1. Nội dung thiết kế tốt nghiệp:
1.2.2 Các thách thức và trở ngại:
Xác định rõ những hạn chế của mạng cảm biến và các vấn đề kỹ thuật sẽ gặp phải khi triển khai giúp ta tận dụng triệt để những thuận lợi cũng như tiện ích từ những ứng dụng vô cùng to lớn của mạng cảm biến không dây trong cuộc sống. Những khó khăn thường thấy là:
• Năng lượng hạn chế
Khi các thiết bị tính toán tăng hiệu quả nhanh chóng, sự tiêu thụ năng lượng của mạng cảm biến không dây giống như một nút cổ chai. Các sensor có kích cỡ nhỏ và giá thành rẻ nên có thể triển khai hàng nghìn sensor trong mạng, không thể nối dây từ các sensor này đến nguồn năng lượng. Đồng thời để có thể tự vận hành, các sensor cần phải có nguồn pin. Lượng năng lượng có sẵn trong mỗi sensor bị giới hạn ở một mức nào đó nên sự đồng bộ hóa chỉ nhận được khi duy trì đủ năng lượng cho hoạt động hiệu quả của các sensor này.
• Dải thông giới hạn
Trong mạng cảm biến, năng lượng cho xử lý dữ liệu ít hơn nhiều so với việc truyền nó đi. Hiện nay việc truyền thông vô tuyến bị giới hạn bởi tốc độ dữ liệu khoảng 10-100 Kbits/s. Sự giới hạn về băng thông này ảnh hưởng trực tiếp đến việc truyền thông tin giữa các sensor. Và nếu không có sự truyền thông tin này thì không thể đồng bộ hóa được.
Hình 1.5 : Cấu trúc phần cứng hạt Mica
Phần cứng của các nút cảm biến thường bị giới hạn do kích cỡ nhỏ của nó. Một nút cảm biến tiêu biểu như hạt bụi Berkeley Mica2 (hình 1.5) có một pin mặt trời nhỏ, CPU 8 bit hoạt động ở tốc độ 10MHz, bộ nhớ từ 128KB đến 1MB, và phạm vi truyền dưới 50m. Sự hạn chế về năng lượng tính toán và không gian lưu trữ đặt ra một thách thức to lớn. Đó là ta không thể tăng kích cỡ của nút cảm biến vì chi phí sẽ tăng và tiêu thụ thêm năng lượng, gây khó khăn trong triển khai hàng nghìn nút trong mạng.
• Kết nối mạng không ổn định
Ưu điểm của mạng cảm biến là tính di động, nhưng vẫn tồn tại những nhược điểm sau:
Giới hạn trong phạm vi truyền của các sensor di động (khoảng 10-100m), dẫn đến việc truyền thông tin giữa các nút cảm biến trở nên khó khăn.
Các phương tiện truyền không dây không được bảo vệ khỏi nhiễu bên ngoài nên có thể dẫn đến mất mát một lượng lớn thông tin.
Giới hạn dải thông khi truyền vô tuyến và kết nối không liên tục.
Cấu hình mạng thay đổi thường xuyên phụ thuộc vào sự di động của các nút nên việc định lại cấu hình động trở nên cần thiết.
WSNs dùng để giám sát các hiện tượng trong thế giới thực nên việc thiết kế mạng phải thích ứng với các các đặc trưng của môi trường mà nó cảm nhận. WSNs phải được thiết kế phù hợp với từng ứng dụng như kiểm tra trong quân đội, cảnh báo cháy rừng; dùng loại sensor nào để đo nhiệt độ, ánh sáng, âm thanh hay độ ẩm tùy từng loại ứng dụng.
Thách thức lớn nhất trong mạng cảm biến là nguồn năng lượng bị giới hạn và không thể nạp lại. Hiện nay rất nhiều nghiên cứu đang tập trung vào việc cải thiện khả năng sử dụng hiệu quả năng lượng trong từng lĩnh vực khác nhau. Trong mạng cảm biến, năng lượng được sử dụng chủ yếu cho 3 mục đích: truyền dữ liệu, xử lý dữ liệu và đảm bảo cho phần cứng hoạt động. Không dừng lại ở đó, người ta cũng mong muốn phát triển quá trình xử lý năng lượng một cách hiệu quả, giảm thiểu tối đa các yêu cầu về năng lượng qua các mức của protocol stack, các bản tin truyền qua mạng để điều khiển và phối hợp mạng.
CHƯƠNG 2: ỨNG DỤNG MẠNG CẢM BIẾN KHÔNG DÂY