Đặc điểm cấu hình và thủ tục điều khiển thâm nhập môi trường của mạng cảm biến không dây (WSN)

Ưu nhược điểm của LAN không dây 1. Ưu điểm

Do tất cả các sản phẩm không dây phải tuân theo những qui định quốc gia về giới hạn tần số để tránh ảnh hưởng nhiễu lẫn nhau. Giới hạn khoảng cách truyền dữ liệu xa bị hạn chế do môi trường truyền dễ bị ảnh hưởng bởi các nhiễu tồn tại.

Chuẩn IEEE 802.11

Dựa vào các sóng hồng ngoại và các bức xạ hồng ngoại mà người ta có thể dò tìm thấy bức xạ nhiệt của vật chất, của cơ thể người cách hàng km với độ chính xác cao, hay có thể nhìn thấy vật vào ban đêm với hình ảnh nhiệt thu được. Giả sử có dữ liệu qua điểm truy cập muốn được gửi đi tới một nút mạng không dây nào đó thì điểm truy cập sẽ gửi khung RTS tới nút không dây để thông báo trong khoảng thời gian xác định sẽ có dữ liệu được gửi tới và nút không dây sẽ đáp lại bằng khung CTS để báo.

Giao thức mạng không dây

Khung MAC có thể được lưu truyền giữa các trạm và giữa các trạm và điểm truy cập hoặc giữa các điểm truy cập phụ thuộc vào giá trị của 2 bit DS trong trường điều khiển. - Trạng thái hiện thời của kỹ thuật là phiên bản của CISCO gồm một trạm cơ sở cuối cùng ( một bộ dẫn UBR7200); kết thúc trạm cơ sở và hoạt động thuê bao cuối cùng như những tác nhân chuyển tiếp và cũng như những hệ thống kết thúc (những máy chủ). - Cả thuê bao cuối cùng và trạm cơ sở cuối cùng của liên kết không dây là những máy chủ IP trên một mạng, và chúng hoàn toàn hỗ trợ tiêu chuẩn IP và những giao thức điều khiển liên kết logic (LLC), như được định nghĩa bởi Lan IEEE 802.

- Giao thức truyền file thông thường (TFTP), RFC-1350, một giao thức truyền file, thông tin được cấu hình và phần mềm được load xuống, được sửa đổi bởi RFC 2349.

Kiến trúc mạng không dây

- Phần mềm truy cập điểm chạy trên máy tính với card giao diện mạng không dây thường được sử dụng trong Ad hoc cùng với sự tích hợp phần mềm hỗ trợ mạng. Các trạm cơ sở thường được qui ước là các máy tính cá nhân hoặc các trạm làm việc, chúng chịu trách nhiệm về việc kết hợp truy cập tới một hay nhiều kênh truyền với các vị trí chuyển động trong giới hạn các ô. Các kênh truyền có thể độc lập tuần tự trong FDMA, các khe thời gian trong TDMA hoặc các mã trực giao hay các mẫu từ nơi này tới nơi khác trong trường hợp CDMA.

Sự thay đổi định kỳ chuyển đổi công nghệ sử dụng với định hướng cập nhật các mạng Ad-hoc trợ giúp trong địa thế mà kết nối là cần thiết thường sử dụng với môi trường quân đội.

Phân bố địa chỉ IP

Điểm truy cập (AP)

Những ứng dụng của mạng cảm nhận không dây bao gồm vùng rất rộng lớn: quan sát môi trường sinh thái, giám định cấu trúc về sức khoẻ, dò tìm các chất gây ô nhiễm môi trường, điều khiển xử lý công nghiệp, tìm đường mục tiêu trong quân sự, và những cái khác. Dự án này được kế tiếp bởi dự án cảm biến mạng tích hợp không dây WINS trong một vài năm nữa, trong đó những nhà nghiên cứu ở UCLA đã cộng tác với Rockwell Science Center để phát triển một trong những thiết bị cảm biến không dây đầu tiên. Sự tiện ích của các thiết bị này cũng như một chương trình dễ sử dụng, hoạt động đầy đủ, với giá nền tương đối rẻ, cho các thí nghiệm và triển khai thực tế đã mang lại một vai trò đầy đủ trong cuộc cách mạng vàng của mạng cảm nhận không dây.

Hiện nay, dưới áp lực đầu tiên về kinh tế, các bộ xử lý nhúng thường được giữ đặc biệt trong giới hạn năng lượng máy tính (ví dụ: rất nhiều thiết bị sử dụng trong nghiên cứu và phát triển hiện nay chỉ có một bộ xử lý 8 bit 16 MHz).

Thách thức thiết kế chính

Một cái nhìn đặc biệt thuyết phục trong tương lai của việc sử dụng mạng cảm nhận bao gồm sự phát triển của cấu trúc điều khiển chứa động cơ, sẽ phản ứng lại thông tin cảm biến thời gian thực để thi hành “việc xoá bỏ phản chấn” trong các sóng điạ chấn và có thể làm cho cấu trúc không bị tác động bởi bất kể một xáo trộn bên ngoài nào. Một chỉ số thương mại hứa hẹn cho mạng không dây khi đã có các công ty cá nhân phát triển và thương mại hoá sản phẩm này, và cũng có các xu thế phát triển sạch tìm ra các kỹ thuật chuẩn liên quan, như chuẩn IEEE 802.15.4, và các nỗ lực liên kết trong công nghiệp như Zigbee Alliance. Trong các ứng dụng mà ở đó điều then chốt là các sự kiện tự nhiên phải được dò ra và thông báo nhanh chóng , những khả năng tiềm ẩn gây ra bởi quá trình ngủ phải được giữ trong một giới hạn sít sao, thậm chí có thể là sự xuất hiện của tắc nghẽn mạng.

Ví dụ: Việc xuất hiện một số ít các thiết bị có khả năng tính toán lớn với một số lượng lớn các thiết bị khả năng thấp có thể làm chúng hợp lại thành một kiến trúc mạng và sự xuất hiện của rất nhiều phương thức cảm nhận đòi hỏi kỹ thuật cảm nhận dung hoà một cách thích hợp.

Triển khai một cách có cấu trúc hay triển khai ngẫu nhiên

- Kiểu dáng hình học: Đâu là loại thông tin cảm biến lấy từ môi trường và. Có thể là nền tảng của việc dò tìm và khả năng cảnh báo lỗi hoặc cũng có thể mỗi sự kiện có thể được cảm nhận bởi nodes K xác định…. Ngay cả khi không quan tâm đến việc triển khai là ngẫu nhiên hay có cấu trúc thì tính chất kết nối của topo mạng vẫn có thể được điều chỉnh sau khi triển khai bởi điều chỉnh năng lượng truyền.

Topo mạng

Tiện ích của cách tiếp cận phân tầng cluster chính là phân tích tự nhiên ở một vùng rộng lớn trong các vùng tách rời mà dữ liệu được xử lý, việc kết hợp có thể được tiến hành một cách cục bộ. Tầng mạng thứ 2 có thể sử dụng một băng tần sóng radio lớn hơn thậm chí cũng có thể là một loại mạng có kết nối dây nếu các node của tầng thứ 2 có thể kết nối tất cả thành một cơ sở hạ tầng có dây nối. Trong sơ đồ hình học ngẫu nhiên G(n, R), n node được đặt ngẫu nhiên với những phân bố đồng dạng trong một vùng kích thước đơn vị hình vuông( tổng quát hơn là hình lập phương cạnh d).

Một mẫu sơ đồ hình học ngẫu nhiên khác là G(n, K) khi n node được đặt ở các vị trí ngẫu nhiên trong vùng đơn vị và mỗi node được kết nối với các node K hàng xóm gần nhất.

Kết nối sử dụng điều khiển năng lượng

Một vài kết quả sẽ phân bố các thuật toán hướng tới việc phát triển các topo có công suất tiêu tán tổng nhỏ nhất qua các đường dẫn, trong khi các cái khác hướng tới cài đặt năng lượng truyền là nhỏ nhất cho mỗi node ( hoặc làm giảm tối đa cài đặt năng lượng truyền) mà vẫn đảm bảo việc kết nối. Ví dụ, cung cấp các đường dẫn năng lượng nhỏ nhất có thể đòi hỏi một vài node trong mạng có năng lượng truyền cao, có khả năng giới hạn thời gian sống của mạng đòi phân chia bởi năng lượng pin của mỗi node sẽ hao rất nhanh. Thuật toán topo điều khiển MECN trước hết xây dựng một sơ đồ hàng rao trong kiểu phân bố, sau đó sẽ cắt bớt chúng và sử dụng một thuật toán đường dẫn năng lượng tiêu tốn chính Bellman-Ford để xác định năng lượng thÊp nhÊt.

Mỗi node sau đó sẽ kiểm tra các bảng đường dẫn được tao ra bởi thuật toán và kích mức năng lượng thấp nhất sao cho số lượng các node có thể với tới được là tương đương với số lượng các node có thể với tới được với mức năng lượng lớn nhất.

Năng lượng hiệu quả trong giao thức MAC

Giao tiếp trong CAP là một thuật toán CSMA/CA đơn giản, nó cho phép một quá trình back off nhỏ để giảm bớt năng lượng tiêu tốn cho việc lắng nghe nhàn rỗi. Phần còn lại ta sẽ tìm hiểu về cả 2 giao thức MAC sử dụng năng lượng hiệu quả, đó là chế độ tranh chấp và chế độ lập lịch, sử dụng trong mạng không dây multi-hop. Thách thức chính là cho phép bộ nhận ngủ phần lớn thời gian, trong khi vẫn đảm bảo rằng 1 node được thức dậy và nhận khi 1 gói tin mong đợi được truyền đến.

Lý thuyết đầu tiên không đồng bộ hoàn toàn và chỉ trông vào việc sử dụng một sóng radio thêm hoặc những kỹ thuật lắng nghe quá trình với năng lượng thấp để bảo đảm rằng nơi nhận thức dậy với một quá trình truyền tới mong muốn.

Kỹ thuật ngủ không đồng bộ

Như vậy sự khác biệt chính từ lấy mẫu đầu khung là trong TICER, nơi truyền sẽ truyền một chuỗi tín hiệu không liên tục thay vì một đầu khung đơn dài, và đợi 1 tớn hiệu rừ ràng từ nơi nhận trước khi truyền. Lập lịch so le của D-MAC có nhiều lợi thế- nó cho phép dữ liệu và gói điều khiển chuyển liên tục theo mọi cách trên cây với trễ nhỏ nhất; nó cho phép yêu cầu sự suy yếu đáp ứng được của chu kỳ hoạt động để phổ biến theo mọi đường trên cây; nó giảm nhiễu giao thoa nhờ chia chu kỳ hoạt động thành các mức khác nhau; và nó cũng giảm số lượng node thức dậy khi xuất hiện chu kỳ đáp ứng. Nếu node được cho phép nhận nhiều lịch, sau đó sẽ cải thiện hiệu quả hơn trễ; ví dụ trên 1 lưới, 1 node có thể chấp nhận 4 lịch của mỗi k slot (mỗi lịch cho truyền với các node lân cận bên trái, phải, trên và dưới), mà nó lặp lại theo chu kỳ.

Vấn đề này có thể được dùng trong thiết kế không đối xứng (ở đó, các node khác nhau có thể có các hàm thức dậy slot khác nhau) tốt như là trong thiết kế đối xứng (ở đó các node có cùng WSF, trừ chu kỳ thời gian dịch).