Tờn ANT-FP18 ANT-YG13 ANT-YG20 ANT-OM8
Tần số 2400-2485MHz 2400-2485MHz 2400-2485MHz 2400-2485MHz
Loại
anten
Uni, bảng bằng phẳng
Uni Yagi Uni Yagi Omni
Độ tăng ớch 18 13 20 8 VSWR <=1.5 <=1.5 <=1.5 <=2.0 Mặt phẳng toạ độ H 45 32 20 8 Mặt phẳng toạ độ E 75 13 13 60
Trở
khỏng
50 Ohm 50 50 50
Kết nối N Female N Female N Female N Female
Cụng suất vào max 20W 50W 50W 50W Nặng 900g 485g 575g 390g Kớch thước 263*263*30mm 771*70*43mm 1005*90*43mm 415*35*35mm Bảng 3. Một số loại anten
VSWR (Voltage Standard Wave Ratio): Hệ số súng đứng điện ỏp.
2.5.3. Điểm truy cập (AP)
AP trong cấu hỡnh Wlan đúng vai trũ là điểm truy cập phục vụ khỏch hàng khụng dõy. Trong cỏc cấu hỡnh khỏc nhau, AP cú thể là Wireless bridge, Router, Repeater.
- Cầu khụng dõy điểm - điểm ( Point to point Wireless Bridge): Để đạt được mục đớch của việc kết nối cỏc Lan cú dõy tỏch rời, cú 2 loại cấu hỡnh được thiết lập trong cầu khụng dõy được gọi là “Bridge master” và “Bridge Slave”. - Cầu khụng dõy điểm- đa điểm (Point to Multipoint Wireless Bridge): Khi liờn
kết 3 hoặc nhiều hơn cỏc Lan với nhau (thường bờn trong toà nhà hoặc giữa cỏc ngụi nhà). Mỗi toà nhà yờu cầu một cầu khụng dõy. Cỏi này gọi là cầu khụng dõy đa điểm.
AP loại WL 2100A, 11 Mbps: Sử dụng chuẩn IEEE 802.11 DS tốc độ cao, với tốc độ kết nối khụng dõy cao 11 Mbps, tiờu thụ cụng suất ớt. Dựng tiện ớch quản lý SNMP, tự động dự phũng dữ liệu trong mụi trường ồn với kỹ thuật mó hoỏ WEP 64/128 bit, và DSSS 2.4GHz. AP này cú phạm vi hoạt động trờn 1800feet, hỗ trợ 64 người dựng, trong dải ISM.
Tiờu chuẩn IEEE 802.11 cho Wlan
Kiểu điều chế dữ liệu BPSK/QPSK/CKK
Tốc độ dữ liệu Trờn 11 Mbps
Phạm vi hoạt động 35-100m(trong nhà) 100-300m(khoảng mở)
Chỉ thị LED Power, Wireless Activity, Ethernet Link
Giao diện Ethernet 10Base-T(RJ45)
Cổng Một RJ45 Một USB
Sự phỏt xạ DSSS
Cụng suất lối ra 15dBm (tiờu biểu)
Kiến trỳc mạng Ad hoc, Infrastructure, Roaming
Kớch thước 206*142*35mm
Trọng lượng 205g
Cụng suất lối vào AC 100-2400V, 50-60GHz, 1A (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Nhiệt độ Hoạt động ở 0-40C, lưu giữ 20-70C
Độ ẩm 95% khụng ngưng tụ
PHẦN 2
MẠNG CẢM NHẬN KHễNG DÂY (WSN)
Chương 1
TỔNG QUAN VỀ MẠNG CẢM NHẬN KHễNG DÂY (WSN)
1.1. Khái quát
Những kỹ thuật tiên tiến gần đây đã cho ta một số lượng lớn của nguồn năng lượng thấp trong tương lai. Những thiết bị cảm nhận rẻ được nhúng dày đặc
trên một tinh thể vật lý, hoạt động chung trong một mạng không dây. 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.
Một báo cáo hội đồng nghiên cứu quốc gia Hoa Kỳ đã chỉ ra rằng việc sử
dụng các mạng như vậy khắp mọi nơi trong xã hội có thể là một cuộc cách mạng
khoa học thông tin. Các mạng cảm nhận không dây cung cấp các cầu giữa các thế giới ảo của công nghệ thông tin và thế giới vật lý thật. Nó sẽ giới thiệu một
khung mẫu gốc chuyển từ giao tiếp cá nhân theo kiểu truyền thống trong thế giới
loài người sang kiểu giao tiếp giữa các thiết bị một cách tự động. Nó hứa hẹn
một khả năng mới chưa từng có để quan sát và hiểu được các bề mặt rộng lớn,
các hiện tượng tự nhiên thực với giải pháp về không gian và thời gian. Với kết
quả đó, mạng cảm nhận không dây cũng cho thấy tiềm năng có thể đem lại một tiến bộ trong khoa học quân sự.
Một trong những nỗ lực nghiên cứu sớm nhất trong hướng đi này là dự án năng lượng thấp không dây được tích hợp trong vi cảm biến (LWIM) ở UCLA bởi Darpa. Dự án LWIM tập trung phát triển các thiết bị có năng lượng điện tử thấp trong một thứ tự lớn nhất có thể cho các mạng cảm nhận không dây dày đặc. 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. Các dự án sớm khác trong lĩnh vực này gồm MIT, Berkeley, USC.
Các nhà nghiên cứu ở Berkeley đã phát triển các thiết bị mạng cảm nhận không dây, gọi là các hạt bụi “motes”, nó được tạo thành một cách công khai, sẵn sàng để thương mại hoá, cùng với TinyOS một hệ điều hành kết nối nhúng để có thể dễ dàng sử dụng thiết bị này. Hình dưới minh hoạ 1 thiết bị “hạt bụi” của Berkeley. 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.
Hình 1. Thiết bị “hạt bụi” của Berkeley
1.2. Các thiết bị mạng cảm biến không dây
Như hình vẽ dưới chỉ ra, các thiết bị chính tạo ra mạng cảm nhận không
1.2.1. Bộ xử lý nhúng năng lượng thấp
Các thiết bị tính toán của một thiết bị WSN bao gồm việc xử lý tốt 2 loại: (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
thông tin cảm nhận cục bộ và thông tin giao tiếp bởi các cảm biến khác. 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). Nó cũng
buộc phần lớn các loại thiết bị và bộ xử lý chạy các bộ thành phần cơ bản chuyên dụng nhúng trong các hệ điều hành, như TinyOS. Tuy nhiên, nó buộc ta phải nhớ rằng một mạng cảm nhận có thể không đồng bộ và bao gồm ít nhất một vài
nút đáng kể hoạt động với giới hạn lớn hơn năng lượng máy tính. Hơn thế nữa, luật Moore chỉ ra rằng, các thiết bị WSN trong tương lai có thể chiếm phần lớn các bộ xử lý nhúng. Nó cũng sẽ hợp nhất các kỹ thuật thiết kế năng lượng thấp
tiên tiến, như hiệu quả của chế độ ngủ, thế trượt tích cực để cung cấp các năng
lượng nhớ thích hợp.
1.2.2. Bộ nhớ và lưu trữ
Bộ lưu trữ truy cập ngẫu nhiên và bộ lưu trữ chỉ đọc bao gồm cả bộ nhớ chương trình ( từ đó mà các chỉ thị được thi hành bởi bộ xử lý) , và các bộ nhớ dữ liệu ( lưu trữ thô và xử lý các số đo cảm biến và các loại thông tin định vị khác). Số lượng của bộ nhớ và lưu trữ trên một thiết bị bo mạch WSN thường được giới hạn trước hết bởi các điều kiện về kinh tế, và cũng có khả năng được cải thiện
theo thời gian.
1.2.3. Máy thu phát bức xạ
Các thiết bị WSN bao gồm một bức xạ không dây tốc độ thấp, trong khoảng ngắn (10-100 kbps, <100m). Cũng với khả năng giới hạn này, những bức xạ cũng có thể cải thiện tương đối theo thời gian, cải thiện về giá, hiệu suất phổ, khả năng điều hướng và chống ồn, giảm âm, giao thoa. Giao tiếp bức xạ thường là thiết bị WSN hoạt động ở mức năng lượng lớn nhất, và do đó, bức xạ phải hợp nhất chế độ năng lượng ngủ và thức.
Năng lượng đòi hỏi và công suất bắt buộc, các thiết bị WSN đầu tiên chỉ bổ
trợ cho các cảm biến với tốc độ dữ liệu thấp. Rất nhiều ứng dụng đòi hỏi đa
phương thức cảm biến, mà mỗi một thiết bị có thể có những cảm biến riêng trên bo mạch. Các cảm biến cụ thể được sử dụng phụ thuộc lớn vào các ứng dụng; ví
dụ: nó có thể bao gồm cảm biến nhiệt độ, cảm biến quang, cảm biến độ ẩm, cảm
biến áp lực, cảm biến gia tốc, từ trường, hoá học, thậm chí là các hình ảnh.
1.2.5. Hệ thống định vị địa lý
Trong rất nhiều ứng dụng WSN, điều cực kỳ quan trọng là nhận biết được
vị trí của các số đo của các cảm biến. Cách đơn giản nhất để nhận biết vị trí là cấu hình trước vị trí của các cảm biến khi trải ra. Nhưng cách này chỉ khả thi trong một vùng dải giới hạn. Đặc biệt cho các hoạt động ngoài trời, khi mà các
mạng lưới được trải một cách đặc biệt, các thông tin đó dễ thu nhận thông qua vệ
tinh cơ bản GPS. Tuy nhiên các ứng dụng đó, chỉ sự chia nhỏ ở mỗi nút có thể
thực hiện với khả năng của GPS , đều phụ thuộc vào tự nhiên và kinh tế. Trong trường hợp này, các nút khác phải đánh giá được vị trí của chúng một cách gián
tiếp thông qua một mạng định vị về thuật toán.
1.2.6.Nguồn năng lượng
Để mềm dẻo cho việc trải rộng, các thiết bị WSN có khả năng là các pin năng lượng ( ví dụ: sử dụng các loại pin LiMH AA). Trong khi một vài nút có thể được nối dây với các nguồn năng lượng ở một vài ứng dụng, và năng lượng thu được trong kỹ thuật này có thể cung cấp một phần năng lượng tái sinh để hoạt động. Năng lượng pin hạn chế có khả năng trở thành nguồn giới hạn nhất
trong các ứng dụng WSN.
Phụ thuộc vào các ứng dụng, các thiết bị WSN có thể kết nối mạng với
nhau theo một số con đường. Trong các ứng dụng mà dữ liệu cơ sở tụ lại, ví dụ, có một nút được coi như một sink mà tất cả dữ liệu từ các nút cảm biến nguồn
đều định hướng tới. Topo logic đơn giản nhất cho giao tiếp dữ liệu tụ lại là một
cầu đơn topo sao, ở đó, tất cả các nút đều gửi dữ liệu trực tiếp đến vũng (sink).
Trong mạng với chế độ truyền năng lượng thấp, hoặc ở đó, các nút truyền triển khai qua một vùng rộng, một cấu trúc cây đa cầu có thể được sử dụng để tụ dữ liệu. Trong trường hợp này, một vài nút có thể hoạt động chung nguồn, các (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Một đặc điểm thú vị của mạng cảm nhận không dây là nó thường xuyên cho phép khả năng xử lý mạng thông minh. Các nút trung gian dọc theo đường
truyền không chỉ đơn thuần hoạt động chuyển các gói dữ liệu, mà còn có thể kiểm tra và xử lý nội dung của gói dữ liệu truyền qua chúng. Nó thường được dùng để nén dữ liệu hoặc xử lý tín hiệu để cải thiện chất lượng của thông tin thu được.
1.3. ứng dụng của mạng cảm nhận không dây
Các ứng dụng riêng của WSN vẫn còn rất nhiều tiềm năng để nghiên cứu và phát triển, cả trong nghiên cứu và công nghiệp. Ta có thể miêu tả một vài ứng dụng từ phạm vi khác một cách ngắn gọn để đưa ra một cảm biến ở vùng lớn trong trường này.
1.3.1. Quan sát môi trường sinh thái
Khoa học nghiên cứu môi trường sinh thái (động vật, cây cối, tế bào) thường đưa ta đến việc kiểm tra các hoạt động với người điều tra. Một mối quan
tâm thực sự theo cách nghiên cứu này là đôi khi những hiệu ứng quan sát – sự
xuất hiện và các hoạt động có khả năng xâm phạm trường quan sát có thể ảnh hưởng tới hoạt động của các tổ chức trong môi trường quan sát và ảnh hưởng tới
hiệu quả quan sát. Mạng cảm nhận không dây không cần quan sát, với một máy
làm sạch, quan sát từ xa, tiệm cận với môi trường quan sát. Xa hơn, mạng cảm nhận với khả năng trượt lớn trong một khung không gian thời gian dày rộng, có thể cung cấp dữ liệu phong phú chưa từng thấy.
1.3.2. Theo dõi trong quân sự và tìm kiếm mục tiêu
Cũng như rất nhiều kỹ thuật về thông tin khác, mạng cảm nhận không dây
bắt nguồn trước tiên từ những nghiên cứu về quân sự. Mạng cảm nhận không dây không cần có người quan sát cho ta hình dung được công thức chính để tiến tới
gần các hệ thống mạng xung đột trung tâm. Nó có thể triển khai nhanh chóng
cho việc theo dõi và sử dụng để cung cấp các thông tin chiến trường thông minh về vị trí, số lượng, chuyển động, và nhận dạng người hay xe cộ và dò tìm các loại
vũ khí hoá học, sinh học, hay nguyên tử.
Ơ một lớp khác của ứng dụng cho mạng cảm nhận gắn liền với việc giám
sát các điều kiện của cấu trúc. Cấu trúc có thể là các toà nhà, cầu đường, thậm chí là cả máy bay. Hiện tại độ bền của cấu trúc được giám sát trước hết là thủ công và kiểm tra bằng mắt thường, đôi khi là khá đắt tiền, còn kỹ thuật thì tiêu tốn thời gian, như tia X và siêu âm. Kỹ thuật mạng cảm nhận không cần theo dõi có thể tự động trong quá trình xử lý, cung cấp thông tin kịp thời và phong phú về
những vết nứt gẫy mới xuất hiện hay các tổn hại về cấu trúc. Các nhà nghiên cứu đã hình dung việc triển khai các cảm biến nhúng trong một cấu trúc cụ thể là gắn vào loại vật chất làm nên vật liệu của toà nhà hay trên bề mặt. Các mạng cảm
nhận này sẽ có giới hạn độ bền lớn đến mức các sự việc gây huỷhoại sau đó, như
nổ hay động đất không làm hỏng. 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.
1.3.4. Công nghiệp và thương mại mạng cảm nhận
Trong các nhà máy công nghiệp, các cảm biến và động cơ được sử dụng để
xử lý giám sát và kiểm tra. Ví dụ trong một kế hoạch xử lý hoá học nhiều giai
đoạn, có thể gắn rất nhiều các cảm biến ở những vị trí khác nhau trong bộ xử lý
theo một thứ tự để có thể giám sát được nhiệt độ, kết hợp hoá học, áp suất…
Thông tin giám sát thời gian thực có thể được dùng để thay đổi khối điều khiển bộ xử lý, như thêm vào các lượng thành phần đặc biệt hoặc thay đổi các cài đặt
về nhiệt. Chìa khoá thuận lợi của việc tạo ra các mạng không dây của các cảm (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
biến trong điều kiện này là chúng có thể cải thiện có hiệu quả về giá thành cũng như các liên kết mềm dẻo với việc lắp đặt, duy trì và nâng cấp các hệ thống dây nối. 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.
1.4. Thách thức thiết kế chính
1.4.1. Thời gian sống mở rộng
Như đã đề cập ở trên, các nút WSN sẽ trở thành nguồn năng lượng bắt buộc
cho giới hạn của các loại pin. Một loại pin kiềm, ví dụ, cung cấp 50Wh năng
lượng, nó có thể truyền cho mỗi nút trong chế độ tích cực gần một tháng hoạt động. Sự tiêu tốn và tính khả thi của giám sát và thay thế pin cho một mạng rộng,
thời gian sống dài hơn được thiết kế. Trong thực tiễn, rất cần thiết trong rất nhiều
ứng dụng để bảo đảm rằng mạng tự động cảm biến không dây có thể sử dụng
không cần sự thay thế nào cho vài năm sử dụng. Sự cải thiện của phần cứng trong
thiết kế pin và kỹ thuật thu năng lượng sẽ giúp ta một phần trong các giải pháp.
Đây cũng là lý do mà các giao thức thiết kế tốt nhất của mạng cảm nhận không dây được thiết kế rõ ràng với năng lượng đạt hiệu quả như một thành công đầu tiên. Đương nhiên, thành công này phải cân bằng lại một số quan tâm khác.