Ứng dụng của công nghệ mạng cảm biến không dây trong các lĩnh vực khác nhau

Các nhân tố ảnh hưởng đến mạng cảm biến không dây

Hơn nữa, để tăng sản lượng, mức tiếp thị, mua bán, và hiệu quả phân tán của sản phẩm mà có thể có các thiết bị mạng cảm biến không dây được nhúng trong chúng, và để tránh quá trình hình thành những thay đổi trong vùng khác nhau phải được giám sát riêng lẻ thông qua (có thể là riêng rẽ) dây truyền phân tán, do đó mong muốn cung cấp các thiết bị mà có khả năng vận hành trên khắp thế giới. Dù vậy, theo lý thuyết, khả năng này có thể được sử dụng bởi việc tận dụng các bộ thu nhận GPS (Global Positioning System) hoặc GLONASS (Global Navigation Satellite System) trong mỗi node mạng và điều chỉnh node cách thức hoạt động theo vị trí của nó, chi phí để thêm một bộ thu nhận thứ hai, cộng thêm tính mềm dẻo để thực thi bổ xung được yêu cầu để nhận các yêu cầu khắp thế giới khác nhau, về phương diện kinh tế phương pháp này là không tồn tại.

Đặc điểm của mạng cảm biến không dây

Bởi vì mạng được giải phóng từ gánh nặng của quá trình nhận dạng các đường định tuyến truyền thông mở, các mạng cảm biến không dây mang overhead lưu lượng điều khiển ít hơn và có thể tận dụng các phương pháp định tuyến đơn giản hơn so với mạng di động Ad hoc. Các hạn chế về kích thước và công suất, khả năng định hình vật lý trên vi mạch bị giới hạn có chiều hướng cần hỗ trợ quản lý dòng đồng thời, tập trung nhờ bộ xử lý kết hợp.

Kiến trúc và giao thức mạng cảm biến không dây

Trong phần này, chúng ta sẽ khảo sát ba giao thức lớp ứng dụng quan trọng là giao thức quản lý cảm biến SMP (Sensor Management Protocol), giao thức phân nhiệm vụ và quảng cáo số liệu TADAP (Task Assignment and Data Advertisement Protocol), giao thức truy vấn cảm biến và phổ biến số liệu SQDDP (Sensor Query and Data Dissemination Protocol), rất cần thiết cho mạng cảm biến trên cơ sở những sơ đồ được đề xuất có liên quan tới những lớp khác và các lĩnh vực ứng dụng mạng cảm biến. Thiết bị băng tần cực rộng UWB (Ultrawideband) hay vô tuyến xung IR (Impulse Radio) từng được sử dụng cho hệ thống radar xung băng tần gốc và các hệ thống đo khoảng cách, gần đây được chú ý trong các ứng dụng thông tin đặc biệt là các mạng không dây trong nhà.

Các hỗ trợ truyền thông cho mạng cảm biến không dây

Hệ điều hành TinyOS

Một lược đồ ứng dụng điển hình được chỉ trong hình 1.4, chứa đựng một ngăn xếp vô tuyến, một ngăn xếp cổng nối tiếp UART (Universal Asynchronous Receiver Transmitter), các ngăn xếp cảm biến, và node mở mạng mức cao hơn, và định tuyến chuyên dụng để hỗ trợ bộ thu dữ liệu cảm biến phân tán. Bộ điều khiển handle bản tin kiểm tra dù có nguồn hay không là node thân thiết mà nó đã lắng nghe cách đấy không lâu (ví dụ trong giai đoạn phát hiện hiện tại) và nếu vậy, nó ghi lại ID nguồn giống như gốc multi-hop, gia tăng khoảng cách và truyền phát ại bản tin với ID của riêng nó giống như nguồn.

Hệ thống Cảm biến mạng tích hợp không dây WINS

Các node hỗ trợ các ứng dụng tại chiến trường (battle-field), và một loạt quản lý y tế, phương tiện giao thông và các ứng dụng bảo trì dựa trên điều kiện (condition-based) trong công nghiệp, quân đội và các nền tảng về không gian. Ví dụ, một lớp kiểm tra vận động và tìm tòi cho quá trình phát triển giám sát và chuẩn đoán thành phần, xử lý, và mức hệ thống) được xây dựng tại Rockwell Science Center. Một người sử dụng WINS có thể phát đi các lệnh thông qua một giao diện người sử dụng được thiết lập trên một máy tính cá nhân hoặc điều khiển cầm tay, cho phép người sử dụng điều khiển mạng các node, ví dụ thiết lập ngưỡng nhạy cảm cảm biến hoặc lập trình lại các node thông qua liên kết vô tuyến.

CÁC ỨNG DỤNG CỦA MẠNG CẢM BIẾN KHÔNG DÂY 2.1 Các ứng dụng của công nghệ mạng cảm biến không dây

• Một ứng dụng giám sát môi trường sống - đảo Great Duck Island

Với các cảm biến và các bộ truyền động không dây trong hệ thống HVAC, tuy nhiên, vấn đề này trở nên tầm thường; một (nhiều) bộ chống rung trong mỗi phòng có thể được điều khiển bởi một (nhiều) cảm biến trong mỗi phòng, sắp đặt sự cân bằng hệ thống hoàn chỉnh tại những thời điểm trong năm. Một hệ thống HVAC có những ưu điểm khác. Quá trình giám sát kín của hệ thống cho phép các vấn đề được nhận ra và được sửa chữa trước khi các phiền toái xảy ra. Để bổ xung đến các cảm biến vùng cư trú các cảm biến không dây có thể được đặt hệ thống thay đổi nhiệt) không phụ thuộc vào tổ bảo trì để tạo các phép đo bằng tay trên các khe hở. Thành viên trong họ bụi được gọi là Mica, sử dụng một kênh đơn, tần số vô tuyến 916 MHz từ khối RF cung cấp truyền thông hai chiều tại 40kps, một vi điều khiển Atmel Atmega 103 chạy tại tần số 4 MHz, và có thể quan tâm đến giá trị bộ nhớ không bay hơi (512kb), Một đôi nguồn pin AA thông thường và một bộ chuyển đổi tăng thế DC cung cấp một nguồn điện áp ổn định, thông qua các nguồn năng lượng có khả năng hồi phục khác có thể được sử dụng một cách dễ dàng.

MÔ HÌNH HOÁ VÀ PHẦN MỀM MÔ PHỎNG MẠNG CẢM BIẾN KHÔNG DÂY

Mô hình hoá mô phỏng

Trong kịch bản mô phỏng, một tập các node mạng không dây trang bị các kiểu cảm biến khác nhau được triển khai trong một vùng xác định (trường cảm biến) để thực hiện các nhiệm vụ cảm biến môi trường. Các kết quả cảm biến được xử lý trong mạng và các báo cáo được chuyển đến các node Gateway hay điểm thu thập dữ liệu thông qua các kết nối không dây. Kết quả này có thể chuyển đến trực tiếp người sử dụng hay đưa qua mạng Internet. Kịch bản này được mô tả trên hình 3.5. Trong môi trường mô phỏng này, một kịch bản mạng cảm biến điển hình bao gồm ba kiểu node : 1) Các node cảm biến, quan sát trực tiếp môi trường; 2) Các node đích (target node) tạo ra các kích thích cảm biến tác động đến các cảm biến bằng các kênh cảm biến thông qua sự biến thiên của các đại lượng vật lý như các chấn động, âm thanh, hồng ngoại, ..Ví dụ, xe cộ đang di chuyển tạo ra các chấn động mặt kích thích các cảm biến địa chấn hay âm thanh kích thích các cảm biến thính giác; 3) Các node người sử dụng (User node) đưa ra kết quả của mạng cảm biến cho người sử dụng. Các công cụ này có thể được phát triển trên nền phần mềm mô phỏng mạng NS (Network Simulator) vì phần mềm này đã có sẵn cơ sở để mô phỏng các mạng IP nói chung (cả mạng có dây và không dây) và có tính mở rất cao. Việc Tổ chức node cảm biến phụ thuộc vào nhiệm vụ của mạng. Ví dụ, để theo dừi cỏc loài thỳ hoang dó trong một khu rừng, cỏc cảm biến cú thể được triển khai đồng đều trong khu rừng. Tuy nhiên, với mạng cảm biến được triển khai cho nhiệm vụ phòng thủ đường biên thì các cảm biến phải được triển khai theo đường được xỏc định rừ. Trong một số trường hợp khỏc, cỏc cảm biến cú thể được triển khai tuỳ theo yêu cầu của người sử dụng. Trong môi trường mô phỏng, người sử dụng có thể tổ chức node theo các đồ hình khác nhau tuỳ theo yêu cầu nhiệm vụ của mạng. Ngoài việc tổ chức node, các yêu cầu lưu lượng cũng có nhiều loại khác nhau.Lưu lượng mạng cảm biến được phân thành ba kiểu chính: 1) Lưu lượng Người sử dụng đến node cảm biến: được hình thành từ các lệnh và truy vấn từ người sử dụng đến mạng. 2) Lưu lượng node cảm biến đến người sử dụng: gồm các báo cáo từ cảm biến đến người sử dụng. 3) Lưu lượng node cảm biến đến node cảm biến: hình thành do nhu cầu cộng tác xử lý các sự kiện cảm biến trong mạng trước khi thông báo đến người sử dụng.

Thiết kế phần mềm mô phỏng mạng cảm biến không dây

Ví dụ, cảm biến có thể định kỳ gửi thông báo đến một số điểm thu thập số liệu nếu nó còn tiếp tục phát hiện thấy hiện tượng, hoặc có thể làm một số việc phức tạp hơn như công tác với các cảm biến lân cận để có được thông tin cụ thể chi tiết hơn về hiện tượng trước khi cảnh báo người giám sát về một hiện tượng giả định. - Sensornets-NRL/Sensorapp.cc, h : ứng dụng cảm biến được định nghĩa trong file này tận dụng màu node và tạo ra các thông báo cảm biến để chỉ ra node tương ứng phát hiện ra hiện tượng (4 biến môi trường có thể được sử dụng là:. SILENT_PHENOMENON, DISABLE_COLORS, MESG_SIZE và TRANSMIT_FREQ).

Thực hiện mô phỏng

Trong đó, các sự kiện trong trường sự kiện gồm r (nhận gói), s (gửi gói), D (mất gói), f (chuyển tiếp gói); trường thời gian chỉ ra thời điểm xảy ra sự kiện;. - Tách số liệu nhận và gửi tại điểm thu Sink: Sử dụng lệnh sau trong cygwin/X để tách lấy các sự kiện nhận gói udp của điểm thu Sink (trong file Trace wsnet.tr) để tính số gói udp nhận được.