Mạng Sensor có thể gồm các kiểu cảm biến khác nhau nh động đất, từ trờng với tốc độ lấy mẫu thấp, nhiệt độ, hình ảnh, hồng ngoại, âm thanh và dò vô tuyến (radar) qua đó có thể kiểm tra đợc rất nhiều tính chất của môi trờng xung quanh nh :
- Nhiệt độ - Độ ẩm - Sự di chuyển của xe cộ - Các trạng thái chớp nhoáng - áp suất - Thành phần đất trồng
- Mức tạp âm
- Các thành phần hiện diện hay vắng mặt của đối tợng. - Các mức ứng suất của các đối tợng tiếp xúc với nhau.
- Các đặc tính tức thời nh tốc độ, phơng hớng và kích thớc của một đối tợng
Các nút Sensor có thể đợc sử dụng để thăm dò liên tục, phát hiện sự kiện, nhận dạng sự kiện, cảm biến về vị trí hoặc để điều khiển. í tởng về vi cảm biến và kết nối vô tuyến giữa các nút mạng hứa hẹn nhiều lĩnh vực ứng dụng mới. Có thể phân loại các ứng dụng theo lĩnh vực quân sự, y tế, môi trờng, gia đình và các ứng dụng thơng mại khác. Có thể mở rộng sự phân chia này với nhiều loại khác nh thăm dò không gian, xử lý hóa học, giảm rủi ro.
1.6.1. ứng dụng trong quân sự
Các mạng Wireless Sensor là một phần không thể thiếu trong các ứng dụng quân sự ngày nay với các hệ thống mệnh lệnh, điều khiển, thu thập tin tức tình báo truyền thông, tính toán, theo dõi kẻ tình nghi, trinh sát và tìm mục tiêu. Các đặc tính triển khai nhanh chóng, tự tổ chức và khả năng chịu đựng lỗi của các mạng Sensor cho thấy đây là một công nghệ đầy triển vọng trong lĩnh vực quân sự. Vì các mạng Sensor dựa trên cơ sở triển khai dày đặc với các nút giá rẻ và chỉ dùng một lần, việc bị địch phá huỷ một số nút không ảnh hởng tới hoạt động chung nh các Sensor truyền thống nên chúng tiếp cận chiến trờng tốt hơn. Một số ứng dụng của mạng Sensor là : kiểm tra lực lợng, trang bị, đạn dợc, giám sát chiến trờng, trinh sát vùng và lực lợng địch, tìm mục tiêu, đánh giá thiệt hại trận đánh, trinh sát và phát hiện các vũ khí hóa học - sinh học - hạt nhân (NCB).
- Kiểm tra lực lợng, trang bị, đạn dợc: Các lãnh đạo và chỉ huy có thể kiểm tra thờng xuyên
tình trạng của quân đội, điều kiện và khả năng sẵn sàng chiến đấu của các trang bị, đạn dợc trong một chiến trờng bằng việc sử dụng các mạng Sensor. Mỗi ngời lýnh, xe cộ, trang bị đều đợc gắn một Sensor để thông báo trạng thái. Các thông báo này đợc tập hợp tại một nút thu dữ liệu (Sink nút ) và đợc gửi tới ngời chỉ huy. Các số liệu này có thể đợc hớng tới các cấp cao hơn trong phân cấp chỉ huy cùng với các số liệu từ các đơn vị khác tại mỗi cấp.
- Theo dõi chiến trờng : Tại các vùng quan trọng, các tuyến tiếp cận, các con đờng và eo
biển, các mạng Sensor có thể đợc triển khai nhanh chóng để theo dõi hoạt động của đối ph- ơng một cách rõ ràng, bí mật. Khi bản đồ công tác đã đợc chuẩn bị, các mạng Sensor có thể đợc triển khai bất cứ lúc nào để theo dõi đối phơng.
- Trinh sát vùng và lực lợng đối phơng: Khi các mạng Sensor đợc triển khai tại các vùng chiến
lợc, các thông tin tình báo có giá trị, chi tiết và kịp thời có thể đợc thu thập trong một vài phút trớc khi bị đối phơng ngăn chặn.
- Tìm mục 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, việc phát hiện chính xác và kịp thời các tác nhân là điều rất quan trọng. Các mạng Sensor đợc triển khai trong vùng chiếm đóng và đợc sử dụng nh các hệ thống cảnh báo vũ khí sinh hóa có thể cung cấp cho quân đội các thông tin về các tác nhân có thể gây nguy hiểm, thơng vong. Các mạng Sensor còn đợc dùng để giám sát chi tiết sau khi các tấn công sinh, hóa và hạt nhân đợc phát hiện. Ngời ta có thể có đợc sự trinh sát về vũ khí hạt nhân mà không phải đa các đội trinh sát vào vùng bức xạ nguy hiểm của.
1.6.2. ứng dụng về môi trờng
Một số các ứng dụng về môi trờng của mạng Sensor bao gồm theo dõi sự di chuyển của các loài chim, loài thú nhỏ, côn trùng; kiểm tra các điều kiện môi trờng ảnh hởng tới mùa màng và vật nuôi; tình trạng nớc tới; các công cụ vĩ mô cho việc giám sát mặt đất ở phạm vi rộng và thám hiểm các hành tinh; phát hiện hóa học, sinh học; tính toán trong nông nghiệp; kiểm tra môi trờng không khí,đất trồng, biển; phát hiện cháy rừng; nghiên cứu khí tợng và địa lý; phát hiện lũ lụt; vẽ bản đồ sinh học phức tạp của môi trờng và nghiên cứu ô nhiễm môi trờng.
- Phát hiện cháy rừng : Vì các nút Sensor có thể triển khai dày đặc, tự do ở các vị trí
cần thiết nên chúng có thể cung cấp tin tức chính xác về nguồn gốc phát lửa trớc khi chúng phát tán rộng không kiểm soát đợc. Hàng nghìn nút Sensor có thể đợc triển khai và tích hợp nhờ các hệ thống quang và các tần số vô tuyến. Ngoài ra, các nút Sensor còn đợc trang bị các phơng pháp thu năng lợng, ví dụ nh dùng pin mặt trời, để các Sensor có thể tự duy trì trong nhiều tháng thậm chí nhiều năm. Các nút Sensor sẽ cộng tác với các nút khác để phân tán sự cảm biến và chống lại các trở ngại nh các cành cây, khối đá làm cản trở tầm nhìn của các Sensor.
- Vẽ bản đồ sinh học phức tạp của môi trờng: Việc lập bản đồ sinh học của môi trờng đòi
hỏi phải tiếp cận một cách tinh vi để kết hợp các thông tin qua các trục không gian và thời gian. Các tiến bộ kỹ thuật trong lĩnh vực cảm biến từ xa và thu thập dữ liệu tự động cho phép độ phân giải không gian, quang phổ và thời gian cao tại một đơn vị diện tích. Dựa vào công nghệ hiện nay, các nút Sensor có thể đợc kết nối Internet, điều này cho phép ngời sử dụng từ xa có thể điều khiển, kiểm tra và theo dõi các thành phần sinh học trong môi trờng.
Mặc dù các hệ thống cảm biến vệ tinh và trên máy bay rất hữu ích cho việc theo dõi tính đa dạng sinh học vĩ mô nhng chúng không đủ tinh vi để tiếp cận các thành phần
sinh học có kích cỡ nhỏ. Do đó cần thiết phải sử dụng mạng Sensor để theo dõi chi tiết các thành phần sinh học một cách đầy đủ.
- Phát hiện lũ lụt: một ví dụ về ứng dụng phát hiện lũ lụt là hệ thống ALERT đợc triển
khai tại Mỹ. Nhiều kiểu Sensor đợc triển khai trong hệ thống ALERT là các cảm biến về lợng ma, mức nớc và thời tiết. Các Sensor này cung cấp thông tin cho hệ thống cơ sở dữ liệu trung tâm. Các dữ liệu này đợc tính toán, phân tích để đa ra dự báo về tình hình nguy cơ lũ lụt.
- Các tính toán cho nông nghiệp: một số các hỗ trợ trong nông nghiệp là kiểm tra, tính
toán kịp thời mức độ mầm bệnh trong nớc uống, mức độ xói mòn đất và mức độ ô nhiễm.
1.6.3. ứng dụng trong y tế
Một số ứng dụng trong y tế của mạng Sensor là cung cấp khả năng giao tiếp cho ngời khuyết tật; kiểm tra tình trạng của bệnh nhân; chẩn đoán; quản lý dợc phẩm trong bệnh viện; kiểm tra sự di chuyển và các cơ chế sinh học bên trong của côn trùng và các loài sinh vật nhỏ khác; kiểm tra từ xa các số liệu về sinh lý con ngời; giám sát, kiểm tra các bác sĩ và bệnh nhân bên trong bệnh viện.
- Kiểm tra từ xa các số liệu về sinh lý con ngời: Các số liệu về sinh lý thu thập đợc bằng
các mạng Sensor có thể đợc lu trữ trong thời gian dài và có thể đợc sử dụng để khảo sát y học. Mạng Sensor còn đợc sử dụng để kiểm tra và phát hiện tình trạng của ngời cao tuổi nh sự đột quỵ. Các nút Sensor nhỏ này cho phép các đối tợng có thể di chuyển tự do trong phạm vi rộng và các bác sĩ có thể phát hiện các triệu chứng đợc định nghĩa trớc một cách dễ dàng. Các mạng Sensor này tạo thuận lợi hơn cho các bệnh nhân so với việc đến các trung tâm điều trị. Một nhóm có tên là “Health Smart Home’’ đợc tổ chức tại khoa y học của Grenoble – France để đánh giá, công nhận tính khả thi của các hệ thống này.
- Giám sát và kiểm tra các bác sĩ và bệnh nhân bên trong bệnh viện: Mỗi bệnh nhân có
các nút Sensor nhỏ và nhẹ đợc gắn với họ. Mỗi nút Sensor có một nhiệm vụ riêng. Ví dụ, một nút có thể theo dõi nhịp tim, trong khi một nút khác theo dõi huyết áp. Các bác sĩ cũng có thể mang theo các nút Sensor để các bác sĩ khác biết đợc vị trí của họ trong bệnh viện.
- Quản lý dợc phẩm trong bệnh viện: Các bệnh nhân đợc gắn các nút Sensor có thể
nhận biết các dị ứng thuốc và các dợc phẩm cần thiết. Nh vậy, có thể giảm tối đa các sai sót trong việc kê đơn thuốc và sử dụng thuốc của bệnh nhân.
1.6.4. ứng dụng trong gia đình
- Tự động hóa trong gia đình: Với các tiến bộ kỹ thuật hiện nay, các nút Sensor và các bộ
điều khiển thông minh có thể đợc gắn trong các thiết bị gia đình nh máy hút bụi, lò vi sóng, tủ lạnh, ... Các nút này có thể tơng tác với các nút khác và mạng bên ngoài thông qua Internet hoặc vệ tinh. Nhờ vậy, ngời sử dụng có thể giám sát, điều khiển các thiết bị gia đình từ xa một cách dễ dàng.
- Môi trờng thông minh: môi trờng thông minh đợc thiết kế có thể gồm hai khối khác nhau
là phần con ngời (human- centered) và phần kỹ thuật (technology – centered ) (G.D. Abowd, J.P.G. Sterbenz, Final report on the interagency workshop on research issues for smart environments, IEEE Personal Communications (October 2000). Trong phần con ngời, môi trờng thông minh phải đáp ứng các yêu cầu của ngời sử dụng thông qua giao tiếp vào/ra. Về phần kỹ thuật, các kỹ thuật phần cứng, các giải pháp mạng và các dịch vụ phần sụn (middleware) đợc phát triển. Các nút Sensor có thể đợc gắn vào các độ dùng và thiết bị gia đình và chúng có thể thông tin với các nút khác và trạm chủ căn phòng (room Server). Các room Server cũng có thể liên lạc với nhau để trao đổi các công việc cần phải làm hoặc cần đợc hỗ trợ nh việc in ấn, quét ảnh và fax. Các room Server và các nút Sensor kết hợp với các thiết bị trong gia đình trở thành một hệ thống thích nghi với khả năng tự tổ chức và tự điều chỉnh trên cơ sở các trờng điều khiển.
1.6.5. Các ứng dụng thơng mại khác
Các ứng dụng thơng mại có thể đợc kể đến là : kiểm tra sự mệt mỏi cơ thể; xây dựng các bàn phím ảo; quản lý sự kiểm kê; kiểm tra chất lợng sản phẩm; xây dựng các không gian làm việc thông minh; điều khiển môi trờng trong các toà nhà công sở; các robot điều khiển và chỉ đạo trong các môi trờng chế tạo tự động; đồ chơi tơng tác; các bảo tàng thông minh; nhà máy điều khiển tự động; kiểm tra các vùng nguy hiểm; kiến trúc thông minh với các nút Sensor gắn trong; các máy chẩn đoán; vận tải; kiểm tra và phát hiện vụ trộm xe; giám sát xe cộ; ...
- Điều khiển môi trờng trong các toà nhà công sở: các trạng thái không khí và nhiệt độ
của hầu hết các công sở đợc điều khiển đợc từ một trung tâm. Bởi vậy, nhiệt độ trong một căn phòng có thể đợc thay đổi trong một phạm vi nhỏ, nơi này có thể có nhiệt độ ấm hơn một nơi khác vì chỉ có một bộ điều khiển trong một căn phòng mà dòng không khí chảy từ một hệ thống trung tâm lại không đợc phân bố đồng đều. Một hệ thống mạng Wireless Sensor phân tán có thể đợc thiết lập để điều khiển không khí và nhiệt độ tại các phần khác nhau của căn phòng. Kĩ thuật phân tán này giảm đợc rất nhiều chi phí năng lợng cho điều hoà không khí và giảm đáng kể lợng carbon sinh ra. - Bảo tàng tơng tác thông minh: trong tơng lai, trẻ em có thể tơng tác với các đối tợng trong
bảo tàng để hiểu hơn về chúng. Các đối tợng này có thể phản ứng lại các va chạm hay lời nói. Ngoài ra, trẻ em còn có thể tham gia vào các thí nghiệm nguyên nhân - kết quả
theo thời gian thực để học tập về khoa học và môi trờng. Thêm vào đó, các mạng Wireless Sensor có thể cung cấp thứ tự và sự định vị bên trong bảo tàng. Một ví dụ là bảo tàng thám hiểm San Francisco Exploratorium, trng bày kết hợp sự đo lờng số liệu và các thí nghiệm nguyên nhân – kết quả.
- Phát hiện trộm cắp xe hơi: Các nút Sensor có thể đợc triển khai để phát hiện và nhận
ra kẻ trộm trong vùng địa lý và thông báo cho chủ nhân thông qua Internet.
- Quản lý sự kiểm kê: mỗi thứ trong kho đợc có thể gắn một Sensor. Ngời sử dụng có thể
tìm thấy chính xác vị trí của của đối tợng và kiểm kê số lợng của các đối tợng cùng loại. Nếu ngời sử dụng muốn thêm một sự kiểm kê mới thì phải liên lạc với các nút Sensor thích hợp. Qua đó có thể giám sát và định vị các đối tợng trong bản kê bất cứ lúc nào. - Giám sát và theo dõi xe cộ: có hai phơng pháp giám sát và theo dõi xe cộ. Thứ nhất, đờng
đi của xe đợc xác định trong các cụm và đợc chuyển tới trạm gốc, thứ hai là các số liệu cha qua xử lý từ các nút Sensor đợc chuyển tới trạm gốc, tại đây chúng đợc phân tích để xác định vị trí các xe.
Chơng II : Năng lợng trong mạng Wireless Sensor