệu lượng thông tin yêu cầu Tự cấu hình: WSN phải tự cấu hình thơng số hoạt động nó, việc độc lập với cấu hình bên ngồi Ví dụ, nút xác định vị trí địa lý cách sử dụng nút khác mạng Nó cịn gọi "tự định vị - self-location" Ngoài ra, mạng có nút hỏng tích hợp nút Sự cộng tác xử lý mạng: Trong số trường hợp, cảm biến định việc liệu kiện có xảy hay không nhiều cảm biến cộng tác với cung cấp đủ thông tin để làm điều Thơng tin xử lý mạng theo cách thức khác để có cộng tác Trung tâm liệu: Mạng thông tin truyền thống thường tập trung vào việc chuyển giao liệu hai thiết bị cụ thể, thiết bị yêu cầu có địa mạng Mạng có kiến trúc hoạt động theo trung tâm địa Trong WSN, nơi mà nút thường bố trí dư để dự phịng cho việc nút bị hỏng để tăng chất lượng thiết bị có nút cảm biến Vấn đề quan trọng thân liệu nhận nút cung cấp liệu Câu 9.Nêu tóm tắt số khác biệt hai mạng MANET WSN? Thiết bị ứng dụng: Ứng dụng thiết bị MANET khác WSN Trong MANET, đầu cuối mạnh (một máy tính xách tay PDA (Personal Digital Assistant - Thiết bị hỗ trợ cá nhân kỹ thuật số)) có nguồn pin tương đối lớn Tương tác với môi trường: Do WSN phải có tương tác với mơi trường nên đặc tính lưu lượng khác Thơng thường, WSN có tốc tốc độ liệu thấp thời gian dài lại có lưu lượng cao có tượng xảy (ví dụ, hệ thống thời gian thực mưa bão) Trạng thái nghỉ thời gian dài thay trạng thái hoạt động cao mạng thời gian ngắn, nâng công suất mạng lên giới hạn Trong đó, MANET sử dụng để hỗ trợ nhiều ứng dụng thơng thường (Web, giọng nói…) với đặc tính lưu lượng khơng có thay đổi đột biến Quy mô: Các WSN thường dùng để giám sát số lượng thực thể lớn nhiều (hàng nghìn, chí hàng trăm nghìn) so với mạng ad hoc Năng lượng: Trong hai mạng WSN MANET, lượng vấn đề quan tâm Các WSN có yêu cầu chặt chẽ thời gian sử dụng, khả xạc pin thay nguồn pin nút so với MANET Do đó, WSN quan tâm nhiều đến việc tiêu thụ lượng MANET Tự cấu hình: Tương tự mạng ad hoc, WSN yêu cầu tự cấu hình thành mạng kết nối, khác biệt lưu lượng, sử dụng lượng… đòi hỏi giải pháp khác Độ tin cậy chất lượng dịch vụ: Các yêu cầu liên quan đến độ tin cậy chất lượng dịch vụ khác Trong MANET, nút riêng rẽ phải có độ tin cậy cao, cịn WSN, nút riêng rẽ khơng đóng vai trị quan trọng Trung tâm liệu: Việc triển khai dự phịng nút làm tăng kích thước giao thức trung tâm liệu WSN Các giao thức trung tâm liệu không liên quan đến MANET Dịch chuyển: Vấn đề dịch chuyển MANET bao gồm dịch chuyển nút di chuyển, thay đổi tuyến đường đa bước nhảy mạng điều phải xử lý Trong WSN, vấn đề tồn nút cảm biến di chuyển Trong WSN, có hai vấn đề dịch chuyển cần quan tâm Thứ nhất, mạng cảm biến dùng để phát quan sát tượng vật lý (ví dụ chương trình phát xâm nhập) Điều xảy đối tượng di chuyển? Về mặt lý tưởng, liệu địa điểm tập hợp lại sử dụng cho địa điểm gần Thứ hai, chứa thông tin mạng (các nút mà thơng tin phải gửi đến) di chuyển Về nguyên tắc, điều không khác với việc di chuyển nút MANET thông thường, làm giảm hiệu hoạt động giao thức so với trạng thái tĩnh Tóm lại, có điểm chung thực tế, WSN hỗ trợ cho ứng dụng khác nhau, chúng tương tác với môi trường vật lý phải xem xét thật cẩn thận mức ưu tiên thông số Điều thực làm nên khác biệt WSN MANET Câu 10: Vẽ cấu trúc phần cứng nút cảm biến nêu chức phận cấu thành nút cảm biến? Trả lời Một nút cảm biến gồm phận Bộ điều khiển: Bộ điều khiển xử lý tất liệu có liên quan theo mã nhị phân Bộ nhớ: Thông thường, nhớ dùng để lưu giữ chương trình liệu Cảm biến cấu chấp hành: Đây giao diện với môi trường vật lý Các thiết bị quan sát giám sát thông số vật lý môi trường Thiết bị liên lạc: Các nút mạng địi hỏi thiết bị để gửi nhận thơng tin qua kênh vơ tuyến Mục đích giao thức MAC: Giao thức MAC (Medium Access Control – Điều khiển truy nhập môi trường) giải nhiệm vụ đơn giản xếp thời gian có số nút truy nhập vào mạng thông tin mơi trường có chia sẻ Nhiệm vụ giao thức MAC điều chỉnh việc truy nhập nút đến mạng mơi trường có chia sẻ theo cách phải thoả mãn yêu cầu đặc tính ứng dụng cụ thể Các thông số độ trễ, công suất… thường coi trọng ngược lại, mạng cảm biến không dây (WSN – Wireless Sensor Network) bảo tồn lượng lại đóng vai trị quan trọng Nó thách thức mạng có chia sẻ đường truyền vì: giao thức MAC dựa tranh chấp (ganh đua), thời điểm cho nút truyền tới nút khác yếu tố cần quan tâm vấn đề tránh nghe lén, việc nghe cịn gây tác hại khác tiêu hao lượng ko cần thiết nút “nghe lén” dẫn đến tiêu hao lượng tính tồn mạng Thêm giao thức theo kiểu cạnh tranh, hội để truyền tới nút nhận biết phụ thuộc vào nút lân cận Nếu có nút gói liệu truyền kênh truyền Nếu số nút lớn hai có cạnh tranh với trường hợp khơng may, ví dụ giải pháp đầu cuối ẩn, xung đột xảy tốn lượng cho phát thu Câu 17: Các ưu điểm nhược điểm chiến lược truy cập đường truyền dựa ganh đua không dựa ganh đua? Câu 18: Nêu khác biệt giao thức MAC truy cập đường truyền dựa ganh đua không dựa ganh đua? Khi bật thu không rõ ràng Các giao thứcMAC dựa ganh đua: thu bật Các giao thứcMAC dựa trênTDMA: phầntiếp đầu đồng bộ, không linh hoạt Mong ước: thu (chỉ) kiểmtra cácbảntin đến Khi tín hiệu phát hiện, đánh thứcbộ thu để thu thựcsự Lý tưởng: việc đánh thứcbộ thu xử lý địachỉđơngiản Tuy nhiên, khơng rõ chúng xây dựng cách thực không Câu 19: Trình bày ngắn gọn giao thức truy cập ngẫu nhiên ALOHA slotted ALOHA? Trong trường hợp này, nút không phối hợp với nhau, giao thức hoạt động theo phương thức phân phối hoàn toàn Giao thức truy cập ngẫu nhiên thường kết hợp với yếu tố ngẫu nhiên, ví như thời điểm nhận gói tin ngẫu nhiên, đặt định thời tới giá trị ngẫu nhiên… Giao thức truy cập ngẫu nhiên quan trọng giao thức ALOHA hay slotted ALOHA, phát triển trường đại học Hawaii Ở giao thức ALOHA, nút muốn truyền gói tin truyền Khơng có phối hợp với nút khác nên thường xảy xung đột thu Để phát xung đột này, thu yêu cầu gửi thông tin tức thời gói tin nhận Nếu khơng có thơng tin phản hồi này, phát hiểu có xung đột, sau khoảng thời gian chờ ngẫu nhiên bắt đầu trình truyền ALOHA tạo truy cập ngắn trễ truyền dẫn tải nhẹ Đối với tải nặng hơn, số xung đột tăng lên, điều làm giảm hiệu suất tăng thời gian trễ truyền dẫn Ở slotted ALOHA, thời gian chia thành khe nút cho phép bắt đầu truyền tin bắt đầu khe Khe phải đủ lớn để chứa gói tin có độ dài cực đại Theo đó, phát khác bắt đầu truyền tin khe thời gian làm hỏng gói tin nút Nếu nút muốn bắt đầu muộn đợi đến thời điểm bắt đầu khe thời gian đó, khơng cịn nguy phá huỷ gói tin nút Trong thời điểm đó, đồng làm giảm xác suất xung đột slotted ALOHA có hiệu suất cao ALOHA Câu20: Cho cấu hình liên kết mạng hình vẽ đây, vịng trịn phạm vi truyền thơng can nhiễu nút, nghĩa nút nghe thấy nút lân cận sát bên trái bên phải