Vấn đề năng lượng trong mạng Wireless Sensor và đánh giá bằng mô phỏng

mềm mô phỏng cho mạng Wireless Sensor, Mô phỏng mạng Wireless Sensor

Phan Viết Thời, D2001VT 1 Mục lục Mục lục 1 Thuật ngữ viết tắt . 4 Lời nói đầu . 6 Chơng I : Tổng quan về mạng Wireless Sensor . 7 1.1. Giới thiệu mạng cảm biến không dây 7 1.2. Nền tảng phát triển mạng . 7 1.2.1. Mạng Ad hoc không dây . 7 1.2.2. Nền tảng công nghệ 10 1.3. Mô tả hệ thống 12 1.3.1. Mô tả hệ thống tổng quát 12 1.3.2. Hệ thống WISENET 13 1.4. Tổng quan về kiến trúc mạng . 17 1.4.1. Lớp ứng dụng 18 1.4.1.1. Giao thức quản lý Sensor 18 1.4.1.2. Giao thức phân nhiệm vụ và quảng cáo số liệu 19 1.4.1.3 Giao thức truy vấn Sensor và phổ biến số liệu . 20 1.4.2 Lớp giao vận . 20 1.4.3 Lớp mạng 21 1.4.4. Liên kết liên mạng . 21 1.4.5 Lớp liên kết số liệu . 22 1.4.5.1 Điều khiển truy nhập môi trờng truyền dẫn 22 1.4.5.2 Điều khiển sửa lỗi 23 1.4.6 Lớp vật lý 24 1.5. Đặc điểm của mạng Wireless Sensor . 25 1.5.1. Kích thớc vật lý nhỏ và tiêu thụ công suất thấp 25 1.5.2. Hoạt động đồng thời với độ tập trung cao . 26 1.5.3. Khả năng liên kết vật lý và phân cấp điều khiển hạn chế . 26 1.5.4. Tính đa dạng trong thiết kế và sử dụng . 26 1.5.5. Hoạt động tin cậy 27 1.6. ứng dụng của mạng Sensor 27 1.6.1. ứng dụng trong quân sự . 27 1.6.2. ứng dụng về môi trờng 29 1.6.3. ứng dụng trong y tế . 30 1.6.4. ứng dụng trong gia đình 30 1.6.5. Các ứng dụng thơng mại khác . 31 Chơng II : Năng lợng trong mạng Wireless Sensor 33 2.1. Tính đặc thù của mạng . 33 2.1.1. Hạn chế phần cứng 33 2.1.2. Môi trờng hoạt động 34 2.1.3. Môi trờng truyền dẫn . 35 2.2. Sự tiêu thụ năng lợng 36 2.2.1. Năng lợng cho nhiệm vụ cảm biến 37 Đồ án tốt nghiệp đại học Phan Viết Thời, D2001VT 2 2.2.2. Năng lợng cho truyền thông 37 2.2.3. Năng lợng cho xử lý 38 2.3. Các giải pháp tiết kiệm năng lợng 38 2.3.1. Giải pháp định tuyến . 38 2.3.1.1. Các phơng pháp định tuyến tối u về năng lợng 39 2.3.1.2. Phơng pháp định tuyến số liệu tập trung 40 2.3.1.3. Các giao thức lớp mạng khác đợc đề xuất cho mạng Sensor 41 2.3.2. Giải pháp truy nhập môi trờng truyền dẫn 46 2.3.2.1. Yêu cầu với giao thức điều khiển truy nhập môi trờng (MAC) cho mạng sensor . 46 2.3.2.2. Các giao thức MAC cho mạng sensor 47 2.3.2.3. Các chế độ hoạt động tiết kiệm năng lợng . 50 2.3.3. Quản lý nguồn công suất . 50 2.3.3.1 Thời gian tồn tại 51 2.3.3.2 Phát hiện nguồn thấp "Low Battery" 51 2.3.3.3. Cảnh báo "Low Battery" . 53 2.3.4. Tận dụng các nguồn năng lợng trong tự nhiên 54 2.3.1.1. Tế bào quang điện . 55 2.3.1.2. Các nguồn năng lợng khác . 56 Chơng III : Phần mềm mô phỏng năng lợng cho mạng Wireless Sensor 57 3.1. Mô hình hoá mô phỏng 57 3.1. Mô hình nguồn năng lợng 57 3.3. Thiết kế phần mềm mô phỏng mạng Wireless Sensor . 58 3.3.1. Phần mềm NS-2 . 58 3.3.2. Cơ sở phát triển mô phỏng mạng Sensor trên nền NS-2 61 3.3.3. Các định dạng mới trong NS-2 62 3.3.4. Thay đổi trong NS-2 64 3.4. Thiết lập mã lập trình mô phỏng 66 3.4.1. Thiết lập kênh hiện tợng và kênh dữ liệu 66 3.4.2. Thiết lập một giao thức MAC cho kênh Phenomenon 66 3.4.3. Thiết lập các nút Phenomenon với giao thức "định tuyến" Phenom . 66 3.4.4. Thiết lập tốc độ và kiểu xung của Phenomenon 67 3.4.5. Định hình nút Sensor . 68 3.4.6. Thiết lập các nút Non-Sensor (điểm thu thập dữ liệu, Gateway) 69 3.4.7. Gắn kết các tác nhân Sensor 70 3.4.8. Gắn kết một tác nhân UDP và ứng dụng Sensor cho mỗi nút . 70 3.4.9. Khởi động ứng dụng Sensor 70 Chơng IV: Mô phỏng mạng Wireless Sensor 71 4.1. Mục đính mô phỏng . 71 4.2. Thực hiện mô phỏng . 72 4.2.1. Mã chơng trình 72 4.2.1. Phân tích kết quả . 73 4.2. Kết quả . 74 4.2.1. Sự tổn hao năng lợng . 75 4.2.2. Tốc độ giảm năng lợng khi tăng số nút mạng . 77 4.2.3. Tốc độ giảm năng lợng khi mật độ mạng không đổi 78 Đồ án tốt nghiệp đại học Phan Viết Thời, D2001VT 3 4.2. Đánh giá . 79 Kết luận . 80 Tài liệu tham khảo . 81 Đồ án tốt nghiệp đại học Phan Viết Thời, D2001VT 4 Thuật ngữ viết tắt Từ viết tắt Nghĩa tiếng Anh Nghĩa tiếng Việt ADC Analogue/Digital converter Bộ chuyển đổi tơng tự / số AODV Ad Hoc On-Demand Distance- Vector Định tuyến dựa vào chuỗi chỉ hớng theo yêu cầu tạm thời API Application program interface Hệ giao tiếp lập trình ứng dụng ARC Adaptive transmitssion rate control Điều khiển tốc độ truyền dẫn thích ứng ARQ automatic repeat request Cơ chế sửa lỗi bằng yêu cầu lặp lại tự động BER Bit error rate Tỷ lệ lỗi bit CSMA Carrier sense multiple access Đa truy nhập theo cảm biến lu lợng DSDV Destination-Sequenced Distance-Vector Định tuyến theo chuỗi chỉ hớng với đích tuần tự DSR Dynamic Source Routing Giao thức định tuyến nguồn động FDMA Frequency division multiple access Đa truy nhập phân chia theo tần số FEC Forward error correction Cơ chế sửa lỗi trớc GPS Global Possition System Hệ thống định vị toàn cầu HTTP HyperText Tranffer Protocol Giao thức truyền siêu văn bản ISM band Industrial, Scientific and Medical band Dải tần sử dụng cho các ứng dụng công nghiệp, khoa học và y học LEACH Low energy adaptive clustering hierarchy Phân cấp cụm thích ứng với năng lợng thấp MAC Medium access control Điều khiển truy nhập môi trờng truyền dẫn MANET Mobile ad hoc network Mạng di động ad hoc (tạm thời, không có cơ sở hạ tầng) ME Minimum energy Năng lợng tiêu thụ cực tiểu MECN Minimum energy communication network Mạng truyền thông với năng lợng cực tiểu MH Minimum hop Số bớc nhảy cực tiểu NAM Network AniMator Mô tả mạng bằng hình ảnh động NS-2 Network Simulator version 2 Phần mềm mô phỏng mạng phiên bản2 Otcl Object-oriented tool command language Ngôn ngữ điều khiển bằng lệnh hớng đối tợng PA Power available Mức năng lợng hiện tại Đồ án tốt nghiệp đại học Phan Viết Thời, D2001VT 5 QoS Quality of service Chất lợng dịch vụ REQ Request message Bản tin yêu cầu RERR Route error packet Gói báo lỗi tuyến RREP Route reply packet Gói đáp ứng yêu cầu tuyến RREQ Route request packet Gói yêu cầu tuyến RS-232 Serial Radio Link - 232 Liên kết vô tuyến nối tiếp theo chuẩn RS-232 SAR Sequential assignment routing Định tuyến chỉ định liên tục SMECN Small minimum energy communication network Mạng truyền thông với năng lợng cực tiểu loại nhỏ SMACS Self Organizing MAC for Sensor network Giao thức MAC tự tổ chức cho mạng sensor SMP Sensor management protocol Giao thức quản lý sensor SPIN Sensor protocols for information via negotiation Các giao thức thông tin sensor thông qua thỏa thuận SQDDP Sensor query and data dissemination protocol Giao thức truy vấn sensor và phổ biến số liệu SQL Structure Query Language Ngôn ngữ truy vấn theo cấu trúc SQTL Sensor query and tasking language Ngôn ngữ truy vấn và đặt nhiệm vụ sensor SSF Scalable Simulation Framework Cơ cấu mô phỏng mở rộng TADAP Task assignment and data advertisement protocol Giao thức phân nhiệm vụ và quảng cáo số liệu TCP/IP Transmission Control Protocol/Internet Protocol Giao thức điều khiển truyền dẫn/giao thức Internet TDMA Time division multiple access Đa truy nhập phân chia theo thời gian TORA Temporally Ordered Routing Algorithm Định tuyến bằng thuật toán tìm đờng tuần tự theo thời gian WINS Wireless Integrated network sensors Mạng các thiết bị cảm biến tích hợp thiết bị thu phát không dây WISENET WIreless SEnsor NETwork Hệ thống mạng sensor không dây WISENET WLAN Wireless local area network Mạng cục bộ không dây WSN Wireless sensor network Mạng cảm biến không dây Đồ án tốt nghiệp đại học Phan Viết Thời, D2001VT 6 Lời nói đầu Trong những năm gần đây sự phát triển mạnh mẽ của công nghệ thông tin, công nghệ vi mạch điện tử và viễn thông đặc biệt là trong lĩnh vực vô tuyến đã đem lại nhiều ứng dụng mới, cho phép chúng ta có thể dễ dàng thu thập thông tin ở bất kỳ điều kiện và vùng địa lý nào. Có nhiều phơng pháp khác nhau cho phép chúng ta thu thập thông tin trong đó mạng Wireless Sensor hiện đang đợc dùng phổ biến trên thế giới và đang dần xâm nhập vào nớc ta. Có nhiều vấn đề đặt ra cho mạng Wireless Sensor nh vấn đề năng lợng, vấn đề đồng bộ sensor, vấn đề mở rộng mạng . Năng lợng luôn là yếu tố quan trọng của tất cả các loại mạng. Với mạng Wireless Sensor do tính đặc thù của mạng là hạn chế về phần cứng và ứng dụng ở nhiều vùng địa lí phức tạp nên vấn đề năng lợng càng trở lên quan trọng. Trớc thực tế này, đợc sự định hớng và chỉ dẫn của Tiến sĩ Đinh Văn Dũng, phòng Nghiên cứu Phát triển Dịch vụ mới và Tự động hóa, Viện Khoa học Kỹ thuật Bu Điện, em đã chọn đề tài đồ án: Vấn đề năng lợng trong mạng Wireless Sensor và đánh giá bằng mô phỏng. Mục đích của đồ án này là tìm hiểu các vấn đề liên quan tới năng lợng trong mạng Wireless Sensor, từ đó đa ra các giải pháp tiết kiệm năng lợng trong mạng và tận dụng các nguồn năng lợng sạch trong tự nhiên. Đồ án gồm 4 chơng: 1 - Chơng I : Tổng quan về mạng Wireless Sensor 2 - Chơng II : Năng lợng trong mạng Wireless Sensor 3 - Chơng III : Phần mềm mô phỏng cho mạng Wireless Sensor 4 - Chơng IV: Mô phỏng mạng Wireless Sensor Do còn hạn chế về kiến thức và năng lực nên đồ án không tránh khỏi thiếu sót. Mong đợc sự góp ý của thầy cô và bạn bè. Em xin chân thành cảm ơn thầy giáo TS. Đinh Văn Dũng, phòng Nghiên cứu Phát triển Dịch vụ mới và Tự động hóa, Viện Khoa học Kỹ thuật Bu Điện, đã hớng dẫn em về chuyên môn cũng nh phơng pháp làm việc để em có thể hoàn thành đồ án. Qua đây, em cũng xin gửi lời cảm ơn chân thành tới các thầy, các cô trong Khoa Viễn Thông I, Học viện Công nghệ Bu chính - Viễn thông đã giúp đỡ, tạo điều kiện cho em hoàn thành đồ án này. Hà Nội ngày 31 tháng 10 năm 2005 Sinh viên Phan Viết Thời Đồ án tốt nghiệp đại học Chơng I. Tổng quan về mạng Wireless Sensor Phan Viết Thời, D2001VT 7 Chơng I : Tổng quan về mạng Wireless Sensor 1.1. Giới thiệu mạng cảm biến không dây Các thiết bị cảm biến (Sensor) đợc kết nối thành mạng, phối hợp với nhau để thực hiện các nhiệm vụ với quy mô lớn, đợc đặt nhiều hy vọng nhằm cách mạng hóa trong lĩnh vực thu thập thông tin ở bất kì điều kiện và vùng địa lý nào. Mạng cảm biến không dây (Wireless Sensor Network) bao gồm một tập hợp các thiết bị cảm biến sử dụng các liên kết không dây (vô tuyến, hồng ngoại hoặc quang học) để phối hợp thực hiện các nhiệm vụ cảm biến phân tán về đối tợng mục tiêu. Mạng này có thể liên kết trực tiếp với nút quản lý của giám sát viên hay gián tiếp thông qua một điểm thu (Sink) và môi trờng mạng công cộng nh Internet hay vệ tinh. Các nút Sensor không dây có thể đợc triển khai cho các mục đích chuyên dụng nh giám sát và an ninh; kiểm tra môi trờng; tạo ra không gian thông minh; khảo sát, chính xác hóa trong nông nghiệp; y tế; . Lợi thế chủ yếu của chúng là khả năng triển khai hầu nh trong bất kì loại hình địa lý nào kể cả các môi trờng nguy hiểm không thể sử dụng mạng Sensor có dây truyền thống đợc. Việc kết hợp các bộ cảm biến thành mạng lới ngày nay đã tạo ra nhiều khả năng mới cho con ngời. Các bộ vi cảm biến với bộ xử lý gắn trong và các thiết bị vô tuyến hoàn toàn có thể gắn trong một kích thớc rất nhỏ. Chúng có thể hoạt động trong một môi trờng dày đặc với khả năng xử lý tốc độ cao. Do đó, với mạng cảm biến không dây ngày nay, ngời ta đã có thể khám phá nhiều hiện tợng rất khó thấy trớc đây. Ngày nay, các mạng cảm biến không dây đợc ứng dụng trong nhiều lĩnh vực nh các cấu trúc chống lại địa chấn, nghiên cứu vi sinh vật biển, giám sát việc chuyên chở các chất gây ô nhiễm, kiểm tra hệ sinh thái và môi trờng sinh vật phức tạp . 1.2. Nền tảng phát triển mạng Việc phát triển mạng Wireless Sensor dựa trên công nghệ mạng Ad hoc không dây và đợc thúc đẩy bởi hai yếu tố là nhu cầu ứng dụng và các tiến bộ công nghệ. 1.2.1. Mạng Ad hoc không dây Mạng Ad hoc không dây là kiểu mạng không có cơ sở hạ tầng nền tảng, đợc triển khai cho các mục đích sử dụng tạm thời cần thiết lập nhanh chóng, thuận tiện nh để tìm kiếm và cứu hộ, phục vụ liên lạc cho các thành viên trong một cuộc họp,.v.v. Mạng Ad hoc không cần các thành phần cơ sở hạ tầng nh tổng đài, trạm thu phát gốc hay bất kì một trung tâm điều khiển nào. Tất cả các nút di động trong mạng Ad hoc đợc Đồ án tốt nghiệp đại học Chơng I. Tổng quan về mạng Wireless Sensor Phan Viết Thời, D2001VT 8 liên kết động với nhau một cách tuỳ ý, không có bất kì sự điều khiển nào từ bên ngoài. Tất cả các nút này đều có thể hoạt động nh một bộ định tuyến nhờ khả năng tìm và duy trì tuyến tới các nút khác trong mạng. Các giao thức định tuyến trong mạng Ad hoc có thể chia thành hai loại: - Các giao thức định tuyến theo bảng: mỗi nút mạng sẽ duy trì và cập nhật thông tin định tuyến tới mọi nút mạng khác. - Các giao thức định tuyến theo yêu cầu: Việc định tuyến chỉ đợc thực hiện khi có yêu cầu chuyển gói, nhờ cơ chế tìm đờng. Hiện nay có bốn giao thức định tuyến đợc sử dụng trong mạng Ad hoc: a) Định tuyến theo chuỗi chỉ hớng với đích tuần tự Trong Định tuyến theo chuỗi chỉ hớng với đích tuần tự (Destination-Sequenced Distance-Vector - DSDV), mọi trạm di động đều có một bảng định tuyến trong đó ghi các đích hiện tại, số các bớc nhảy để đến đợc đích và số thứ tự đợc gán cho nút đích. Số thứ tự này đợc sử dụng để phân biệt các tuyến và nh vậy tránh đợc sự hình thành các vòng lặp. Các trạm định kỳ gửi bảng định tuyến của nó cho các nút lân cận của nó. Một trạm cũng gửi bảng định tuyến nếu một thay đổi đáng kể trong bảng so với lần gửi cập nhật cuối cùng đợc phát hiện. Nh vậy, việc cập nhật đợc thực hiện cả theo thời gian và theo sự kiện. Các bảng định tuyến có thể đợc gửi cập nhật theo hai cách: chuyển toàn bộ (full dump) hay cập nhật phần gia tăng. Theo cách chuyển toàn bộ, bảng định tuyến sẽ đợc gửi trọn vẹn đến các nút lân cận và nó có thể bao gồm nhiều gói tin. Ngợc lại, theo cách cập nhật phần gia tăng, chỉ những mục ghi mới của bảng định tuyến so với lần cập nhật cuối cùng mới đợc gửi đi và phải vừa trong một gói tin. Khi mạng tơng đối ổn định, các gói cập nhật phần gia tăng đợc sử dụng để tránh việc lu lợng tăng cao và việc chuyển toàn bộ (full dump) ít đợc sử dụng hơn. Trong các mạng thay đổi nhanh, số lợng các gói cập nhật phần gia tăng có thể trở lên rất lớn nên việc chuyển toàn bộ bảng đợc thực hiện thờng xuyên hơn. b) Định tuyến bằng thuật toán tìm đờng tuần tự theo thời gian Định tuyến bằng thuật toán tìm đờng tuần tự theo thời gian (Temporally Ordered Routing Algorithm - TORA) là một giao thức định tuyến trên cơ sở một thuật toán đảo liên kết (Link Reversal). Nó đợc thiết kế để tìm các tuyến đờng theo yêu cầu, cung cấp nhiều tuyến tới một đích, thiết lập tuyến nhanh và giảm tới mức tối thiểu phần phụ tải (overhead) bằng thuật toán khoanh vùng chống lại các thay đổi về hình trạng mạng có thể sảy ra. Việc tối u định tuyến (tìm đờng ngắn nhất) đợc coi là thứ Đồ án tốt nghiệp đại học Chơng I. Tổng quan về mạng Wireless Sensor Phan Viết Thời, D2001VT 9 yếu và việc định tuyến với các đờng dài hơn đợc sử dụng thờng xuyên để tránh phần phụ tải khi tìm đờng mới. Hoạt động của giao thức TORA đợc hình dung giống nh đa nớc chảy dốc xuống qua một mạng các đờng ống và hớng tới một điểm đích. Các đờng ống mô tả các liên kết giữa các nút mạng, các điểm nối các đờng ống này mô tả các nút mạng và nớc chảy trong các ống mô tả các gói tin đợc định tuyến hớng tới đích. Mỗi nút có một độ cao so với đích đợc tình toán bởi giao thức định tuyến và độ cao giảm dần trên tuyến, nhờ vậy có thể chuyển gói tin một cách tuần tự để tới đích. c) Giao thức định tuyến nguồn động Điểm cơ bản của giao thức định tuyến nguồn động ( Dynamic Source Routing - DSR) là việc sử dụng định tuyến nguồn. Tức là, nơi gửi nhận biết đợc hoàn toàn tuyến đờng gồm các liên kết dẫn tới đích. Các tuyến đờng này đợc lu trong bộ nhớ định tuyến (Route Cache). Các gói dữ liệu mang theo thông tin định tuyến nguồn trong tiêu đề gói. Khi một nút trong mạng Ad hoc muốn gửi một gói tin tới một đích mà nó cha nhận biết đợc tuyến đờng, nó sẽ sử dụng một tiến trình tìm đờng (Route Discovery) để xác định một tuyến. Tiến trình tìm đờng sẽ gửi tràn lan vào trong mạng các gói yêu cầu tuyến (Route Request-RREQ). Mỗi nút nhận đợc RREQ lại tiếp tục quảng bá nó, trừ khi nút đó là nút đích hoặc có một tuyến tới đích đợc lu trong bộ nhớ định tuyến. Các nút này trả lời các gói RREQ bằng các gói hồi âm định tuyến (Route Reply- RREP). Các gói này đợc định tuyến trở lại nguồn. Các gói RREQ và RREP cũng đợc định tuyến theo nguồn. Các gói RREQ lập lên một tuyến xuyên qua mạng. Gói RREP định tuyến trở lại nguồn bằng cách đi ngợc trở lại theo tuyến đờng này. Thông tin về tuyến đợc mang trở lại bằng gói RREP và đợc lu tại nguồn để sử dụng. Nếu một liên kết trên một tuyến bị sự cố, nút nguồn đợc thông báo bằng một gói lỗi (Route Error-RERR). Nguồn sẽ xoá tuyến này trong bộ nhớ định tuyến và bắt đầu một tiến trình tìm đờng mới nếu tuyến này còn cần thiết. Trong DSR không cần một cơ chế đặc biệt nào để phát hiện các vòng lặp định tuyến. d) Định tuyến dựa vào chuỗi chỉ hớng theo yêu cầu tạm thời Định tuyến dựa vào chuỗi chỉ hớng theo yêu cầu tạm thời (Ad hoc On-Demand Distance- Vector Routing - AODV) có điểm giống DSR là nó cũng tìm các đờng có yêu cầu thông qua một bằng một tiến trình tìm đờng tơng tự. Tuy nhiên, AODV sử dụng một cơ chế rất khác để lu giữ thông tin định tuyến. Nó sử dụng các bảng định tuyến truyền thống, mỗi mục là một đích. Đây là điểm ngợc lại DSR (DSR có thể lu giữ nhiều mục cho mỗi đích). Không có định tuyến nguồn, AODV dựa vào các mục Đồ án tốt nghiệp đại học Chơng I. Tổng quan về mạng Wireless Sensor Phan Viết Thời, D2001VT 10 trong bảng định tuyến để truyền một RREP trở về nguồn và sau đó,đợc sử dụng để định tuyến các gói số liệu đợc tới đích. AODV sử dụng các số thứ tự đợc lu tại mỗi đích để xác định tính mới của thông tin định tuyến và chống lại các vòng lặp định tuyến. Tất cả các gói đều mang theo các số thứ tự này. Một đặc điểm quan trọng của AODV là lu giữ các trạng thái định giờ căn bản trong mỗi nút để tận dụng các mục trong bảng định tuyến đơn. Một mục trong bảng định tuyến có thể bị xoá nếu nó không đợc sử dụng trong thời gian gần. Giao thức DSDV là giao thức định tuyến theo bảng, các giao thức DSR, TORA, AODV thuộc loại giao thức định tuyến theo yêu cầu. 1.2.2. Nền tảng công nghệ Các tiến bộ trong công nghệ chế tạo các thiết bị điện tử rất nhỏ giá rẻ với công suất thấp và phân hóa chức năng cao, các bớc tiến trong công nghệ mạng không dây và trong lĩnh vực vi điều khiển đã tạo ra tiềm năng to lớn trong lĩnh vực cảm biến và thu thập dữ liệu. Việc sử dụng các bộ vi điều khiển công suất thấp tích hợp khối thu phát vô tuyến và các thiết bị cảm biến tơng tự, số khác nhau cho phép một mạng các thiết bị cảm biến không dây hoạt động bằng nguồn acquy có thể thu thập dữ liệu về môi trờng trong phạm vi lớn. Dữ liệu này có thể đợc tải đến một máy tính và đợc lu trong cơ sở dữ liệu. Sau đó, có thể đợc phân tích thông qua một phần mềm ứng dụng. Kết quả có thể đợc truy xuất trực tiếp hoặc bởi một trình duyệt Web chuẩn ở bất cứ đâu trên Internet. Các mạng Sensor ngày nay có những cải tiến đáng kể so với các Sensor truyền thống theo hai hớng: - Các Sensor có thể đặt ở xa hiện tợng tức là các thông tin về hiện tợng có đợc nhờ năng lực cảm biến và phân tích. Theo hớng này, yêu cầu các Sensor lớn sử dụng một số kỹ thuật phức tạp để nhận biết đợc các đích từ các tạp âm môi trờng ở khoảng cách xa. - Nhiều Sensor chủ yếu chỉ hoạt động cảm biến đợc triển khai. Vị trí các Sensor và hình trạng thông tin đợc tính toán cẩn thận. Chúng đợc liên kết thành một mạng để truyền thông tin về các diễn biến của hiện tợng đợc thăm dò tới các nút trung tâm, nơi tiếp nhận và xử lý dữ liệu. Một mạng Sensor bao gồm một số lợng lớn các nút đợc triển khai dày đặc bên trong đối tợng cần thăm dò hoặc ở rất gần nó. Vị trí của các Sensor phải không cần định trớc. Điều này cho phép triển khai ngẫu nhiên trong các vùng không thể tiếp cận hoặc trong các hoạt động tránh sự nguy hiểm. Điều này cũng có nghĩa là các thuật toán và giao thức phải có khả năng tự tổ chức. Một đặc trng nữa của mạng Sensor là khả năng cộng tác của các Sensor. Các Nút Sensor phải có bộ xử lý gắn trong. Thay vì [...]... thực tế của mạng Sensor yêu cầu phải sử dụng công nghệ mạng Wireless Ad hoc Mặc dù vậy, có nhiều thuật toán và giao thức đã đợc sử dụng cho các mạng Wireless Ad hoc truyền thống nhng chúng không phù hợp lắm với các đặc tính và yêu cầu ứng dụng của mạng Sensor, Để minh hoạ điểm này, sự khác nhau giữa mạng Sensor và mạng Wireless Ad hoc đợc đợc phác hoạ dới đây : Số lợng nút Sensor trong mạng Sensor có... cơ sở và vị trí 1.4.4 Liên kết liên mạng Một chức năng quan trọng khác của lớp mạng là cung cấp sự liên kết mạng với các mạng bên ngoài nh các mạng Sensor khác, các hệ thống phát lệnh và điều khiển hay Internet Trong một mô hình mạng, các nút Sink đợc sử dụng nh một cổng (Gateway) đến các mạng khác Trong một mô hình mạng khác, một đờng trục đợc tạo ra bằng việc kết nối các nút Sink với nhau và đờng... Đánh giá thiệt hại của trận đánh: Ngay trớc hoặc sau khi tấn công, các mạng Sensor có thể đợc triển khai trong vùng mục tiêu để tập hợp các số liệu đánh giá thiệt hại trong trận đánh - Trinh sát và phát hiện các vũ khí hóa học, sinh học, hạt nhân: Trong các cuộc chiến tranh sinh học và hóa học, việc phát hiện chính xác và kịp thời các tác nhân là điều rất quan trọng Các mạng Sensor đợc triển khai trong. .. mặt năng lợng, có thể định tuyến số liệu trong một mạng Sensor di động và chia sẻ tài nguyên giữa các nút Sensor Nếu không, mỗi nút Sensor sẽ chỉ làm việc một cách đơn lẻ Xuất phát quan điểm xem xét trong toàn mạng Sensor, sẽ hiệu quả hơn nếu các nút Sensor có thể hoạt động hợp tác với nhau, nh thế cũng có thể kéo dài tuổi thọ của mạng 1.4.1 Lớp ứng dụng Mặc dù nhiều lĩnh vực ứng dụng cho mạng Sensor. .. định tuyến trong mạng adhoc thông thờng không phù hợp những yêu cầu của mạng Sensor Lớp mạng của mạng Sensor đợc thiết kế theo những nguyên tắc sau : - Hiệu suất năng lợng luôn là yếu tố quan trọng - Hầu hết các mạng Sensor là số liệu tập trung - Việc tập hợp số liệu chỉ đợc thực thi khi nó không cản trở hoạt động hợp tác của các nút Sensor - Một mạng Sensor lý tởng phải nhận biết đợc việc đánh địa... cho các nút Sensor có thể phối hợp trong nhiệm vụ cảm biến và giảm đợc tổng năng lợng tiêu thụ Mặt bằng quản lý năng lợng quản lý việc một nút Sensor sử dụng năng lợng của nó nh thế nào Ví dụ, nút Sensor có thể tắt bộ phận nhận sau khi nhận một bản tin từ một trong các nút lân cận Điều này có thể tránh đợc việc nhận bản tin tới hai lần Ngoài ra, khi mức năng lợng của nút Sensor thấp, nút Sensor sẽ thông... Chơng I Tổng quan về mạng Wireless Sensor Một hạn chế quan trọng nhất của các nút Sensor là yêu cầu phải tối thiểu công suất tiêu thụ Các nút Sensor chỉ tích trữ đợc nguồn năng lợng hạn chế và không đợc thay thế Vì vậy, trong khi các mạng truyền thống luôn đặt mục tiêu cung cấp chất lợng dịch vụ (QoS) cao thì các giao thức trong mạng Sensor phải chú trọng đến sự bảo tồn nguồn năng lợng Ngời sử dụng... biến số liệu (Sensor Query and Data Dissemination Protocol-SQDDP), rất cần thiết cho mạng Sensor trên cơ sở những sơ đồ đợc đề xuất có liên quan tới những lớp khác và các lĩnh vực ứng dụng mạng Sensor Tất cả các giao thức lớp ứng dụng này đều là những vấn đề nghiên cứu có tính mở 1.4.1.1 Giao thức quản lý Sensor Việc thiết kế một giao thức quản lý lớp ứng dụng có nhiều thuận lợi Mạng Sensor có nhiều... trị mạng sau: - Đa ra các quy tắc liên quan tới việc tập hợp số liệu, đặt tên thuộc tính cơ sở, tập hợp các nhóm nút Sensor thành cụm - Trao đổi số liệu liên quan tới các thuật toán tìm vị trí - Đồng bộ thời gian cho các nút Sensor - Di chuyển các nút Sensor - Bật và tắt các nút Sensor - Truy vấn cấu hình mạng Sensor và trạng thái nút, định dạng lại cấu hình mạng Sensor - Xác nhận, phân phối khoá và. .. Chơng I Tổng quan về mạng Wireless Sensor khiến cho mạng Sensor cần phải có những cơ chế khác trong lớp giao vận Yêu cầu này nhấn mạnh sự cần thiết của những loại giao thức mới ở lớp giao vận 1.4.3 Lớp mạng Các nút Sensor đợc phân bố dày đặc trong một trờng ở gần hoặc ở ngay bên trong các hiện tợng mục tiêu nh trong hình 1.1 Giao thức định tuyến không dây đa bớc phù hợp giữa nút Sensor và nút Sink là cần