Nghiên cứu thực nghiệm các hệ thống wireless sensor network

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRẦN TIẾN DŨNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI - TRẦN TIẾN DŨNG KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG NGHIÊN CỨU THỰC HIỆN CÁC HỆ THỐNG WIRELESS SENSOR NETWORK LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG KHÓA 2009 Hà Nội – 2010 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI - TRẦN TIẾN DŨNG NGHIÊN CỨU THỰC HIỆN CÁC HỆ THỐNG WIRELESS SENSOR NETWORK Chuyên ngành : KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS NGUYỄN THÚY ANH HÀ NỘI - 2010 LỜI CAM ĐOAN Ngoài giúp đỡ hướng dẫn giảng viên TS Nguyễn Thúy Anh, luận văn sản phẩm trình tìm tòi, nghiên cứu tác giả vấn đề đặt luận văn Mọi số liệu, quan điểm, phân tích, đánh giá, kết luận tài liệu nhà nghiên cứu khác trích dẫn theo quy định Vì vậy, tác giả xin cam đoan công trình nghiên cứu riêng Hà nội, tháng 10 năm 2010 Tác giả Trần Tiến Dũng LỜI NÓI ĐẦU Cùng với phát triển khoa học kỹ thuật, công nghệ mạng cảm biến không dây WSNs ngày hoàn thiện: kích thước nút mạng ngày chế tạo nhỏ hơn, giá thành rẻ tiêu thụ lượng Đã có chuẩn dành riêng cho cho WSNs, phương pháp định tuyến tối ưu đưa để tăng cường tính ổn định , tin cậy hoạt động lâu dài mạng Điều thúc đẩy nhà sản xuất phần cứng phần mềm áp dụng tiến vào để hoàn thiện sản phẩm đưa thị trường Khi có tảng công nghệ thuận lợi, nhà tích hợp hệ thống vào thiết bị chuẩn giao thức sẵn có để tạo giải pháp hoàn thiện, trọn gói cung cấp đến tận tay người sử dụng Tùy vào đặc điểm ứng dụng mà nhà tích hợp hệ thống đưa gói giải pháp phù hợp Với nhiều ưu điểm, quan trọng giá thành rẻ, dễ quản lý sử dụng, chi phí bảo trì thấp, mạng cảm biến không dây dần chiếm cảm tình người tiêu dùng Mặt khác, nhu cầu quản lý thiết bị ngày tự động hóa, với số lượng lớn, ví dụ nhu cầu theo dõi thông số môi trường, quản lý bệnh viện, quản lý phương tiện, sở vật chất…ngày gia tăng mà mạng WSNs có đủ điều kiện đáp ứng yêu cầu nên việc sử dụng điều tất yếu Từ nhu cầu trên, việc nghiên cứu xây dựng giải pháp mạng WSNs hoàn thiện áp dụng cho người sử dụng việc làm mang tính cấp thiết Vì vậy, phạm vi luận văn thạc sĩ mình, hướng dẫn Tiến sĩ Nguyễn Thúy Anh, chọn nghiên cứu đề tài: “Nghiên cứu thực hệ thống Wireless sensor network” Luận văn trình bày sau: - Phần mở đầu: Trình bày lý chọn đề tài, lịch sử nghiên cứu, mục đích nghiên cứu luận văn, đối tượng, phạm vi nghiên cứu, tóm tắt luận điểm phương pháp nghiên cứu - Chương 1: Tổng quan mạng cảm biến không dây Giới thiệu lịch sử phát triển, phân loại, ứng dụng yêu cầu mạng WSNs - Chương 2: Công nghệ cảm biến không dây Trình bày kỹ thuật truyền dẫn không dây, giao thức điều khiển mạng phần mềm quản lý mạng - Chương 3: Chuẩn truyền dẫn không dây ZigBee/IEEE 802.15.4 Tập trung nghiên cứu chuẩn truyền dẫn ZigBee/IEEE 802.15.4, kiến trúc liên kết mạng, tầng vật lý, tầng MAC, kỹ thuật tránh xung đột kỹ thuật định tuyến - Chương 4: Thiết kế mạng WSNs thu thập thông số môi trường Trình bày trình thiết kế mạng thu thập liệu môi trường, phương pháp định tuyến, thuật toán xử lý kết đạt - Chương 5: Kết bàn luận Trình bày kết nghiên cứu tác giả - Chương 6: Kết luận kiến nghị Trình bày kết luận tác giả điều đạt luận văn hướng nghiên cứu đề tài Tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành tới Tiến sĩ Nguyễn Thúy Anh, người tận tâm hướng dẫn, định hướng cho suốt thời gian thực đề tài Xin cảm ơn thầy, cô giáo, cán bộ, nhân viên khoa Điện tử viễn thông, Viện đào tạo sau đại học trường Đại học Bách Khoa Hà Nội giúp đỡ, tạo điều kiện cho hoàn thành luận văn này! Trong trình thực đề tài, tác giả cố gắng vấn đề rộng lớn tương đối khó nên tránh khỏi khiếm khuyết chạn chế Tôi mong nhận ý kiến đóng góp để phát triển, hoàn thiện để đạt kết nghiên cứu tốt đưa vào ứng dụng sống MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN .1 LỜI NÓI ĐẦU MỤC LỤC DANH MỤC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT DANH MỤC BẢNG BIỂU 11 DANH MỤC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ 12 PHẦN MỞ ĐẦU .14 Lý chọn đề tài .14 Lịch sử nghiên cứu 14 Mục đích nghiên cứu 15 Đối tượng, phạm vi nghiên cứu .15 Các luận điểm đóng góp tác giả 15 Phương pháp nghiên cứu 16 CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ MẠNG CẢM BIẾN KHÔNG DÂY 17 1.1 Giới thiệu chung .17 1.1.1 Lịch sử phát triển .17 1.1.2.Ứng dụng 19 1.2 Phân loại 20 1.2.1.Theo định tuyến 20 1.2.1.1 Định tuyến tĩnh 20 1.2.1.2 Định tuyến động 21 1.2.2 Theo cấu trúc mạng 21 1.2.2.1 Cấu trúc liên kết mạng hình 21 1.2.2.2 Cấu trúc liên kết mạng mắt lưới 22 1.2.2.3 Cấu trúc liên kết mạng hình .22 1.3 Các tiêu, yêu cầu kỹ thuật .23 1.3.1 Thời gian sống 23 1.3.2 Độ bao phủ .23 1.3.3 Chi phí dễ triển khai 24 1.3.4 Thời gian đáp ứng 24 1.3.5 Độ xác thời gian 24 1.3.6 Bảo mật 25 1.3.7 Tốc độ lấy mẫu hiệu 25 CHƯƠNG II: CÔNG NGHỆ CẢM BIẾN KHÔNG DÂY 26 2.1 Kỹ thuật truyền dẫn không dây 26 2.1.1 Các thành phần mạng cảm biến 26 2.1.1.1 Các nút cảm biến .26 2.1.1.2 Trường cảm biến .28 2.1.1.3 Bộ tập hợp liệu 28 2.1.1.4 Trung tâm xử lý liệu 28 2.1.2 Điều chế tín hiệu 29 2.1.3 Quá trình truyền sóng 30 2.1.4 Các công nghệ truyền dẫn không dây 31 2.1.4.1 Bluetooth 32 2.1.4.2 WLAN .32 2.1.4.3 ZigBee .33 2.2 Các giao thức điều khiển mạng 35 2.2.1 Giao thức điều khiển truy nhập .35 2.2.1.1 Giao thức theo thời gian biểu 35 2.2.1.2 Giao thức truy nhập ngẫu nhiên 39 2.2.2 Giao thức định tuyến 42 2.2.2.1 Flooding biến thể 42 2.2.2.2 Định tuyến thông tin qua thỏa thuận (SPIN) 44 2.2.2.3 Phân nhóm phân bậc tương thích lượng thấp (LEACH) .45 2.2.2.4 Tập trung hiệu công suất hệ thống thông tin cảm biến 47 2.2.2.5 Truyền tin trực tiếp 48 2.2.2.6 Định tuyến theo vị trí 49 2.2.3 Giao thức điều khiển giao vận 50 2.3 Phần mềm quản lý mạng 51 2.3.1 Hệ điều hành mạng cảm biến không dây 51 2.3.2 Phần mềm (middleware) mạng cảm biến không dây 54 CHƯƠNG III: CHUẨN TRUYỀN DẪN ZIGBEE/ IEEE 802.15.4 .56 3.1 Giới thiệu chung .56 3.2 Mạng ZigBee/ IEEE 802.15.4 LR-WPAN 56 3.2.1 Thành phần mạng LR-WPAN 56 3.2.2 Cấu trúc liên kết mạng 57 3.2.2.1 Cấu trúc liên kết mạng hình .57 3.2.2.2 Cấu trúc liên kết mạng mắt lưới 58 3.2.2.3 Cấu trúc liên kết mạng hình .58 3.2 Chuẩn ZigBee/IEEE 802.15.4 60 3.3.1 Kiến trúc liên kết mạng 60 3.3.2 Tầng vật lý 60 3.3.2.1 Các thông số kỹ thuật trọng tầng vật lý IEEE 802.15.4 .61 3.3.2.2 Mô hình điều chế tín hiệu tầng vật lý 62 3.3.2.3 Định dạng khung tin PPDU 66 3.3.3 Tầng điều khiển liệu MAC 66 3.3.3.1 Cấu trúc siêu khung 67 3.3.3.2 Tránh xung đột đa truy cập theo phương pháp cảm nhận sóng mang CSMA/CA 69 3.3.3.3 Các mô hình truyền liệu .73 3.3.3.4 Phát thông tin báo hiệu beacon 76 3.3.3.6 Định dạng khung tin MAC 78 3.3.4 Tầng mạng bảo mật 79 3.3.4.1 Dịch vụ mạng 79 3.3.4.2 Dịch vụ bảo mật 79 3.3.5 Tầng ứng dụng 82 3.3.6 Các thuật toán định tuyến 82 3.3.6.1 Thuật toán định tuyến theo yêu cầu AODV 82 3.3.6.2 Thuật toán hình 86 CHƯƠNG IV: THIẾT KẾ MẠNG WSNs THU THẬP CÁC THÔNG SỐ MÔI TRƯỜNG 95 4.1 Khái quát chung 95 4.2 Thiết kế phần cứng 96 4.2.1 Các phần cứng sử dụng 96 4.2.1.1 Modul Xbee Pro 96 4.2.1.2 Vi điều khiển CY8C27643 96 4.2.1 Modul phần cứng .97 4.2.1.1 Cấu tạo nút mạng 97 4.2.1.2 Cấu tạo nút chủ 99 4.3 Thiết kế phần mềm .100 4.3.1 Thuật toán định tuyến 100 4.3.1.1 Các tin 100 4.3.1 Quá trình định tuyến 107 4.3.2 Phần mềm nhúng 109 4.3.2.1 Phần mềm cho nút chủ 109 4.3.2.2 Phần mềm cho nút tớ .110 4.3.3 Phần mềm thu thập liệu máy tính 111 4.4 Kết thử nghiệm 113 4.5 Kết luận 115 CHƯƠNG V: KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN 116 CHƯƠNG VI: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 117 TÀI LIỆU THAM KHẢO .118 DANH MỤC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT ACK Acknowledge ADC Analog to Digital Converter ADV Advertisement AES Advanced Encryption Standard AM Amplitude Modulation AMF Adaptive Middleware Framework AODV Ad-hoc On demand Distance Vector API Application Programming Interface ARPANET Advanced Research Projects Agency Network ASK Amplitude Shift Keying BDD Backup Designated Device BPSK Binary Phase Shift Keying CAP Contention Access Period CBC- MAC Cipher Block Chaining MAC CCA Clear Channel Assessment CDMA Code Division Multiple Access CFP Contention Free Period CH Cluster Head CID Cluster Identifier CLH Cluster Head CODA Congestion Detection and Avoidance CRREQ Child Rout Request CSMA Carrier Sense Multiple Access CSMA/CA Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance CSMA/CD Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection CTR Counter CTS Clear To Send DD Designated Device DDS Device Database System DGPS Differential GPS DSN Distributed Sensor Networks DSSS Direct Sequence Spread Spectrum DSWare Data Service Middleware ED Energy Detection ESRT Event to Sink Reliable Transport FCFS First Come First Serve FCS Frame Check Sequence FDMA Frequency Division Multiple Access FFD Full Function Device FH Frequency Hopping FHSS Frequency Hopping Spread Spectrum FM Frequency Modulation FSK Frequency Shift Keying GTS Guaranteed Time Slot HRREQ Host Rout Request I2C Inter Integrated Circuit IEEE Institute of Electrical and Electronic Engineers IFS Interframe Spacing IrisNet Internet Scale Resource Intensive Sensor Networks Services ISM The Industrial Scientific and Medical LAN Local Area Network LEACH Low Energy Adaptive Clustering Hierarchy LQI Link Quality Indicator LR-WPAN Low Rate Wireless Personal Area Networks MAC Medium Access Control MEMS Microelectromechanical Systems MFR MAC Footer MHR MAC Header MIC Message Integrity MiLAN Middleware Linking Application and Networks MLME MAC Sublayer Management Entity MSK Minimum Shift Keying tin trả lời xem nút có số Hop count nhỏ nhận nút làm Uplink - DATA: Bản tin liệu nút tớ gửi cho nút chủ, phát đến thời gian truyền liệu quy định tin HRREQ Byte B0 B1 B2 B3 B4 B5 B6 B7 B8 B9 B10 B11 B12 B13 B14 B15 Tên thông số ‘$’ DATA ID Ký tự khởi đầu khung Đặc tả khung DATA Số thứ tự tin, tăng dần theo thời gian Origin node Địa nút khởi phát tin Source node Địa nút phát chuyển tiếp tin Destination node Light Temperature Battery Voltage Hop count Checksum Overflow Ý nghĩa Địa nút nhận tin (một nút Uplink) Dữ liệu thu từ cảm biến ánh sáng Dữ liệu thu từ cảm biến nhiệt độ Trạng thái nguồn Pin Số bước chuyển tiếp tính từ nút chủ Tổng từ B0 đến B12 16 bit trạng thái byte, byte bit tương ứng Overflow đặt Bảng 4.6: Bản tin DATA Khi muốn phát DATA, nút khởi phát chọn nút danh sách Uplink gửi DATA cho nút nhận để phát chuyển tiếp nút chủ Sau phát xong, nút gửi nghe xem nút nhận có phát chuyển tiếp cho không Nếu nút nhận phát chuyển tiếp nút phát thoát khỏi chế độ phát DATA, chuyển trạng thái bình thường Nếu nút nhận không phát nút gửi phát thêm lần cho nút nhận phát cho nút lại danh sách Uplink Nếu phát cho tất nút Uplink mà không chuyển trạng thái phát CRREQ để tìm nút Uplink 104 Khi nút tớ nhận tin này, kiểm địa nút đích thực phát chuyển tiếp, chờ thời gian để trình trao đổi liệu xong tiếp tục truy nhập kênh truyền Trình tự gửi chuyển tiếp giống nút khởi phát phát DATA Trong gói DATA phát chuyển tiếp thay Source node địa nút phát chuyển tiếp, Destination node nút Uplink nút phát chuyển tiếp, Hop count giảm 1, trường khác giữ nguyên Nếu nút nhận chuyển tiếp phát chuyển tiếp cho nút Uplink tạo tin DATAERR với Origin node Origin node tin DATA gửi ngược trở lại nút khởi phát DATA - DATAOK: Bản tin thông báo liệu nhận không bị lỗi nút chủ gửi trả lại nút tớ vừa phát tin DATA (nút phát chuyển tiếp) Byte B0 B1 B2 B3 B4 B5 B6 B7 B8 B9 B10 B11 B12 B13 B14 B15 Tên thông số ‘$’ DATAOK ID Ý nghĩa Ký tự khởi đầu khung Đặc tả khung DATAOK Số thứ tự tin DATA vừa nhận Origin node Địa nút khởi phát tin DATA vừa nhận Source node Địa nút chủ Destination node Địa nút phát chuyển tiếp tin DATA Hop count Checksum Overflow Số bước chuyển tiếp tính từ nút chủ (=1) Tổng từ B0 đến B12 16 bit trạng thái byte, byte bit tương ứng Overflow đặt Bảng 4.7: Bản tin DATAOK Khi nhận DATA, nút chủ kiểm tra tin, không bị lỗi trả lời DATAOK cho nút vừa phát DATA Nút phát chuyển tiếp nhận DATAOK xác nhận liệu truyền thành công Trong tin DATAOK, 105 trường DATAOK ID DATA ID vừa nhận, Origin node Origin node tin DATA, Destination node địa nút vừa phát chuyển tiếp DATA cho nút chủ - DATAERR: Bản tin thông báo liệu nhận phát chuyển tiếp lên nút Uplink nút tớ phát chuyển tiếp gửi trả lại nút khởi phát tin DATA Byte B0 B1 B2 B3 B4 B5 B6 B7 B8 B9 B10 B11 B12 B13 B14 B15 Tên thông số ‘$’ DATAERR ID Ý nghĩa Ký tự khởi đầu khung Đặc tả khung DATAERR Số thứ tự tin DATA vừa nhận Origin node Địa nút khởi phát tin DATA vừa nhận Source node Địa nút phát Destination node Địa nút nhận = 65535 Hop count Checksum Overflow Số bước chuyển tiếp tính từ nút chủ Tổng từ B0 đến B12 16 bit trạng thái byte, byte bit tương ứng Overflow đặt Bảng 4.8: Bản tin DATAERR Khi nhận DATAERR, nút tớ kiểm tra tin, số Hop count với Hop count phát chuyển tiếp xuống nút phía Để tránh tình trạng tải mạng tin DATAERR đến sớm phát chuyển tiếp Có mức ưu tiên cho tin trên: Bản tin HRREQ SLEEP có mức ưu tiên cao nhất; tin DATA có mức ưu tiên thứ 2; tin CRREQ, DATAOK, DATAERR có mức ưu tiên thấp Các tin có mức ưu tiên cao thực thực lệnh tin có mức ưu tiên thấp 106 4.3.1 Quá trình định tuyến Trong nút, bảng định tuyến lưu địa nút lân cận có số Hop count nhỏ so với gọi nút Uplink Cấu trúc bảng định tuyến Uplink chứa nút mạng gồm mảng phần tử sau: Phần tử Chức Số Hop count phần tử bảng tới nút chủ Số nút Uplink Địa nút Uplink số Địa nút Uplink số Địa nút Uplink số Bảng 4.9: Cấu trúc bảng định tuyến Uplink Khi bắt đầu khởi tạo hệ thống, nút chủ gửi tin HRREQ cho tất nút tớ mạng Nút tớ nhận tin phát chuyển tiếp tin đến đầu tiên, sau đặt thời gian chờ nhận tin chuyển tiếp HRREQ nút có Hop count với giá trị lưu bảng Uplink Hết thời gian chờ, nút tớ thoát chế độ nhận HRREQ chuyển trạng thái hoạt động bình thường, nút tớ khác mạng cập nhật Uplink Hình 4.12: Quá trình phát chuyển tiếp tin HRREQ Nếu sau thời gian mà nút tớ không cập nhật Uplink thể gửi tin CRREQ để tìm Uplink lân cận cho Các nút lân cận nhận CRREQ mà bảng Uplink có phần tử phát trả lại cho nút khởi phát Nút khởi phát vào tin phản hồi thu mà chọn nút có số Hop count nhỏ để làm Uplink cho Nếu truyền liệu thất bại 107 truyền liệu lỗi lần nút tớ tạo tin CRREQ để cập nhật danh sách Uplink cho Khi muốn phát liệu, nút tớ khởi phát tin DATA gửi cho nút Uplink bảng định tuyến Nếu thấy nút nhận phát chuyển tiếp tin giải phóng khỏi chế độ DATA chờ nhận tin Nếu không thấy nút nhận phát chuyển tiếp tin phát lại chờ thêm lần để đảm bảo nút nhận thoát khỏi chế độ bận Nếu phát đủ lần mà không thấy nút nhận phản hồi phát cho nút lại Uplink Nếu tất nút Uplink không phản hồi nút khởi phát chuyển sang chế độ phát tin CRREQ để tìm nút Uplink Nút tớ nhận DATA nút phía chuyển lên thực chu trình giống nút khởi phát phát cho nút Uplink Nếu nút Uplink trả lời tạo tin DATAERR phát trả lại nút khởi phát chuyển sang chế độ phát CRREQ để cập nhật lại Uplink Trong trường hợp DATA truyền số bước lớn cách xa nút khởi phát DATA tin DATAERR truyền đến toàn nút phía nút tạo tin DATAERR tới nút khởi phát DATA Khi đến thời gian ngủ, nút chủ phát tin SLEEP đến tất nút tớ mạng Nút tớ nhận tin SLEEP đến sớm phát chuyển tiếp tin xuống nút phía chuyển trạng thái ngủ Khi hết thời gian ngủ, nút tớ quay lại hoạt động bình thường 108 4.3.2 Phần mềm nhúng 4.3.2.1 Phần mềm cho nút chủ Hình 4.13: Thuật toán phần mềm cho nút chủ Nút chủ có nhiệm vụ thu thập liệu từ nút tớ gửi máy tính xử lý Khi bắt đầu chạy hệ thống, nút chủ gửi tin HRREQ để tìm Uplink cho nút tớ mạng Nếu nhận liệu từ nút tớ gửi về, nút chủ kiểm tra gửi tiếp lên máy tính Trong chu kỳ hoạt động, nút chủ nhận liệu khoảng thời gian, hết thời gian phát tin SLEEP để đưa toàn mạng 109 trạng thái ngủ Bản tin HRREQ phát sau số chu kỳ hoạt động quy định người sử dụng 4.3.2.2 Phần mềm cho nút tớ Hình 4.14: Thuật toán phần mềm cho nút tớ Khi gia nhập mạng, nút tớ chờ tin HRREQ 30 giây, không nhận phát tin CRREQ để tìm nút Uplink Sau xác định Uplink, nút tớ tiến hành đọc liệu từ cảm biến, chờ đến thời gian phát liệu để khởi phát tin DATA đến nút chủ Trong thời gian này, nút lắng nghe tin xử lý chuyển tiếp tin theo yêu cầu Nếu nhận tin 110 SLEEP, nút phát chuyển tiếp chuyển trạng thái ngủ, tắt thu phát vô tuyến Hết thời gian ngủ, nút bật thu phát vô tuyến quay trở lại làm việc bình thường 4.3.3 Phần mềm thu thập liệu máy tính Hình 4.15: Thuật toán phần mềm thu thập liệu máy tính Phần mềm máy tính chứa giao diện với người dùng Nó kiểm tra trạng thái lệnh gửi cho nút chủ để cập nhật Dữ liệu nút chủ gửi xử lý, hiển thị lưu trữ 111 Phần mềm gồm tab: - Tab Initial: Cài đặt thông số kết nối, thông số mạng chương trình gỡ lỗi Cài đặt kết nối Cài đặt mạng Gỡ lỗi Hình 4.16: Tab Initial - Tab Monitor: Theo dõi thông số nút, trạng thái kết nối nút mạng Hình 4.17: Tab Monitor 112 - Tab Report: Báo cáo tin liệu nhận được, biểu đồ nhiệt độ, ánh sáng Người dùng in lưu thông số thành tệp phục vụ cho trình thống kê, kiểm soát Hình 4.18: Tab Report 4.4 Kết thử nghiệm Tiến hành thử nghiệm đạt kết sau: - Phần cứng phần mềm hoạt động ổn định, liệu truyền máy tính liên tục, không gián đoạn - Các chức định tuyến, chuyển tiếp liệu, thu thập liệu, ngủ theo chu kỳ, xử lý hiển thị liệu hoạt động theo yêu cầu Quan sát hoạt động hệ thống thấy cấu hình mạng: 113 - Mạng truyền đơn bước: Hình 4.19: Mạng truyền đơn bước - Mạng truyền đa bước: Hình 4.20: Mạng truyền đa bước 114 - Báo cáo biểu đồ thông số đo: Hình 4.21: Báo cáo biểu đồ thông số đo 4.5 Kết luận Mô hình thử nghiệm đạt kết sau: - Phần cứng phần mềm hoạt động tốt, chức định tuyến, chuyển tiếp liệu, thu thập liệu, ngủ theo chu kỳ, xử lý hiển thị liệu hoạt động theo yêu cầu - Giao thức AODV cải tiến phù hợp với mục đích theo dõi thông số môi trường - Chức ngủ nút mạng góp phần giảm thiểu lượng tiêu thụ, làm tăng thời gian hoạt động mạng Với kết kết luận: giải pháp thiết kế đưa đạt thành công bước đầu 115 CHƯƠNG V: KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN Sau trình nghiên cứu, tác giả đạt kết định sau: Nghiên cứu, phân tích, đánh giá số giao thức định tuyến sử dụng mạng cảm biến không dây: - Giao thức Flooding - Giao thức định tuyến thông tin qua thỏa thuận SPIN - Phân nhóm phân bậc tương thích lượng thấp LEACH - Tập trung hiệu công suất hệ thống thông tin cảm biến PEGASIS - Thuật toán định tuyến theo yêu cầu AODV - Thuật toán định tuyến hình Nghiên cứu cách thức tổ chức, thiết kế mạng WSNs: Thiết kế phần cứng, định tuyến, chống xung đột mạng, phần mềm quản lý hệ thống Tùy biến, cải tiến giao thức AODV cho phù hợp với ứng dụng giám sát thông số môi trường Nghiên cứu chuẩn truyền dẫn không dây ZIGBEE/IEEE 802.15.4 cho mạng WSNs Thiết kế thử nghiệm hệ thống WSNs hoàn chỉnh bao gồm phần cứng (nút cảm biến), vi chương trình (Firmware cho nút mạng), định tuyến (cải tiến giao thức AODV) phần mềm quản lý, giám sát mạng 116 CHƯƠNG VI: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Do ứng dụng sử dụng mạng cảm biến không dây đa dạng, phong phú, ứng dụng có yêu cầu đặc thù khác nên việc đưa giải pháp tối ưu áp dụng cho tất ứng dụng khó Vì vậy, xem xét thiết kế giải pháp kỹ thuật cho mạng cụ thể cần phân tích rõ đặc trưng mạng để có giải pháp phù hợp Trong khuôn khổ nội dung luận văn, giao thức AODV cải tiến với hệ thống phần cứng, phần mềm quản lý mạng cho kết tốt mạng có tổ chức mạng ổn định quy mô mạng không lớn, tốc độ thu thập liệu không yêu cầu cao liên tục hệ thống theo dõi thông số môi trường, mực nước sông… Trên sở vấn đề tồn khả phát triển đề tài, nghiên cứu phát triển tập trung vào nội dung sau: - Tiếp tục xem xét, cải tiến giao thức định tuyến lại để đưa vào thực thi ứng dụng cụ thể - Hoàn thiện hệ thống phần cứng, phần mềm giải pháp kỹ thuật với mục tiêu giảm giá thành, dễ sử dụng đảm bảo tính năng, yêu cầu kỹ thuật hệ thống Trong trình thực luận văn, cố gắng để đạt kết tốt đạt kết bước đầu theo yêu cầu đặt luận văn Tuy nhiên, đề tài rộng lớn, yêu cầu kiến thức tổng hợp từ nhiều nguồn khác nên tránh khỏi thiếu sót Tôi mong nhận ý kiến đóng góp để hoàn thiện đưa luận văn trở thành sản phẩm ứng dụng sống 117 TÀI LIỆU THAM KHẢO Dr Baruch Awerbuch, Dr AmitabhMishra, Ad hoc On Demand Distance Vector (AODV) Routing Protocol, Department of Computer Science Johns Hopkins Ngô Quang Anh (2005), Nghiên cứu chuẩn kết nối không dây ZIGBEE/IEEE 802.15.4, Luận văn tốt nghiệp trường đại học Công Nghệ - Đại học quốc gia Hà Nội Sinem Coleri Ergen (September 2004), ZigBee/IEEE 802.15.4 Summary Kazemsohraby, Danielminoli, Taiebznati (2007), Wireless sensor networks technology protocols and applications, a John Wiley & sons, inc Masahiro Maeda, Ed Callaway (2001), Cluster Tree Protocol ver 0.6, Motorola C Perkins, E Belding-Royer, S Das (July 2003), Ad hoc On-Demand Distance Vector (AODV) Routing, The Internet Society Đỗ Duy Tân (2009), Wireless sensor networks kỹ thuật giao thức ứng dụng, Luận văn tốt nghiệp Đại học bách khoa thành phố Hồ Chí Minh Xiping Yang, Keat G Ong, William R Dreschel, Kefeng Zeng, Casey S Mungle, Craig A Grimes (2002), Design of a Wireless Sensor Network for Long-term In-Situ monitoring of an Aqueous Environment, Sensors 2002, MDPI, USA Product Manual v1.xAx - 802.15.4 Protocol IEEE 802.15.4 OEM RF Modules, MaxStream, Inc 10 Product Manual v8.x1x Beta - ZigBee Protocol, MaxStream, Inc 118 ... Anh, chọn nghiên cứu đề tài: Nghiên cứu thực hệ thống Wireless sensor network Luận văn trình bày sau: - Phần mở đầu: Trình bày lý chọn đề tài, lịch sử nghiên cứu, mục đích nghiên cứu luận văn,... TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI - TRẦN TIẾN DŨNG NGHIÊN CỨU THỰC HIỆN CÁC HỆ THỐNG WIRELESS SENSOR NETWORK Chuyên ngành : KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA... .14 Lịch sử nghiên cứu 14 Mục đích nghiên cứu 15 Đối tượng, phạm vi nghiên cứu .15 Các luận điểm đóng góp tác giả 15 Phương pháp nghiên cứu 16