MẠNG CẢM BIẾN KHÔNG DÂY 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 nhiệm vụ thu thập thông tin dữ liệu phân tán với quy mô lớn trong bất kỳ điều kiện và ở bất kỳ vùng địa lý nào. Mạng cảm biến không dây có thể liên kết trực tiếp với nút quản lý giám sát trực tiếp hay gián tiếp thông qua một điểm thu phát (Sink) và môi trường mạng công cộng như Internet hay vệ tinh. Các nút cảm biến không dây có thể được triển khai cho các mục đích chuyên dụng như điều khiển giám sát và an ninh; kiểm tra môi trường; tạo ra không gian sống thông minh; khảo sát đánh giá chính xác trong nông nghiệp; trong lĩnh vực y tế; ... Lợi thế chủ yếu của chúng là khả năng triển khai hầu như trong bất kì loại hình địa lý nào kể cả các môi trường nguy hiểm không thể sử dụng mạng cảm biến có dây truyền thống. Các thiết bị cảm biến không dây liên kết thành một mạng đã tạo ra nhiều khả năng mới cho con người. Các đầu đo với bộ vi xử lý và các thiết bị vô tuyến rất nhỏ gọn tạo nên một thiết bị cảm biến không dây có kích thước rất nhỏ, tiết kiệm về không gian. Chúng có thể hoạt động trong môi trường dày đặc với khả năng xử lý tốc độ cao. Ngày nay, các mạng cảm biến không dây được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực như nghiên cứu vi sinh vật biển, giám sát việc chuyên chở các chất gây ô nhiễm, kiểm tra giám sát hệ sinh thái và môi trường sinh vật phức tạp, điều khiển giám sát trong công nghiệp và trong lĩnh vực quân sự, an ninh quốc phòng hay các ứng dụng trong đời sống hàng ngày. CẤU TRÚC CỦA MẠNG CẢM BIẾN KHÔNG DÂY Một mạng cảm biến không dây bao gồm số lượng lớn các nút được triển khai dầy đặc bên trong hoặc ở rất gần đối tượng cần thăm dò, thu thập thông tin dữ liệu. Vị trí các cảm biến không cần định trước vì vậy nó cho phép triển khai ngẫu nhiên trong các vùng không thể tiếp cận hoặc các khu vực nguy hiểm. Khả năng tự tổ chức mạng và cộng tác làm việc của các cảm biến không dây là những đặc trưng rất cơ bản của mạng này. Với số lượng lớn các cảm biến không dây được triển khai gần nhau thì truyền thông đa liên kết được lựa chọn để công suất tiêu thụ là nhỏ nhất (so với truyền thông đơn liên kết) và mang lại hiệu quả truyền tín hiệu tốt hơn so với truyền khoảng cách xa. Hình 1: Cấu trúc cơ bản của mạng cảm biến không dây Cấu trúc cơ bản của mạng cảm biến không dây được thể hiện trên hình 1. Các nút cảm biến được triển khai trong một trường cảm biến (sensor field). Mỗi nút cảm biến được phát tán trong mạng có khả năng thu thập thông số liệu, định tuyến số liệu về bộ thu nhận (Sink) để chuyển tới người dùng (User) và định tuyến các bản tin mang theo yêu cầu từ nút Sink đến các nút cảm biến. Số liệu được định tuyến về phía bộ thu nhận (Sink) theo cấu trúc đa liên kết không có cơ sở hạ tầng nền tảng (Multihop Infrastructureless Architecture), tức là không có các trạm thu phát gốc hay các trung tâm điều khiển. Bộ thu nhận có thể liên lạc trực tiếp với trạm điều hành (Task Manager Node) của người dùng hoặc gián tiếp thông qua Internet hay vệ tinh (Satellite). Mỗi nút cảm biến bao gồm bốn thành phần cơ bản là: bộ cảm biến, bộ xử lý, bộ thu phát không dây và nguồn điện. Tuỳ theo ứng dụng cụ thể, nút cảm biến còn có thể có các thành phần bổ sung như hệ thống tìm vị trí, bộ sinh năng lượng và thiết bị di động. Các thành phần trong một nút cảm biến được thể hiện trên hình 2. Bộ cảm biến thường gồm hai đơn vị thành phần là đầu đo cảm biến (Sensor) và bộ chuyển đổi tương tựsố (ADC). Các tín hiệu tương tự được thu nhận từ đầu đo, sau đó được chuyển sang tín hiệu số bằng bộ chuyển đổi ADC, rồi mới được đưa tới bộ xử lý. Bộ xử lý, thường kết hợp với một bộ nhớ nhỏ, phân tích thông tin cảm biến và quản lý các thủ tục cộng tác với các nút khác để phối hợp thực hiện nhiệm vụ. Bộ thu phát đảm bảo thông tin giữa nút cảm biến và mạng bằng kết nối không dây, có thể là vô tuyến, hồng ngoại hoặc bằng tín hiệu quang. Một thành phần quan trọng của nút cảm biến là bộ nguồn. Bộ nguồn, có thể là pin hoặc ắcquy, cung cấp năng lượng cho nút cảm biến và không thay thế được nên nguồn năng lượng của nút thường là giới hạn. Bộ nguồn có thể được hỗ trợ bởi các thiết bị sinh điện, ví dụ như các tấm pin mặt trời nhỏ. Hầu hết các công nghệ định tuyến trong mạng cảm biến và các nhiệm vụ cảm biến yêu cầu phải có sự nhận biết về vị trí với độ chính xác cao. Do đó, các nút cảm biến thường phải có hệ thống tìm vị trí. Các thiết bị di động đôi khi cũng cần thiết để di chuyển các nút cảm biến theo yêu cầu để đảm bảo các nhiệm vụ được phân công.
Báo Cáo Nhóm Đề Tài: Tìm Hiểu Về Mạng Cảm Biến Không Dây GVHD : Nguyễn Lê Mai Duyên SV Trương Minh Tài : Nguyễn Bá Nghĩa Võ Minh Tín Nguyễn Phúc Hậu Phạm Minh Long Mục Lục I Tổng Quang Mạng Cảm Biến II Cấu Trúc kiến Trúc Mạng Cảm Biến III Một Số Chuẩn Mạng Cảm Biến IV Ứng Dụng Mạng Cảm Biển I Tổng quang mạng cảm biến Thế mạng cảm biên hay gọi mạng cảm biến không dây ? - Mạng cảm biến không dây (Wireless Sensor Network) bao gồm tập hợp thiết bị cảm biến sử dụng liên kết không dây (vô tuyến, hồng ngoại quang học…) để phối hợp thực nhiệm vụ thu thập thông tin liệu phân tán với quy mô lớn điều kiện khắc nghiệt vùng địa lý - Mạng cảm biến không dây liên kết trực tiếp với nút quản lý giám sát trực tiếp hay gián tiếp thông qua điểm thu phát (Sink) môi trường mạng công cộng Internet hay vệ tinh I Tổng quang mạng cảm biến Thành phần mạng cảm biến : - hệ thống cảm biến - Mạng lưới liên kết cảm biến - Điểm trung tâm tập hợp liệu - Bộ phận xữ lý liệu trung tâm I Tổng quang mạng cảm biến Hiệu suất mạng cảm biến : - Chu kỳ hoạt động ngắn - Xữ lý tín hiệu node để giảm thời gian truyền - Mô hình dạng multihop làm giảm chiều dài đường truyền I Tổng quang mạng cảm biến Một số đặc điểm khác mạng cảm biến - Có khả tự tổ chức - Truyền thông quảng bá phạm vi hẹp định tuyến multihop - Triển khai dày đặc khả kết hợp nút cảm ứng - Cấu hình mạng thay đổi thường xuyên phụ thuộc vào fading hư hỏng nút - Các giới hạn mặt lượng công suất phát ,bộ nhớ ,công suất tính toán - Khả liên kết vật lý phân cấp điều khiển hạn chế II Cấu Trúc kiến Trúc Mạng Cảm Biến Cấu trúc node mạng WSN - Để xây dựng mạng cảm biến cấn thỏa mãn : chúng phải có kích thước nhỏ , giá thành rẻ , hoạt động hiệu lương, có thiết bị cảm biến xác cảm nhận , thu thập thông số môi trường có khả tính toán có nhớ đủ để lưu trữ có khả thu phát sóng để truyền thông với nút lân cận II Cấu Trúc kiến Trúc Mạng Cảm Biến Các thành phần node cảm ứng II Cấu Trúc kiến Trúc Mạng Cảm Biến Mạng cảm nhận: II Cấu Trúc kiến Trúc Mạng Cảm Biến Mạng cảm nhận phụ thuộc vào yếu tố : - khả chịu lỗi khả mở rộng - Giá thành sản xuất - Tích hợp phần cứng - Môi trường hoạt động - Các phương thức truyền dẫn - Cấu hình mạng cảm nhận - Sự tiêu thụ lương III.Một Số Chuẩn Mạng Cảm Biến Không Giây 3.1Giới thiệu chung Mặc dù mạng cảm biến có nhiều điểm tương đồng so với mạng ad-hoc chúng biểu lộ số đặc tính riêng mà ta phân loại thành mạng riêng.Chính đặc tính giúp ta thiết kế giao thức định tuyến khác xa với giao thức định tuyến mạng adhoc có dây không dây 3.2 Phân loại so sánh giao thức định tuyến mạng cảm biến không day 1.Phân loại theo tiêu chí : Phân loại dựa giới hạn công suất tài nguyên , chất lượng thay đổi theo thời gian Phân loại theo cụm -Lợi dụng cấu trúc mạng để đạt hiệu lượng ,sự ổn định mở rộng 3.2 Phân loại so sánhcác giao thức định tuyến mạng cảm biến không day 3.Phân loại Trung tâm liệu -Phương pháp sử dụng thuộc tính dựa tên nút nguồn truy vấn thuộc tính tượng nút riêng lẻ 4.Phân loại theo vị trí -Loại có ích cho ứng dụng nơi mà vị trí nút cảm biến vùng địa lý bao phủ mạng liên quan đến truy vấn đưa nút nguồn 3.3 Các giao thức 3.3.1 Giao thức trung tâm liệu 3.3.1.1 Flooding Ggossiping -Flooding kỹ thuật sử dụng để tìm đường truyền thông tin mạng ad-hoc -Gosiping cải tiến Flooding thuật toán cải tiến chổ nút ngẫu nhiên gửi gói mà nhận đến nút lân cận 3.3.1.2 SPIN:SPIN (Sensorr Protoocol for Informatinon)là giáo thức tuyến thông tin dựa dàn xếp liệu 3.3.2.Giao thức phân cấp 3.3.2.1.LEACH - LEACH (Low Energy Adaptive Clustering Hirearchy) la giao thức phân cấp thep cụm thích ứng lượng thấp 3.3.2.2PEGASSIS PEGASSIS (Power-Eficient Gathering in Sesorr Inforrmation Systems) giao thức họ định thức tuyến tập trung thông tin mạng cảm biến 3.3.3.Giao thức đựa vị trí 3.3.3.1GAF (Global Asssesssment ò funtioning) Giải thuật xác theo địa lý dựa vị trí có hiệu mặt lương thiết kế chủ yếu cho mạng AD-Hoc động, áp đụng cho mạng cảm biến 3.3.3.2.GEARR Việc sử dụng thông tin địa lý phổ biến yêu cầu đến vùng thích hợp yêu cầu liệu thường bao gồm thuộc tính địa lý 3.4 Kết luận – Mỗi giao thức có ưu nhược điểm riêng Hiện nay, có nhiều cải tiến loại giao thức đưa kết khả quan Việc chọn loại giao thức hoàn toàn phục thuộc vào ứng dụng mà triển khai IV Ứng Dụng Mạng Cảm Biển Mạng cảm biến bao gồm nhiều loại khác : - cảm biến động đất - Cảm biến từ trường tốc độ lấy mẫu thấp - Cảm biến thị giác - Cảm biến hồng ngoại - Cảm biến âm - Cảm biến radar… IV Ứng Dụng Mạng Cảm Biển Ứng dụng việc quang sát vùng rộng thông qua điều kiện : – Sự chuyển động xe cộ – Điều kiện ánh sáng, Áp suất Độ ẩm , Mức nhiễu – Sự hình thành đất , Sự có mặt hay vắng mặt đối tượng – Mức ứng suất đối tượng bị gắn – Đặc tính tốc độ ,chiều kích thước đối tượng IV Ứng Dụng Mạng Cảm Biển Ứng dụng thực tế : - Ứng dụng quân đội : + giám sát lực lượng, + trang thiết bị đạn dược, + giám sat chiến trường, + giám sát địa hình IV Ứng Dụng Mạng Cảm Biển Ứng dụng thực tế : - Ứng dụng môi trường: + phát cháy rừng + phát lũ lụt IV Ứng Dụng Mạng Cảm Biển Ứng dụng thực tế : - ứng chăm sóc sức khỏe : + theo dõi bác sỹ bệnh nhân bệnh viện IV Ứng Dụng Mạng Cảm Biển Ứng dụng thực tế : - Ứng dụng gia đình : + nhà thông minh IV Ứng Dụng Mạng Cảm Biển Ứng dụng thực tế : – thương mai Cám Ơn Cô &Các Bạn Đã Lắng Nghe