Vấn đề năng lượng trong mạng Wireless Sensor và đánh giá bằng mô phỏng

Tài liệu tham khảo chuyên ngành viễn thông Vấn đề năng lượng trong mạng Wireless Sensor và đánh giá bằng mô phỏng

Mục lụcMục lục 1 Thuật ngữ viết tắt . 4 Lời nói đầu 6 Ch ơng I : Tổng quan về mạng Wireless Sensor . 7 1.1. Giới thiệu mạng cảm biến không dây . 7 1.2. Nền tảng phát triển mạng . 7 1.2.1. Mạng Ad hoc không dây 7 1.2.2. Nền tảng công nghệ . 10 1.3. Mô tả hệ thống . 11 1.3.1. Mô tả hệ thống tổng quát 11 1.3.2. Hệ thống WISENET . 13 1.4. Tổng quan về kiến trúc mạng . 16 1.4.1. Lớp ứng dụng 18 1.4.1.1. Giao thức quản lý Sensor . 18 1.4.1.2. Giao thức phân nhiệm vụ và quảng cáo số liệu . 19 1.4.1.3 Giao thức truy vấn Sensor và phổ biến số liệu . 19 1.4.2 Lớp giao vận . 20 1.4.3 Lớp mạng . 20 1.4.4. Liên kết liên mạng 20 1.4.5 Lớp liên kết số liệu . 22 1.4.5.1 Điều khiển truy nhập môi tr ờng truyền dẫn . 22 1.4.5.2 Điều khiển sửa lỗi . 23 1.4.6 Lớp vật lý . 24 1.5. Đặc điểm của mạng Wireless Sensor . 25 1.5.1. Kích th ớc vật lý nhỏ và tiêu thụ công suất thấp 25 1.5.2. Hoạt động đồng thời với độ tập trung cao 25 1.5.3. Khả năng liên kết vật lý và phân cấp điều khiển hạn chế . 25 1.5.4. Tính đa dạng trong thiết kế và sử dụng 26 1.5.5. Hoạt động tin cậy 26 1.6. ứng dụng của mạng Sensor 26 1.6.1. ứng dụng trong quân sự 27 1.6.2. ứng dụng về môi tr ờng . 28 1.6.3. ứng dụng trong y tế . 29 1.6.4. ứng dụng trong gia đình . 30 1.6.5. Các ứng dụng th ơng mại khác 30 Ch ơng II : Năng l ợng trong mạng Wireless Sensor . 32 2.1. Tính đặc thù của mạng . 32 2.1.1. Hạn chế phần cứng 32 2.1.2. Môi tr ờng hoạt động . 33 2.1.3. Môi tr ờng truyền dẫn 33 2.2. Sự tiêu thụ năng l ợng . 35 2.2.1. Năng l ợng cho nhiệm vụ cảm biến . 35 2.2.2. Năng l ợng cho truyền thông . 36 Phan Viết Thời, D2001VT 1 2.2.3. Năng l ợng cho xử lý 36 2.3. Các giải pháp tiết kiệm năng l ợng . 37 2.3.1. Giải pháp định tuyến . 37 2.3.1.1. Các ph ơng pháp định tuyến tối u về năng l ợng 37 2.3.1.2. Ph ơng pháp định tuyến số liệu tập trung . 38 2.3.1.3. Các giao thức lớp mạng khác đ ợc đề xuất cho mạng Sensor 39 2.3.2. Giải pháp truy nhập môi tr ờng truyền dẫn 44 2.3.2.1. Yêu cầu với giao thức điều khiển truy nhập môi tr ờng (MAC) cho mạng sensor . 44 2.3.2.2. Các giao thức MAC cho mạng sensor 45 2.3.2.3. Các chế độ hoạt động tiết kiệm năng l ợng 47 2.3.3. Quản lý nguồn công suất 48 2.3.3.1 Thời gian tồn tại 49 2.3.3.2 Phát hiện nguồn thấp "Low Battery" . 49 2.3.3.3. Cảnh báo "Low Battery" . 50 2.3.4. Tận dụng các nguồn năng l ợng trong tự nhiên . 51 2.3.1.1. Tế bào quang điện . 52 2.3.1.2. Các nguồn năng l ợng khác 53 Ch ơng III : Phần mềm mô phỏng năng l ợng cho mạng Wireless Sensor . 54 3.1. Mô hình hoá mô phỏng 54 3.1. Mô hình nguồn năng l ợng 54 3.3. Thiết kế phần mềm mô phỏng mạng Wireless Sensor . 54 3.3.1. Phần mềm NS-2 55 3.3.2. Cơ sở phát triển mô phỏng mạng Sensor trên nền NS-2 . 58 3.3.3. Các định dạng mới trong NS-2 . 59 3.3.4. Thay đổi trong NS-2 . 61 3.4. Thiết lập mã lập trình mô phỏng 63 3.4.1. Thiết lập kênh hiện t ợng và kênh dữ liệu . 63 3.4.2. Thiết lập một giao thức MAC cho kênh Phenomenon . 63 3.4.3. Thiết lập các nút Phenomenon với giao thức "định tuyến" Phenom . 63 3.4.4. Thiết lập tốc độ và kiểu xung của Phenomenon . 64 3.4.5. Định hình nút Sensor 65 3.4.6. Thiết lập các nút Non-Sensor (điểm thu thập dữ liệu, Gateway) 66 3.4.7. Gắn kết các tác nhân Sensor . 66 3.4.8. Gắn kết một tác nhân UDP và ứng dụng Sensor cho mỗi nút . 67 3.4.9. Khởi động ứng dụng Sensor 67 Ch ơng IV: Mô phỏng mạng Wireless Sensor . 68 4.1. Mục đính mô phỏng . 68 4.2. Thực hiện mô phỏng 69 4.2.1. Mã ch ơng trình . 69 4.2.1. Phân tích kết quả . 70 4.2. Kết quả . 71 4.2.1. Sự tổn hao năng l ợng . 72 4.2.2. Tốc độ giảm năng l ợng khi tăng số nút mạng 74 4.2.3. Tốc độ giảm năng l ợng khi mật độ mạng không đổi 75 4.2. Đánh giá . 76 Phan Viết Thời, D2001VT 2 Kết luận . 77 Tài liệu tham khảo 78 Phan Viết Thời, D2001VT 3 Đồ án tốt nghiệp đại họcThuật ngữ viết tắtTừ viết tắt Nghĩa tiếng Anh Nghĩa tiếng ViệtADC Analogue/Digital converter Bộ chuyển đổi tơng tự / số AODV Ad Hoc On-Demand Distance- Vector Định tuyến dựa vào chuỗi chỉ hớng theo yêu cầu tạm thờiAPI Application program interface Hệ giao tiếp lập trình ứng dụngARC Adaptive transmitssion rate control Điều khiển tốc độ truyền dẫn thích ứngARQ automatic repeat request Cơ chế sửa lỗi bằng yêu cầu lặp lại tự độngBER Bit error rate Tỷ lệ lỗi bitCSMA Carrier sense multiple access Đa truy nhập theo cảm biến lu lợngDSDV Destination-Sequenced Distance-VectorĐịnh tuyến theo chuỗi chỉ hớng với đích tuần tựDSR Dynamic Source Routing Giao thức định tuyến nguồn động FDMA Frequency division multiple access Đa truy nhập phân chia theo tần sốFEC Forward error correction Cơ chế sửa lỗi trớcGPS Global Possition System Hệ thống định vị toàn cầu HTTP HyperText Tranffer Protocol Giao thức truyền siêu văn bản ISM band Industrial, Scientific and Medical bandDải tần sử dụng cho các ứng dụng công nghiệp, khoa học và y học LEACH Low energy adaptive clustering hierarchy Phân cấp cụm thích ứng với năng lợng thấpMAC Medium access control Điều khiển truy nhập môi trờng truyền dẫnMANET Mobile ad hoc network Mạng di động ad hoc (tạm thời, không có cơ sở hạ tầng)ME Minimum energy Năng lợng tiêu thụ cực tiểuMECN Minimum energy communication networkMạng truyền thông với năng lợng cực tiểuMH Minimum hop Số bớc nhảy cực tiểuNAM Network AniMator Mô tả mạng bằng hình ảnh độngNS-2 Network Simulator version 2 Phần mềm mô phỏng mạng phiên bản2Otcl Object-oriented tool command languageNgôn ngữ điều khiển bằng lệnh hớng đối tợngPA Power available Mức năng lợng hiện tạiQoS Quality of service Chất lợng dịch vụREQ Request message Bản tin yêu cầuRERR Route error packet Gói báo lỗi tuyếnRREP Route reply packet Gói đáp ứng yêu cầu tuyếnRREQ Route request packet Gói yêu cầu tuyếnRS-232 Serial Radio Link - 232 Liên kết vô tuyến nối tiếp theo chuẩn RS-232SAR Sequential assignment routing Định tuyến chỉ định liên tụcPhan Viết Thời, D2001VT 4 Đồ án tốt nghiệp đại họcSMECN Small minimum energy communication networkMạng truyền thông với năng lợng cực tiểu loại nhỏ SMACS Self Organizing MAC for Sensor networkGiao thức MAC tự tổ chức cho mạng sensorSMP Sensor management protocol Giao thức quản lý sensorSPIN Sensor protocols for information via negotiationCác giao thức thông tin sensor thông qua thỏa thuậnSQDDP Sensor query and data dissemination protocolGiao thức truy vấn sensor và phổ biến số liệuSQL Structure Query Language Ngôn ngữ truy vấn theo cấu trúcSQTL Sensor query and tasking language Ngôn ngữ truy vấn và đặt nhiệm vụ sensor SSF Scalable Simulation Framework Cơ cấu mô phỏng mở rộng TADAP Task assignment and data advertisement protocolGiao thức phân nhiệm vụ và quảng cáo số liệuTCP/IP Transmission Control Protocol/Internet ProtocolGiao thức điều khiển truyền dẫn/giao thức InternetTDMA Time division multiple access Đa truy nhập phân chia theo thời gianTORA Temporally Ordered Routing AlgorithmĐịnh tuyến bằng thuật toán tìm đờng tuần tự theo thời gian WINS Wireless Integrated network sensorsMạng các thiết bị cảm biến tích hợp thiết bị thu phát không dâyWISENET WIreless SEnsor NETwork Hệ thống mạng sensor không dây WISENET WLAN Wireless local area network Mạng cục bộ không dâyWSN Wireless sensor network Mạng cảm biến không dâyPhan Viết Thời, D2001VT 5 Đồ án tốt nghiệp đại họcLời nói đầuTrong những năm gần đây sự phát triển mạnh mẽ của công nghệ thông tin, công nghệ vi mạch điện tử và viễn thông đặc biệt là trong lĩnh vực vô tuyến đã đem lại nhiều ứng dụng mới, cho phép chúng ta có thể dễ dàng thu thập thông tin ở bất kỳ điều kiện và vùng địa lý nào. Có nhiều phơng pháp khác nhau cho phép chúng ta thu thập thông tin trong đó mạng Wireless Sensor hiện đang đợc dùng phổ biến trên thế giới và đang dần xâm nhập vào nớc ta. Có nhiều vấn đề đặt ra cho mạng Wireless Sensor nh vấn đề năng lợng, vấn đề đồng bộ sensor, vấn đề mở rộng mạng . Năng lợng luôn là yếu tố quan trọng của tất cả các loại mạng. Với mạng Wireless Sensor do tính đặc thù của mạng là hạn chế về phần cứng và ứng dụng ở nhiều vùng địa lí phức tạp nên vấn đề năng lợng càng trở lên quan trọng.Trớc thực tế này, đợc sự định hớng và chỉ dẫn của Tiến sĩ Đinh Văn Dũng, phòng Nghiên cứu Phát triển Dịch vụ mới và Tự động hóa, Viện Khoa học Kỹ thuật Bu Điện, em đã chọn đề tài đồ án: Vấn đề năng lợng trong mạng Wireless Sensor và đánh giá bằng mô phỏng. Mục đích của đồ án này là tìm hiểu các vấn đề liên quan tới năng lợng trong mạng Wireless Sensor, từ đó đa ra các giải pháp tiết kiệm năng lợng trong mạng và tận dụng các nguồn năng lợng sạch trong tự nhiên.Đồ án gồm 4 chơng:1 - Chơng I : Tổng quan về mạng Wireless Sensor2 - Chơng II : Năng lợng trong mạng Wireless Sensor3 - Chơng III : Phần mềm mô phỏng cho mạng Wireless Sensor4 - Chơng IV: Mô phỏng mạng Wireless SensorDo còn hạn chế về kiến thức và năng lực nên đồ án không tránh khỏi thiếu sót. Mong đợc sự góp ý của thầy cô và bạn bè.Em xin chân thành cảm ơn thầy giáo TS. Đinh Văn Dũng, phòng Nghiên cứu Phát triển Dịch vụ mới và Tự động hóa, Viện Khoa học Kỹ thuật Bu Điện, đã hớng dẫn em về chuyên môn cũng nh phơng pháp làm việc để em có thể hoàn thành đồ án. Qua đây, em cũng xin gửi lời cảm ơn chân thành tới các thầy, các cô trong Khoa Viễn Thông I, Học viện Công nghệ Bu chính - Viễn thông đã giúp đỡ, tạo điều kiện cho em hoàn thành đồ án này.Hà Nội ngày 31 tháng 10 năm 2005 Sinh viênPhan Viết ThờiPhan Viết Thời, D2001VT 6 Đồ án tốt nghiệp đại học Chơng I. Tổng quan về mạng Wireless SensorChơng I : Tổng quan về mạng Wireless Sensor1.1. Giới thiệu mạng cảm biến không dây Các thiết bị cảm biến (Sensor) đợc kết nối thành mạng, phối hợp với nhau để thực hiện các nhiệm vụ với quy mô lớn, đợc đặt nhiều hy vọng nhằm cách mạng hóa trong lĩnh vực thu thập thông tin ở bất kì điều kiện và vùng địa lý nào. Mạng cảm biến không dây (Wireless Sensor Network) bao gồm một tập hợp các thiết bị cảm biến sử dụng các liên kết không dây (vô tuyến, hồng ngoại hoặc quang học) để phối hợp thực hiện các nhiệm vụ cảm biến phân tán về đối tợng mục tiêu. Mạng này có thể liên kết trực tiếp với nút quản lý của giám sát viên hay gián tiếp thông qua một điểm thu (Sink) và môi trờng mạng công cộng nh Internet hay vệ tinh. Các nút Sensor không dây có thể đợc triển khai cho các mục đích chuyên dụng nh giám sát và an ninh; kiểm tra môi trờng; tạo ra không gian thông minh; khảo sát, chính xác hóa trong nông nghiệp; y tế; . Lợi thế chủ yếu của chúng là khả năng triển khai hầu nh trong bất kì loại hình địa lý nào kể cả các môi trờng nguy hiểm không thể sử dụng mạng Sensor có dây truyền thống đợc. Việc kết hợp các bộ cảm biến thành mạng lới ngày nay đã tạo ra nhiều khả năng mới cho con ngời. Các bộ vi cảm biến với bộ xử lý gắn trong và các thiết bị vô tuyến hoàn toàn có thể gắn trong một kích thớc rất nhỏ. Chúng có thể hoạt động trong một môi trờng dày đặc với khả năng xử lý tốc độ cao. Do đó, với mạng cảm biến không dây ngày nay, ngời ta đã có thể khám phá nhiều hiện tợng rất khó thấy trớc đây.Ngày nay, các mạng cảm biến không dây đợc ứng dụng trong nhiều lĩnh vực nh các cấu trúc chống lại địa chấn, nghiên cứu vi sinh vật biển, giám sát việc chuyên chở các chất gây ô nhiễm, kiểm tra hệ sinh thái và môi trờng sinh vật phức tạp .1.2. Nền tảng phát triển mạngViệc phát triển mạng Wireless Sensor dựa trên công nghệ mạng Ad hoc không dây và đợc thúc đẩy bởi hai yếu tố là nhu cầu ứng dụng và các tiến bộ công nghệ.1.2.1. Mạng Ad hoc không dâyMạng Ad hoc không dây là kiểu mạng không có cơ sở hạ tầng nền tảng, đợc triển khai cho các mục đích sử dụng tạm thời cần thiết lập nhanh chóng, thuận tiện nh để tìm kiếm và cứu hộ, phục vụ liên lạc cho các thành viên trong một cuộc họp,.v.v. Mạng Ad hoc không cần các thành phần cơ sở hạ tầng nh tổng đài, trạm thu phát gốc hay bất kì một trung tâm điều khiển nào. Tất cả các nút di động trong mạng Ad hoc đợc liên kết động với nhau một cách tuỳ ý, không có bất kì sự điều khiển nào từ bên ngoài. Tất cả các nút này đều có thể hoạt động Phan Viết Thời, D2001VT 7 Đồ án tốt nghiệp đại học Chơng I. Tổng quan về mạng Wireless Sensornh một bộ định tuyến nhờ khả năng tìm và duy trì tuyến tới các nút khác trong mạng. Các giao thức định tuyến trong mạng Ad hoc có thể chia thành hai loại:- Các giao thức định tuyến theo bảng: mỗi nút mạng sẽ duy trì và cập nhật thông tin định tuyến tới mọi nút mạng khác.- Các giao thức định tuyến theo yêu cầu: Việc định tuyến chỉ đợc thực hiện khi có yêu cầu chuyển gói, nhờ cơ chế tìm đờng.Hiện nay có bốn giao thức định tuyến đợc sử dụng trong mạng Ad hoc:a) Định tuyến theo chuỗi chỉ hớng với đích tuần tự Trong Định tuyến theo chuỗi chỉ hớng với đích tuần tự (Destination-Sequenced Distance-Vector - DSDV), mọi trạm di động đều có một bảng định tuyến trong đó ghi các đích hiện tại, số các bớc nhảy để đến đợc đích và số thứ tự đợc gán cho nút đích. Số thứ tự này đợc sử dụng để phân biệt các tuyến và nh vậy tránh đợc sự hình thành các vòng lặp. Các trạm định kỳ gửi bảng định tuyến của nó cho các nút lân cận của nó. Một trạm cũng gửi bảng định tuyến nếu một thay đổi đáng kể trong bảng so với lần gửi cập nhật cuối cùng đợc phát hiện. Nh vậy, việc cập nhật đợc thực hiện cả theo thời gian và theo sự kiện.Các bảng định tuyến có thể đợc gửi cập nhật theo hai cách: chuyển toàn bộ (full dump) hay cập nhật phần gia tăng. Theo cách chuyển toàn bộ, bảng định tuyến sẽ đợc gửi trọn vẹn đến các nút lân cận và nó có thể bao gồm nhiều gói tin. Ngợc lại, theo cách cập nhật phần gia tăng, chỉ những mục ghi mới của bảng định tuyến so với lần cập nhật cuối cùng mới đợc gửi đi và phải vừa trong một gói tin. Khi mạng tơng đối ổn định, các gói cập nhật phần gia tăng đợc sử dụng để tránh việc lu lợng tăng cao và việc chuyển toàn bộ (full dump) ít đợc sử dụng hơn. Trong các mạng thay đổi nhanh, số l-ợng các gói cập nhật phần gia tăng có thể trở lên rất lớn nên việc chuyển toàn bộ bảng đợc thực hiện thờng xuyên hơn.b) Định tuyến bằng thuật toán tìm đờng tuần tự theo thời gian Định tuyến bằng thuật toán tìm đờng tuần tự theo thời gian (Temporally Ordered Routing Algorithm - TORA) là một giao thức định tuyến trên cơ sở một thuật toán đảo liên kết (Link Reversal). Nó đợc thiết kế để tìm các tuyến đờng theo yêu cầu, cung cấp nhiều tuyến tới một đích, thiết lập tuyến nhanh và giảm tới mức tối thiểu phần phụ tải (overhead) bằng thuật toán khoanh vùng chống lại các thay đổi về hình trạng mạng có thể sảy ra. Việc tối u định tuyến (tìm đờng ngắn nhất) đợc coi là thứ yếu và việc định tuyến với các đờng dài hơn đợc sử dụng thờng xuyên để tránh phần phụ tải khi tìm đờng mới.Hoạt động của giao thức TORA đợc hình dung giống nh đa nớc chảy dốc xuống qua một mạng các đờng ống và hớng tới một điểm đích. Các đờng ống mô tả các liên kết giữa các nút mạng, các điểm nối các đờng ống này mô tả các nút mạng và nớc chảy trong các ống mô tả các Phan Viết Thời, D2001VT 8 Đồ án tốt nghiệp đại học Chơng I. Tổng quan về mạng Wireless Sensorgói tin đợc định tuyến hớng tới đích. Mỗi nút có một độ cao so với đích đợc tình toán bởi giao thức định tuyến và độ cao giảm dần trên tuyến, nhờ vậy có thể chuyển gói tin một cách tuần tự để tới đích. c) Giao thức định tuyến nguồn độngĐiểm cơ bản của giao thức định tuyến nguồn động ( Dynamic Source Routing - DSR) là việc sử dụng định tuyến nguồn. Tức là, nơi gửi nhận biết đợc hoàn toàn tuyến đờng gồm các liên kết dẫn tới đích. Các tuyến đờng này đợc lu trong bộ nhớ định tuyến (Route Cache). Các gói dữ liệu mang theo thông tin định tuyến nguồn trong tiêu đề gói. Khi một nút trong mạng Ad hoc muốn gửi một gói tin tới một đích mà nó cha nhận biết đợc tuyến đờng, nó sẽ sử dụng một tiến trình tìm đờng (Route Discovery) để xác định một tuyến. Tiến trình tìm đờng sẽ gửi tràn lan vào trong mạng các gói yêu cầu tuyến (Route Request-RREQ). Mỗi nút nhận đợc RREQ lại tiếp tục quảng bá nó, trừ khi nút đó là nút đích hoặc có một tuyến tới đích đợc lu trong bộ nhớ định tuyến. Các nút này trả lời các gói RREQ bằng các gói hồi âm định tuyến (Route Reply-RREP). Các gói này đợc định tuyến trở lại nguồn. Các gói RREQ và RREP cũng đợc định tuyến theo nguồn. Các gói RREQ lập lên một tuyến xuyên qua mạng. Gói RREP định tuyến trở lại nguồn bằng cách đi ngợc trở lại theo tuyến đờng này. Thông tin về tuyến đợc mang trở lại bằng gói RREP và đợc lu tại nguồn để sử dụng.Nếu một liên kết trên một tuyến bị sự cố, nút nguồn đợc thông báo bằng một gói lỗi (Route Error-RERR). Nguồn sẽ xoá tuyến này trong bộ nhớ định tuyến và bắt đầu một tiến trình tìm đờng mới nếu tuyến này còn cần thiết. Trong DSR không cần một cơ chế đặc biệt nào để phát hiện các vòng lặp định tuyến.d) Định tuyến dựa vào chuỗi chỉ hớng theo yêu cầu tạm thời Định tuyến dựa vào chuỗi chỉ hớng theo yêu cầu tạm thời (Ad hoc On-Demand Distance- Vector Routing - AODV) có điểm giống DSR là nó cũng tìm các đờng có yêu cầu thông qua một bằng một tiến trình tìm đờng tơng tự. Tuy nhiên, AODV sử dụng một cơ chế rất khác để lu giữ thông tin định tuyến. Nó sử dụng các bảng định tuyến truyền thống, mỗi mục là một đích. Đây là điểm ngợc lại DSR (DSR có thể lu giữ nhiều mục cho mỗi đích). Không có định tuyến nguồn, AODV dựa vào các mục trong bảng định tuyến để truyền một RREP trở về nguồn và sau đó,đợc sử dụng để định tuyến các gói số liệu đợc tới đích. AODV sử dụng các số thứ tự đợc lu tại mỗi đích để xác định tính mới của thông tin định tuyến và chống lại các vòng lặp định tuyến. Tất cả các gói đều mang theo các số thứ tự này.Một đặc điểm quan trọng của AODV là lu giữ các trạng thái định giờ căn bản trong mỗi nút để tận dụng các mục trong bảng định tuyến đơn. Một mục trong bảng định tuyến có thể bị xoá nếu nó không đợc sử dụng trong thời gian gần. Giao thức DSDV là giao thức định tuyến theo bảng, các giao thức DSR, TORA, AODV thuộc loại giao thức định tuyến theo yêu cầu.Phan Viết Thời, D2001VT 9 Đồ án tốt nghiệp đại học Chơng I. Tổng quan về mạng Wireless Sensor1.2.2. Nền tảng công nghệCác tiến bộ trong công nghệ chế tạo các thiết bị điện tử rất nhỏ giá rẻ với công suất thấp và phân hóa chức năng cao, các bớc tiến trong công nghệ mạng không dây và trong lĩnh vực vi điều khiển đã tạo ra tiềm năng to lớn trong lĩnh vực cảm biến và thu thập dữ liệu. Việc sử dụng các bộ vi điều khiển công suất thấp tích hợp khối thu phát vô tuyến và các thiết bị cảm biến tơng tự, số khác nhau cho phép một mạng các thiết bị cảm biến không dây hoạt động bằng nguồn acquy có thể thu thập dữ liệu về môi trờng trong phạm vi lớn. Dữ liệu này có thể đợc tải đến một máy tính và đợc lu trong cơ sở dữ liệu. Sau đó, có thể đợc phân tích thông qua một phần mềm ứng dụng. Kết quả có thể đợc truy xuất trực tiếp hoặc bởi một trình duyệt Web chuẩn ở bất cứ đâu trên Internet. Các mạng Sensor ngày nay có những cải tiến đáng kể so với các Sensor truyền thống theo hai hớng:- Các Sensor có thể đặt ở xa hiện tợng tức là các thông tin về hiện tợng có đợc nhờ năng lực cảm biến và phân tích. Theo hớng này, yêu cầu các Sensor lớn sử dụng một số kỹ thuật phức tạp để nhận biết đợc các đích từ các tạp âm môi trờng ở khoảng cách xa.- Nhiều Sensor chủ yếu chỉ hoạt động cảm biến đợc triển khai. Vị trí các Sensor và hình trạng thông tin đợc tính toán cẩn thận. Chúng đợc liên kết thành một mạng để truyền thông tin về các diễn biến của hiện tợng đợc thăm dò tới các nút trung tâm, nơi tiếp nhận và xử lý dữ liệu.Một mạng Sensor bao gồm một số lợng lớn các nút đợc triển khai dày đặc bên trong đối tợng cần thăm dò hoặc ở rất gần nó. Vị trí của các Sensor phải không cần định trớc. Điều này cho phép triển khai ngẫu nhiên trong các vùng không thể tiếp cận hoặc trong các hoạt động tránh sự nguy hiểm. Điều này cũng có nghĩa là các thuật toán và giao thức phải có khả năng tự tổ chức. Một đặc trng nữa của mạng Sensor là khả năng cộng tác của các Sensor. Các Nút Sensor phải có bộ xử lý gắn trong. Thay vì chuyển các dữ liệu thô đến các nút có nhiệm vụ xử lý, các nút Sensor sẽ sử dụng khả năng tính toán của nó để thực hiện các xử lý đơn giản và chỉ chuyển đi các dữ liệu đợc yêu cầu và đã qua xử lý sơ bộ.Các đặc điểm trên đa đến một phạm vi ứng dụng lớn của mạng Sensor. Một số lĩnh vực đ-ợc ứng dụng là y tế, quân sự và an ninh. Ví dụ nh các bác sỉ sẽ kiểm tra từ xa các dữ liệu về sinh lý bệnh nhân. Điều này vừa thuận tiện cho bệnh nhân vừa giúp các bác sĩ hiểu rõ hơn về tình trạng bệnh nhân. Mạng Sensor còn đợc sử dụng để phát hiện các tác nhân hóa học trong không khí và nớc. Chúng giúp chỉ ra kiểu, sự cô lại và vị trí của các chất. Về cơ bản, các mạng Sensor cung cấp cho ngời sử dụng sự hiểu tốt hơn, thông minh hơn về môi trờng. Chúng ta có thể thấy rằng trong tơng lai, các mạng wireles Sensor sẽ là một phần không thể thiếu trong cuộc sống, giống nh máy tính cá nhân hiện nay.Các ứng dụng thực tế của mạng Sensor yêu cầu phải sử dụng công nghệ mạng Wireless Ad hoc. Mặc dù vậy, có nhiều thuật toán và giao thức đã đợc sử dụng cho các mạng Wireless Ad hoc truyền thống nhng chúng không phù hợp lắm với các đặc tính và yêu cầu ứng dụng của Phan Viết Thời, D2001VT 10 [...]... các thuật toán và giao thức nhận biết, tính toán năng lợng cho mạng Sensor Trong các mạng đa liên kết và di động khác, việc tiêu thụ năng lợng là một vấn đề quan trọng trong thiết kế song không phải vấn đề chính vì nguồn năng lợng có thể đợc ngời sử dụng thay thế Điều quan trọng hơn là vấn đề cung cấp chất lợng dịch vụ (QoS) Tuy nhiên, trong các mạng Sensor, hiệu quả năng lợng là một vấn đề vô cùng quan... quan về mạng Wireless Sensor mạng Sensor, Để minh hoạ điểm này, sự khác nhau giữa mạng Sensor và mạng Wireless Ad hoc đợc đợc phác hoạ dới đây : - Số lợng nút Sensor trong mạng Sensor có thể đợc yêu cầu ở mức lớn hơn rất nhiều so với các mạng Ad hoc - Các nút Sensor đợc triển khai với mật độ lớn hơn - Các nút Sensor thờng gặp trục trặc - Hình trạng mạng Sensor thay đổi rất thờng xuyên - Các nút Sensor. .. quan về mạng Wireless Sensor còn lại đợc dự trữ cho việc cảm biến Mặt bằng quản lý di động dò tìm và ghi lại chuyển động của nút Sensor, vì thế một tuyến đờng hớng tới nút user luôn đợc duy trì và các nút Sensor có thể theo dõi đợc các nút Sensor lân cận Với việc nhận biết đợc các nút Sensor lân cận, nút Sensor có thể cân bằng giữa nhiệm vụ và năng lợng sử dụng Mặt bằng quản lý nhiệm vụ cân bằng và sắp... trọng khác của lớp mạng là cung cấp sự liên kết mạng với các mạng bên ngoài nh các mạng Sensor khác, các hệ thống phát lệnh và điều khiển hay Internet Trong một Phan Viết Thời, D2001VT 20 Đồ án tốt nghiệp đại học Chơng I Tổng quan về mạng Wireless Sensor mô hình mạng, các nút Sink đợc sử dụng nh một cổng (Gateway) đến các mạng khác Trong một mô hình mạng khác, một đờng trục đợc tạo ra bằng việc kết nối... điều chế, truyền và nhận cần thiết đơn giản nhng mạnh mẽ Thêm vào đó, các mặt bằng quản lý năng lợng, di động và nhiệm vụ điều khiển sự phân phối năng lợng, phối hợp di chuyển và nhiệm vụ giữa các nút Sensor Các mặt bằng này giúp cho các nút Sensor có thể phối hợp trong nhiệm vụ cảm biến và giảm đợc tổng năng lợng tiêu thụ Mặt bằng quản lý năng lợng quản lý việc một nút Sensor sử dụng năng lợng của nó... tiêu: Các mạng Sensor có thể đợc kết hợp chặt chẽ với các hệ thống hớng đạo trong các quân trang thông minh - Đánh giá thiệt hại của trận đánh: Ngay trớc hoặc sau khi tấn công, các mạng Sensor có thể đợc triển khai trong vùng mục tiêu để tập hợp các số liệu đánh giá thiệt hại trong trận đánh - Trinh sát và phát hiện các vũ khí hóa học, sinh học, hạt nhân: Trong các cuộc chiến tranh sinh học và hóa học,... hiện tợng của các Sensor Do đó, làm tăng công suất tiêu thụ cho nhiệm vụ cảm biến Đồ án tốt nghiệp đại học Chơng II Năng lợng trong mạng Wireless Sensor 2.2.2 Năng lợng cho truyền thông Trong ba thành phần nêu trên trong một nút Sensor, phần truyền thông số liệu tiêu thụ năng lợng nhiều nhất, bao gồm cả phát và thu số liệu Đặc điểm truyền thông trong mạng Sensor là phạm vi ngắn và công suất bức xạ... của mạng Sensor Lớp mạng của mạng Sensor đợc thiết kế theo những nguyên tắc sau : - Hiệu suất năng lợng luôn là yếu tố quan trọng - Hầu hết các mạng Sensor là số liệu tập trung - Việc tập hợp số liệu chỉ đợc thực thi khi nó không cản trở hoạt động hợp tác của các nút Sensor - Một mạng Sensor lý tởng phải nhận biết đợc việc đánh địa chỉ thuộc tính cơ sở và vị trí 1.4.4 Liên kết liên mạng Một chức năng. .. học Chơng II Năng lợng trong mạng Wireless Sensor Chơng II : Năng lợng trong mạng Wireless Sensor 2.1 Tính đặc thù của mạng 2.1.1 Hạn chế phần cứng Tất cả các thành phần của nút Sensor phải đặt vừa vào trong một khối Thông thờng kích cỡ đợc yêu cầu nhỏ hơn 1 centimet khối, đôi khi, phải đủ nhẹ để có thể treo trên không trung Ngoài các yêu cầu về kích cỡ, khối lợng, việc thiết kế các nút Sensor còn bị... sở, tập hợp các nhóm nút Sensor thành cụm - Trao đổi số liệu liên quan tới các thuật toán tìm vị trí - Đồng bộ thời gian cho các nút Sensor - Di chuyển các nút Sensor - Bật và tắt các nút Sensor - Truy vấn cấu hình mạng Sensor và trạng thái nút, định dạng lại cấu hình mạng Sensor - Xác nhận, phân phối khoá và bảo mật trong truyền thông số liệu 1.4.1.2 Giao thức phân nhiệm vụ và quảng cáo số liệu Một . án: Vấn đề năng lợng trong mạng Wireless Sensor và đánh giá bằng mô phỏng. Mục đích của đồ án này là tìm hiểu các vấn đề liên quan tới năng lợng trong mạng. giới và đang dần xâm nhập vào nớc ta. Có nhiều vấn đề đặt ra cho mạng Wireless Sensor nh vấn đề năng lợng, vấn đề đồng bộ sensor, vấn đề mở rộng mạng. .. Năng