Phát triển mạng cảm biến không dây

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI - VÕ SONG HÀ PHÁT TRIỂN MẠNG CẢM BIẾN KHÔNG DÂY Chuyên ngành : Điều khiển tự động hoá LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HOÁ NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC : TS NGUYỄN THỊ LAN HƯƠNG HÀ NỘI - 2012 Luận văn thạc sĩ kỹ thuật LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan số liệu kết nghiên cứu luận văn trung thực chưa sử dụng để bảo vệ học vị Tôi xin cam đoan thông tin trích dẫn luận văn rõ nguồn gốc Người thực Võ Song Hà Luận văn thạc sĩ kỹ thuật LỜI CẢM ƠN Trong thời gian năm học cao học, thầy cô giúp chúng em học trang bị kiến thức chuyên ngành, phương pháp học tập, đồng thời trưởng thành Người em xin bầy tỏ lòng biết ơn sâu sắc lời cảm ơn chân thành tới cô giáo Tiến sĩ Nguyễn Thị Lan Hương, Cô hướng dẫn tận tình tạo điều kiện, giúp đỡ em suốt trình làm đồ án tốt nghiệp Em xin chân thành cảm ơn tới tập thể thầy cô khoa Điện, người mang đến cho em kiến thức chuyên ngành, tạo điều kiện giúp đỡ em suốt năm học tập kiến thức chuyên ngành Đề tài luận văn em "Phát triển mạng cảm biến không dây" Luận văn bao gồm vấn đề sau : • Nghiên cứu mạng cảm biến không dây ứng dụng • Nghiên cứu cơng nghệ Bluetooth • Thiết lập mạng cảm biến không dây Hà Nội ngày tháng Học viên Võ Song Hà năm 2012 Luận văn thạc sĩ kỹ thuật MỤC LỤC PHẦN I CƠ SỞ LÝ THUYẾT Chương I Mạng cảm biến không dây I.1 Tổng quan mạng cảm biến không dây (Wireless Networks Sensor) I.1.1 Giới thiệu mạng cảm biến 10 I.1.2 Mạng cảm biến không dây (WSNs) 10 I.1.3 Các đặc trưng mạng cảm biến không dây [7] 13 I.1.4 Những yêu cầu mạng cảm biến không dây 16 I.2 Cấu trúc mạng cảm biến không dây 17 I.2.1 Cấu trúc phần cứng nút cảm biến 17 I.2.2 Vấn đề tiêu thụ lượng mạng cảm biến không dây 20 I.2.2.1 Việc tiêu thụ lượng trạng thái hoạt động khác 21 I.2.2.2 Việc tiêu thụ lượng khối điều khiển 23 I.2.2.3 Việc tiêu thụ lượng nhớ 25 I.2.2.4 Việc tiêu thụ lượng truyền nhận sóng vơ tuyến 26 I.2.2.5 Việc tiêu thụ lượng cảm biến 29 I.2.3 Các kiến trúc mạng mạng cảm biến không dây 29 I.2.3.1 Kiến trúc đơn bước (single-hop) 30 I.2.3.2 Kiến trúc đa bước (Multi-hop) 31 I.2.3.3 Kiến trúc mạng hỗn hợp 32 I.3 Một số dịch vụ giao thức truyền thông sử dụng mạng cảm biến không dây 32 I.3.1 Lớp vật lý (Physical layer) 32 I.3.2 Giao thức MAC (MAC protocol) 33 Luận văn thạc sĩ kỹ thuật I.3.3 Vấn đề đồng thời gian 35 I.4 Các ứng dụng mạng cảm biến không dây 36 I.4.1 Ứng dụng quân 36 I.4.2 Ứng dụng công nghiệp dân dụng 37 I.5 Các công nghệ không dây mạng cảm biến không dây 39 I.5.1 Công nghệ Zigbee 39 I.5.2 Công nghệ UWB 41 I.5.3 Công nghệ Bluetooth 42 Chương II Tổng quan công nghệ Bluetooth 43 II.1 Giới thiệu công nghệ Bluetooth 43 II.1.1 Các đặc trưng công nghệ Bluetooth 45 II.1.2 Cấu trúc hệ thống Bluetooth 47 II.1.3 Kỹ thuật nhảy tần công nghệ Bluetooth 49 II.2 Mơ hình tầng giao thức công nghệ Bluetooth 51 II.2.1 Bluetooth radio 52 II.2.2 BaseBand 53 II.2.3 Link Manager Protocol 55 II.2.4 Logical link control and adaption protocol (L2CAP) 55 II.2.5 Service Discovery Protocol 55 II.2.6 RFCOMM Protocol 59 II.2.7 Host Controller Interface 59 II.3 Các chế độ hoạt động thiết bị Bluetooth 60 II.3.1 Standby 61 II.3.2 Active mode 62 II.3.3 Sniff mode 62 II.3.4 Hold mode 62 II.3.5 Park mode 62 Luận văn thạc sĩ kỹ thuật II.4 Các kiểu địa thiết bị Bluetooth 64 II.5 Các kiến trúc mạng Bluetooth 65 II.5.1 Mạng piconet 65 II.5.2 Mạng Scatternet 67 PHẦN II THIẾT LẬP MẠNG CẢM BIẾN KHÔNG DÂY SỬ DỤNG CÔNG NGHỆ BLUETOOTH 70 Chương III Thiết Lập mạng cảm biến không dây sử dụng công nghệ Bluetooth 70 III.1 Tổng quan hệ thống 70 III.2 Thiết lập mạng cảm biến 71 III.2.1 Thiết lập cấu hình mạng 73 III.2.2 Định tuyến thông tin 76 III.2.3 Quản lý lượng 77 TÀI LIỆU THAM KHẢO 82 Luận văn thạc sĩ kỹ thuật DANH MỤC HÌNH VẼ Hình I.1: Dạng WSNs , liên kết multipoint-to-point, multihop dùng định tuyến động 11 Hình I.2: Dạng WSNs liên kết point-to-point, Star định tuyến tĩnh 12 Hình I.3 Liên kết WSN thông qua mạng Internet 14 Hình I.4 Kiến trúc WSN có nút cảm biến hai chế độ hoạt động 15 Hình I.5 Cấu trúc nút cảm biến 18 Hình I.6 Cấu trúc chung truyền-nhận (transceiver) 20 Hình I.7 Quá trình chuyển trạng thái hoạt động nút cảm biến 23 Hình I.8 mối liên quan lượng tiêu thụ với điện áp hoạt động xung nhịp clock Intel StrongARM SA-1100 [6] 25 Hình I.9 Cấu trúc khối truyền-nhận sóng vơ tuyến 26 Hình I.10 Các liên kết mạng cảm biến đơn bước 30 Hình I.11 Một liên kết mạng cảm biến đa bước (Multi-hop) 31 Hình I.12 Mạng sử dụng nhiều thiết bị nguồn (Source) nhiều thiết bị đích (Sink) 32 Hình I.13 Hệ thống xác định vị trí địch để bắn 37 Hình I.14 Hệ thống xác định vị trí quĩ đạo di chuyển voi 38 Hình I.15 Hệ thống cảnh báo phát cháy rừng 39 Hình II.1 Cấu trúc phần cứng hệ thống Bluetooth 48 Hình II.2 Các packets kênh tần số khe thời gian khác 49 Hình II.3 Ví dụ việc truyền tin Master Slaves 50 Hình II.4 Mơ hình phân lớp chuẩn Bluetooth 52 Hình II.5 Ví dụ minh hoạ việc sử dụng kiểu liên kết ACL SCO 54 Hình II.6 Định dạng gói liệu qui định thực lớp Baseband 54 Hình II.7 : Mơ tả giao tiếp tìm kiếm dịch vụ chủ tớ 56 Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Hình II.8 : Các thành phần Bản ghi dịch vụ-Service Record 57 Hình II.9 : Các thành phần Service Attribute 57 Hình II.10 Các trình để tiến đến trạng thái kết nối (connection) 61 Hình II.11: Cấu trúc gói liệu (packet) chuẩn Bluetooth 63 Hình II.12: Mơ hình mạng piconet 65 Hình II.13 Mơ hình mạng Scatternet 67 Hình II.14 : Slave piconet làm Slave Piconet 68 Hình II.15 : Slave Piconet trở thành Master Piconet 69 Hình III.1 Mơ hình mạng cảm biến 71 Hình III.2 Cấu hình mạng cảm biến khơng dây 72 Hình III.3 Ví dụ minh họa bảng địa nút 3.3.1 mạng 74 Hình III.4 Lưu đồ thiết lập cấu hình mạng 75 Hình III.5 Lưu đồ truyền gói tin mạng 77 Hình III.6 Lưu đồ hoạt động nút chuyển tiếp nút cảm biến 78 Luận văn thạc sĩ kỹ thuật MỞ ĐẦU Tổng quan tình hình nghiên cứu thuộc lĩnh vực đề tài Với phát triển không ngừng công nghiệp vi mạch số, truyền tin không dây công nghệ MEMS (Micro-ElectroMechanical System), giới bắt đầu phát triển ứng dụng mạng cảm biến không dây (Wireless sensors Networks) Với công nghệ việc kết nối thiết bị điện tử trở lên đơn giản linh hoạt Do khơng bị bó buộc vấn đề dây dẫn, hệ thống sensor không dây cho phép người sử dụng dễ dàng thay đổi sơ đồ bố trí cảm biến cho phù hợp với yêu cầu thời điểm khác khâu sửa chữa, bảo trì Một công nghệ sử dụng mạng cảm biến khơng dây sử dụng công nghệ Bluetooth Đây công nghệ hãng Ericsson phát triển vào năm 1994 sau nhiều hãng hỗ trợ vào năm 1998 để trở thành chuẩn Bluetooth (bao gồm Ericsson, IBM, Intel, Nokia, Toshiba) Ban đầu công nghệ Bluetooth ứng dụng thiết bị đa phương tiện máy tính, điện thoại di động, headphone, speaker, Tuy nhiên cơng nghệ bắt đầu tích hợp vào thiết bị đo nhiệt độ, độ ẩm để lắp đặt phương tiện giao thông, nơi mà việc dây dẫn khó khăn Hoặc thiết bị đo điều khiển hệ thống điện, điều hịa khơng khí, đóng mở cửa sổ tự động trời mưa mơ hình nhà thơng minh (smart home) [1] Tính cấp thiết đề tài Cùng với tiến không ngừng khoa học kỹ thuật, việc áp dụng công nghệ truyền tin không dây vào hệ thống đo cảm biến phân tán hướng phát triển xây dựng hệ thống đo lường thông minh Với công nghệ không dây, việc lắp đặt thiết bị đo trở nên đơn giản, việc sửa chữa thuận lợi Đặc biệt số ứng dụng giải pháp sử dụng truyền tin không dây từ đầu đo điều khiển trung tâm lựa chọn tối ưu , mà việc nối dây trở nên q khó khăn, phức tạp : ví dụ xe tơ chở thực phẩm đơng lạnh, việc nối dây từ thiết bị đo nhiệt độ không khí bên ngăn lạnh điều Luận văn thạc sĩ kỹ thuật khiển trung tâm khó khăn Hay bệnh viện, việc theo dõi tình hình sức khỏe bệnh nhân họ di chuyển vấn đề khó khăn sử dụng thiết bị theo dõi có dây truyền thơng tin thơng thường Trong ngành chế tạo công nghiệp robot, việc nối dây cảm biến đo phận xử lý trung tâm trở nên phức tạp số lượng cảm biến tăng Các công nghệ không dây thông dụng chủ yếu công nghệ truyền tin IrDA (Infrared Data Association), công nghệ RFID (Radio Frequency Identification), công nghệ Bluetooth, công nghệ Zigbee (IEEE 802.15.4), công nghệ Wi-Fi (IEEE 802.11) hay công nghệ UWB (Ultra-Wideband) Trong ứng dụng khoảng cách truyền tin ngắn yêu cầu tốc độ truyền tin khơng cao cơng nghệ Bluetooth lựa chọn thích hợp, sử dụng phát triển hệ thống mạng cảm biến không dây Việc nghiên cứu ứng dụng công nghệ hướng nghiên cứu ứng dụng có nhiều triển vọng Vì vậy, em chọn đề tài “phát triển mạng cảm biến không dây” với mục tiêu thiết kế, chế tạo mơ hình mạng cảm biến khơng dây sử dụng công nghệ Bluetooth Luận văn bao gồm hai phần chính: Phần I: tồn nghiên cứu lý thuyết để ứng dụng cho mục tiêu thiết kế đề tài Phần I gói gọn chương - Chương I: Mạng cảm biến khơng dây trình bày cách chi tiết kiến trúc mạng, cấu tạo phần cứng dịch vụ sử dụng mạng cảm biến không dây ứng dụng mạng cảm biến không dây - Chương II: Tổng quan cơng nghệ Bluetooth trình bày cấu trúc hệ thống Bluetooth, giao thức chuẩn Bluetooth chế độ hoạt động, chế độ bảo mật thiết bị sử dụng công nghệ truyền tin không dây Bluetooth Phần II: Thiết kế mạng cảm biến khơng dây sử dụng cơng nghệ Bluetooth Phần II có chương - Chương III: Thiết kế mạng cảm biến khơng dây sử dụng cơng nghệ Blueooth trình bày chi tiết thiết kế mạng cảm biến không dây: kiến trúc, mơ hình, giao thức mạng cảm biến khơng dây q trình định tuyến thơng tin mạng Luận văn thạc sĩ kỹ thuật - Nếu thiết bị truyền thơng tin khác loại với mục đích khác nhau, yêu cầu tách biệt, không cần thống đồng nhau, Scatternet lựa chọn cho mạng Một Master/Slave piconet thành Slave piconet khác bị Master piconet khác thực tiến trình paging (tìm kiếm kết nối) với Có nghĩa thiết bị Bluetooth tạo nên piconet cách paging thiết bị Blue tooth thành viên piconet khác Và ngược lại, thiết bị Bluetooth tham gia piconet, thực paging lên Master/Slave piconet khác Điều dẫn đến việc chuyển đổi vai trò Master Slave kết nối Các cách hình thành mạng Scatternet: Cách 1: Xem minh họa hình II.14 Áp dụng cho mơ hình mạng kiểu 1, Piconet cử Slave làm Slave Piconet (các Piconet độc lập với không đồng bộ) Slave phân chia khe thời gian-time slots (viết tắt TS), vài TS Piconet này, vài TS Piconet Hình II.14 : Slave piconet làm Slave Piconet Cách 2: Áp dụng cho mô hình mạng kiểu (xem hình II.15), Slave Piconet trở thành Master Piconet khác Cũng cách chia khe 68 Luận văn thạc sĩ kỹ thuật thời gian-TS cách Cách cho phép Piconet đồng xung nhịp clock kiểu nhảy tần số-hopping Bởi Slave đóng vai trị Master Piconet mới, mang theo clock hopping Piconet cũ, đồng cho Slave Piconet mà làm Master Hình II.15 : Slave Piconet trở thành Master Piconet Kết luận: Ngày nay, ứng dụng phổ biến giới trình bày đầu chương II, công nghệ Bluetooth sử dụng thiết bị đo lường điều khiển công nghiệp với mục đích giải tóan truyền tin dây dẫn mơi trường khó dây Khi có nhiều thiết bị đo thu thập số liệu phải truyền tin trạm thu thập trung tâm 69 Luận văn thạc sĩ kỹ thuật PHẦN II THIẾT LẬP MẠNG CẢM BIẾN KHÔNG DÂY SỬ DỤNG CÔNG NGHỆ BLUETOOTH Chương III Thiết Lập mạng cảm biến không dây sử dụng cơng nghệ Bluetooth Chương III trình bày mơ hình mạng cảm biến khơng dây mơi trường sử dụng cơng nghệ truyền tin Bluetooth Mơ hình dựa mơ hình giới thiệu [4] Các yêu cầu đặt mạng cảm biến không dây: • Hệ thống tự động phát việc xuất cảm biến thêm vào hay cảm biến khơng cịn tồn mạng • Dễ dàng mở rộng hệ thống (về số lượng thiết bị mạng khơng gian hoạt động mạng) • Truyền tin Bluetooth cảm biến hoạt động chế độ tiết kiệm lượng Các nút cảm biến thiết kế chế độ tiết kiệm lượng III.1 Tổng quan hệ thống Mơ hình mạng cảm biến khơng dây xây dựng dựa mơ hình mạng WSN multi-hop (đã trình bày mục I.2.3) Thành phần mạng gồm có: nút cảm biến, nút điều khiển trung tâm) nút chuyển tiếp: • Nút điều khiển có nhiệm vụ nhận số liệu đo gửi từ nút cảm biến Ngoài nút điều khiển nối với máy tính thơng qua RS232 để lưu trữ liệu • Các cảm biến có nhiệm vụ đo theo chu kỳ định trước truyền liệu cho nút điều khiển 70 Luận văn thạc sĩ kỹ thuật • Các nút chuyển tiếp sử dụng trường hợp nút cảm biến kết nối trực tiếp với nút điều khiển khoảng cách qúa xa Khi nút chuyển tiếp đặt nút cảm biến nút điều khiển để tạo liên kết trung gian Hình III.1 Mơ hình mạng cảm biến Để thuận tiện cho việc lắp đặt vị trí bất kỳ, nút cảm biến nút chuyển tiếp cần phải thiết kế sử dụng nguồn pin hoạt động thời gian dài Chính nút phải có chế độ hoạt động tiết kiệm lượng Nút điều khiển thông thường sử dụng nguồn lượng từ lưới điện khơng cần thiết phải có chế độ tiết kiệm lượng III.2 Thiết lập mạng cảm biến Mạng cảm biến xây dựng dựa sơ đồ minh họa hình III.2 71 Luận văn thạc sĩ kỹ thuật 3.1 ĐIỀU KHIỂN 3.3 3.2 CHUYỂN TIẾP CHUYỂN TIẾP CẢM BIẾN RELAY RELAY 3.2.1 3.3.1 3.2.2 CẢM BIẾN CHUYỂN TIẾP CẢM BIẾN 3.3.2 CẢM BIẾN RELAY 3.3.1.1 CẢM BIẾN : WIRELESS LINK Hình III.2 Cấu hình mạng cảm biến khơng dây Việc xây dựng mạng dựa sơ đồ hình có ưu điểm việc quản lý mở rộng mạng việc định tuyến cho tin từ nút cảm biến đến nút điều khiển dễ dàng Trong mạng hình để trao đổi thơng tin nút quan tâm đến nút “cha” (ký hiệu Parent) nút “con” (ký hiệu Child) mà khơng cần quan tâm đến nút khác Một thiết bị Bluetooth xuất xưởng gán mã định danh gọi BD_ADDR (Bluetooth Device Address) có độ dài 48 bit Địa cho thiết bị Bluetooth BD_ADDR sử dụng để xác định vị trí nút mạng cách nút lưu trữ bảng tra BD_ADDR với vị trí tương ứng mạng Tuy nhiên với cách việc lập bảng tra cần phải tiến hành từ trước cấu hình mạng phải làm “cứng” Khi thêm thiết bị Bluetooth vào mạng mà BD_ADDR khơng có bảng tra tồn nút mạng phải cập nhật lại bảng thông tin việc phải tiến hành cách off-line khơng thuận tiện cho việc vận hành mạng Để tránh điều này, thiết bị Bluetooth ngồi thơng tin BD_ADDR gán địa 72 Luận văn thạc sĩ kỹ thuật logic trước tham gia vào mạng Địa xác định vị trí nút mạng Việc đặt địa cho nút tiến hành theo phương pháp sau: • Nút điều khiển định nghĩa nút gốc sơ đồ Nếu hệ thống có nhiều nút điều khiển nút gốc mạng WSN Mỗi mạng có nút gốc Trong ví dụ minh họa hình III.2 nút gốc đánh số • Các nút con, gần với nút gốc có địa 3.1, 3.2,…, 3.x • Các nút con, gần với nút 3.3 có địa 3.3.1, 3.3.2,…, 3.3.x (nút 3.3 gọi nút cha 3.3.x) • Các nút gần với nút 3.2 có địa 3.2.1, 3.2.2,…,3.2.x Với cách đánh địa logic có nút tham gia vào mạng nút mạng tự xác định nút nút cha hay nút để từ đưa định thiết lập, trao đổi thông tin phù hợp Các hoạt động nút mạng là: • Thiết lập cấu hình mạng • Định tuyến luồng thông tin từ nút cảm biến đến nút điều khiển, hoạt động chuyển tiếp • Quản lý lượng III.2.1.Thiết lập cấu hình mạng Để thiết lập cấu hình mạng, nút mạng cần phải cài đặt trước địa logic Mỗi nút mạng tiến hành tìm kiếm nút liền kề khơng gian xung quanh thơng qua thủ tục tìm kiếm định nghĩa chuẩn Bluetooth Sau tìm nút liền kề tiến hành hoạt động kết nối để trao đổi thông tin cần thiết (như BD_ADDR, địa logic) phục vụ cho việc thiết lập mạng Mỗi nút xây dựng cho bảng địa nút lân cận Hình III.3 ví dụ minh họa bảng địa nút 3.2.2.1 Bảng địa đánh dấu mối liên hệ nút lân cận với nút 3.3.1 73 Luận văn thạc sĩ kỹ thuật CẢM BIẾN CHUYỂN (3.3.2) TIẾP No BD_Addr (3.3) None Parent CHUYỂN TIẾP (3.3.1) Child CẢM BIẾN (3.3.1.1) 04:03:02: 01:05:06 01:02:03: 04:06:07 01:02:03: 04:06:FF Logical Addr relation 3.3.2 None 3.3 Parent 3.3.1.1 Child Hình III.3 Ví dụ minh họa bảng địa nút 3.3.1 mạng Việc xây dựng bảng địa thực thời điểm cấu hình mạng Thủ tục cho việc thiết lập cấu hình mạng nút hình III.4, bao gồm bước sau: 1) Đọc tham số địa logic tham số cần thiết khác nút bật nguồn 2) Thực thủ tục tìm kiếm nút lân cận Thủ tục tìm kiếm thực khoảng thời gian timeout quy định trước Nút thực tìm kiếm lưu thơng tin BD_ADDR nút tìm vào bảng địa lưu giữ tổng số N nút lân cận tìm 3) Kết nối với nút lân cận 4) So sánh địa logic với địa logic nút (đã trao đổi thông tin bước 3) để xác định mối quan hệ logic chúng Kết cất vào bảng địa 5) Kết thúc trình cấu hình mạng Mạng từ lúc sẵn sàng cho hoạt động trao đổi thông tin nút cảm biến với nút điều khiển 74 Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Hình III.4 Lưu đồ thiết lập cấu hình mạng Trong trình hoạt động, để phát xuất nút thêm vào mạng ngừng hoạt động nút cũ nút phải thực hoạt động tìm kiếm theo chu kỳ định sau: 1) Thực trình tìm kiếm: nút có bảng địa khơng trả lời nút coi bị tách khỏi mạng Nút thực q trình tìm kiếm xóa địa nút khỏi bảng địa Nếu tìm thấy nút mà trước khơng có bảng địa nút tìm kiếm nút coi nút tham dự vào mạng 2) Quá trình kết nối: Kết nối với nút tham dự vào mạng để trao đổi thông tin địa logic So sánh địa logic để tìm mối quan hệ nút Cập nhật thông tin nút vào bảng địa 75 Luận văn thạc sĩ kỹ thuật III.2.2 Định tuyến thông tin Do mạng thiết kế theo sơ đồ hình thông tin từ nút cảm biến chuyển tiếp truyền nút điều khiển nên việc định tuyến gói liệu đơn giản Khi nút cảm biến hay nút chuyển tiếp gửi gói liệu cần gửi gói liệu đến nút cha nó, nút chuyển tiếp Nút chuyển tiếp cha sau lại gửi tin nhận đến nút cha Một cách tương tự, tin chuyển đến nút cấp cao cuối đến nút gốc, nút điều khiển Ví dụ hình III.5 nút cảm biến 3.3.1.1 muốn gửi gói tin nút điều khiển, trước tiên tìm bảng địa thơng tin nút cha sau gửi gói liệu đến nút chuyển tiếp có địa 3.3.1 Tiếp theo nút chuyển tiếp 3.3.1 gửi gói liệu đến địa 3.3 sau nút chuyển tiếp 3.3 gửi gói liệu đến nút điều khiển Để kiểm soát lỗi q trình truyền tin, gửi gửi gói tin đến nhận nhận phải gửi gói tin trả lời (OK) xác nhận nhận tin Nếu gửi không nhận xác nhận từ nhận sau khoảng thời gian timeout tiến hành gửi lại gói tin Nếu sau số lần gửi lại mà không nhận trả lời xác nhận gửi coi nhận khơng cịn tồn mạng Nó xóa tin khỏi hàng đợi đồng thời xóa địa nhận bảng địa Khi điều khiển nhận gói tin từ nút cảm biến, gửi trả lời xác nhận (ACK) cho nút cảm biến Để làm điều này, gói tin mà nút cảm biến gửi cần phải kèm theo địa logic nút cảm biến đồng thời gói tin ACK phải chứa địa nút cảm biến Bộ điều khiển nút chuyển tiếp sử dụng địa logic nút cảm biến để xác định nút chuyển tiếp nơi cần phải gửi gói tin ACK đến Trong ví dụ mơ tả hình III.5, nhận gói tin, điều khiển biết tin nút cảm biến 3.3.1.1 gửi đến Từ địa điều khiển gửi gói tin ACK (có kèm theo địa nút cảm biến 3.3.1.1) đến nút chuyển tiếp 76 Luận văn thạc sĩ kỹ thuật 3.3 Tại chuyển tiếp 3.3 sau xem xét địa 3.3.1.1, định (bằng cách tìm bảng địa địa phù hợp nhất) chuyển tin ACK đến nút 3.3.1 Tương tự gói tin ACK cuối đến đích nút 3.3.1.1 Nút cảm biến Nút chuyển tiếp 3.3.1.1 3.3.1 Nút chuyển tiếp Nút điều khiển 3.3 Message packet Send OK packet Message packet Send OK packet Message packet Send OK packet Send a monitoring data ACK Packet Send OK packet ACK Packet Send OK packet ACK Packet Send OK packet Hình III.5 Lưu đồ truyền gói tin mạng III.2.3 Quản lý lượng Các nút cảm biến nút chuyển tiếp sử dụng nguồn lượng hạn chế nút cần phải hoạt chế độ tiết kiệm lượng hầu hết thời gian Chế độ “sniff” truyền tin Bluetooth sử dụng cho mục đích Bình thường nút cảm biến nút chuyển tiếp chế độ “sniff” Khi có kiện xuất nút chuyển từ chế độ “sniff” sang chế độ tích cực để thực thao tác tương ứng Sau thực xong nút quay trở lại chế độ “sniff” để chờ kiện 77 Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Hình III.6 Lưu đồ hoạt động nút chuyển tiếp nút cảm biến Các kiện nút cảm biến bao gồm: • Sự kiện đo : nút cảm biến có chu kỳ đo , chu kỳ định thời gian nút cảm biến định Khi có kiện đo, nút cảm biến tiến hành đo sau gửi thông báo giá trị đo nút điều khiển Để gửi gói tin, nút cảm biến tìm bảng địa thơng tin nút cha Sau thực kết nối với nút cha để gửi gói tin • Sự kiện kết nối: nút cảm biến yêu cầu kết nối ba trường hợp o Kết nối để nhận gói tin trả lời Send OK nút cha: nút cảm biến đánh dấu tin chuyển thành công đến nút cha (nhưng chưa đến nút điều khiển) o Kết nối để nhận gói tin ACK: nút cảm biến xóa tin mà trước gửi tín gửi đến nút điều khiển gửi gói tín Send OK đến nút cha 78 Luận văn thạc sĩ kỹ thuật o Kết nối để trao đổi với nút thêm vào mạng yêu cầu trao đổi thông tin: nút cảm biến gửi thông tin BD_ADDR thông tin địa logic cho nút yêu cầu • Sự kiện timeout cho thủ tục tìm kiếm: nút mạng sau khoảng thời gian cần thực lại thủ tục tìm kiếm để biết xem nút khơng cịn tồn mạng nút thêm vào Khi kiện xảy nút cảm biến cần thực thủ tục tìm kiếm nút lân cận Đối với nút chuyển tiếp, kiện là: • Sự kiện kết nối o Chuyển gói tin: nút chuyển tiếp gửi trả lời Send OK sau chuyển tín mà nói nhận đến nút cha o Nhận gói tin Send OK: nút chuyển tiếp xóa tin mà chuyển gói tin Send Ok mà nhận xác nhận gói tin mà chuyển đến nút đích o Nhận gói tin ACK: nút chuyển tiếp thực chuyển gói ACK mà nhận đến nút tương ứng ( gói ACK gửi từ nút điều khiển đến nút cảm biến) o Trao đổi với nút thêm vào mạng yêu cầu trao đổi thông tin: (giống nút cảm biến) • Sự kiện timeout cho thủ tục tìm kiếm: nút mạng sau khoảng thời gian cần thực lại thủ tục tìm kiếm để biết xem nút khơng cịn tồn mạng nút thêm vào Khi kiện xảy nút cảm biến cần thực thủ tục tìm kiếm nút lân cận • Đối với nút điều khiển, kiện bao gồm: • Sự kiện kết nối: 79 Luận văn thạc sĩ kỹ thuật o Nhận gói tin (của cảm biến): nút điều khiển trả lời Send OK đến nút Sau gửi ACK đến nút để thống báo cho cảm biến o Nhận gói tin Send OK: nút điều khiển xóa gói tin ACK mà gửi o Trao đổi với nút thêm vào mạng yêu cầu trao đổi thông tin: (giống nút cảm biến) • Sự kiện timeout cho thủ tục tìm kiếm: nút mạng sau khoảng thời gian cần thực lại thủ tục tìm kiếm để biết xem nút khơng cịn tồn mạng nút thêm vào Khi kiện xảy nút cảm biến cần thực thủ tục tìm kiếm nút lân cận 80 Luận văn thạc sĩ kỹ thuật KẾT LUẬN Hiểu đặc trưng , yêu cầu mạng cảm biến không dây, cấu trúc mạng cảm biến không dây số dịch vụ giao thức truyền thông sử dụng mạng cảm biến không dây , chuẩn truyền tin không dây , cách thức thiết lập mạng cảm biến khơng dây Hiểu mơ hình tầng giao thức công nghệ bluetooth , chế độ hoạt động, kiểu địa thiết bị bluetooth , kiểu kiến trúc mạng công nghệ bluetooth Tự xây dựng quy trình thiết lập mạng cảm biến không dây sử dụng công nghệ bluetooth 81 Luận văn thạc sĩ kỹ thuật TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Al Mehairi, S.O.; Barada, H.; Al Qutayri, M., “Integration of Technologies for Smart Home Application”, IEEE/ACS International Conference, pp 241 – 246, 2007 [2] Bluetooth specification version 1.1 [3] Bluetooth Whitepaper 1.1, AU-System, Jannuary 2000 [4] Choi S-H, Kim B-K, Park J, Kang C-H, Eom D-S, “An Implementation of Wireless Sensor Network for Security System using Bluetooth”, IEEE Transactions on Consumer Electronics, Vol 50, No 1, February 2004 [5] David Kammer, Gordon McNutt, Brian Senese, Jennifer Bray, “Bluetooth application developer's guide”, Syngress Publisher, 2002 [6] Holger Karl, Andreas Willig, “Protocols and Architectures for Wireless Sensor Networks”, Wiley, 2005 [7] Ivan Stojmenovíc-Editor, “Hanbook of Sensor Networks Algorithms and Architectures”, Wiley, 2005 [8] National Semiconductor, “LMX982x BluetoothTM Serial Port Module”, April 2005 [9] Nokia, “Bluetooth Technology Overview”, April 2003 [10] Shan Q, Brown D, Liu Y, “Wireless Intelligent Temperature Sensor for Vehicle Refrigerator”, 2005 IEEE Workshop on Soft Computing in Industrial Application, Finland, pp 222-225, 2005 [11] Web http://wikipedia.com 82 ... tâm Một node cảm biến định nghĩa kết hợp cảm biến phận xử lý I.1.2 Mạng cảm biến không dây (WSNs) Mạng cảm biến không dây (WSNs) mạng cảm biến kết nối node cảm biến sóng vơ tuyến Mạng WSNs (Wireless... Chương I Mạng cảm biến không dây I.1 Tổng quan mạng cảm biến không dây (Wireless Networks Sensor) I.1.1 Giới thiệu mạng cảm biến 10 I.1.2 Mạng cảm biến không dây (WSNs)... không dây Chương I trình bày lý thuyết cấu trúc mạng cảm biến không dây: cấu trúc phần cứng, kiến trúc mạng, dịch vụ, giao thức sử dụng mạng cảm biến không dây ứng dụng mạng cảm biến không dây