Quỏ trỡnh thực nghiệm được tiến hành ở mụi trường ngoài trời tại hai
địa điểm khỏc nhau:
- Tại sõn Trường Đại học Quốc gia Hà Nội cú đặc điểm:
- 72 - + Thời gian: 09 giờ sỏng + Nhiệt độ: 24 độ C - Tại Cụng viờn Nghĩa Tõn cú đặc điểm: + Thực nghiệm đo ở địa hỡnh hơi nhấp nhụ, tầm nhỡn thẳng giữa hai nỳt mạng bị che chắn bởi cỏc bụi cõy, cỏ thưa, nhỏ. + Thời gian: 14 giờ + Nhiệt độ: 250C 3.5.3. Cỏc bước thực nghiệm
Tại cỏc mụi trường thực nghiệm, cỏc bước được tiến hành như sau: - Thiết lập cụng suất phỏt cho nỳt mạng ở giỏ trị +4dBm
- Thực hiện việc truyền nhận tớn hiệu giữa hai nỳt mạng tại cỏc khoảng cỏch khỏc nhau, từ 0m cho đến khi nỳt thu khụng cảm nhận được tớn hiệu từ nỳt phỏt. - Tại mỗi khoảng cỏch, sử dụng cỏc switch trờn cỏc nỳt mạng cơ sở để thực hiện việc truyền nhận tớn hiệu giữa hai nỳt mạng. Thực hiện lần lượt 10 lần việc truyền nhận tớn hiệu giữa hai nỳt mạng tại mỗi khoảng cỏch này. Màn hỡnh LCD tại nỳt thu sẽ hiển thị giỏ trị RSSI (cụng suất nhận được) và số gúi tin nhận được từ nỳt phỏt.
- Dịch chuyển nỳt thu ra xa nỳt phỏt và tiếp tục thực hiện việc truyền nhận tớn hiệu như trờn.
- Ghi lại tất cả cỏc kết quả để tổng hợp, đỏnh giỏ và rỳt ra kết luận về hiệu quả truyền nhận của mạng cảm biến.
3.5.4. Kết quả thực nghiệm và đỏnh giỏ kết quả
3.5.4.1. Kết quả quỏ trỡnh thực nghiệm khi tiến hành tại sõn Trường Đại học Quốc Gia Hà Nội Quốc Gia Hà Nội
Kết quả đo được cỏc thụng số quỏ trỡnh truyền nhận vụ tuyến giữa hai nỳt mạng cảm biến khụng dõy được thể hiện ở bảng số liệu trong phần phụ lục của
đề tài.
Để thuận tiện cho việc đỏnh giỏ và rỳt ra cỏc kết luận, cỏc kết quả thu được
đối với thụng số cụng suất nhận và tỉ lệ nhận gúi tin được minh họa ở cỏc hỡnh vẽ dưới dõy:
- 73 -
- Hỡnh vẽ minh họa sự biến thiờn thụng số cường độ tớn hiệu đo được tại
điểm thu (cụng suất nhận) so với khoảng cỏch giữa hai nỳt mạng như sau:
0 20 40 60 80 100 120 140 160 -100 -90 -80 -70 -60 -50 -40 Tr ung bỡ nh cụ n g s u ấ t nh ậ n (dBm ) Khoảng cỏch nỳt phỏt - nỳt thu (m)
Hỡnh 3.22: Mối liờn hệ giữa cụng suất nhận so với khoảng cỏch khi tiến hành thực nghiệm trờn sõn trường
Trong đú:
+ cỏc chấm hỡnh vuụng giỏ trị trung bỡnh của cụng suất nhận trong 10 lần
đo việc truyền tớn hiệu giữa hai nỳt mạng.
+ cỏc thanh thẳng đứng qua giỏ trị trung bỡnh cụng suất nhận được thể hiện giới hạn sai số
+ đường nối giữa cỏc chấm hỡnh vuụng thể hiện xu hướng biến đổi của cụng suất nhận so với khoảng cỏch giữa nỳt phỏt và nỳt thu
Nhận xột: từ cỏc kết quả thu được và hỡnh vẽ minh họa ta thấy:
Cụng suất nhận được khi tiến hành giữa cỏc lần đo khỏc nhau tại cựng một khoảng cỏc hai nỳt mạng cú thể khỏc nhau. Đường sai số trong hỡnh vẽ thể hiện rừ điều này.
- 74 -
Giỏ trị trung bỡnh cụng suất nhận được biến thiờn theo khoảng cỏch giữa hai nỳt mạng. Cụ thể, khoảng cỏch càng lớn thỡ cụng suất nhận được càng giảm và ngược lại. Từ đú cú thể thấy rằng hiệu quả truyền nhận của mạng cảm biến thay đổi theo khoảng cỏch. Ở cỏc khoảng cỏch gần, hiệu suất truyền nhận của mạng là cao, và hiệu suất truyền nhận sẽ giảm đi khi khoảng cỏch lớn hơn.
Với cỏc khoảng cỏch giữa hai nỳt mạng nhỏ hơn 80m, sai số cụng suất nhận giữa cỏc lần đo là nhỏ. Điều này thể hiện rằng tại những khoảng cỏch này, tớn hiệu nhận được là rất ổn định.
Khi khoảng cỏch giữa hai nỳt mạng lớn hơn 80m, tớn hiệu bị suy hao nhiều. Cụng suất nhận được cũng thay đổi lớn hơn giữa cỏc lần đo, được thể hiện ở giới hạn sai số lớn hơn. Tớn hiệu nhận được trong vựng này khụng ổn định.
Tại cỏc khoảng cỏch giữa hai nỳt mạng lớn hơn hoặc bằng 160m, nỳt thu khụng thu được tớn hiệu từ nỳt phỏt. Nguyờn nhõn là do tớn hiệu từ nỳt phỏt truyền tới nỳt thu bị suy hao lớn, giỏ trị thu được nằm ngoài khoảng
độ nhạy của thiết bị do nhà sản xuất quy định.
Áp dụng mụ hỡnh suy hao của quỏ trỡnh truyền súng vụ tuyến của mạng cảm biến khụng dõy trong chương 2, ta cú thể tớnh được hệ số suy hao đường truyền trong mụi trường thực nghiệm như sau:
) ( ) ( , , d P PL d PrdB = t dB − dB dB dB dB X d d d PL d PL , 0 10 0) 10 log ( ) ( ) ( = + η + σ
Cỏc giỏ trị trong cụng thức trờn như sau: Pt,dB: cụng suất truyền cú giỏ trị là +4dBm
Pr,dB: cụng suất nhận được chớnh là giỏ trị RSSI được hiển thị
: suy hao đường truyền theo khoảng cỏch d từ nỳt truyền )
(d PLdB
η : hệ số suy hao đường truyền d0: mốc tham chiếu
- 75 -
Xσ: độ biến thiờn ngẫu nhiờn Gaussian cú giỏ trị trung bỡnh bằng 0, với độ
lệch chuẩn là σ
Chọn mốc tham chiếu d0 là 5m, chọn d là 20m, chọn độ biến thiờn ngẫu nhiờn Gaussian Xσ = 2dBm. Áp dụng cụng thức trờn ta cú: dBm d P d P d PLdB( 0)= t( 0)− r( 0)=4−(−53.2)=57.2 dBm m P m P m d PLdB( =20 )= t(20 )− r(20 )=4−(−68.4)=72.4 Suy ra: 2 ) ( log 10 ) ( ) ( 0 10 0 + + = d d d PL d PLdB η Hay ) 2 5 20 ( log 10 2 . 57 4 . 72 = + η 10 + Từ đú, tớnh được giỏ trị η = 2.19
Cỏc thực nghiệm được tiến hành trước cho kết quả hệ số suy hao khi truyền vụ tuyến trong mụi trường khụng gian ngoài trời lý tưởng là 2, mụi trường khụng gian ngoài trời khi cú sự che chắn là từ 2.7 đến 5.
So sỏnh kết quả độ suy hao tớnh được ở thớ nghiệm trờn, ta thấy phự hợp với nhiều kết quả thớ nghiệm trước đú. Chứng tỏ thớ nghiệm đó thực hiện cho kết quả cú thể tin cậy được.
- Hỡnh vẽ minh họa thụng số tỷ lệ nhận được gúi tin thay đổi so với khoảng cỏch giữa hai nỳt mạng cảm biến khụng dõy như sau:
- 76 - 0 20 40 60 80 100 120 140 160 -0.2 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 T rung bì nh tỉ lệ nhận đ − ợ c gói ti n Khoảng cỏch nỳt phỏt - nỳt thu (m)
Hỡnh 3.23: Mối liờn hệ giữa tỉ lệ gúi tin nhận được so với khoảng cỏch truyền tin khi tiến hành thực nghiệm trờn sõn trường
Trong đú:
+ cỏc chấm hỡnh vuụng giỏ trị trung bỡnh tỉ lệ nhận được gúi tin trong 10 lần đo việc truyền tớn hiệu giữa hai nỳt mạng.
+ cỏc thanh thẳng đứng qua giỏ trị trung bỡnh tỉ lệ nhận được gúi tin thể
hiện giới hạn sai số
+ đường nối giữa cỏc chấm hỡnh vuụng thể hiện xu hướng biến đổi của tỉ lệ
nhận được gúi tin so với khoảng cỏch giữa nỳt phỏt và nỳt thu Nhận xột: từ cỏc kết quả thu được và hỡnh vẽ minh họa ta thấy:
Tỉ lệ nhận được gúi tin khi tiến hành giữa cỏc lần đo khỏc nhau tại cựng một khoảng cỏc hai nỳt mạng cú thể khỏc nhau, được thể hiện rừ ở đường sai số.
Trung bỡnh tỉ lệ nhận được gúi tin biến thiờn theo khoảng cỏch giữa hai nỳt mạng. Cụ thể, khoảng cỏch càng lớn thỡ tỉ lệ nhận được gúi tin càng
- 77 -
thấp và ngược lại. Chứng tỏ hiệu suất truyền nhận của mạng của thay đổi theo khoảng cỏch. Với khoảng cỏch càng xa, hiệu suất truyền nhận của mạng càng giảm xuống.
Với cỏc khoảng cỏch giữa hai nỳt mạng nhỏ hơn 80m, tỉ lệ nhận thành cụng gúi tin đạt 100%, khụng cú sai số. Điều này thể hiện rằng tại những khoảng cỏch này, tớn hiệu nhận được là rất ổn định, hiệu suất truyền nhận của mạng là cao.
Khi khoảng cỏch giữa hai nỳt mạng lớn hơn 80m và nhỏ hơn 160m, tớn hiệu bị suy hao nhiều hơn, do đú tỉ lệ nhận được gúi tin cũng thấp hơn. Trong vựng này, tỉ lệ nhận được gúi tin cú sự thay đổi lớn giữa cỏc lần
đo, được thể hiện ở giới hạn sai số lớn hơn. Tớn hiệu nhận được trong vựng này khụng ổn định, cú lỳc tỉ lệ nhận được gúi tin đạt 100% nhưng cũng cú lỳc tỉ lệ nhận được gúi tin đạt 0%.
Tại cỏc khoảng cỏch giữa hai nỳt mạng lớn hơn hoặc bằng 160m, nỳt thu khụng thu được gúi tin nào từ nỳt phỏt do tớn hiệu thu được nằm ngoài khoảng độ nhạy của thiết bị do nhà sản xuất quy định.
Nhỡn vào hỡnh vẽ minh họa sự biến thiờn tỉ lệ nhận được gúi tin theo khoảng cỏch, ta cú thể phõn chia thành 3 vựng như sau:
+ Vựng cú tỉ lệ nhận được gúi tin đạt 100% gọi là vựng kết nối, vựng này cú độ rộng từ 0 - 80m.
+ Vựng cú tỉ lệ nhận được gúi tin thay đổi từ 100% xuống 0% gọi là vựng chuyển tiếp, vựng này cú độ rộng từ 80 - 160m.
+ Vựng tại đú khoảng cỏch giữa hai nỳt mạng lớn hơn 160m do khụng nhận được gúi tin nào nờn gọi là vựng khụng kết nối.
3.5.4.2. Kết quả quỏ trỡnh thực nghiệm khi tiến hành tại Cụng viờn Nghĩa Tõn Kết quả đo được cỏc thụng số quỏ trỡnh truyền nhận vụ tuyến giữa hai nỳt Kết quả đo được cỏc thụng số quỏ trỡnh truyền nhận vụ tuyến giữa hai nỳt mạng cảm biến khụng dõy khi tiến hành thực nghiệm tại cụng viờn được thể
hiện ở bảng số liệu trong phần phụ lục của đề tài.
Cỏc kết quả được minh họa ở cỏc hỡnh vẽ dưới dõy:
- Thụng số cường độ tớn hiệu đo được tại điểm thu (cụng suất nhận) đo được tại cỏc khoảng cỏch khỏc nhau giữa hai nỳt mạng thể hiện ở hỡnh vẽ dưới đõy:
- 78 - 0 20 40 60 80 100 120 140 160 -100 -90 -80 -70 -60 -50 -40 T rung bỡ nh c ụng su ấ t n h ậ n (dB m ) Khoảng cỏch nỳt phỏt - nỳt thu (m)
Hỡnh 3.24: Mối liờn hệ giữa cụng suất nhận so với khoảng cỏch khi tiến hành thực nghiệm trong cụng viờn
Trong đú:
+ cỏc chấm hỡnh vuụng giỏ trị trung bỡnh của cụng suất nhận trong 10 lần
đo việc truyền tớn hiệu giữa hai nỳt mạng.
+ cỏc thanh thẳng đứng qua giỏ trị trung bỡnh cụng suất nhận được thể hiện giới hạn sai số so với giỏ trị trung bỡnh của cụng suất nhận
+ đường nối giữa cỏc chấm hỡnh vuụng thể hiện xu hướng biến đổi của cụng suất nhận so với khoảng cỏch giữa nỳt phỏt và nỳt thu
- Thụng số tỷ lệ nhận được gúi tin thay đổi so với khoảng cỏch giữa hai nỳt mạng cảm biến khụng dõy được thể hiện ở hỡnh vẽ dưới đõy:
- 79 - 0 20 40 60 80 100 120 140 160 -0.2 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 T rung bì nh t ỉ lệ nhận đ − ợ c gói ti n Khoảng cỏch nỳt phỏt - nỳt thu (m)
Hỡnh 3.25: Mối liờn hệ giữa tỉ lệ gúi tin nhận được so với khoảng cỏch truyền tin khi tiến hành thực nghiệm trong cụng viờn
Trong đú:
+ cỏc chấm hỡnh vuụng giỏ trị trung bỡnh tỉ lệ nhận được gúi tin trong 10 lần đo việc truyền tớn hiệu giữa hai nỳt mạng.
+ cỏc thanh thẳng đứng qua giỏ trị trung bỡnh tỉ lệ nhận được gúi tin thể
hiện giới hạn sai số
+ đường nối giữa cỏc chấm hỡnh vuụng thể hiện xu hướng biến đổi của tỉ lệ
nhận được gúi tin so với khoảng cỏch giữa nỳt phỏt và nỳt thu
Nhận xột: Khi tiến hành truyền tớn hiệu ở mụi trường này, ở cỏc khoảng cỏch nhỏ hơn 70m, việc truyền nhận tớn hiệu rất ổn định. Ở khoảng cỏch từ 70m
đến 140m, tớn hiệu truyền nhận khụng ổn định. Và ở khoảng cỏch lớn hơn 140m thỡ nỳt thu khụng thu được tớn hiệu từ nỳt phỏt. Vựng kết nối ở thớ nghiệm này nằm trong khoảng từ 0 - 70m, vựng chuyển tiếp nằm trong khoảng từ 70m - 140m và vựng khụng kết nối nằm ngoài khoảng 140m.
- 80 -
Nhỡn vào kết quả thu được khi tiến hành thực nghiệm tại hai mụi trương cú thể rỳt ra một số nhận xột sau:
- Cỏc kết quả nhận được khi tiến hành đo kiểm ở hai mụi trường này tương tự nhau do đều là mụi trường ngoài trời. Khoảng cỏch càng tăng thỡ cụng suất nhận được và tỉ lệ nhận được gúi tin càng giảm và ngược lại. Trong vựng khoảng cỏch ngắn, hiệu suất truyền nhận của mạng là cao và ở khoảng cỏch lớn, hiệu suất truyền nhận của mạng đạt thấp hơn
- Ở sõn trường cho kết quả truyền nhận tớn hiệu tốt hơn ở trong cụng viờn do cú địa hỡnh bằng phẳng, khụng bị cõy cối chắn, sự suy hao do hấp thụ và tỏn xạ
ớt hơn.
- Tuy nhiờn sự khỏc biệt của việc truyền tớn hiệu ở hai mụi trường này khụng lớn do trong cụng viờn cõy cối phõn bố thưa thớt và cú kớch thước nhỏ
nờn vẫn cú được một đường truyền vụ tuyến tốt. Do đú, chất lượng đường truyền khụng bịảnh hưởng nhiều khi so sỏnh với trường hợp khụng cú vật cản ở
sõn trường.
Kết luận:
- Từ cỏc kết quả thu được khi đo thụng số cụng suất tớn hiệu nhận được và tỉ
lệ nhận được gúi tin trong cỏc mụi trường khỏc nhau, chỳng ta cú thể cú thể rỳt ra một số kết luận như sau:
Trong cựng một mụi trường, cụng suất nhận được tớn hiệu và tỉ lệ nhận
được gúi tin tại cỏc khoảng cỏch khỏc nhau là khỏc nhau. Cụng suất nhận và tỉ lệ nhận được gúi tin bị suy giảm theo khoảng cỏch giữa cỏc nỳt mạng. Ở cỏc khoảng cỏch ngắn (nhỏ hơn 80m đối với thớ nghiệm 1 và nhỏ hơn 70m đối với thớ nghiệm 2), việc truyền nhận tớn hiệu giữa cỏc nỳt mạng rất ổn định, hiệu suất truyền nhận của mạng cảm biến khụng dõy là cao. Hiệu suất truyền nhận càng giảm khi tăng khoảng cỏch truyền nhận giữa cỏc nỳt mạng.
Trong cựng một mụi trường, kết quả thu được thụng số cụng suất nhận và tỉ lệ nhận gúi tin cũng cú sự khỏc nhau giữa cỏc lần đo.
Cụng suất nhận được và tỉ lệ nhận được gúi tin tại cỏc mụi trường khỏc nhau cũng cú sự khỏc nhau.
- Từ cỏc kết quả này, cú thể xõy dựng được kho dữ liệu đỏng tin cậy rất cú ớch cho việc triển khai cỏc ứng dụng của mạng cảm biến khụng dõy.
- 81 -
- Qua thực nghiệm đo kiểm cỏc thụng số truyền nhận tớn hiệu, chỳng ta thấy phương phỏp đỏnh giỏ bằng thực nghiệm hiệu quả truyền nhận của mạng cảm biến khụng dõy cú ý nghĩa thực tiễn, thể hiện ở những điểm sau:
Khi triển khai mạng cảm biến khụng dõy tại cỏc mụi trường khỏc nhau, chỳng ta phải tớnh toỏn được hiệu quả truyền nhận vụ tuyến giữa cỏc nỳt mạng. Do đú, phương phỏp này giỳp cho việc xỏc định khoảng cỏch đặt cỏc nỳt mạng trong hệ thống một cỏch hiệu quả.
Phương phỏp này cú thể xỏc định được khoảng cỏch vựng kết nối, vựng chuyển tiếp và vựng khụng kết nối. Do đú tuỳ thuộc vào từng loại ứng dụng cụ thể trong từng mụi trường mà cú thể chọn vị trớ đặt nỳt mạng
để đảm bảo hiệu quả truyền nhận của hệ thống mạng. Đối với những