TỔNG QUAN VỀ MẠNG WIRELESS SENSOR

Đồ án tốt nghiệp đại học Chương I. Tổng quan v ề mạng Wireless Sensor TỔNG QUAN VỀ MẠNG WIRELESS SENSOR 1.1. Giới thiệu mạng cảm biến không dây Các thiết bị cảm biến (Sensor) được kết nối thành mạng, phối hợp với nhau để thực hiện các nhiệm vụ với quy mô lớn, được 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 tượng 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 trường mạng công cộng như Internet hay vệ tinh. Các nút Sensor không dây có thể được triển khai cho các mục đích chuyên dụng như giám sát và an ninh; kiểm tra môi trường; 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 như trong bất kì loại hình địa lý nào kể cả các môi trường nguy hiểm không thể sử dụng mạng Sensor có dây truyền thống được. Việc kết hợp các bộ cảm biến thành mạng lưới ngày nay đã tạo ra nhiều khả năng mới cho con người. 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 thước rất nhỏ. Chúng có thể hoạt động trong một môi trường dày đặc với khả năng xử lý tốc độ cao. Do đó, với mạng cảm biến không dây ngày nay, người ta đã có thể khám phá nhiều hiện tượng rất khó thấy trước đây. Ngày nay, các mạng cảm biến không dây được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực như 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 trường 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 được 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, được triển khai cho các mục đích sử dụng tạm thời cần thiết lập nhanh chóng, thuận tiện như 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 như 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 được 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 như một bộ định tuyến nhờ khả năng tìm và duy trì tuyến tới các nút khác trong mạng. Các giao Đồ án tốt nghiệp đại học Chương I. Tổng quan v ề mạng Wireless Sensor 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 được thực hiện khi có yêu cầu chuyển gói, nhờ cơ chế tìm đường. Hiện nay có bốn giao thức định tuyến được sử dụng trong mạng Ad hoc: a) Định tuyến theo chuỗi chỉ hướng với đích tuần tự Trong Định tuyến theo chuỗi chỉ hướng 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 bước nhảy để đến được đích và số thứ tự được gán cho nút đích. Số thứ tự này được sử dụng để phân biệt các tuyến và như vậy tránh được 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 được phát hiện. Như vậy, việc cập nhật được thực hiện cả theo thời gian và theo sự kiện. Các bảng định tuyến có thể được 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 được gửi trọn vẹn đến các nút lân cận và nó có thể bao gồm nhiều gói tin. Ngược 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 được gửi đi và phải vừa trong một gói tin. Khi mạng tương đối ổn định, các gói cập nhật phần gia tăng được sử dụng để tránh việc lưu lượng tăng cao và việc chuyển toàn bộ (full dump) ít được sử dụng hơn. Trong các mạng thay đổi nhanh, số lượng các gói cập nhật phần gia tăng có thể trở lên rất lớn nên việc chuyển toàn bộ bảng được thực hiện thường xuyên hơn. b) Định tuyến bằng thuật toán tìm đường tuần tự theo thời gian Định tuyến bằng thuật toán tìm đường 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 được thiết kế để tìm các tuyến đường 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 ưu định tuyến (tìm đường ngắn nhất) được coi là thứ yếu và việc định tuyến với các đường dài hơn được sử dụng thường xuyên để tránh phần phụ tải khi tìm đường mới. Hoạt động của giao thức TORA được hình dung giống như đưa nước chảy dốc xuống qua một mạng các đường ống và hướng tới một điểm đích. Các đường ống mô tả các liên kết giữa các nút mạng, các điểm nối các đường ống này mô tả các nút mạng và nước chảy trong các ống mô tả các gói tin được định tuyến hướng tới đích. Mỗi nút có một độ cao so với đích được tình toán bởi giao thức định tuyến và độ cao giảm dần trên tuyến, nhờ vậy có thể chuyển gói tin một Đồ án tốt nghiệp đại học Chương I. Tổng quan v ề mạng Wireless Sensor 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 được hoàn toàn tuyến đường gồm các liên kết dẫn tới đích. Các tuyến đường này được lưu 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 chưa nhận biết được tuyến đường, nó sẽ sử dụng một tiến trình tìm đường (Route Discovery) để xác định một tuyến. Tiến trình tìm đường sẽ gửi tràn lan vào trong mạng các gói yêu cầu tuyến (Route Request-RREQ). Mỗi nút nhận được RREQ lại tiếp tục quảng bá nó, trừ khi nút đó là nút đích hoặc có một tuyến tới đích được lưu 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 được định tuyến trở lại nguồn. Các gói RREQ và RREP cũng được định tuyến theo nguồn. Các gói RREQ lập lên một tuyến xuyên qua mạng. Gói RREP định tuyến trở lại nguồn bằng cách đi ngược trở lại theo tuyến đường này. Thông tin về tuyến được mang trở lại bằng gói RREP và được lưu tại nguồn để sử dụng. Nếu một liên kết trên một tuyến bị sự cố, nút nguồn được 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 đường 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 hướng theo yêu cầu tạm thời Định tuyến dựa vào chuỗi chỉ hướng theo yêu cầu tạm thời (Ad hoc On-Demand Distance- Vector Routing - AODV) có điểm giống DSR là nó cũng tìm các đường có yêu cầu thông qua một bằng một tiến trình tìm đường tương tự. Tuy nhiên, AODV sử dụng một cơ chế rất khác để lưu giữ thông tin định tuyến. Nó sử dụng các bảng định tuyến truyền thống, mỗi mục là một đích. Đây là điểm ngược lại DSR (DSR có thể lưu giữ nhiều mục cho mỗi đích). Không có định tuyến nguồn, AODV dựa vào các mục trong bảng định tuyến để truyền một RREP trở về nguồn và sau đó,được sử dụng để định tuyến các gói số liệu được tới đích. AODV sử dụng các số thứ tự được lưu 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 lưu 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 được 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. Đồ án tốt nghiệp đại học Chương I. Tổng quan v ề mạng Wireless Sensor 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 bước 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 tương 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 trường trong phạm vi lớn. Dữ liệu này có thể được tải đến một máy tính và được lưu trong cơ sở dữ liệu. Sau đó, có thể được phân tích thông qua một phần mềm ứng dụng. Kết quả có thể được 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 hướng: - Các Sensor có thể đặt ở xa hiện tượng tức là các thông tin về hiện tượng có được nhờ năng lực cảm biến và phân tích. Theo hướng này, yêu cầu các Sensor lớn sử dụng một số kỹ thuật phức tạp để nhận biết được các đích từ các tạp âm môi trường ở khoảng cách xa. - Nhiều Sensor chủ yếu chỉ hoạt động cảm biến được triển khai. Vị trí các Sensor và hình trạng thông tin được tính toán cẩn thận. Chúng được liên kết thành một mạng để truyền thông tin về các diễn biến của hiện tượng được thăm dò tới các nút trung tâm, nơi tiếp nhận và xử lý dữ liệu. Một mạng Sensor bao gồm một số lượng lớn các nút được triển khai dày đặc bên trong đối tượng cần thăm dò hoặc ở rất gần nó. Vị trí của các Sensor phải không cần định trước. 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 trưng nữa của mạng Sensor là khả năng cộng tác của các Sensor. Các Nút Sensor phải có bộ xử lý gắn trong. Thay vì chuyển các dữ liệu thô đến các nút có nhiệm vụ xử lý, các nút Sensor sẽ sử dụng khả năng tính toán của nó để thực hiện các xử lý đơn giản và chỉ chuyển đi các dữ liệu được yêu cầu và đã qua xử lý sơ bộ. Các đặc điểm trên đưa đến một phạm vi ứng dụng lớn của mạng Sensor. Một số lĩnh vực được ứng dụng là y tế, quân sự và an ninh. Ví dụ như các bác sỉ sẽ kiểm tra từ xa các dữ liệu về sinh lý bệnh nhân. Điều này vừa thuận tiện cho bệnh nhân vừa giúp các bác sĩ hiểu rõ hơn về tình trạng bệnh nhân. Mạng Sensor còn được sử dụng để phát hiện các tác nhân hóa học trong không khí và nước. Chúng giúp chỉ ra kiểu, sự cô lại và vị trí của các chất. Về cơ bản, các mạng Sensor cung cấp cho người sử dụng sự hiểu tốt hơn, thông minh hơn về môi trường. Chúng ta có thể thấy rằng trong tương lai, các mạng wireles Sensor sẽ là một phần không thể thiếu trong cuộc sống, giống như máy tính cá nhân hiện nay. Các ứng dụng 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 được sử dụng cho các mạng Wireless Ad hoc truyền thống nhưng 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 Đồ án tốt nghiệp đại học Chương I. Tổng quan v ề mạng Wireless Sensor được được phác hoạ dưới đây : - Số lượng nút Sensor trong mạng Sensor có thể được yêu cầu ở mức lớn hơn rất nhiều so với các mạng Ad hoc. - Các nút Sensor được triển khai với mật độ lớn hơn. - Các nút Sensor thường gặp trục trặc - Hình trạng mạng Sensor thay đổi rất thường xuyên. - Các nút Sensor thường sử dụng mô hình thông tin quảng bá ngược lại các mạng Ad hoc sử dụng truyền thông điểm- điểm. - Các nút Sensor có hạn chế về công xuất, khả năng tính toán và bộ nhớ. - Các nút Sensor có thể không có nhận dạng toàn cục do số lượng nút Sensor lớn. Vì một số lượng lớn nút Sensor được triển khai dày đặc nên các nút lân cận có thể rất gần nhau. Do đó, truyền thông đa liên kết (Multihop) được chọn để công suất sử dụng thấp hơn so với truyền thông đơn liên kết truyền thống (Single hop).Hơn nữa, công suất truyền dẫn có thể giữ ở mức thấp, điều này rất cần cho các hoạt động ngầm. Truyền thông đa liên kết còn có một số hiệu quả truyền tín hiệu tốt hơn so với truyền thông khoảng cách xa. 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 được nguồn năng lượng hạn chế và không được thay thế. Vì vậy, trong khi các mạng truyền thống luôn đặt mục tiêu cung cấp chất lượng dịch vụ (QoS) cao thì các giao thức trong mạng Sensor phải chú trọng đến sự bảo tồn nguồn năng lượng. Người sử dụng phải chọn giữa tuổi thọ của mạng với hạn chế về thông lượng hay độ trễ truyền dẫn lớn. 1.3. Mô tả hệ thống 1.3.1. Mô tả hệ thống tổng quát Các nút Sensor được triển khai trong một trường Sensor (Sensor field) được minh họa trên hình 1.1. Mỗi nút Sensor được phát tán 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 lệnh hay yêu cầu từ nút Sink đến các nút Sensor. Số liệu được định tuyến về phía bộ thu nhận (nút 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, như trong hình 1.1. 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). Đồ án tốt nghiệp đại học Chương I. Tổng quan v ề mạng Wireless Sensor Hình 1.1: Mô hình triển khai các nút Sensor Một nút Sensor được tạo lên từ bốn thành phần cơ bản là: bộ cảm biến, bộ xử lý, bộ thu phát không dây và nguồn. Tuỳ theo ứng dụng cụ thể, nút Sensor còn có thể có các thành phần bổ xung như hệ thống tìm vị trí, bộ sinh năng lượng và thiết bị di động. Các thành phần trong một nút Sensor được minh hoạ trên hình 1.2. Bộ cảm biến thường thường gồm hai đơn vị thành phần là thiết bị cảm biến (Sensor) và bộ chuyển đổi tương tự / số (ADC). Các tín hiệu tương tự có được từ các Sensor trên cơ sở cảm biến các hiện tượng 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 Sensor 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 Sensor là bộ nguồn. Bộ nguồn, có thể là pin hoặc acquy, cung cấp năng lượng cho nút Sensor 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 năng lượng, ví dụ như các tấm pin mặt trời nhỏ. Hầu hết các công nghệ định tuyến trong mạng Sensor 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 Sensor thường phải có hệ thống tìm vị trí. Các thiết bị di động đôi khi cũng cần thiết để di chuyển các nút Sensor theo yêu cầu để đảm bảo các nhiệm vụ được phân công. Bộ nguồn Bộ sinh năng lượng Sensor Đồ án tốt nghiệp đại học Chương I. Tổng quan v ề mạng Wireless Sensor Thiết bị xử lý Bộ thu phát Hệ thống tìm vị trí Thiết bị di động ADC Thiết bị nhớ Bộ cảm biến Bộ xử lý Hình 1.2: Các thành phần của nút Sensor Để minh hoạ rõ hơn về mạng Sensor không dây trong thực tế, phần tiếp sau đây sẽ giới thiệu một hệ thống mạng Sensor điển hình. Đó là hệ thống WISENET. 1.3.2. Hệ thống WISENET a) Giới thiệu hệ thống WISENET WISENET (Wireless Sensor NETwork) là hệ thống thu nhận dữ liệu về môi trường như ánh sáng, nhiệt độ và độ ẩm từ một mạng gồm các thiết bị cảm biến không dây công suất thấp được gọi là các “hạt cảm biến” (Sensor motes). Dữ liệu này được chuyển tới một máy chủ và được lưu trong một cơ sở dữ liệu. Một chương trình Web sẽ nhận dữ liệu phân tích và hiển thị trên trình duyệt Web. Mỗi hạt Sensor được tích hợp bởi một vi điều khiển, một bộ thu phát vô tuyến, các phần tử cảm biến môi trường và nguồn nuôi. Một hệ điều hành thời gian thực được gọi là TinyOS (Tiny Operation System) được sử dụng để tối thiểu công suất tiêu thụ mà vẫn cung cấp khả năng điều chế công suất cao và cho phép các hoạt động tập trung đồng thời. b) Sơ đồ hệ thống WISENET Hệ thống WISENET gồm hai hệ thống con chính là phân tích số liệu (Data Analysis Subsystem) và thu nhận số liệu (Data Acquisition Subsystem), ba thành phần chính là trạm chủ (Server), trạm người dùng (Client) và mạng các hạt Sensor (Sensor mote network). Đồ án tốt nghiệp đại học Chương I. Tổng quan v ề mạng Wireless Sensor Hình 1.3; Sơ đồ hệ thống WISENET Các hệ thống con chính là: - Hệ thống con phân tích số liệu: Hệ thống con này chỉ gồm phần mềm . Nó dựa trên cơ sở hạ tầng Internet và Web hiện tại (HTTP) để truyền thông tin giữa máy tính chủ (Server) và máy truy cập (Client). Nhiệm vụ của hệ thống con này là chọn lấy các dữ liệu môi trường thích hợp chưa được xử lý, có được nhờ hệ thống thu nhận dữ liệu, phân tích và gửi kết quả đến người dùng theo yêu cầu. - Hệ thống thu nhận số liệu: Mục đích của hệ thống con này thu thập số liệu môi trường và lưu trữ trong cơ sở dữ liệu để sau đó hệ thống phân tích sẽ xử lý. Hệ thống con bao gồm mạng các Sensor được kết hợp với máy tính chủ được cài đặt phần mềm hệ thống (TinyOS Daemon). Các thành phần chính của hệ thống bao gồm: - Trạm người dùng (Client): Client là thành phần cần thiết nhưng là thành phần bên ngoài. Có nghĩa là chỉ cần Client là bất cứ máy tính nào có trình duyệt Web (Web browser) và được nối mạng Internet. Nó chỉ đóng vai trò là giao diện của người sử dụng đối với hệ thống phân tích số liệu. Nó đưa ra yêu cầu số liệu của người sử dụng với trạm chủ và thu lấy các số liệu đã yêu cầu. Trạm chủ (Server): Đây là thành phần then chốt của hệ thống, là mối liên lạc giữa hai hệ thống con thu nhận và phân tích số liệu. Về mặt phân tích số liệu nó là một máy chủ HTTP (HTTP Server) mang một ứng dụng Web (Web program). Khi nhận được một yêu cầu về trang Web, máy chủ HTTP gọi ứng dụng Web này nhận số liệu từ cơ sở dữ liệu Đồ án tốt nghiệp đại học Chương I. Tổng quan v ề mạng Wireless Sensor (SQL Database), phân tích và đưa lại trang theo yêu cầu đến máy tính người dùng (Client). Về phía hệ thống thu nhận dữ liệu, có một trình tiện ích hoạt động ngầm (Daemon) được gọi là wiseDB để trao đổi thông tin dễ dàng với mạng Sensor. WiseDB đảm nhận việc gửi các lệnh qua liên kết nối tiếp R232 đến cổng giao tiếp (gateway mote) để chuyển tới mạng Sensor. Nó cũng đảm nhận việc thu thập số liệu từ mạng Sensor (cũng thông qua gateway mote). Số liệu đưa đến được xử lý rất ít và được chuyển vào cơ sở dữ liệu. Như vậy, cơ sở dữ liệu SQL là cầu nối giữa hai hệ thống thu nhận và xử lý số liệu. Vì cơ sở dữ liệu SQL liên lạc thông qua TCP/IP nên chỉ trạm chủ HTTP và chương trình Web cần phải được đặt trong cùng một tổ chức vật lý. Trạm chủ HTTP, cơ sở dữ liệu SQL, wiseDB có thể đặt trong các tổ chức vật lý khác nhau và kết nối thông qua Internet. Trình tự hoạt động của Server được tóm tắt như sau: Kiểm tra các tham số điều kiện hợp lệ. Nhận số liệu từ cơ sở dữ liệu, tuỳ theo ràng buộc của trạm khách Tạo trang Web với dữ liệu đã được yêu cầu Client yêu cầu số liệu với các điều kiện Gửi trang Web đến Client. Hình 1.4: Trình tự hoạt động của Server Mạng các hạt Sensor: Mạng các Sensor là thành phần trọng tâm của hệ thống. Các Sensor đảm nhận việc thu thập số liệu môi trường và chuyển các số liệu này đến trạm chủ. Nó còn phải nhận các lệnh từ trạm chủ, có thể là yêu cầu về số liệu hay tải chương trình mới. Có hai phần tử thuộc thành phần này. Thứ nhất là các hạt thông thường (Standard mote). Các hạt này có nhiệm thu thập các thông tin cảm biến từ môi trường, bao gồm ánh sáng, nhiệt độ, độ ẩm và truyền các số liệu này đến gateway. Chúng truyền thông tin qua liên kết vô tuyến công suất thấp ở dải tần ISM 900 MHz và đảm bảo tất cả các gói đều được đưa tới Gateway. Chúng còn có phần cứng hiệu chỉnh và giám sát công suất nguồn. Hạt cổng (Gateway mote) là phần tử thứ hai của mạng Sensor motes. Mục đích chính của nó là liên lạc giữa trạm chủ và mạng Sensor qua liên kết vô tuyến RS-232 và chuyển tất cả các gói số liệu tới WiseDB. Cả hai phần tử Standard mote và Gateway mote đều có cùng phần cứng và phần mềm, chúng chỉ khác nhau vế chức năng. Đồ án tốt nghiệp đại học Chương I. Tổng quan v ề mạng Wireless Sensor Hình 1.5: Các thành phần trong hạt Sensor gồm: Các thành phần trong hạt Sensor được minh hoạ trên hình 1.5, bao gồm: - Các Sensor cảm biến ánh sáng, độ ẩm, nhiệt độ (Light, Humidity, Temp); các LED trạng thái. - Mạch thu phát vô tuyến, mạch giao tiếp RS-232 (UARTS), các bộ chuyển tương tự-số (ADC), vi xử lý lõi 8051, bộ nhớ SRAM và FLASH (chứa hệ điều hành TinyOS, phần mềm) được tích hợp trên vi mạch CC1010. - Phần mềm hệ thống (drivers) giao tiếp RS-232 (chỉ trong gateway), bộ thu phát vô tuyến và antent. -Bộ nguồn nuôi (gồm acquy, mạch giám sát nguồn). c) Các tiêu chuẩn được áp dụng * Giao thức truyền siêu văn bản (HTTP). * Ngôn ngữ truy vấn theo cấu trúc (SQL). * Liên kết vô tuyến nối tiếp RS-232. * Liên kết nối tiếp vi điều khiển (I2C). * Quy định FCC (dải tần công nghiệp, khoa học, y tế ISM). 1.4. Tổng quan về kiến trúc mạng Ngăn xếp giao thức được sử dụng trong bộ thu nhận (nút Sink) và tất cả các nút Sensor được minh họa trong hình 1.6. Ngăn xếp giao thức này phối hợp các tính toán về định tuyến và năng lượng, kết hợp số liệu [...]... sau: - a ra cỏc quy tc liờn quan ti vic tp hp s liu, t tờn thuc tớnh c s, tp hp cỏc nhúm nỳt Sensor thnh cm  ỏn tt nghip i hc Chng I Tng quan v mng Wireless Sensor - Trao i s liu liờn quan ti cỏc thut toỏn tỡm v trớ - ng b thi gian cho cỏc nỳt Sensor - Di chuyn cỏc nỳt Sensor - Bt v tt cỏc nỳt Sensor - Truy vn cu hỡnh mng Sensor v trng thỏi nỳt, nh dng li cu hỡnh mng Sensor - Xỏc nhn, phõn phi khoỏ... chuyn ng ỏn tt nghip i hc Chng I Tng quan v mng Wireless Sensor ca nỳt Sensor, vỡ th mt tuyn ng hng ti nỳt user luụn c duy trỡ v cỏc nỳt Sensor cú th theo dừi c cỏc nỳt Sensor lõn cn Vi vic nhn bit c cỏc nỳt Sensor lõn cn, nỳt Sensor cú th cõn bng gia nhim v v nng lng s dng Mt bng qun lý nhim v cõn bng v sp xp nhim v cm bin cho mt vựng c th Khụng phi tt c cỏc Sensor trong vựng ú c yờu cu thc nhim... l mt vi nỳt Sensor thc hin nhim v nhiu hn cỏc nỳt khỏc tu theo mc nng lng ca chỳng Nhng mt qun lý ny rt cn thit, nh vy, cỏc nỳt Sensor cú th lm vic cựng vi nhau cú hiu qu v mt nng lng, cú th nh tuyn s liu trong mt mng Sensor di ng v chia s ti nguyờn gia cỏc nỳt Sensor Nu khụng, mi nỳt Sensor s ch lm vic mt cỏch n l Xut phỏt quan im xem xột trong ton mng Sensor, s hiu qu hn nu cỏc nỳt Sensor cú th... ng dng cho mng Sensor c vch rừ v c xut, cỏc giao thc lp ng dng cũn tim tng cho mng Sensor vn cũn l mt vựng rng ln cha c khỏm phỏ Trong phn ny, chỳng ta s kho sỏt ba giao thc lp ng dng quan trng l giao thc qun lý Sensor (Sensor Management Protocol-SMP), giao thc phõn nhim v v qung cỏo s liu (Task Assignment and Data Advertisement Protocol-TADAP), giao thc truy vn Sensor v ph bin s liu (Sensor Query and... qung cỏo s liu Mt hot ng quan trng khỏc trong mng Sensor l ph bin yờu cu v s liu Ngi s dng cú th gi yờu cu ny ti mt nỳt Sensor, ti mt mng con hoc ti ton mng Yờu cu ny cú th l v mt thuc tớnh no ú ca hin tng mc tiờu hoc mt s kin ỏng quan tõm Sau ú, cỏc Sensor liờn quan s gi cỏc s liu c yờu cu ti ngi s dng Mt phng phỏp khỏc l qung cỏo cỏc s liu cú sn Trong phng phỏp ny, cỏc nỳt Sensor qung cỏo cỏc s liu... tuyn khụng dõy a bc phự hp gia nỳt Sensor v nỳt Sink l cn thit K thut nh tuyn trong mng ad-hoc thụng thng khụng phự hp nhng yờu cu ca mng Sensor Lp mng ca mng Sensor c thit k theo nhng nguyờn tc sau : - Hiu sut nng lng luụn l yu t quan trng - Hu ht cỏc mng Sensor l s liu tp trung - Vic tp hp s liu ch c thc thi khi nú khụng cn tr hot ng hp tỏc ca cỏc nỳt Sensor - Mt mng Sensor lý tng phi nhn bit c vic... Dissemination Protocol-SQDDP), rt cn thit cho mng Sensor trờn c s nhng s c xut cú liờn quan ti nhng lp khỏc v cỏc lnh vc ng dng mng Sensor Tt c cỏc giao thc lp ng dng ny u l nhng vn nghiờn cu cú tớnh m 1.4.1.1 Giao thc qun lý Sensor Vic thit k mt giao thc qun lý lp ng dng cú nhiu thun li Mng Sensor cú nhiu lnh vc ng dng khỏc nhau v vic truy nhp n cỏc Sensor thụng qua cỏc mng nh Internet c nh hng trong... thit khi h ỏn tt nghip i hc Chng I Tng quan v mng Wireless Sensor thng cú k hoch truy nhp thụng qua Internet hoc nhng mng bờn ngoi khỏc Giao thc TCP vi c ch ca s truyn dn cha phự hp vi c trng ca mụi trng mng Sensor hin nay Do ú, vic thit lp mt liờn kt u cui t cỏc nỳt Sensor trc tip n nỳt qun lý ca ngi s dng l khụng hiu qu Phng phỏp phõn tỏch TCP l cn thit mng Sensor tng tỏc vi cỏc mng khỏc vớ d nh... v nhim v gia cỏc nỳt Sensor Cỏc mt bng ny giỳp cho cỏc nỳt Sensor cú th phi hp trong nhim v cm bin v gim c tng nng lng tiờu th Mt bng qun lý nng lng qun lý vic mt nỳt Sensor s dng nng lng ca nú nh th no Vớ d, nỳt Sensor cú th tt b phn nhn sau khi nhn mt bn tin t mt trong cỏc nỳt lõn cn iu ny cú th trỏnh c vic nhn bn tin ti hai ln Ngoi ra, khi mc nng lng ca nỳt Sensor thp, nỳt Sensor s thụng bỏo ti... truyn dn Giao thc MAC trong mng Sensor t t chc a bc khụng dõy (Wireless Multihop Selforganizing Sensor network) phi t c hai mc tiờu Th nht l phi to ra c s h tng mng Vỡ hng nghỡn nỳt Sensor c phõn b dy c trong mt trng Sensor nờn giao thc MAC phi thit lp c nhng liờn kt thụng tin truyn s liu Vic ny s lp lờn c s h tng nn tng cn thit cho truyn thụng khụng dõy a bc v to cho mng Sensor kh nng t t chc Nhim v . Chương I. Tổng quan v ề mạng Wireless Sensor TỔNG QUAN VỀ MẠNG WIRELESS SENSOR 1.1. Giới thiệu mạng cảm biến không dây Các thiết bị cảm biến (Sensor) được. của mạng Sensor, Để minh hoạ điểm này, sự khác nhau giữa mạng Sensor và mạng Wireless Ad hoc Đồ án tốt nghiệp đại học Chương I. Tổng quan v ề mạng Wireless