Nghiên cứu ứng dụng kỹ thuật mạng không dây vào giám sát sự thay đổi của môi trường

Ngày nay cùng với sự phát triển rất mạnh mẽ của khoa học kỹ thuật nói chung và ngành Điện tử Viễn thông nói riêng, mạng cảm biến không dây ra đời là một trong những thành tựu cao của khoa học công nghệ. Một trong các lĩnh vực của mạng cảm biến không dây là sự kết hợp của việc cảm biến, tính toán và truyền thông vào trong các thiết bị nhỏ gọn đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của con người cũng như phục vụ ngày một tốt hơn cho lợi ích của con người, làm cho con người không mất quá nhiều sức lực, nhân công nhưng hiệu quả công việc vẫn cao. Sức mạnh của WSN nằm ở chỗ khả năng triển khai một số lượng lớn các thiết bị nhỏ có khả năng tự thiết lập cấu hình của hệ thống. Sử dụng những thiết bị này để theo dõi theo thời gian thực, cũng có thể để giám sát điều kiện môi trường, theo dõi cấu trúc hoặc tình trạng thiết bị... Trước xu thế phát triển nhanh chóng của mạng cảm biến không dây, căn cứ vào tình hình thực tế của nước ta đang cần các hệ thống giám sát các thông số trong môi trường để phục vụ cho nhiều nghành, nhiều lĩnh vực, đề tài hướng tời nội dung cần nghiên cứu là ”Nghiên cứu ứng dụng kỹ thuật mạng không dây vào giám sát sự thay đổi của môi trường”.

MỞ ĐẦU Lời nói đầu: Ngày với phát triển mạnh mẽ khoa học kỹ thuật nói chung ngành Điện tử Viễn thông nói riêng, mạng cảm biến không dây đời thành tựu cao khoa học công nghệ Một lĩnh vực mạng cảm biến không dây kết hợp việc cảm biến, tính toán truyền thông vào thiết bị nhỏ gọn đáp ứng nhu cầu ngày cao người phục vụ ngày tốt cho lợi ích người, làm cho người không nhiều sức lực, nhân công hiệu công việc cao Sức mạnh WSN nằm chỗ khả triển khai số lượng lớn thiết bị nhỏ có khả tự thiết lập cấu hình hệ thống Sử dụng thiết bị để theo dõi theo thời gian thực, để giám sát điều kiện môi trường, theo dõi cấu trúc tình trạng thiết bị Trước xu phát triển nhanh chóng mạng cảm biến không dây, vào tình hình thực tế nước ta cần hệ thống giám sát thông số môi trường để phục vụ cho nhiều nghành, nhiều lĩnh vực, đề tài hướng tời nội dung cần nghiên cứu ”Nghiên cứu ứng dụng kỹ thuật mạng không dây vào giám sát thay đổi môi trường” Mục đích nghiên cứu  Tìm hiểu mạng máy tính, công nghệ mạng không dây | Page  Nghiên cứu công nghệ mạng cảm biến  Xây dựng mô hình ứng dụng mạng cảm biến không dây Đối tượng phạm vi nghiên cứu:  Nghiên cứu ứng dụng tảng mạng cảm biến  Đề tài nghiên cứu môi trường truyền liệu node phạm vi nhỏ, lĩnh vực cụ thể Phương pháp nghiên cứu:  Kết hợp nghiên cứu lý thuyết thực nghiệm giám sát thay đổi môi trường Tiến hành theo bước sau:  Thu thập liệu  Phân tích tài liệu thông tin liên quan  Mô xây dựng ứng dụng Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài:  Nghiên cứu ứng dụng mô mạng cảm biến dựa yêu cầu thực tế  Đưa ứng dụng liên quan đến việc bảo vệ công trình trọng yếu, chăm sóc sức khỏe, bảo vệ môi trường, lượng, an toàn thực phẩm, Kết cấu: Chương 1: Tổng quan mạng không dây Trình bày khái quát mạng không dây, kỹ thuật truyền tín hiệu mạng không dây, mô hình mạng không | Page dây, bảo mật mạng không dây đánh giá ưu nhược điểm mạng không dây Chương 2: Các kỹ thuật xây dựng mạng cảm biến Trình bày khái niệm mạng cảm biến, phân tích đặc điểm mạng cảm biến không dây ZigBee giao thức định tuyến hay dùng mạng cảm biến Ngoài chương vào tìm hiểu khả ứng dụng rộng rãi mạng cảm biến đời sống Chương 3: Mô hình giao thức ZỉgBee/IEEE 802.15.4 ZigBee/IEEE802.15.4 công nghệ phát triển Công nghệ xây dựng phát triển tầng ứng dụng tầng mạng tảng hai tầng PHY MAC theo chuẩn IEEE 802.15.4 Trong chương trình bày gồm phần: Tầng vật lý ZigBee/ IEEE 802.15.4 Tầng điều khiển liệu ZigBee/ IEEE 802.15.4 MAC Tầng mạng ZigBee/ IEEE 802.15.4 Tầng ứng dụng ZigBee/ IEEE 802.15.4 Chương : ứng dụng mạng không dây giám sát thay đổi môi trường Chương xây dựng mô hình ứng dụng đề tài, phần chương gồm: | Page  Mô hình tổng quan Hệ thống  Tính toán Thiết kế phần cứng  Thiết kế phần mềm cho việc thu thập tín hiệu  Kết mô | Page PHẦN l: TỔNG QUAN VỀ MẠNG KHÔNG DÂY 1.1 GIỚI THIỆU CHƯƠNG Nôị dung chương gồm phần:  Mạng máy tính  Tổng quan mạng không dây  Đánh giá mạng không dây 1.2 MẠNG MÁY TÍNH 1.2.1 Mở đầu Mạng máy tính tập máy tính số thiết bị khác nối với đường truyền vật lý theo kiến trúc Mục đích việc nối mạng máy tính trao đổi thông tin chia sẻ thiết bị dùng chung máy tính mạng với nhau, mà cụ thể người sử dụng mạng Trong hệ thống mạng, máy tính có thiết bị dùng chung máy in, modem thiết bị hỗ trợ thiết lập mạng hub, modem, repeater, router, 1.2.2 Phân loại mạng máy tính  Phân loại theo khoảng cách địa lí  Phân loại theo kiến trúc mạng | Page  Phân loại theo kỹ thuật chuyển mạch  Phân loại theo hệ điều hành mạng 1.3 TỔNG QUAN VÈ MẠNG KHÔNG DÂY 1.3.1 Khái niêm Mạng không dây hệ thống thiết bị nhóm lại với nhau, có khả giao tiếp thông qua sóng vô tuyến thay đường truyền dẫn dây Nói cách khác mạng không dây mạng sử dụng công nghệ mà cho phép hai hay nhiều thiết bị kết nối với cách sử dụng giao thức chuẩn, không cần kết nối vật lý hay xác không cần sử dụng dây mạng 1.3.2 Phân loại mạng không dây Một cách truyền thống để phân loại công nghệ mạng vô tuyến dựa vào vùng phủ sóng trạm phát sóng Hình 1.1 Phân loại mạng vô tuyến | Page 1.3.3 Kỹ thuật truyền tín hiệu mạng không dây Kỹ thuật trải phổ trực tiếp CSMA/CA RTS/CTS 1.3.4 Các mô hình mạng không dây Access Point Mô hình Ad-Hoc Mô hình Infrastructure 1.3.5 Bảo mật mạng không dây 1.4 ĐÁNH GIÁ MẠNG KHÔNG DÂY 1.4.1 Ưu điểm:  Cho phép người dùng truy xuất tài nguyên mạng nơi đâu khu vực triển khai (nhà hay văn phòng)  Với phát triển mạng không dây công cộng, người dùng truy cập Internet đâu  Người dùng tó kết nói mạng họ từ nơi đến nơi khác  Việc thiết lập hệ thống mạng đơn giản, dễ lắp đặt mở rộng | Page 1.4.2 Nhược điểm:  Môi trường kết nối không dây không khí nên khả bị công người dùng cao  Một mạng chuẩn 802.1 lg với thiết bị chuẩn hoạt động tốt phạm vi vài chục mét Để đáp ứng yêu cầu cần phải mua thêm Repeater hay access point, dẫn đến chi phí gia tăng  Vì sử dụng sóng vô tuyến để truyền thông nên dễ bị nhiễu Tốc độ mạng không dây (1- 125 Mbps) chậm so với mạng sử dụng cáp (100Mbps đến hàng Gbps) | Page 1.5 KÉT LUẬN Mạng không dây khái niệm rộng, chương trình bày cách khái quát hệ thống mạng không dây Với ưu điểm mặt công nghệ khả đa truy cập tốt mạng hữu tuyến, thi công lắp đặt nhanh, thích hợp với địa hình không phẳng đồi núi nơi mạng hữu tuyến khó triển khai, lắp đặt, vận hành, với đơn giản tiện lợi việc kết nối, tính ổn định không ngừng cải tiến kỹ thuật giúp cho mạng không dây có mặt hầu hết ứng dụng đại, trở thành xu hướng kết nối tất yếu tương lai Vì mà luận văn chọn nghiên cứu theo hướng công nghệ mạng không dây | Page PHẦN II: CÁC KỸ THUẬT XÂY DƯNG MẠNG CẢM BIÉN KHÔNG DÂY 2.1 GIỚI THIỆU CHƯƠNG Chương trình bày khái niệm mạng cảm biến, phân tích đặc điểm mạng cảm biến không dây ZigBee giao thức định tuyến hay dùng mạng cảm biến Ngoài chương phân tích ứng dụng mạng cảm biến phát triển tương lai 2.2 MẠNG CẢM BIẾN KHÔNG DÂY 2.2.1 Giới thiêu Trong năm gần đây, nhiều mạng cảm biến không dây phát triển triển khai nhiều ứng dụng như: theo dõi thay đổi môi trường, khí hậu, giám sát mặt trận quân sự, chuẩn đoán hỏng hóc máy móc thiết bị, theo dõi giám sát bác sỹ, bệnh nhân, theo dõi điều khiển giao thông, phương tiện xe cộ Hơn với tiến công nghệ gần hội tụ hệ thống công nghệ kỹ thuật vi điện tử tạo mạch cảm biến có kích thước nhỏ, đa chức năng, giá thành thấp, công suất tiêu thụ thấp, làm tăng khả ứng dụng rộng rãi mạng cảm biến không dây Vậy mạng cảm biến không dây mạng bao gồm nhiều nút cảm biến nhỏ có giá thành thấp, tiêu thụ lượng ít, giao tiếp thông qua kết nối không dây, có nhiệm vụ cảm nhận, đo đạc, tính toán nhằm mục đích thu thập, tập trung liệu để đưa định toàn cục 10 | P a g e LEACH động lực cho nhiều giao thức định tuyến phân cấp khác phát triển  LEACH (Low Energy Adaptive Clustering Hierarchy): LEACH giao thức phân cấp theo cụm thích ứng lượng thấp Đây giao thức thu lượm phân phát liệu tới sink đặc biệt trạm sở Mục tiêu LEACH là: Mở rộng thời gian sống mạng Giảm tiêu thụ lượng nút mạng Sử dụng tập trung liệu để giảm tin truyền mạng LEACH thông qua mô hình phân cấp để tổ chức mạng thành cụm, cụm quản lý nút chủ Nút chủ thực nhiều nhiệm vụ Đầu tiên thu lượm liệu theo chu kỳ từ nút thành viên, trình tập trung liệu nút chủ cố gắng tập hợp liệu để giảm dư thừa liệu giống Nhiệm vụ thứ hai nút chủ trược tiếp truyền liệu tập hợp lại đến trạm sở, việc truyền thực theo kiểu single hop Nhiệm vụ thứ ba LEACH tạo mô hình ghép kênh theo thời gian TDMA (Time Division Multiple Access), nút cụm gán khe thời gian mà sử dụng để truyền tin Mô hình mạng LEACH 24 | P a g e Các nút chủ quảng bá mô hình TDMA cho nút thành viên cụm Để giảm thiểu khả xung đột nút cảm biến cụm, LEACH sử dụng mô hình truy cập đa phân chia theo mã CDMA.Quá trình hoạt động LEACH chia thành hai pha pha thiết lập pha ổn định Pha thiết lập bao gồm hai bước lựa chọn nút chủ thông tin cụm Pha ổn định trạng thái gồm thu lượm liệu, tập trung liệu truyền liệu đến trạm sở Thời gian bước ổn định kéo dài so với thời gian bước thiết lập để giảm thiểu mào đầu Ở bước thiết lập, nút cảm biến lựa chọn số ngẫu nhiên Nếu số nhỏ ngưỡng T(n) nút cảm biến nút chủ T(n) tính sau: Trong đó: P : tỉ lệ phần trăm nút chủ r : sổ ngẫu nhiên G: tập hợp nút không lựa chọn làm nút chủ 1/p chu kì cuối Sau chọn làm nút chủ, nút chủ quảng bá vai trò chúng cho nút lại mạng Các nút lại mạng dựa vào tin cường độ tín hiệu nhận số tiêu chuẩn để định xem có tham gia vào cụm hay không Và sau nút thông báo cho nút chủ biết có mong muốn trở thành thành viên cụm nút chủ đảm nhận Trong trình tạo cụm nút chủ tạo phân phát mô hình TDMA (Time Division Multiple Access) cho nút thành viên cụm Mỗi nút chủ chọn lựa mã CDMA (Carrier Sense Multiple Access) mà sau thông báo tới tất thành viên cụm biết Sau pha thiết lập hoàn thành báo hiệu bắt đầu pha ổn định trạng thái nút cụm thu lượm liệu sử dụng khe thời gian để truyền liệu đến nút chủ Dữ liệu thu lượm theo chu kỳ LEACH có số khuyết điểm sau: Giả sử tất nút chủ mạng truyền đến trạm sở 25 | P a g e thông qua bước nhảy không thực tế, dự trữ lượng khả nút thay đổi theo thời gian từ nút đến nút khác Hơn khoảng chu kỳ ổn định trạng thái vấn đề then chốt để đạt giảm lượng cần thiết để bù đắp lượng mào đầu gay xử lý lựa chọn cụm Chu kỳ ngắn làm tăng lượng mào đầu, chu kỳ dài nhanh chóng làm tiêu hao lượng nút chủ LEACH có đặc tính giúp tiết kiệm lượng, yêu cầu lượng LEACH phân bố cho tất nút mạng giả sử vai trò nút chủ luân chuyển vòng tròn dựa lượng lại nút LEACH thuật toán phân tán hoàn toàn không yêu cầu điều khiển trạm sở Việc quản lý cụm cục không cần hiểu biết mạng toàn cục Việc tập trung liệu theo cụm tiết kiệm lượng đáng kể nút không yêu cầu gửi trực tiếp liệu đến sink  Giao thức dựa vị trí (Location-based protocols) Hầu hết giao thức định tuyến cho mạng cảm ứng yêu cầu thông tin vị trí nút cảm ứng, để tính toán khoảng cách hai nút xác định, từ ước lượng lượng cần thiết Vì mạng cảm ứng chế độ địa địa IP chúng triển khai không gian vùng đó, thông tin vị trí cần phải sử dụng liệu định tuyến theo cách hiệu mặt lượng  GAF (Geographic adaptive fidelity) GAF dự trữ lượng cách tắt nút không cần thiết mạng mà không ảnh hưởng đến mức độ xác định tuyến Nó tạo lưới ảo cho vùng bao phủ Mỗi nút dùng hệ thống định vị toàn cầu (GPS - Global Poisitioning System) nó, xác định vị trí để kết hợp với điểm lưới gọi tương đương tính đến việc định tuyến gói, để giữ nút định vị vùng lưới xác định trạng thái nghỉ để tiết kiệm lượng Vì GAF tăng đáng kể thời gian sống mạng cảm ứng mà số lượng nút tăng lên Ví dụ đưa hình 26 | P a g e Nút truyền đến nút số nút 2, và nút 2, 3, truyền tới nút Do nút 2, 3, tương đương số nút trạng thái nghỉ Các nút chuyển trạng thái từ nghỉ sang hoạt động tải cân Có ba trạng thái định nghĩa GAF, phát (discovery) để xác định nút lân cận lưới, hoạt động (active) thể tham gia vào trình định tuyến nghỉ (sleep) sóng tắt Sự chuyển trạng thái GAF Để điều khiển độ di động, nút lưới ước đoán thời gian rời khỏi lưới gửi thông tin đến nút lân cận Các nút không hoạt động điều chỉnh thời gian nghỉ chúng cho phù hợp để nhận 27 | P a g e thông tin từ nút lân cận, để định tuyến xác Trước thời gian rời khỏi lưới nút hoạt động hạn, nút nghỉ thoát khỏi trạng thái số nút hoạt động trở lại GAF triển khai cho mạng bao gồm nút không di động (GAF bản) mạng bao gồm nút di động (GAF thích ứng di động) GAF giữ mạng hoạt động cách giữ cho nút đại diện chế độ hoạt động vùng lưới ảo Mặc dù GAF giao thức dựa vị trí, coi giao thức phân cấp mà cụm dựa vị trí địa lý Đối với vùng lưới xác định, nút đại điện hoạt động nút chủ để truyền liệu đến nút khác Tuy nhiên nút chủ không thực nhiệm vụ hợp hay tập trung liệu giao thức phân cấp thông thường  GEAR (Geographic and Energy-Aware Routing) Giao thức GEAR (Geographic and Energy-Aware Routing) dùng nhận biết lượng phương pháp thông báo thông tin địa lý tới nút lân cận Việc định tuyến thông tin theo vùng địa lý có ích hệ thống xác định vị trí, đặc biệt mạng cảm biến Ý tưởng hạn chế số lượng yêu cầu Directed Diffusion cách quan tâm đến vùng xác định gửi yêu cầu tới toàn mạng GEAR cải tiến Directed Diffusion điểm dự trữ nhiều lượng Trong giao thức GEAR, nút giữ estimated cost learned cost trình đến đích qua nút lân cận Estimated cost kết hợp lượng dư khoảng cách đến đích Learned cost cải tiến estimated cost giải thích cho việc định tuyến xung quanh hốc mạng Hốc xảy mà nút nút lân cận gần so với vùng đích Trong trường hợp hốc estimated cost với learned cost Learned cost truyền ngược lại hop lần gói đến đích làm cho việc thiết lập đường cho gói điều chỉnh Có giai đoạn giải thuật này:  Chuyển tiếp gói đến vùng đích: GEAR dùng cách tự chọn nút lân cận dựa nhận biết lượng vị trí địa lý để định tuyến gói đến vùng đích Có trường hợp cần quan tâm: 28 | P a g e  Khi tồn nhiều nút lân cận gần so với đích: GEAR chọn hop số tất nút lân cận gần đích  Khi mà tất nút xa hơn: trường hợp có lỗ hổng.GEAR chọn hop mà làm tối thiểu giá chi phí nút lân cận Trong trường hợp này, số nút lân cận chọn để chuyển tiếp gói dựa learned cost Lựa chọn cập nhật sau theo hội tụ learned cost suốt trình truyền gói  Chuyển tiếp gói vùng: Nếu gói chuyển đến vùng, truyền liệu vùng cách chuyển tiếp địa lý đệ quy Ở mạng có mật độ sensor cao, người ta chia thành vùng nhỏ tạo copy gói Quá trình chuyển tiếp chia nhỏ tiếp tục vùng nút Chuyển tiếp địa lý đệ quy GEAR Để thỏa mãn điều kiện dùng giải thuật chuyển tiếp địa lý đệ qui để truyền gói vùng Tuy nhiên, với vùng mật độ thấp, chuyển tiếp địa lý đệ quy không hoàn thành, định tuyến vô tác dụng vùng đích rỗng trước số hop gói qua vượt giới hạn 29 | P a g e 2.5 NHỮNG HẠN CHẾ TRONG VIỆC PHÁT TRIỂN MẠNG • •• WSN Xác định rõ hạn chế mạng cảm biến vấn đề kỹ thuật gặp phải triển khai giúp ta tận dụng triệt để thuận lợi tiện ích từ ứng dụng vô to lớn mạng cảm biến sống Những hạn chế mạng cảm biến:  Năng lượng hạn chế  Dải thông giới hạn  Phần cứng giới hạn  Kết nói mạng không ổn định 2.6 KẾT LUẬN Chương trình bày kỹ thuật xây dựng mạng cảm biến gồm: Phân tích đặc điểm bật mạng cảm biến sở để đánh giá ưu điểm mạng cảm biến so với hệ thống mạng không dây khác Giúp cho mạng cảm biến phù hợp ứng dụng như: giám sát môi trường, chăm sóc sức khỏe, ứng dụng Gia đình, Công nghiệp, Nông nghiệp Quân đội Trình bày phương pháp định tuyến mạng cảm biến, phương pháp phù họp với mô hĩnh mạng ứng dụng khác Phụ thuộc vào phức tạp số nút mạng, yêu cầu mức lượng sử dụng, tính ổn định hệ thống 30 | P a g e chức nút mạng Việc xây dựng ứng dụng giám sát thay đổi môi trường với số nút cố định, nút cảm biến truyền thông số môi trường nút trung tâm để xử lý, không nhận yêu cầu điều khiển xử lý, hệ thống mạng cần tính ổn định xác nên luận văn chọn xây dựng mạng cảm biến theo phương thức định tuyến PEGASIS, phù hợp với xây dựng ứng dụng thực tế 31 | P a g e PHẦN III: ỨNG DỤNG MẠNG KHÔNG DÂY TRONG GIÁM SÁT SỰ THAY ĐỔI MÔI TRƯỜNG 3.1 GIỚI THIỆU CHƯƠNG Chương thiết kế mô hình giám sát thay đổi môi trường nhiệt độ, độ ẩm, độ sáng, dựa công nghệ mạng không dây 3.2 MÔ HÌNH TỔNG QUAN HỆ THỐNG 3.2.1.Giới thiêu mô hình: Sơ đồ tổng quát Xây dựng ứng dụng mô hình mạng cảm biến Giám sát môi trường gồm thiết kế mạch thu thập liệu từ cảm biến nhiệt độ, cảm biến độ ẩm, cảm biến ánh sáng, tín hiệu truyền đến nút mạch trung tâm qua mạng không dây theo giao thức ZigBee giám sát qua mạng internet 32 | P a g e 3.2.2.Sơ đồ khối chi tiết mạch: Sơ đồ mạch phát 33 | P a g e Sơ đồ mạch thu TÍNH TOÁN VÀ THIÉT KẾ PHẦN CỨNG Mạch điều khiển trung tâm 34 | P a g e 3.2.3.Giao diện chương trình Sau tiến hành phân tích lập trình mô phần mềm Labview ta có giao diện chương trình sau: Chương trình bao gồm hộp texbox để hiển thị kết thu từ cảm biến nhiệt độ, độ ẩm, cường độ sáng tọa độ x,y Vẽ giản đồ thời gian tín hiệu thu nhận tất tín hiệu thu nhận lưu trữ fíle 35 | P a g e KẾT QUẢ MÔ PHỎNG Sau thiết kế xong tiến hành đo đạc quan sát thông số thu từ cảm biến ta kết sau Kết chạy chương trình server Kết chạy chương trình client 36 | P a g e Các tín hiệu thu thập từ cảm biến hiển thị đồng máy server Client, hình tín hiệu ta thu thời nhận từ môi trường: nhiệt độ 30,7°C5 độ ẩm 77%, cường độ sáng 192 lux Để biết kết thay đổi môi trường xung quanh ta tác động vào cảm biến kết thu sau Kết môi trường thay đổi server Kết môi trường thay đổi client 37 | P a g e KẾT LUẬN Khi công nghệ đời có ý kiến đánh giá khác công nghệ mạng cảm biến không dây Với tính ưu việt khả ứng dụng to lớn, mạng cảm biến không dây nhanh chóng giành quan tâm nhà nghiên cứu giáo sư toàn giới Để mang lại lợi ích tối ưu cho người sử dụng tốt tận dụng điểm mạnh riêng biệt mạng cảm biến, sensor giá thành thấp, tiêu thụ lượng thực đa chức Những sensor có kích cỡ nhỏ, thực chức thu phát liệu giao tiếp với chủ yếu thông qua kênh vô tuyến Dựa sở người ta thiết kế mạng cảm biến nhằm phát kiện tượng, thu thập truyền liệu cảm biến đến người dùng cuối Tuy nhiên, mạng cảm biến không dây nhiều vấn đề cần hoàn thiện đặc biệt vấn đề lượng trì nguồn lượng cho nút cảm biến 38 | P a g e [...]... thống mạng cần tính ổn định và chính xác nên luận văn đã chọn xây dựng mạng cảm biến theo phương thức định tuyến PEGASIS, phù hợp với xây dựng ứng dụng thực tế 31 | P a g e PHẦN III: ỨNG DỤNG MẠNG KHÔNG DÂY TRONG GIÁM SÁT SỰ THAY ĐỔI MÔI TRƯỜNG 3.1 GIỚI THIỆU CHƯƠNG Chương này sẽ thiết kế mô hình giám sát sự thay đổi của môi trường như nhiệt độ, độ ẩm, độ sáng, dựa trên công nghệ mạng không dây 3.2... phù họp với từng mô hĩnh mạng và từng ứng dụng khác nhau Phụ thuộc vào sự phức tạp của số nút trong mạng, yêu cầu về mức năng lượng sử dụng, tính ổn định của hệ thống và 30 | P a g e chức năng của từng nút mạng Việc xây dựng ứng dụng giám sát sự thay đổi của môi trường với số nút là cố định, các nút cảm biến chỉ truyền các thông số của môi trường về nút trung tâm để xử lý, không nhận các yêu cầu điều... kỹ thuật xây dựng mạng cảm biến gồm: Phân tích các đặc điểm nổi bật của mạng cảm biến là cơ sở để đánh giá các ưu điểm của mạng cảm biến so với các hệ thống mạng không dây khác Giúp cho mạng cảm biến phù hợp trong các ứng dụng như: giám sát môi trường, chăm sóc sức khỏe, ứng dụng trong Gia đình, trong Công nghiệp, trong Nông nghiệp và trong Quân đội Trình bày 3 phương pháp định tuyến cơ bản trong mạng. .. TRIỂN MẠNG • •• WSN Xác định rõ những hạn chế của mạng cảm biến và các vấn đề kỹ thuật sẽ gặp phải khi triển khai giúp ta tận dụng triệt để những thuận lợi cũng như tiện ích từ những ứng dụng vô cùng to lớn của mạng cảm biến trong cuộc sống Những hạn chế của mạng cảm biến:  Năng lượng hạn chế  Dải thông giới hạn  Phần cứng giới hạn  Kết nói mạng không ổn định 2.6 KẾT LUẬN Chương 2 trình bày về các kỹ. .. không dây như những chuẩn không dây khác : UWB, Wi-Fi, IrDA, 3G, Bluetooth nhưng nó mang những đặc tính kỹ thuật và đặc tính vật lý riêng và do đó sẽ chỉ phù hợp với một mảng ứng dụng nhất định 13 | P a g e Các ứng dụng không dây Theo như hình trên có thể thấy rằng chuẩn Zigbee có đặc điểm là phạm vi hoạt động hẹp, tốc độ truyền Zigbee thích hợp cho các sensor không dây và chuyên dùng cho các ứng dụng. .. quát Xây dựng ứng dụng mô hình mạng cảm biến Giám sát môi trường gồm thiết kế mạch thu thập dữ liệu từ cảm biến nhiệt độ, cảm biến độ ẩm, cảm biến ánh sáng, tín hiệu truyền đến nút mạch trung tâm qua mạng không dây theo giao thức ZigBee và có thể giám sát qua mạng internet 32 | P a g e 3.2.2.Sơ đồ khối chi tiết mạch: Sơ đồ mạch phát 33 | P a g e Sơ đồ mạch thu TÍNH TOÁN VÀ THIÉT KẾ PHẦN CỨNG Mạch điều... sóng của thiết bị A Các ứng dụng của cấu trúc này có thể áp dụng trong đo lường và điều khiển, mạng cảm biến không dây, theo dõi cảnh báo và kiểm kê (cảnh báo cháy rừng….) 16 | P a g e Cấu trúc liên kết mạng hình cây (cluster-tree): Cấu trúc này là một dạng đặc biệt của cấu trúc mắt lưới, trong đó đa số thiết bị là FFD và một RFD có thể kết nối vào mạng hình cây như một nốt rời rạc ở điểm cuối của nhánh... cáo số liệu: Tùy thuộc vào từng ứng dụng của mạng mà việc báo cáo số liệu trong WSN có thể được chia thành: báo cáo theo thời gian, theo sự kiện, theo yêu cầu hoặc ghép lại các phương pháp này Phương pháp báo cáo theo thời gian phù hợp với các ứng dụng yêu cầu giám sát số liệu định kỳ Khi đó, các nút cảm biến sẽ bật bộ phận cảm biến và bộ phận phát theo định kỳ, cảm nhận môi trường, phát số liệu yêu... TRONG MẠNG CẢM BIẾN 2.4.1 Những thách thức trong vấn đề định tuyến:  Tính động của mạng: Mạng cảm ứng bao gồm ba phần chính, đó là các nút cảm ứng, nút sink và các sự kiện cần giám sát Trừ một vài trường hợp thiết lập các nút cảm ứng di động, còn lại hầu hết các nút cảm biến được giả thiết là cố định Tuy nhiên trong một số ứng dụng, cả nút gốc và các nút cảm biến có thể di chuyển Khi đó các bản tin chọn... định tuyến thông tin dựa trên sự dàn xếp dữ liệu Mục tiêu chính của giao thức này đó là tập trung việc quan sát môi trường có hiệu quả bằng một số các nút cảm biến riêng biệt trong toàn bộ mạng Nguyên lý của giao thức này đó là sự thích ứng về tài nguyên và sắp xếp dữ liệu Ý nghĩa của việc dàn xếp dữ liệu (data negotiation) này là các nút trong SPIN sẽ biết về nội dung của dữ liệu trước khi bất kỳ dữ ... phối mạng PAN FFD hoạt động ba trạng thái : điều phối viên toàn mạng PAN (personal area network), điều phối viên mạng con, đơn giản thành viên mạng RFD dùng cho ứng dụng đơn giản, không yêu cầu... biết có mong muốn trở thành thành viên cụm nút chủ đảm nhận Trong trình tạo cụm nút chủ tạo phân phát mô hình TDMA (Time Division Multiple Access) cho nút thành viên cụm Mỗi nút chủ chọn lựa mã... dụng để truyền tin Mô hình mạng LEACH 24 | P a g e Các nút chủ quảng bá mô hình TDMA cho nút thành viên cụm Để giảm thiểu khả xung đột nút cảm biến cụm, LEACH sử dụng mô hình truy cập đa phân chia