Nghiên cứu các giao thức hiệu quả cho mạng đầu đo không dây wsn wireless sensor networks ứng dụng trong các hệ thống tự động cảnh báo hiểm họa

ttẰ \ị 'L - ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI “N ghiên cứu giao thức hiệu cho m n g đàu đo k h ô n g dây (W SN - W ireless Sensor N e tw o r k s) - ứ n g dụn g hộ thống tự đ ộ n g cảnh báo hiểm h ọ a ” (Studying Efficient Protocols fo r Wireless Sensor N etw orks - A pplication to D isaster Autom atically W arning System s.) BÁO CÁO TỎNG HỢP ĐÈ TÀI NGHIÊN c ứ u KHOA HỌC TRỌNG ĐIẺM CÁP ĐẠI HỌC QUÓC GIA HÀ NỘI Mã số QGTĐ.11.09 Chủ nhiệm đề tài: Vương Đạo Vy HÀ NỘI - 2013 M U C L U C G I Ả I T H Í C H C Á C C H Ữ V I Ẻ T T Ắ T DANH M UC B Ả N G DANH MUC CÁC HÌNH VẼ ỉ Đăt vấn đ ề : II Tồng quan vấn dề can nghiên c u IH Đia điểm thời gian phương pháp nghiên c ứ u IV Nôi dung vả kết nghiên c ứ u IV Mở đ ầu IV.2 Mỏ hình truyền thơng mang WSN vả giao thức hiẽu cho m ang 11 IV.2.1■Mơ hình truyền thơng thủ tuc MAC mang W S N 11 IV.2.2 Các nghiên cửu dinh tuyến mang W S N 15 IV.3 Thiết kế xây dưng thử nghiêm mang cảm nhân không dây 22 ’ I V C h o n IC m n ú t m a n g W S N .2 ' IV.3.2 Chon đầu đo, ghép nối với nút m an g : 24; IV H ê t h ố n g t u d ô n g t h e o d i , g i m s t v ả c ả n h b o t h e o t h i g i a n th c liê n t u c dài ngày sư kicn [91 31 IV V i ế t p h ầ n m ề m n h ú n g c h o n ú t m a n g ' IV.4.2 Phần mềm xử lý liêu cảnh báo sư cố P C 42 IV Các t h n g h i ê m .4 IV.5 Kết luân 53 V T h ả o lu â n , k ẽ t ỉu ả n v ả k i ê n n g h i 54 Tải liêu tham khảo Phụ lục A- minh chứng kết nghiên cứu Phụ lục B - Các văn giấy tờ p h p qu y thuộc đề tài '>6 C ĩ n v ) M Ỹ GIẢI TH ÍC H C Á C CHỮ VIÉT TẮ T CO M o n o x it c a c b o n K h í ca cb o n đ n xít EPB E n e rg y P er Bit N ă n g lượng m ộ t bít LEEN T h re s h o ld S ensitive E n erg y E fficient M n g m b iên h iệ u q u ả n ăn g lư ợ n g S e n s o r N e tw o rk n h ạy n g ỡ n g LQI L in k Q u a lity Indicator C hi thị chất lư ợ n g liên kết MEM M ic ro -E le c tro -M e c h a n ic a l Vi điện tử NEM N a n o -E le c tro -M e c h a n ic a l C điện t N a n ô M CFA M i n i m u m C o s t F o rw ard in g A lg o rith m G iải thuật c h u y ể n tiếp g iá tối thiểu W SN W ire less S e n s o r N e tw o rk M n g cảm b iến k h ô n g dây DANH SÁ CH NHỮNG NGƯỜI T H A M GIA T H Ụ C HIỆN ĐÈ TÀI T cá ch H ọ lên TT T ổ c ltử c c ô n g tác H ọ c h m , h ọ c vị V uơns Đạo Vy th a m g ia Chủ Trường ĐHCN- ĐHQG HN n h iệ m đề P G S T S tài Nguyễn Đình Thơng, GS TSK H Prof Dinh Thong Nguyen from the University of Tasmania, Australia, cán thỉnh giảng Bộ Bộ mơn điện tử-KT máy tính, TS ĐHCN- ĐHQG HN Hịa Quang Dự Sở vấn đ ề tà i môn hệ thong VT Trân Xuân Tú, Cố Trường ủ y v iên Kh C N thành phố Hải Phòng ủy v iên ThS, N C S Nguyễn Trọng Thể ủ y v iên T rư ng Đ H D L Hải Phòng T h S , N C S B ù i Đ ìn h T ủ, Khoa vật lý-công nghệ nano, trường ĐHCN, T h S , N C S ĐHQGHN Vũ Văn Phương, Bộ C R IIV C II ĐHCN- Đ H Q G H N Trân Hô Tât Đạt, Bộ môn điện tử-KT máy tính, Trườne CN, HVCH ĐHCN- ĐHQG HN Đơ Văn Hùng, Bộ mơn điện tử-KT máy tính, Trường CN ĐHCN- ĐHQG HN Mai Trường Giang Bộ môn điện tử-KT máy tính, CN ĐHCN- ĐHQG HN Phạm Đình Tn Bộ mơn điện tử-KT máy tính, ThS ĐHCN- ĐHQG HN ủ y viên môn H ệ thông Viên thông, Trường U y viên 10 Ị1 Trường Trườns, ủ y viên ủ y viên Ưỷ viên Thư đề tài ký i DANH MỤC BẢNG Bảng 1: Mô hình phần mềm nhúng 33 Bảng Các thông số liên quan giải thuật LEEN cải tiến 41 Bảng 3: Ket tổng hợp dòng điện tiêu thụ nút mạng trạng t h i 48 I DANtì MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình 1: Ba vùng nhận liệu truvền vô tuyến (a) liên kết thất thường không tin cậy ( b ) 10 H ìn h 2: M h ì n h l i ê n k ế t đ n g i ả n 11 Hình 3: Cơ cấu phát gói chậm 13 Mình 4: Định tuyển truyền đa bước từ nút s tới nút D (a); Bảng định tuyển nút (c, b ) Hình 5: Mơ hình dạng c â y 20 Hình 6: Các thành phân nút mạng W S N 22 Hình 7: Module C C 01 0E M 24 Hình 8: c ấ u tạo chung đầu đo điện h ó a 25 Hình 9: Đầu đo khí c o —AF (a) đáp ứng đầu đo theo bước nhảy từ đến 2% CO Mạch điều khiển đầu đo khí CO-AF (b) 26 Hình 10 Đầu đo khí CO-AF (a) Mạch điều khiển cho đầu đo khí điện hóa cực (h) 27 Hình 11: c ấ u tạo bên đầu đo áp suất (a) sơ đồ lối (b) 29 Hình 12: Đầu đo trước lắp ráp 30 Hình 13: Sơ đồ chân XFPM hình dáng bên ngồi đầu đo (a, b) sensor loại XFPM-200KPG, chân GND, chân Vout, chân làVcc( c ) .30 Hình 14: Ket đo điện áp độ cao mức nước (a) đồ thị kết ( b ) 31 Hình 15: Sự phụ thuộc giá trị mức nước kết đo (a) độ lệch điểm đo (b ) .31 Hình 16: Giới thiệu chế tạo tính nút mạng (a); Các nút mạng đầu đo áp suất chế thử (b) Các nút mạng, đầu đo thiết bị hệ thống hoàn thiện (c); Bộ xử lý tín hiệu có khả hiển thị thơng số đo đồng thời ( d ) 32 Hình 17: Sơ đồ thí nghiệm (a); ghcp nối đầu đo với nút mạng (b) giải thuật phàn mềm nhúng, ( c ) 36 Hình 18: c ấ u trúc liệu biểu diễn n h 40 Hình 19 Giản đồ giải thuật LEEN cải tiến 42 Hình 20: Giao diện cài đặt báo động vượt n g ỡ ng 43 Hình 21: Sơ đồ giao tiếp MS-2035 C C 1 44 Hình 22 Giao diện đồ họa thu thập liệu từ đầu đo (a) giao diện dạng text PC (b).; 45 Hình 23: Ket thí nghiệm truyền thông tin theo giải thuật LEEN cải tiến 46 Hình 24 : Giải thuật lặp cho nút cảm nhận đổ đo dòng điện tiêu thụ trang thái truyền, nhận xử lý liệ u .47 Hình 25: Dịng điện nút mạng cảm nhận (a), mạng cảnh báo (b), mạng giám sát cảnh báo (c) nút mạng truyền liệu (d) 47 Hình 26: Trích 200 mầu đo đê tính tốn so sánh 48 Hình 27: Thí nghiệm đo mẫu khí c o 0,2% (a) hiển thị kết đo(b) .49 TÓ M TẮT N H Ũ N G K ẾT QUẢ C H ÍN H CỦA ĐÈ TÀĨ N C K H Tên đề tài Tiêng Việt: “Nghiên cứu giao thức hiệu cho mạng cảm biến khôn? dây (WSN- Wireless Sensor Networks) - ứng dụng hệ thống tự độne; cảnh báo hiểm họa” Tiếng Anh: Studying Efficient Protocols for Wireless Sensor Networks - Application to Disaster Automatically Warning Systems Mã số: Q G TĐ -11-09 Chủ trì đề tài: Vương Đạo Vy Những kết chính: a Ket q uả khoa học: 03 báo cáo Hội nghị Khoa học: • 01 báo cáo Hội nghị Quốc tế Thiết bị mạch tích hợp Việt nam năm 1(ICDV 2011) Hà Nội tháng 8/2011 • 01 báo cáo Hội thảo Quốc tế Các hệ thốno, truyền thông (IWCS) Hà Nội tháng 10/2011 • 01 báo cáo Hội nghị Quốc tế Tính tốn thơne, minh, mơ hình mơ (CIMSim 2012) Kuantan, Malaysia tháng 9/2012 • Đăng 04 báo KH: - 01 báo KH đăng Proceeding Hội nghị Quốc tế Thiết bị mạch tích hợp Việt nam năm 1(ICDV 2011) Hà Nội tháng 8/2011, trang 117-122, ISBN: 978-4-88552-258-1 C3055 - 01 báo KH dăne; trona Proceeding Hội thảo Quốc tế Các hệ thống truyền thông (IWCS) Hà Nội tháng 10/2011, trang 84-88, NXB Đại học Quốc gia Hà Nội - 01 Proceeding Hội nghị Quốc tế Tính tốn thơna minh, mơ hình mỏ (CIMSim 2012) lại Kuantan, Malaysia tháng 9/2012, trang 416-421, ISSN 2166-8531, ISBN: 978-1-4673- 3113-5, website: : 10.1109/CÍMSim.2012.36 - 01 nhận đăng nước ngồi tạp chí Công nghệ thône tin hội tụ, JCIT, 2013, ISSN: 1975-9320 Sáng tạo-sáng chế: - 01 sản phẩm kết đề tài có tên “Automatic alarm system for the overflow threshold event - WSN1" tham gia Hội chợ triển lãm sáng tạo Quốc te Đài Loan năm 2011 (The 2011 Taipei International Invention show and Techmart - INST in Taipei Taiwan), eiải thưởng Huy chươne đồng Hội sở hữu trí tuệ sáng tạo giới - WIIPA, trao tặng - 01 đơn đăng ký sáng chế số 1-201 1-01792, tên sáng chế: “Thiết bị âo dùng dạy học” Cục sở hữu trí tuệ, Bộ Khoa học Cơng nghệ chấp nhận theo Quyết định số 34322/QĐ-SHTT, ngày 29/06/2012 b Ket phục vụ thực tế: c Ket đào tạo: •Hướng dẫn 06 học viên làm luận văn Thạc sĩ (03 học viên bảo vệ năm 2011; 02 học viên bảo vệ năm 2012 01 bảo vệ năm 2013) •Hướng dẫn 07 sinh viên làm khóa luận TN theo hướng đề tài (03 sinh viên lớp NVCL k53Đ 04 sinh viên lớp NVCL k54Đ ) •Hướng dần 05 sinh viên lớp NVCL k53Đ k54Đ nghiên cứu khoa học theo hướng đề tài - Hướng dẫn 02 NCS nghiên cứu theo hướng đề tài d Ket nâng cao tiềm lục khoa học: •Nâng cao trình độ lý thuyết, thực hành kỹ kiến thức phân lớp, thủ tục mạng cảm biến không dây, cách viết thực hành nhúng chương trình cho nút mạng WSN việc thiết kế chế tạo nút mạng cho cán bộ, học viên sinh viên tham gia nghiên cứu đề tài Sản phẩm đề tài hệ thống tự động cảnh báo (bao gốm 10 nút mạng cảm nhận không dây (CC1010), đầu đo áp suất, đầu đo khí CO phần mềm nhúng tương ứng Các sản phẩm dùng chung cho nghiên cứu WSN nhóm nRhiên cứu WSN tồn khoa Điện tử-Viễn thơng e Tình hình sử dụng kinh phí: Kinh phí sử dụng danh mục, mục đích tiến độ Được cấp 400.000.000đ (bổn trăm triệu đồng) Đã chi 400.000.000đ (bốn trăm triệu đồng) NỘI DUNG • I Đ ặt vấn đề: Đo, giám sát cảnh báo cố bất thường cách thường xuyên, liên tục diện rộng tiến hành cách tự độne có ý nghĩa thực tiễn lớn trở thành thực nhờ tiến công nghệ vi điện tử, cône nghệ phần mềm công nghệ chế tạo đầu đo công nghệ micro-, nano- điện từ (MEM, NEM) Một hệ tự động đo thực chức giám sát cảnh báo thơne, số mơi trườn®, kiện hình thành nhờ gọi mạng cảm nhận không dây - Wireless Sensore Network (WSN) Mạng nút mạng vi mạch có độ tích hợp cao, kết với đầu đo dạng MEM, NEM phần mềm nhúng nút mạne Các nút mạng trao đổi liệu dạng truyền sóng vơ tuyến, nghĩa kết nối không dày (wireless) chúng Mạne, không dây vậv không cần đến sở hạ tang (infrastructure) gọi mạng ad-hoc Tại đo, giám sát cảnh báo thông số môi trường, kiện cần mạng WSN với nút mạng vi mạch tích hợp cao, đầu đo dạng MEM, NEM truvền liệu khơng dây? Vì ứng dụng địi hỏi triển khai nút mạng khắp nơi, địa hình, không cần quan tâm đến vấn đề cung cấp điện cho nút mạng thời gian dài Chỉ có nút mạng WSN thỏa mãn yêu cầu cách lý tưởng Có nhiều thông số môi trường, kiện đáng quan tâm, giám sát báo động, thí dụ nhiễm khơne khí địa điểm tình hình mưa, lù sơng suối Neu đo xác, thường xuyên, liên tục tự động cảnh báo có ý nghĩa lớn Đe tài “Nghiên cứu giao thức hiệu cho mạng cảm nhận không dây (WSN- Wireless Sensor Networks) - ứng dụng hệ thống tự dộng cành báo hiêm họa” hướng đến ứng dụng thực tiễn cách hiệu Hệ thông tự động cảnh báo hiểm họa hệ thống xây dựng sở mạng cảm nhận không dây (WSN) Nó theo dõi giám sát mơi trường, kiện không cần can thiệp người Khi mơi trường kiện tình trạng khẩn cấp, khơng an tồn nguy hiểm hệ thống tự động cảnh báo để kịp thời đổi phó, tránh thiệt hại người tài sản Tuy nhiên vấn đề đặt cho nghiên cứu để thông tin thu tin cậy hệ thống làm việc hiệu quả, ôn định, lâu dài Đe giải quyết, đề tài tập trung nghiên cứu vấn đề: Chọn mơ hình truyền thơng cho mạng cảm nhận không dây, nghiên cứu áp dụng giải thuật xuyên lóp lớp liên kêt liệu lớp định tuyến (lớp mạng) đưa lại độ tin cậy hiệu quà năns, lượng cho mạng WSN Thiết kế, xây dựne thử nghiệm mạng không dây (gồm sổ nút mạng cảm nhận nút sở); Thử nghiệm vài loại đầu đo (áp suất, khí độc CO) ghép nối với nút mạng không dây; Thử nghiệm đánh giá hiệu vận dụ ne giải thuật nghiên cứu hệ thống, đồng thời thảo luận đề xuất II Tông qu an n h ũ n g vấn đề cần nghiên cứu Tổng quan mạng cảm nhận khôns đây; Nghiên cứu mơ hình vơ tuyến đặc thù mạng cảm nhận khơng dây, ca sở xác định giải thuật cần xây dựng nhằm mục tiêu hiệu lượng đạt độ tin cậy cao liệu trao đổi mạng Thiết kế chế tạo nút mạng, ghép với đầu đo khí độc; Xây dựne giải thuật giao thức chọn viết phần mềm nhúng vào nút mạng để thực giải thuật nói Hình thành hệ thống tự động cảnh báo hiểm họa bao gồm nút mạng, đầu đo, máy tính kết nối Internet phần mềm tương ứng Một số thử nghiệm để minh chứng đánh giá hiệu vận dụne, lý thuyết nghiên cứu đề xuất III Địa điêm thòi gian phương pháp nghiên cứu Các nghiên cứu tiến hành phịng thí nghiệm mơn Các hệ thống Viễn thơng mơn Điện tử- Kỹ thuật máy tính, khoa Điện tử-Viễn thông, trường ĐHCN-ĐHQG HN IV Nội dung kết nghiên cứu Mỏ đầu Khái niệm mạng hiểu tập hợp máy tính (gọi nút mạng - node) nối với đường truyền vật lý (gọi liên kết - links) theo kiến trúc (gọi cấu hình - topology) làm việc theo quy tắc quy ước định (gọi thủ tục - protocol) Mạng cảm nhận không dây (Wireless sensor network, viết tắt WSN) có điểm giống khác định nghĩa Nó có nút mạng - nodes, khơng phải máy tính mà mạch tích hợp (IC), thường gọi vi điều khiển (microctronler) Nó kết với liên kết sợi cáp hữu tuyến mà vô tuyến (wireless), sóng radio Nó có kiểu kiến trúc bất định, ad-hoe trao đổi liệu xem dạng lưới (mesh), khác dạng lưới có dáy chỗ, kết nối không thường xuyên bền vững Có điểm khác WSN với mạng máy tính thơng thường nút mạng có găn đâu đo (sensor) đê đo thơng sơ mơi trường nơi Dừ liệu trun mạng thông tin mà nút mạng thu nhận nơi đặt gửi nút sờ (base node) Sự phong phú liệu tùy thuộc số lượng đầu đo gắn vào nút mạng (áp suất, nhiệt độ, độ ẩm, độ rung động, độ ồn, nồng độ pH, độ bụi, độ mặn, khí dộc ) Thông tin cỏ thể truyền dịnh kỳ, thường xuyên, theo thời gian thực nút sở, tùy thuộc vào chương trình nhúng nút mạng Chương trình nhúng nút mạng quy định cách thức làm việc mạng, khái quát thủ tục mạng Nghiên cứu thuộc tính vơ tuyến liên kết không dây thiết bị cảm nhận công suất thấp không tin cậy Đặc biệt tồn ba vùng nhận Điểu kiện thực TT M ục tiêu Sản phẵm Các nội dung, hoạt động ch ủ yếu - Hoạt động Dự kiến kinh phí 15 Viết phần mềm nhúng cho nút mạng thực thu thập thông tin qua giao diện đầu đo nút mạng 15 - Hoạt động 2: Viết phần mềm nhúng cho nút mạng thực xử lý thơng tin thu đế biết có vượt ngưỡng hay không - Hoạt động 3: Viểt phần mềm nhúng thực việc truyền, nhận chuyển tiếp thông tin Cả nhản, tổ chức thực * Vương Đạo Vy PGS.TS; Đỗ Văn Hùng, CN; Mai Trường Giang CN; Trần Hồ Tất Đạt, CN, HVCH Vương Đạo Vy PGS.TS;ĐỖ Văn Hùng, CN; Mai Trường Giang CN; Trần Hồ Tất Đạt, CN, HVCH Thài gian (bắt đầu, kết thúc) 112011 đến 12 -2011 15 mạng theo giải thuật chọn 4 Viết phần rnêm thu nhận liệu qua máy tính PC, điều khiển cảnh báo Xây dựng website 4.1 Viết phần mềm nút sờ phàn mềm thu nhận liệu qua giao diên nút mạng sở với máy tính PC, xử lý, điều khiên cảnh báo xây dựng website sau Nội dung 4.1 45 Vương Đạo Vy Viết phần mêm cho máy PGS.TS; tính PC thu thập hình Mai Trường thành CSDL loại SQL; Giang Viết phần mềm xử lý cảnh báo băng âm cô CN; Trần Hồ Tất Đạt, vượt ngưỡng CN, HVCH Xây dựng website, tự động cập nhật liệu từ CSDL lên 24 112011 đến ] -2011 Điêu kiện thực TT Mục tiêu Sản phàm Các nội dunghoại động chù yêu Dự kiến kinh phí Cá nhãn, tồ chức thực * tự động cập nhật thơng tin tự động cập nhật thông tin lên website -Hoạt động 15 Vương Đạo Vy Viết phần mềm cho máy PGS.TS; tính PC để thu thập xây Mai Trường dựng sở liệu (CSDL) Giang loại SQL 11 đếi -2C CN; - Hoạt động 2: Viết phàn mềm xử lý cảnh g đ th Trần Hồ Tất Đạt, 15 CN, HVCH 15 Vương Đạo Vy báo âm cố vượt ngưỡng; xây dụ n g giao diện người máy thuận lợi cho người sử dụng - Hoạt động 3: Xây dựng website, tự động PGS.TS; cập nhật liệu từ CSDL Mai Trườnơ lên theo chu kỳ đêu Giang đặn CN; Trần Hồ Tất D t CN ,HVCH 25 11201 đôn -2 : Điều kiện thực TT Mục tiêu Sàn phẩm Các nội dung, hoạt động chủ yếu Dự kiến kinh phí Cá nhân, tổ chức thực * Nội dung 5.1 47 Nguyễn Đình 5.1 Nghiên Nghiên cứu Xây dựng mơ hình truyền Thơng, cứu tốn học thơng vơ tuyển đặc thù cho GS TSKH; Hịa Quang Dự mơ hình mơ hình mạng WSN nhàm tăng trun truyền thơng cường độ tin cậy hệ thông vô vô tuyên đặc thống cảnh báo tuyên thù cho mạng cho WSN: truyền mạng lan WSN khoảng cách Thời gian (bắt đầu, kết thúc) 62011 đến 62012 ThS, NCS; Nguyễn Trọng Thể ThS.,NCS; ngan, suất ThS Đinh Thị Thái Mai cơng truyền - Hoạt động 15 Nguyễn Đình nhỏ, mật độ Nghiên cứu mơ hình Thơng, nút mạng truyền vơ truyến chung, GS.TSKH; dày đặc, địa tìm điêm đặc thù Hịa Quang Dự hình truyền thông vô tuyên truyên lan đa dạng, cân xây dựng mơ hình tốn học mạng WSN thách thức cần vượt qua để bít Nguyễn Trọng Thể bảo đảm tin cậy ThS., NCS; li ệu t r u y ề n n h ậ n ThS Đinh Thị bảo đảm tỉ lệ lỗi ThS, NCS; Thái Mai nhị, gói tin ít, 26 620 11 đến 62012 Đ iều kiện thự c 7Ì TT M ụ c tiêu S ản p h ẩ m Các nội dung, hoạt động chủ yếu Dự kiến kinh phỉ Cả nhân, to chức thực * g‘ (l ị th tì lệ truyền nhận cao cho hệ thống cảnh báo cô vượt ngưỡng tăng độ tin cậy, kiểm chứng thực tế Nguyễn Đình 6- Xây dựng mơ hình truyền Thơng, 20 : thơng vô tuyến phù hợp GS TSKH; với đặc điểm mạng Hòa Quang Dự - Hoạt động 2: 15 WSN hệ thống cảnh ThS, NCS; báo cổ vượt ngưỡng Nguyễn Trọng - Hoạt động 3: Thể Viết phần mềm nhúng ThS., NCS; tương ứng với mô hinh công bố kết truyên thông giải 10 ThS Đinh Thị 'ĩhái Mai thuật lựa chọn - Hoạt động 4: Tiên hành chạy phân mêm inạng thực, đo thử nghiệm, xử lý sô 07 liệu, đánh giá công bố kêt Tổng cộng 197 ;// H Ì N H T H Ứ C S Â N p H Á M K H O A H Ọ C C Ủ A Đ Ế TÀI 20 Cấu trúc dự kiến báo cáo kết đề tài - Báo cáo tông quan đê tài - Các nội dung khoa học (5 nội dung) thực hiện, kêt nhận xét đánh giá - Các nội dung đào tạo đạt cùa đề tài 27 đếr 20 ] - Các sản phâm thu dược đê tài - Các cơng trình báo cáo công bố đề tài - Các tư liệu KH &CN cùa đề tài (sơ đồ nguyên lý mạch điện tử, mạch chế tạo, mạch in, mã nguồn phần mềm nhúng, mã nguồn phần mềm xử lý, điều khiển sở liệu PC) 21 Bài báo, báo cáo, sách chuyên khảo: - số báo đăng tạp chí quốc gia: 01 - số đãng tạp chí quốc tế: 01 - sổ b o cá o k h o a h ọ c hội n g h ị k h o a h ọ c t r o n g n c : 02 - Sô b o c o k h o a h ọ c h ộ i n g h ị k h o a h ọ c q u ô c tế: 01 - Đãng ký bảo hộ giải pháp hữu ích 01 sản phẩm - Sách chuyên khảo sản phẩm khác dự kiến công bố: 01 sách chuyên đê STT Nội dung yêu cầu K H cần đạt Dự kiến ri(ri công bố Ghi đê: Dùng làm tài liệu Nhà Xuât Đại Đã đăng ký viêt toán tham khảo, sách học học Quốc Gia Hà với cho Nội C N ĐT -V T Tên sản phẩm Sách chuyên “Mạng tính cảm biến không dây” sinh viên thống Viễn thông Hệ thông cảnh báo Độ xác cảnh - Tạp chí cơng nghệ cố vượt ngưỡne báo, độ tin cậy, tính th ô n g tin v truyền sỡ mạng WSN kịp thơng tạp chí thời tính hiệu khoa học công hệ thống nghệ (VN) khẩn trương - Đăng ký Bằng độc quyền giải pháp hữu ích Những đặc diêm thiêt Tính đa năng, linh - Báo cáo hội nghị kế chế tạo nút mạng hoạt lợi KH toàn quốc cảm biến không dâv khai thác, sử vô tuyến điện tử đa chức dụng năng, linh tiện nút 28 mạne Trường ĐHCN chuyên đề Các hệ Khoa hội nghị ST T hoạt xây D ự kiến nơi công bo N ội dung yêu cầu K H cán đạt Tên sản phẩm dụng WSN Ghi công nghệ thông mạng WSN kết nối tin Internet thông Đăng truyền kỷ yếu hội nghị, hội thảo Mô hỉnh truyên vô Truyên liệu tin - Đăng tuyến đặc thù mạng cậy, hiệu truyền W SN úng dụng nhận cao tạp chí quốc tế cảnh báo cố vượt ngưỡng 22 Phương pháp; tiêu chuẩn; Quy phạm; Phần mềm máy tính; Bản vẽ thict kế; Quy trình cơng nghệ; So đồ, đồ; số liệu, co sở liệu; Báo cáo phân tích; Tài liệu dự báo (phương pháp, quy trình, mơ hình, ), Đe án, quy hoạch; luận chứng kinh tế kỹ thuật sản phẩm khác STT Ghi Tên sản phẩm Yêu cầu khoa học Sơ đô thiêt kê chê tạo nút Sơ đô khôi + sơ đô chức năne mạng W SN chi tiết + sơ đồ mạch in + 'các thích kèm theo tiêu chuân kỹ thuật linh kiện sơ đô £ Sơ đô ghcp nồi loại đâu đo Sơ đồ khôi sơ đồ chi tiêt + phần mềm thực giao phần mã ngn chương trình tiếp đầu đo nút mạng giao tiếp giao diện Bản thuyêt minh kêt Thuyêt minh + số ỉiệu mô thực đề tài + sổ liệu đo băng thực nghiệm + ảnh thành phần hệ thống 23 Sản phâra công nghệ: 29 chụp Mau (model, maket); Sản phẩm (là hàne hóa tiêu thụ thị trường); Vật liệu; Thiết bị máy móc; dây chuyền công nghệ; STT Tên sản phẩm cụ thể tiêu chai lượng chủ yếu sản phẩm Nút mạng W SN Đơn vị đo Chiếc (nodes) + đầu đo Chãi lượng Mâu tương tư Trong nước cần đat (theo tiêu chuẩn m ói nhất) Thê giới Dự kiến số lượng/ quy mô sản phàm Thực Thực 10 nút mạng + chức chức mạng, đầu đo mạng, chức cảm biến chức cảm biến (sensoring) (sensoring) Hệ thống tự động Một Gôm cảnh báo cố vượt hệ + ngưỡng thống mạng + máy truyền nhận gói nút mạng + tính + tin thành cơng máy tính PC + phần có cố; yếu website sensor nút PC Đánh giá độ tin 01 hệ thống (bao cậy theo tỉ lệ gồm đầu đo + riêng mêm nhúng tố châp hành khác cho + hệ thống phát cố ừên Internet) cảnh háo âm phát âm thanh, xuất thông tin Internet + hệ thống website 24 Sản phâm dự kiến đăng ký bảo hộ quyền sỏ hữu cơng nghiệp, giải pháp hữu ích, băng sáng chế Dự kiên dăng ký bảo hộ giải pháp hữu ích 01 sản phấm: - H ệ thơng tự động cảnh báo cố vượt ngưỡng: mạng WSN + dầu đo + máy tính PC + mã nguôn phân niêm nút mạng, mã nguôn thu thập xử lý liệu, cành báo PC, giải thuật phần mềm cập nhật tự động thông tin lên website 25 Sản phẩm đào tạo ST T Cấp đào tào tạo Hô trợ đào tạo Tiên sỹ Sổ lượng 02 Ghi (dự Nhiệm vụ giao liên quan đến đề tài kiến kinh phí, triêu đồng) - Tone quan, phân tích, so sánh, tìm giải thuật phán tuyến mạng WSN hiệu nănelượna 30 60 - Viêt phân mém nhúng cho nút m n e thực chức thu thập, xử lý sổ liệu tr u y ê n n h ậ n c h u y ê n tiêp d ữ liệu t h e o giải thuật định tuyến chọn Thạc sỹ 04 - Thiêt kê chê tạo nút mạng có nhiêu chức 45 năng, linh hoạt tiện lợi khai thác, sử dụng - Ghép nối đầu đo với nút mạng viết p h ầ n m ề m th u n h ậ n liệu qu a g i a o diện ghép đầu đo-nút mạng - Ghép nút mạng sở với máy tính PC, viết phần mềm nhận liệu, xử lý cảnh báo bàng âm - Ghép nối hệ thống với Internet, viết phân m ềm c ậ p n h ậ t t h ô n g tin hệ t h ô n g lên website Cử nhân 04 Môi CN nửa nhiệm vụ môi học viên cao học 26 Các sản phẩm khác (Ghi rõ : Họp đơng, sá ch ) Đ ã đăng ký hợp đồng N C K H năm 201 ỉ phát cành báo tự động chât khí thải độc hại vượt ngưỡng từ sổ doanh nghiệp sản xuất thép với Sở KH & CN thành phơ Hải phịng (hiện đane chờ duyệt) IV K H Ả N Ă N G Ứ N G D Ự N G VÀ T Á C Đ Ộ N G C Ủ A K Ế T Q U Ả N G H I Ê N c ứ u 27 - Khả ứng dụng kết nghiên cứu 27.1 Khả ứng dụng lĩnh vực đào tạo, nghiên cứu khoa học & cơng nghệ, sách, quản ỉý Tạo hệ thống tự động hoàn chinh, có mạng WSN với 10 nút mạng ỉà lõi cùa hệ thống Hệ thống giúp kiể m chứng nhữne nghiên cứu vê mạng WSN lĩnh vực điều khiển thâm nhập môi trườne (MAC) lĩnh vực phân tuyên 31 mạ ng (Routing) Đây những; lĩnh vực nshiên cứu sôi động giới, nhiên kiêm chứng nghiên cứu phần nhiều qua phân tích m phỏng, độ tin cậy không cao bằne kiểm ch ừn s thực tế mạng Trong đề tài nà y xây dựng hệ thống m ạng gôm 10 nút nhàm phục vụ đo kiêm nghiên cứu lý thuyêt 27.2 Khả ứng dụng thực tiễn ( phát triên kinh tế -XH, sản xuất hàng hóa ) Hệ thơng cảnh báo tự động cô vượt ngưỡng nhu cầu lớn phát triển kinh tế xã hội Nếu hệ thống đưa vào vận hành cụ thể đem lại an tồn tính m ạng người tài sản, có ý nghĩa kinh tế xã hội 27.3 Khả liên doanh liên kết vói doanh nghiệp trình nghiên cứu Hiện đê tài dự kiến liên kết với sở Khoa học & Công nghệ thành phố Hải Phòng để tiên hành thử nghiệm hệ thống T rong q trình thực đề tài tìm đối tác doanh n ghiệp để liên kêt, tìm đầu trực tiếp cho sản phẩm 28 - Phạm vi địa (dự kiến) ừng dung kết cửa đề tài Hệ thông tự động cảnh báo cố mơ hình mờ, thay đầu đo thích hợp hệ thống có the ứng dụng cho mục đích khác Có thể khả íme dụng y tế theo dõi nhiệt độ, huyết áp bệnh nhân liên tục ngày đêm, cảnh báo nh ững giá trị vượt ngưỡng cho phép Khi hệ thống ứng dụng sàn xuất nơng nghiệp, theo dõi độ ẩm đất, khơng khí, theo dõi nhiệt độ, nơng độ ao hô nuôi trồng thủy hải sản đê cảnh báo tự động tức oxv thời; Khi hệ thống úng dựng phịng hộ chơng cháy rừng, cành báo mưa lũ, có thê đo nhiệt độ, lượng mưa, mức nước sông suối đê cành báo tự động vượt ngưỡng cho phép, v.v 29 - Tác động lợi ích mang lại kết nghiên cứu 29.1 Đối vói lĩnh vực KH&CN có liên quan Kêt nghiên cứu mơ hình vơ tuyến mạng WSN, giải thuật phân tuyến, điêu khiên thâm nhập môi trườne hiệu lượng ứng dụng mạ ne W SN cảnh báo đóng góp cho khoa học trone nước nói riêng thê giới nói chung 32 29.2 Đối vói kinh tế - xã hội bảo vệ môi trưcrag Kêt đê tài m hướng ứng dụne K_H C N tiên tiến, hứa hẹn đáp ứng nhiêu ứng dụng, m a n g lại hiệu kinh tế-xã hội môi trường (đặc biệt nhấn mạnh vê hiệu bảo vệ mơi trường) 29.3 Đơi vói tơ chức chù trì sở úng dụng kết oghiên cứu Tơ chức chủ trì Đại học Quốc gia Hà Nội, trường Đại học Cơng Nghệ, đề tài có ý nghĩa việc nghiên cứu ứng dụng thành tựu khoa học cơng nghệ cao vào thực tiên Nó đáp ứng tiêu chí đại học nghiên cứu nâng cao trình độ cán bộ, giảng viên tham gia đề tài; góp phần vào cơng tác đào tạo , đặc biệt đào tạo NCS, đào tạo Thạc sỹ, xây dựng sở vật chất cho PTN nghiên cứu lĩnh vực mạng không dâyWSN Đôi với sở ứng dụng kết nghiên cứu, hiệu cành báo khách quan, chinh xác, nhanh chóng, kịp thời, rộng khẳp đưa đến an toàn trone vận hành, sản xuât, tránh tổn thất mát nói chung, đặc biệt người tài sản 29.4 Kinh phí nguồn lực khác mà đề tài có the đem lại N hà trường ký hợp đồng ứng dụng kết đề tài vào thực tế sản xuất, đời sống, y tể, quốc phòng, v.v 33 V K IN H PHÍ T H ự C HIỆN ĐỀ T À I - T ong kinh p h í thự c âề i: d ự kiến 0 triệu đ n g - Phân bể kinh phí: Đơn vị tính: Triệu đồng Kinh phí Năm thứ Nội dung STT Năm thứ 1 Xây dựng đê cương chi tiêt 2 Thu thập viết tổng quan tài liệu Thu thập tư liệu (mua, thuê) Dịch tài liệu tham khảo (sô trang xđon giá) Viêt tông quan tư liệu (2 báo cáo tổng quan) Điêu tra, khảo sát, thí nghiệm, thu thập sơ liệu, nghiên 92 150 92 150 30 10 cứu, Chi phí tàu xe, cơng tác phí Chi phí thuê mướn Chi phí hoạt động chun mơn Chi phí cho đào tạo Th, mua sắm trang thiết bi, nguyên vật liệu Thuê trang thiêt bị Mua trang thiêt bị Mua nguyên vật liệu, Viết báo cáo khoa học nghiệm thu 30 Viêt báo cáo 12 Hội thào Nghiệm thu 10 Chi khác 20 20 Mua văn phòng phâm In ân, photocopy Quàn lý phi ĐHQGHN Quản lý phi chủ trì đê tài 8 Đăng ký giải pháp hữu ích Tơng kinh phí 40 150 34 250 Ngày cZ, N gày 2ũt h n g ' n a m 2011 tháng năm 2011 ^^foTíiữ^t£uởng đon vị / / ỉ!:j;-ũjí \ W -ĐAI H Ọ (5 = zfé f~ ~ CŨNG Ni ’f i t J j T PGS.TS Vương Đạo Vy PHÊ DUYỆT CỦA GIÁM ĐÓC ĐHQGHN KT GIÁM ĐỐC Ậ / VŨ MINH GIANG 35 K/T Hl' U ĨRƯC- hi ệu t r PROJECT SUMMARY Project title : “ Studying Efficient Protocols for Wireless Sensor Networks - Application to Disaster Autom atically Warning Systems” Code number: QGTĐ.11.9 Coordinator: Vuong Dao Vy Implementing Institution: University of Engineering and Technology Cooperating Institution(s): Duration: from 08/2011 To 08/2013 Objectives: - Theoretically combination network protocols for wireless sensor network in order using the effectively energy, increasing the network’ s lifetime, performing the transparence communications between difference networks Decreasing bit eưor rate and data losing, increasing the reliable data transferring is ensured by studding the wireless communication model for WSN Learning and creating the Disaster Automatically Warning Systems using WSN (10 nodes + sensors + Computer + Internet), which ability communication w ith Internet The prototype o f Automatically Warning Systems consists o f hardware and software that are network protocols and wireless model for WSN The system w ill warn when the toxic CO overflow the predetermine threshold Main contents: a This studying focus to use WSN so that energy effectively and the WSN can transparency communication w ith another networks such as wire networks, Internet Some routing and media access control protocols are learned and programmed to embed into network nodes for these purposes b The second study is finding the wireless mode! for WSN in order ensure decreasing bit error rate and data losing transfer, increasing the reliable data transferring c The third, learning and fabricating the automatic alarm system for the overflow threshold event in order to apply the above theory studies d The final, implementing experiments and obtaining the results in order to certify the corrcct o f the studies Results obtained: a S c ie n tific o u tco m e : • 01 report in the 201 ] International conference on Integrated Circuit and Devices in Vietnam, 201 1-IC D V 2011 • 01 report in the International Workshop on Communication Systems, 2011 - IWCS20] • 01 report in the -4th International Conference on Computational Intelligence, Modeling and Simulation, Kuantan, Pahang, Malaysia, 25-27 September, 2012- CIM Sirn 2012 S o m e sc ie n tific w orks are ad vertised : - 01 advertises in a paper on ICDV 2011, p l 17-122, ISBN: 978-4-88552-258-1 C3055 - 01 advertises in a paper on IWCS 2011, p.84-88, ISBN: 978-4-88552-258-1 C3055 - 01 advertises in a paper on CIMSim 2012, Paper ID: #1569655025 p 416 -421, ISSN 21668531, Print ISBN: 978-1-4673-31 13-5, INSPEC Accession Number: 13116094 Digital Object Identifier: 10.1109/CIMSim.2Q12.36 and published on IEEE Xplore at the web site: littf)://ieeexplore.ieee.ar^/xpl/login.isp?tp-&amiiiTibei-6338114&url-http%3A%2F%2Fieeexplore.iee e.Ofg%2Fxpls%2Fabs all.jsp%3Famumber%3D6338114 - The paper, Data Distributed Processing Algorithms and Prototype Implementation Wireless Sensor Networks for Environment M onitoring and Disaster Warning Applications, Has been accepted to advertise on the Journal o f Convergence Information Technology (ISS 1975-9320) Checking the status o f the paper on "M y Page" at website: http://www.aicit.Org/i Invention and intellectual property: - 01 Bronze medal is presented to Vuong Dao V y from University o f Engineering a Technology - Vietnam National University in Hanoi in recognition for the invention Automatic alarm system for the overflow threshold event - WSN1 by WIIPA at the 20 Taipei International Invention show and Techmart —INST in Taipei, Taiwan - 01 Invention Register Application o f number 1-2011-01792 o f “ Education Measuremi Equipment” is accepted by the Intellectual Property Department o f the Scientific a Technology M inister at the Determine o f number 34322/QD-SHTT date 29 June 2012 b A p p lic a tio n -o r ie n te d results: Technical solution have been established, including a hardware prototype (01 toxic CO sens< 10 nodes o f WSN on CC1010) and embeded software, for the implementation the wirele sensor network for data acquisition, displaying and warning frequently c T in in g : • 02 PhD student (now one is in the foreign country) and (05+01=06) graduate students (02+04-06) undergraduate students participated in the project and accomplished their the' on the 2010-2011 and 2011-2012 courses respect cl R e s o u r c e d e v e lo p m e n t: Members o f the project include lectures, researchers and son graduate and undergraduate students o f the Electronics and Computer engineering, M icr electronic and Micro-Mechanical Systems department o f the Faculty o f Electronics Telecommunications, Networking and computer communication Department o f the Faculty ' Information Technology, University o f Engineering and Technology By participating in tl project, they were given an opportunity to equip themselves w ith knowledge in the domain I wireless sensor networks The project have also the hardware and software parts, whit currently assigned to the Electronics and Computer Engineering department, could be also USÍ for other research project in other department o f the Faculty o f Electronics ar Telecommunications d B u d g e t: Allocated: 400 millions VND Spend: 400 m illions VND Signature PH IÉ U ĐĂNG KÝ KÉT QUẢ NGH IÊN c ứ u CỦA ĐÈ TÀI, D ự ÁN KHCN Tên đề tài, dự án: “ N ghiên cứu giao thức hiệu cho m ạng cảm biến không dây (W S N - W ireless Sensor N etw orks) - úng dụng hệ thống tự động cảnh báo hiểm họa” M ã số Q G T Đ 11.09 Cơ quan quản lý đê tài: Đại học Quôc gia Hà Nội Địa chi: 144 Xuân Thủy, cầu giấy, Hà Nội Điện thoại: (043) 834-0564 Cơ quan chủ trì đê tài: Trường Đại học Cơng nghệ, Đại học Quôc gia Hà Nội Địa chi: Nhà E3, 144 Xuân Thủy, cầu Giấy, Hà Nội Điện thoại: (043) 754 74 61 Tơng chi phí thực chi: 400.000.000 VN Đ (Bơn trăm triệu đơng) Trong đó: - Từ ngân sách Nhà nước: 400.000.000 VN Đ (Bốn trăm triệu đồng) Thời gian nghiên cứu: Thời gian bắt đầu: Thời gian kết thúc: Tên cán phôi hợp nghiên cứu: - Chủ trì đề tài: Vương Đạo Vy - Nhũng người tham gia: Nguyễn Đình Thơng, GS Prof Dinh Thong Nguyen from the University of Tasmania, TSKH Australia, cán thinh giảng Bộ môn hệ thong VT Trân Xuân Tú, PGS TS Bộ môn điện tử-KT máy tính, ĐHCN- ĐHQG HN Hịa Quang Dự, ThS, NCS Sỏ' KH CN thành phơ Hải Phịng Ngun Trọng Thê, ThS., NCS Truong Đ H D L Hải Phòng Bùi Đ inh Tú, ThS.; NCS Khoa vật lý-cône nghệ nano, ĐHCN, ĐHQGHN Đinh T hị Thải Mai, ThS , NCS Bộ môn Các HTVT, trường ĐHCN- ĐHQG HN Vũ Ván Phuong, CN, HVCH Bộ môn Hệ thông Viên ihông, ĐHCN- ĐHQG HN Đậng T hị Sương, CN, HVCH môn Hệ thông Viên thông, ĐHCN- ĐHQG HN Trân Hô Tât Đạt, CN, HVCH Bộ mơn điện từ-KT máy tính, ĐHCN- ĐHQG HN Đô Văn Hùng, CN Bộ môn điện tử-KT máy tính, ĐHCN- ĐHQG HN Mai Trường Giang, CN Bộ mơn điện tử-KT máy tính, ĐHCN- ĐHQG HN Phạm Đình Tn, ThS Bộ mơn điện tử-KT máy tính, ĐHCN- ĐHQG HN Số đăng ký đề tài: Ngày: Tóm tắt kết nghiên cứu: ... không dây (WSN- Wireless Sensor Networks) - ứng dụng hệ thống tự dộng cành báo hiêm họa? ?? hướng đến ứng dụng thực tiễn cách hiệu Hệ thông tự động cảnh báo hiểm họa hệ thống xây dựng sở mạng cảm... ? ?Nghiên cứu giao thức hiệu cho mạng cảm biến khôn? dây (WSN- Wireless Sensor Networks) - ứng dụng hệ thống tự độne; cảnh báo hiểm họa? ?? Tiếng Anh: Studying Efficient Protocols for Wireless Sensor Networks. .. phục gói lóp liên kết cho hệ thống tự động cảnh báo hiểm họa sở mạng WSN IV.2.2 Các nghiên cứu định tuyến m ạng WSN Giao thức định tuyển lớp mạng phân loại thiết kế tương ứng với thủ tục thâm