Mạng cảm nhận không dây và định thời truyền không dây dữ liệu cho nút mạng wsn

Mạng cảm nhận không dây định thời truyền không dây liệu cho nút mạng Wsn Mục Lục LỜI CẢM ƠN GIỚI THIỆU Chƣơng 1:TỔNG QUAN VỀ MẠNG CẢM NHẬN KHÔNG DÂY WSN-WIRELESS SENSOR NETWORK 1.1 Định nghĩa 1.2 Các thiết bị WSN 1.3 Kiến trúc nút mạng 1.4 Đặc trƣng cấu hình mạng cảm nhận không dây 10 1.5 Một số chuẩn mạng cảm nhận không dây 11 1.6 Ứng dụng mạng cảm nhận không dây 12 1.7 Yêu cầu mạng cảm nhận không dây 13 1.8 Mục tiêu mạng cảm nhận không dây 14 1.9 Ƣu/nhƣợc điểm mạng cảm nhận không dây 15 1.10 Đặc điểm mạng cảm nhận không dây 16 Chƣơng 2:ĐIỀU KHIỂN THÂM NHẬP MÔI TRƢỜNG VÀ GIAO THỨC LẬP LỊCH NGỦ TẬP TRUNG 17 2.1 Giới thiệu giao thức MAC-Medium Access Control 17 2.2 Một số giao thức MAC truyền thống 19 2.2.1 Giao thức Aloha 19 2.2.2 Giao thức CSMA(Carrier Sense Medium Access) 21 2.2.3 Giao thức MACA(Medium Access Collision Avoidance) 23 2.3 Giao thức lập lịch 24 2.3.1 Cảm ứng MAC(S-MAC) 24 2.3.2 Timeout MAC(T-MAC) 27 2.3.3 MAC hội tụ liệu(D-MAC) 28 2.3.4 Lập lịch tập trung 30 Chƣơng 3:THỬ NGHIỆM CHƢƠNG TRÌNH 33 3.1 Thiết bị sử dụng chƣơng trình 33 3.2 Phần mềm nhúng 35 3.2.1 Tổng quan phần mềm nhúng 35 3.2.2 Các bƣớc xây dựng phần mềm nhúng 36 3.2.3 Phần mềm nhúng viết cho CC1010 37 3.3 Thử nghiệm chƣơng trình-Giải thuật cho giao thức lập lịch tập trung(Polling) 40 3.4 Một số hình ảnh thử nghiệm chƣơng trình 43 Kết luận 45 Tài liệu tham khảo 47 Vũ Thị Phƣơng Thảo Mạng cảm nhận không dây định thời truyền không dây liệu cho nút mạng Wsn LỜI CẢM ƠN Em x – Em xin chân thành cảm ơn tất thầy cô giáo khoa Công nghệ thông tin - Trƣờng Đại học dân lập Hải Phịng nhiệt tình giảng dạy cung cấp kiến thức quý báu để em hồn thành tốt khóa luận tốt nghiệp Cuối cùng, em xin cảm ơn tất bạn động viên, góp ý trao đổi hỗ trợ cho em suốt thời gian vừa qua Vì thời gian thực tập có hạn, trình độ thân cịn nhiều hạn chế Cho nên đề tài không tránh khỏi thiếu sót, em mong đƣợc góp ý quý báu tất thầy cô giáo nhƣ bạn để đề tài em đƣợc hoàn thiện Em xin chân thành cảm ơn! Vũ Thị Phƣơng Thảo Mạng cảm nhận không dây định thời truyền không dây liệu cho nút mạng Wsn GIỚI THIỆU Những kỹ thuật tiên tiến gần cho ta số lƣợng lớn nguồn lƣợng thấp tƣơng lai.Những thiết bị cảm nhận rẻ đƣợc nhúng dầy đặc môi trƣờng vật lý,hoạt động chung mạng không dây.Những ứng dụng mạng cảm nhận không dây bao gồm vùng rộng lớn:quan sát môi trƣờng sinh thái,giám định cấu trúc sức khỏe,dị tìm chất gây nhiễm mơi trƣờng,điều khiển xử lý cơng nghiệp,tìm đƣờng mục tiêu qn sự, Mạng cảm biến vơ tuyến (WSN) hiểu đơn giản mạng liên kết node với kết nối sóng vơ tuyến (RF connection) node mạng thƣờng (thiết bị) đơn giản , nhỏ gọn, giá thành thấp có số lƣợng lớn, đƣợc phân bố cách khơng có hệ thống (non-topology) diện tích rộng (phạm vi hoạt động rộng), sử dụng nguồn lƣợng hạn chế (pin), có thời gian hoạt động lâu dài (vài tháng đến vài năm) hoạt động mơi trƣờng khắc nghiệt (chất độc, ô nhiễm, nhiệt độ ) Các node mạng thƣờng có chức sensing (sensor node): cảm ứng, quan sát môi trƣờng xung quanh nhƣ:nhiệt độ, độ ẩm, ánh sáng theo dõi hay định vị mục tiêu cố định di động Các node giao tiếp ad-hoc với truyền liệu trung tâm (base station) cách gián tiếp kỹ thuật multi-hop Lƣu lƣợng (traffic) liệu lƣu thông WSN thấp ko liên tục Do để tiết kiệm lƣợng, sensor node thƣờng có nhiều trạng thái hoạt động (active mode) trạng thái nghỉ (sleep mode) khác Thông thƣờng thời gian node trạng thái nghỉ lớn trạng thái hoạt động nhiều Nhƣ vậy, đặc trƣng để phân biệt mạng cảm biến mạng wireless khác giá thành, mật độ node mạng, phạm vi hoạt Vũ Thị Phƣơng Thảo Mạng cảm nhận không dây định thời truyền không dây liệu cho nút mạng Wsn động, cấu hình mạng (topology), lƣu lƣợng liệu, lƣợng tiêu thụ thời gian trạng thái hoạt động (active mode) Bài luận văn tìm hiểu tổng quan mạng cảm nhận không dây, thủ tục điều khiển thâm nhập môi trƣờng thử nghiệm giao thức MAC với phần mềm nhúng cho vi điều khiển CC1010 Với kiến thức cịn hạn hẹp, thời gian nghiên cứu khơng dài tài liệu tham khảo có chƣa nhiều, khóa luận khơng tránh khỏi sai sót Vậy kính mong thầy bạn sinh viên quan tâm chia sẻ đóng góp ý kiến để khóa luận đƣợc hồn thiện Vũ Thị Phƣơng Thảo Mạng cảm nhận không dây định thời truyền không dây liệu cho nút mạng Wsn Chƣơng 1: TỔNG QUAN VỀ MẠNG CẢM NHẬN KHÔNG DÂY WSN-WIRELESS SENSOR NETWORK Để xây dựng đƣợc hệ thống mạng cảm nhận khơng dây trƣớc hết phải hiểu mạng cảm nhận không dây,các thiết bị sử dụng mạng,đặc điểm cấu hình số yêu cầu cần thiết Từ xây dựng đƣợc hệ thống mạng WSN hợp lý đạt hiệu lƣợng cao 1.1 Định nghĩa Ngày nay, vi điều khiển có bƣớc phát triển mạnh với mật độ tích hợp cao, khả xử lý mạnh, tiêu thụ lƣợng giá thành thấp Khi đƣợc nạp phần mềm nhúng, vi điều khiển hoạt động độc lập loại môi trƣờng vị trí địa lý khác Mỗi vi điều khiển đƣợc tích hợp với thu phát sóng vơ tuyến cảm biến tạo thành nút mạng, tập hợp nút mạng phạm vi định đƣợc gọi mạng cảm nhận không dây(WSN-Wireless Sensor Network) Mạng cảm nhận không dây mạng không dây mà nút mạng vi điều khiển sau đƣợc cài đặt phần mềm nhúng kết hợp với phát sóng vơ tuyến với cảm biến có khả thu nhận,xử lý liệu từ nút mạng môi trƣờng xung quanh nút mạng Vũ Thị Phƣơng Thảo Mạng cảm nhận không dây định thời truyền không dây liệu cho nút mạng Wsn Trong hệ thống WSN có trạm gốc trung tâm điều khiển Trạm gốc đóng vai trị cổng kết nối nút mạng trung tâm điều khiển, tiếp nhận thông tin nút mạng chuyển tới trung tâm điều khiển qua nhiều cách khác Các nút mạng truyền thông tin theo kiểu nhiều chặng từ nút mạng sang nút mạng khác trạm gốc Từ trạm gốc gửi thơng tin cho ngƣời dùng (trung tâm điều khiển) theo nhiều cách nhƣ trực tiếp qua hệ thống máy tính, qua mạng Internet, qua vệ tinh… nhờ ngƣời giám sát nhận đƣợc thơng tin dù đâu 1.2 Các thiết bị WSN Các thiết bị tạo mạng cảm biến không dây Vũ Thị Phƣơng Thảo Mạng cảm nhận không dây định thời truyền không dây liệu cho nút mạng Wsn *Bộ xử lý nhúng lƣợng thấp Các nhiệm vụ tính tốn thiết bị WSN bao gồm: q trình xử lý thơng tin cảm biến cục nhƣ thông tin truyền cảm biến khác Hiện dƣới áp lực kinh tế, xử lý nhúng thƣờng bị hạn chế phạm vi lƣợng máy tính(ví dụ: nhiều thiết bị sử dụng việc nghiên cứu phát triển có xử lý 16MHz, bit) Do hạn chế xử lý loại nên nhiều thiết bị chạy hệ điều hành có thành phần đặc biệt, nhƣ TinyOS Tuy nhiên phải nhớ mạng cảm nhận khơng dây khơng đồng bao gồm vài nút hoạt động với giới hạn lớn lƣợng máy tính.Hơn theo định luật Moore, thiết bị WSN tƣơng lai đƣợc gắn vào xử lý cực mạnh.Nó hợp kỹ thuật thiết kế lƣợng thấp tiên tiến ,nhƣ hiệu chế độ ngủ chia tỉ lệ vôn kế động để tiết kiệm lƣợng đáng kể *Bộ nhớ/lƣu trữ Lƣu trữ dƣới dạng RAM (Random Access Memory) ROM (Read-only memory) nhớ chƣơng trình (các lệnh thực xử lý) nhớ liệu (lƣu kết đo chƣa qua xử lý xử lý sensor; thông tin cục khác) Chất lƣợng nhớ lƣu trữ board thiết bị WSN thƣờng bị giới hạn đáng kể lý kinh tế dĩ nhiên vấn đề đƣợc cải tiến theo thời gian *Bộ thu phát vô tuyến Các thiết bị WSN bao gồm xạ không dây tốc độ thấp,trong khoảng ngắn(10100kbps,