Mạng ảm biến không dây

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI - Lê Thị Mai Liên MẠNG CẢM BIẾN KHƠNG DÂY Chun ngành : Điện Tử Viễn Thơng LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC … Điện Tử Viễn Thông NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC : ễ ấ Hà Nội – Năm 2010 Tai ngay!!! Ban co the xoa dong chu nay!!! 17061131675421000000 Lời cam đoan Lời cam đoan Tôi xin cam đoan : Luận văn “ Mạng cảm biến không dây” kết nghiên cứu riêng Các số liệu luận văn sử dụng trung thực Kết nghiên cứu trình bày luận văn chưa cơng bố cơng trình khác Tơi xin chân thành cám ơn Thầy Cô trường Đại học Bách Khoa Hà Nội truyền đạt cho kiến thức suốt năm học trường Tôi xin chân thành cảm ơn TS Nguyễn Chấn Hùng tận tình hướng dẫn tơi hồn thành tốt luận văn Hà Nội, ngày 27 tháng 10 năm 20010 Tác giả luận văn Lê Thị Mai Liên Mục lục MỤC LỤC Lời cam đoan DANH SÁCH CÁC TỪ VIẾT TẮT .6 DANH MỤC BẢNG .9 DANH MỤC HÌNH VẼ 10 Lời nói đầu 13 Chương .14 TỔNG QUAN VỀ MẠNG CẢM BIẾN KHÔNG DÂY .14 1.1 Giới thiệu công nghệ mạng cảm biến không dây 14 1.2 Cấu trúc mạng cảm biến không dây 17 1.2.1 Cấu trúc mạng điểm điểm 18 1.2.2 Cấu trúc mạng đa điểm 19 1.2.3 Cấu trúc mạng web 20 1.2.4 Các thành phần cấu trúc mạng cảm biến 22 1.2.5 Quá trình phát triển mạng cảm biến 26 Chương .28 KỸ THUẬT CẢM BIẾN KHÔNG DÂY 28 2.1 Khái quát NODE cảm biến: 28 2.2 Phần cứng phần mềm : 30 2.3 Môi trường hoạt động node cảm biến 31 2.4 Xu hướng phát triển Node cảm biến : 32 Chương 33 KỸ THUẬT TRUYỀN DẪN KHÔNG DÂY 33 3.1 Quá trình truyền sóng : 33 3.2 Điều chế tín hiệu: 35 3.3 Các công nghệ không dây: 37 Mục lục 3.3.1 Bluetooth: 38 3.3.2 WLAN: 39 3.3.3 ZigBee: 42 3.4 Kết luận: 44 Chương .45 GIAO THỨC ĐIỀU KHIỂN TRUY CẬP TRONG MẠNG WIRELESS SENSOR NETWORKS .45 4.1 Mơ hình giao thức cho WSNs: 45 4.2 Giao thức MAC: 47 4.2.1 Các thông số : 48 4.2.2 Các giao thức chung: 51 4.3 Các giao thức MAC cho mạng WSNs: 64 4.3.1 Schedule-Based Protocols: 65 4.3.2 Random Access-Based Protocols: 70 4.4 Nghiên cứu trường hợp SENSOR-MAC: .72 4.4.1 Tổng quát: 72 4.4.2 Lắng nghe nghỉ theo chu kỳ (Listen and Sleep): 73 4.4.3 Sự phối hợp lựa chọn lịch làm việc: 74 4.4.4 Đồng khung thời gian: 76 4.4.5 Lắng nghe thích ứng: 77 4.4.6 Điều khiển truy cập trao đổi liệu: 77 4.4.7 Chuyển thông điệp: 79 4.5 Chuẩn IEEE 802.15.4 LR-WPANs: 80 4.5.1 Lớp vật lý (PHY): 82 4.5.2 Lớp MAC: 84 4.6 Kết luận: 101 Mục lục Chương 102 PHẦN MỀM CHO MẠNG CẢM BIẾN KHÔNG DÂY 102 5.1 Nguyên lý thiết kế phần mềm cho WSN: 102 5.2 Kiến trúc phần mềm: 103 5.2.1 Các chức liên quan đến liệu: 104 5.2.2 Kiến trúc: 106 5.3 Một số phần mềm sử dụng: 106 Chương 107 QUẢN LÝ MẠNG CHO MẠNG CẢM BIẾN KHÔNG DÂY 107 6.1 Các kiểu quản lý mạng truyền thống: 107 6.2 Vấn đề thiết kế quản lý mạng: 108 6.3 Các vấn đề khác: 110 Chương 111 HỆ ĐIỀU HÀNH CHO MẠNG CẢM BIẾN KHÔNG DÂY 111 7.1 TinyOS: .113 7.2 Mate: 114 7.3 MagnetOS: 114 7.4 MANTIS: 114 Chương 116 QUẢN LÝ SỰ VẬN HÀNH VÀ LƯU LƯỢNG THÔNG TIN .116 8.1 Vấn đề thiết kế cho WSN 116 8.1.1 Giao thức MAC: 116 8.1.2 Giao thức định tuyến: 117 8.1.3 Giao thức chuyển vận: 117 8.2 Mơ hình hóa vận hành WSN: 118 8.2.1 Metric: 118 Mục lục 8.2.2 Các mô hình bản: 119 8.2.3 Các mơ hình mạng: 123 8.3 Tính tốn thời gian sống hệ thống: .125 8.3.1 Phân tích 127 8.3.2 Thảo luận: 130 Kết luận .133 Tài liệu tham khảo 134 Danh sách từ thuật ngữ viết tắt DANH SÁCH CÁC TỪ VIẾT TẮT Từ viết tắt Nghĩa tiếng Anh Nghĩa tiếng Việt ACK Acknowledge Gói xác nhận AES Advanced Encrytion Standard Tiêu chuẩn mã hóa tiên tiến API Application Programming Interface Giao diện lập trình ứng dụng APS Application Support Sublayer Lớp phụ cung cấp ứng dụng ATM Asynchronous Transfer Mode Chế độ truyền bất đồng BE Back-off Exponent Thời gian chờ để truy cập BTS Base Transceiver Station CAP CCA Trạm thu phát sở Contention Access Period Clear Channel Assessment Thời gian tranh chấp truy cập Ước định kênh truyền trống CDMA Code Division Multiple Access Đa truy cập phân chia theo mã CSMA/CA Carrier Sense Multiple Access Đa truy cập cảm biến sóng with Collision Avoidance mang tránh đụng độ CSMA/CD Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection Đa truy cập cảm biens ống mang phát đụng độ CTS Clear to send Sẵn sàng nhận CW Congestion Window Cửa sổ tranh chấp DCE Data Circuit-Terminating Thiết bị kết cuối kênh số liệu Eqiupment Danh sách từ thuật ngữ viết tắt DSSS Direct-Sequence Spread Spectrum Trải phổ chuỗi trực tiếp DTE Data Terminal Equipment Thiết bị liệu đầu cuối DTMC Discrete-Time Markov Chain Chuỗi Markov thời gian rời rạc E2E End to End Đầu cuối tới đầu cuối FDMA Frequency Division Multiple Access Đa truy cập phân chia theo tần số FFD Full-Function Device Thiết bị đầy đủ chức GTS Guaranteed Time Slot Khe thời gian đảm bảo HbH Hop by Hop Truyền bước IEEE Institute of Electrical and Electronic Engineers Viện kỹ thuật điện điện tử IrisNet Internet-Scale ResourceIntensive Sensor Networks Dịch vụ mạng cảm biến tài nguyên lớn mức liên mạng Services ITU International Liên minh viễn thông quốc tế Telecommunication Union LAN Local Area Network Mạng cục LEACH Low-Energy Adaptive Clustering Hierarchy Cấu trúc phân bậc tương thích lượng thấp LQI Link Quality Indicator Bộ thị chất lượng liên kết LR-WPANs Low Rate Wireless Personal Area Networks Mạng WPAN tốc độ thấp MAC Medium access control Điều khiển truy cập môi trường MANETs Mobile ad hoc Network Mạng Ad hoc di động Danh sách từ thuật ngữ viết tắt MIB Management Information Base Cơ sở thông tin quản lý MiLAN Middleware Linking Application and Network Phần mềm liên kết ứng dụng mạng NAV Network Allocation Vector Vector phân phối mạng NB Number of Back-off Số lần Back-off NM Network Management Quản lý amngj NMS Network Management system Hệ thống quản lý mạng OS Operating System Hệ điều hành PAN Personal Area Network Mạng cá nhân PEGASIS Power-effcident Gathering in Hệ thống quản lý mạng Sensor Information System PHY Physis Layer Lớp vật lý WAN Wide Area Networks Mạng diện rộng WPAN Wireless Personal Area Network Mạng không dây cá nhân WSNs Wireless Sensor Networks Mạng cảm biến không dây ZDO ZigBee Device Object Đối tượng thiết bị ZigBee Danh sách mục bảng DANH MỤC BẢNG Bảng Dẫn số suy hao đường truyền vật liệu làm nhà theo tần số .35 Bảng So sánh đặc tính chuẩn IEEE 802.11b/g IEEE 802.11a 41 Bảng Kênh truyền tần số .83 Bảng Băng tần tốc độ liệu 84 Bảng Các dạng thiết bị mạng ZigBee .86