Câu hỏi ôn tập mạng cảm biến WSN

Câu hỏi ôn tập Mạng Cảm Biến - WSN Câu 1: Phân tích đặc điểm mạng cảm biến khơng dây • Các node kích thước nhỏ, giới hạn cơng suất, khả tính tốn nhớ • Các node giới hạn nguồn lượng, băng thông • Các node phân bố dày đặc • Các node dễ bị hư hỏng • Giao thức mạng thay đổi thường xuyên, quản lý phức tạp Câu 2: Hãy so sánh MANET WSN -MANET: mạng di động ad hoc với kết nối node khơng có hạ tầng mạng, định tuyến thay đổi lớn,… +Laptop, máy di động kết nối với tạo mạng -WSN: mạng ad hoc di động tạo nên từ cảm biến  Giống (sự tương đồng) • Tự tổ chức: tự tính tốn cấu hình (địa chỉ, định tuyến, đk NL,…) • Tính đa chặng • Nhiễu: Mơi trường mưa, gió, vật cản,… • Bảo mật: Rất khó khơng khí  Khác • Tính di động: node MANET di động, thường WSN cố định (di động node, di động thu) • Năng lượng: WSN có yêu cầu lượng vấn đề bảo dưỡng chặt chẽ • Phạm vi: WSN lớn nhiều (mặc dù cịn tranh cãi) • Ứng dụng: WSN có ứng dụng tương tác mơi trường lưu lượng khác nhau(nghỉ) • Độ tin cậy chất lượng dịch vụ QoS: WSN nút cá thể bị bỏ qua (vấn đề mạng), QoS khác ứng dụng khác Câu 3: Vẽ cấu trúc phần cứng node cảm biến nêu chức phận cấu thành node cảm biến? 1 Bộ điều khiển • Nơi thu nhận dl từ sensor, định thời gian gửi dl (gt liên lạc), lệnh cho cấu chấp hành • Nơi lưu trữ liệu trung gian • Là lõi nút, sử dụng vi đk (FPGA, ASIC) Thiết bị liên lạc • Mỗi node có thu phát sóng để kết nối với • Là phận truyền thông nút, biến đổi dịng dl từ đk thành sóng radio • Các node mạng sử dụng sóng radio khả truyền xa, truyền liệu với tỉ lệ lỗi chấp nhận Tần số sóng radio thường dùng: từ 433MHz tới 2.4GHz Các trạng thái hoạt động thu phát • • • • Truyền: Là phần phát kích hoạt, anten xạ lượng Nhận: Là phần thu kích hoạt Nghỉ: Là trạng thái thu liệu tắt chế độ theo dõi Ngủ: Các phần quang trọng tắt Liên quan thời gian hồi phục NL khởi động • Tiết kiệm NL thức chờ thơng tin Lãng phí NL khởi tạo hđ (khơng truyền, nhận) Điều khiển NL phức tạp Đặc điểm thu phát • Cung cấp gd cho lớp MAC bắt đầu truyền dẫn khung, truyền gói tin đến nhớ • ĐK cơng suất tiêu thụ, sử dụng hiệu NL, thiết lập thời gian phù hợp trạng thái ngủ, nghỉ • Mỗi máy có tần số sóng mang (kênh) khác nhằm giải vấn đề tắc nghẽn (lớp MAC: FDMA, đa kênh CSMA/ALOHA) Kiến trúc thu phát Cảm biến/cơ cấu chấp hành Cảm biến chia nhóm • Cảm biến thụ động, đa hướng: nhằm xác định biến đổi đại lượng vật lý vị trí xác định o Cảm biến nhiệt độ, ánh sáng, độ ẩm, cảm biến chuyển động, áp suất, hóa học o Phát hóa chất độc hại bị rị rỉ nhà máy, kho chứa • Cảm biến thụ động, đơn hướng: Cảm biến theo hướng định, nhiên thay đổi hướng cảm biến cần thiết (Camera) • Cảm biến chủ động: Chủ động thăm dị, tìm kiếm mơi trường o Hệ thống định vị vật nước siêu âm o Các radar cảm biến o Cảm biến động đất (tạo sóng có biên độ rộng có vụ nổ nhỏ) Nguồn cung cấp • Cung cấp NLcho node mạng, qđ sống node • Có khả tìm kiếm NL mơi trường ngồi bù phần NL • Có loại: o Pin, ắc quy thông thường o Chuyển đổi DC – DC o Các nguồn lượng đặc biệt khác Bộ định vị: KT định tuyến, nhiệm vụ cảm ứng cần độ xác cao vị trí Bộ di động: theo dõi dịch chuyển node Câu 4: Nêu nguyên lý hoạt động node cảm biến? Toàn node cảm biến nuôi nguồn riêng Bộ nguồn có nhiệm vụ cung cấp tồn lượng cho khối node cảm biến hoạt động Bộ điều khiển thực chức xử lý lưu trữ liệu Theo sơ đồ ta thấy, cảm biến node nhận tín hiệu phi điện từ mơi trường bên ngồi,sau biến đổi tín hiệu thành dạng tín hiệu điện gửi tới điều khiển Đồng thời, hệ thống định vị thiết bị liên lạc gửi liệu điều khiển Sau xử lý liệu đưa về, điều khiển lưu trữ liệu lại đồng thời gửi cho tín hiệu điều khiển cho thiết bị liên lạc khối cảm biến/cơ cấu chấp hành để thực thi Câu 5: Nêu trạng thái hoạt động thu phát node cảm biến? Các trạng thái hoạt động thu phát • • • • Truyền: Là phần phát kích hoạt, anten xạ lượng Nhận: Là phần thu kích hoạt Nghỉ: Là trạng thái thu liệu tắt chế độ theo dõi Ngủ: Các phần quang trọng tắt Liên quan thời gian hồi phục NL khởi động • Tiết kiệm NL thức chờ thơng tin Lãng phí NL khởi tạo hđ (khơng truyền, nhận) Điều khiển NL phức tạp Câu 6: Phân tích loại chuyển động WSN • Nút di chuyển o Giám sát chăn nuôi (nút súc vật) o Tự đẩy ngoại lực; có mục đích ngẫu nhiên • Bộ chứa (thu) di động • Đối tượng di chuyển • Bộ chứa (thu) di động o Là nút di động lại phần WSN o Người yêu cầu thông tin qua PDA di động • Đối tượng di chuyển (giao thức phù hợp) o Sự kiện, đối tượng giám sát di chuyển xung quanh (hoặc mở rộng, co lại) o Các nút WSN khác trở thành “có trách nhiệm” giám sát kiện Câu 7: So sánh mạng truyền thông đơn bước nhảy mạng đa bước nhảy So sánh mạng đơn đa bước nhảy • Một vấn đề chung: phạm vi thơng tin vô tuyến bị hạn chế o Chủ yếu hạn chế CS truyền dẫn, suy hao đường truyền, vật cản • Tùy chọn: mạng đa bước nhảy o Gửi gói tới nút trung gian o Nút trung gian gửi tiếp gói tới đích o Mạng đa bước nhảy Lưu gửi tiếp Câu 8: So sánh giao thức ALOHA CSMA giao thức MAC không dây thông thường  Giao thức ALOHA: -Điều chỉnh truy cập việc chia sẻ đường truyền user tranh chấp -Khơng địi hỏi điều khiển trung tâm, thêm bớt node dễ -Nguyên lý: + Tại node phát: Sau phát liệu, node lắng nghe khoảng thời gian quy định trước + Tại node thu: Nếu nhận liệu gửi tin xác nhận ACK node phát trước hết khoảng thời gian chờ Q trình truyền thành cơng + Phát không nhận ACK, cho liệu lỗi đường truyền đụng độ, truyền lại Sau số lần, liệu sai, khơng phát lại • Pure ALOHA: o Node phát dl sẵn sàng o Truy cập kênh bất đồng bộ: chiều dài gói khác nhau, kênh tt chia thành khe thời gian khác Thời gian đụng độ tăng có gói dài o Dùng cho lưu lượng tải thấp, node truy cập tg ngắn (tải tăng, số đụng độ tăng, giảm chất lượng) • Slotted ALOHA (phân khe): o Kênh truyền gh truy cập o Các node tt đồng bộ: Kênh tt chia thành khe thời gian nhau, độ dài gói Thời gian đụng độ giảm • Hạn chế: Tải tăng, cần có phát triển giao thức truy cập mơi trường Node có dl cần phát trước truyền phải lắng nghe xem kênh truyền có bận khơng?  Giao thức CSMA – đa truy nhập cảm nhận sóng mang • Node nghe ngóng mơi trường- cảm nhận sóng mang • Giao thức giảm can nhiễu gói • Phụ thuộc vào giải thuật dùng để chờ trạng thái kênh truyền chuyển từ bận sang rỗi • Có loại giao thức: o Nonpresistent-không liên tục, không kiên trì o Presistent-liên tục, kiên trì • Giao thức truyền khơng liên tục: o Node có dl sẵn sàng phát nghe trạng thái kênh truyền o Nếu kênh rỗi, node phát gói dl, node chờ gói xác nhận ACK o Nếu kênh truyền bận, chờ khoảng tg định trước, cảm nhận lại kênh truyền o Quá trình lặp phát thành cơng • Giao thức truyền liên tục: o Nếu kênh truyền bận,lắng nghe liên tục , kênh vừa chuyển sang rỗi node phát gói Câu 9: Nhằm giảm ảnh hưởng node ẩn, node sử dụng phương pháp giao thức MAC? Nhằm loại bỏ giảm ảnh hưởng loại node ẩn node cách • Dùng âm báo bận • Dựa việc tránh đụng độ CSMA  Âm báo bận: o Dùng kênh: Kênh liệu (node phát) kênh điều khiển (node thu) o Trước phát gói, node phát kiểm tra có âm báo bận từ node thu không? Kênh rỗi phát dl o Bắt đầu nhận dl, node thu phát th kênh đk báo bận o Phát âm báo bận suốt trình nhận dl  Tránh đụng độ CSMA/CA o Sử dụng thủ tục bắt tay RTS (ready to send), CTS (clear to send) o Node phát cảm nhận sóng mang để xem có node truyền hay khơng o Nếu khơng, node gửi gói RTS báo muốn dl cho node cần gửi o Nếu kênh truyền rỗi, node nhận gửi trả lời gói CTS để biết node sẵn sàng nhận o Node phát nhận gói CTS, gửi dl cho node nhận Câu 10: Phân tích node ẩn, node giao thức MAC Phân tích thủ tục RTS/CTS xảy hình vẽ đây?  Node ẩn: Là node nằm vùng node thu, nằm ngồi vùng node phát • A gửi dl B theo CSMA(A cảm nhận kênh truyền, rỗi gửi) • A chưa hồn thành phát gói B C phát B • C dùng cảm nhân kênh CSMA, A C ngồi tầm nhau, C khơng nghe đc tín hiệu từ A(A gửi cho B) C thấy kênh rỗi nên phát gói • Kết B nhận đồng thời gói, đụng độ xảy thu, gói hỏng  Node hiện: Node nằm vùng node phát, nằm ngồi vùng node thu • B gửi dl cho A theo CSMA (B cảm nhận kênh truyền, rỗi gửi) gửi sang C • C gửi dl cho D theo CSMA, lắng nghe trạng thái kênh truyền • C thấy B gửi cho mình, dừng phát sang D, trễ khơng cần thiết D nằm ngồi B, nên C truyền sang D  Phân tích thủ tục RTS/CTS hình trên: • A thấy kênh rỗi gửi RTS cho B yêu cầu truyền liệu cho B • B rỗi nên gửi lại CTS cho A • Do phát quảng bá nên B phát CTS cho C • Trong đó, D lại muốn truyền liệu cho C nên gửi gói RTS cho C • C nhận CTS từ B nên xảy râ đụng độ -> gói tin hỏng • Do nhận gói CTS từ B nên A gửi liệu cho B • Gói tin từ D gửi sang cho C bị hỏng nên D lại gửi lại gói RTS cho C để yêu cầu lại • C nhận RTS từ D, chấp nhận yêu cầu nên gửi lại gói CTS cho D • Do truyền quảng bá nên C truyền CTS cho B Nhưng lại trùng với thời điểm mà A truyền liệu cho B nên xảy đụng độ, gói tin lại bị hỏng A truyền cho B Câu 11: Nêu ảnh hưởng node ẩn, node WSN? Phân tích thủ tục RTS/CTS xảy hình vẽ đây:  Tải FULL (12 trang): https://bit.ly/3gWmgtI Dự phòng: fb.com/TaiHo123doc.net Ảnh hưởng node ẩn, node WSN: - Gây đụng độ, xung đột liệu xảy node phát node thu, làm hỏng gói liệu - Gây lãng phí lượng phải gửi lại gói tin bị hỏng mạng - Gây khó khăn cấu hình mạng  Phân tích thủ tục RTS/CTS hình trên: - A gửi RTS cho B, đồng thời C gửi RTS cho D - B rỗi nên chấp nhận yêu cầu nhận liệu, gửi lại gói CTS cho A - Do phát quảng bá nên B gửi CTS cho C - Đúng thời điểm này, C muốn gửi liệu cho D nên phát gói RTS Do phát quảng bá nên C gửi gói RTS cho B - D rỗi nên chấp nhận, gửi gói CTS lại cho C - Tại B xảy xung đột CTS B phát quảng bá cho C RTS C phát quảng bá cho B - A sau nhận gói CTS từ B, A gửi liệu cho B Đồng thời lúc đó, C gửi liệu cho D - Do phát quảng bá nên liệu phát quảng bá từ C sang B - Xung đột liệu xảy B làm hỏng gói liệu Câu 12.Phân tích giao thức dựa lịch trình phân cấp nhóm thích ứng lượng thấp LEACH lớp MAC WSN - node xếp thành nhóm (cluster) - Mỗi nhóm chọn node chủ (cluster head) - clusterhead cluster trao đổi thông tin theo TDMA - clusterhead truyền thông điệp nhận từ node tới trạm sở -Trạm sở thiết bị cao cấp, quản lý toàn clusterhead - clusterhead lập sẵn lịch trình theo TDMA, phát lịch cho tất node nhóm - BS phát tín hiệu xung đồng cho tất node - Giảm can nhiễu cluster dùng giản đồ phân chia mã dựa vào máy phát - Liên lạc từ clusterhead đến BS dùng CSMA - Giao thức tổ chức thành chu kỳ, chu kỳ gồm bước: Bước thiết lập bước ổn định - Bước thiết lập: tự ứng cử node chủ dựa vào cường độ tín hiệu thu ( lớn nhất) -bước thơng báo: Dùng gói tin thơng báo để node chủ báo cáo với node lân cận Các node chủ dùng CSMA để cạnh tranh môi trường - Bước thiết lập nhóm: Các node thơng báo cho node chủ biết qua CSMA Node chủ biết số lượng thành viên cách nhận dạng Lịch trình TDMA: Chọn mã CDMA ngẫu nhiên Thông báo mã bước lịch trình thơng báo *) ưu điểm Khơng xảy đụng độ Hạn chế lãng phí NL gây tranh chấp 3447022 ... thu phát Cảm biến/ cơ cấu chấp hành Cảm biến chia nhóm • Cảm biến thụ động, đa hướng: nhằm xác định biến đổi đại lượng vật lý vị trí xác định o Cảm biến nhiệt độ, ánh sáng, độ ẩm, cảm biến chuyển... chất độc hại bị rị rỉ nhà máy, kho chứa • Cảm biến thụ động, đơn hướng: Cảm biến theo hướng định, nhiên thay đổi hướng cảm biến cần thiết (Camera) • Cảm biến chủ động: Chủ động thăm dị, tìm kiếm... node cảm biến? Tồn node cảm biến ni nguồn riêng Bộ nguồn có nhiệm vụ cung cấp tồn lượng cho khối node cảm biến hoạt động Bộ điều khiển thực chức xử lý lưu trữ liệu Theo sơ đồ ta thấy, cảm biến