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 Chương 1:TỔNG QUAN VỀ MẠNG CẢM NHẬN KHÔNG DÂY WSN-WIRELESS SENSOR NETWORK .5 1.1 Định nghĩa 1.2 Các thiết bị WSN 1.3 Kiến trúc nút mạng .9 1.4 Đặc trưng cấu hình mạng cảm nhận khơng 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 Ưu/nhược điểm mạng cảm nhận không dây 15 1.10 Đặc điểm mạng cảm nhận không dây 16 Chương 2:ĐIỀU KHIỂN THÂM NHẬP MÔI TRƯỜNG 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 Chương 3:THỬ NGHIỆM CHƯƠNG TRÌNH 33 3.1 Thiết bị sử dụng chương trình 33 3.2 Phần mềm nhúng 35 3.2.1 Tổng quan phần mềm nhúng 35 3.2.2 Các bước xây dựng phần mềm nhúng 36 3.2.3 Phần mềm nhúng viết cho CC1010 37 3.3 Thử nghiệm chương trình-Giải thuật cho giao thức lập lịch tập trung(Polling) .40 3.4 Một số hình ảnh thử nghiệm chương trình .43 Kết luận 45 Tài liệu tham khảo 47 Vũ Thị Phương Thảo Mạng cảm nhận không dây định thời truyền không dây liệu cho nút mạng Wsn LỜI CẢM ƠN Em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới thầy Vương Đạo Vy giảng viên trường Đại Học Công Nghệ – Đại Học Quốc Gia Hà Nội tận tình hướng dẫn tạo mọi điều kiện thuận lợi để em hoàn thành khóa luận thời hạn Em xin chân thành cảm ơn tất thầy cô giáo khoa Công nghệ thông tin - Trường 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 góp ý quý báu tất thầy cô giáo bạn để đề tài em hoàn thiện Em xin chân thành cảm ơn! Vũ Thị Phương 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 lượng lớn nguồn lượng thấp tương lai.Những thiết bị cảm nhận rẻ nhúng dầy đặc môi trường vật lý,hoạt động chung mạng không dây.Những ứng dụng mạng cảm nhận không dây bao gồm vùng rộng lớn:quan sát mơi trường sinh thái,giám định cấu trúc sức khỏe,dị tìm chất gây nhiễm mơi trường,điều khiển xử lý cơng nghiệp,tìm đường 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 thường (thiết bị) đơn giản , nhỏ gọn, giá thành thấp có số lượng lớn, phân bố cách khơng có hệ thống (non-topology) diện tích rộng (phạm vi hoạt động rộng), sử dụng nguồn lượng hạn chế (pin), có thời gian hoạt động lâu dài (vài tháng đến vài năm) hoạt động mơi trường khắc nghiệt (chất độc, ô nhiễm, nhiệt độ ) Các node mạng thường có chức sensing (sensor node): cảm ứng, quan sát môi trường xung quanh như: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 Lưu lượng (traffic) liệu lưu thông WSN thấp ko liên tục Do để tiết kiệm lượng, sensor node thường có nhiều trạng thái hoạt động (active mode) trạng thái nghỉ (sleep mode) khác Thông thường thời gian node trạng thái nghỉ lớn trạng thái hoạt động nhiều Như vậy, đặc trưng để phân biệt mạng cảm biến mạng wireless khác giá thành, mật độ node mạng, phạm vi hoạt Vũ Thị Phương Thảo Mạng cảm nhận không dây định thời truyền không dây liệu cho nút mạng Wsn động, cấu hình mạng (topology), lưu lượng liệu, lượng tiêu thụ thời gian trạng thái hoạt động (active mode) Bài luận văn tìm hiểu tổng quan mạng cảm nhận khơng dây, thủ tục điều khiển thâm nhập môi trường thử nghiệm giao thức MAC với phần mềm nhúng cho vi điều khiển CC1010 Với kiến thức hạn hẹp, thời gian nghiên cứu không dài tài liệu tham khảo có chưa 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 hồn thiện Vũ Thị Phương Thảo Mạng cảm nhận không dây định thời truyền không dây liệu cho nút mạng Wsn Chương 1: TỔNG QUAN VỀ MẠNG CẢM NHẬN KHÔNG DÂY WSN-WIRELESS SENSOR NETWORK Để xây dựng hệ thống mạng cảm nhận khơng dây trước 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 hệ thống mạng WSN hợp lý đạt hiệu lượng cao 1.1 Định nghĩa Ngày nay, vi điều khiển có bước phát triển mạnh với mật độ tích hợp cao, khả xử lý mạnh, tiêu thụ lượng giá thành thấp Khi nạp phần mềm nhúng, vi điều khiển hoạt động độc lập loại mơi trường vị trí địa lý khác Mỗi vi điều khiển tích hợp với thu phát sóng vơ tuyến cảm biến tạo thành nút mạng, tập hợp nút mạng phạm vi định 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 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 trường xung quanh nút mạng Vũ Thị Phương 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 người dùng (trung tâm điều khiển) theo nhiều cách trực tiếp qua hệ thống máy tính, qua mạng Internet, qua vệ tinh… nhờ người giám sát nhận thơng tin dù đâu 1.2 Các thiết bị WSN Các thiết bị tạo mạng cảm biến không dây Vũ Thị Phương Thảo Mạng cảm nhận không dây định thời truyền không dây liệu cho nút mạng Wsn *Bộ xử lý nhúng lượng thấp Các nhiệm vụ tính tốn thiết bị WSN bao gồm: q trình xử lý thơng tin cảm biến cục thông tin truyền cảm biến khác Hiện áp lực kinh tế, xử lý nhúng thường bị hạn chế phạm vi lượng 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, TinyOS Tuy nhiên phải nhớ mạng cảm nhận khơng dây khơng đồng bao gồm vài nút hoạt động với giới hạn lớn lượng máy tính.Hơn theo định luật Moore, thiết bị WSN tương lai gắn vào xử lý cực mạnh.Nó hợp kỹ thuật thiết kế lượng thấp tiên tiến ,như hiệu chế độ ngủ chia tỉ lệ vôn kế động để tiết kiệm lượng đáng kể *Bộ nhớ/lưu trữ Lưu trữ dạng RAM (Random Access Memory) ROM (Read-only memory) nhớ chương trình (các lệnh thực xử lý) nhớ liệu (lưu kết đo chưa qua xử lý xử lý sensor; thông tin cục khác) Chất lượng nhớ lưu trữ board thiết bị WSN thường bị giới hạn đáng kể lý kinh tế dĩ nhiên vấn đề 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,