1. Nội dung thiết kế tốt nghiệp:
2.1 Các ứng dụng của mạng cảm biến không dây
Chia ra làm 2 loại ứng dựng theo mô hình: hệ thống điểm - điểm dùng định tuyến tĩnh và hệ thống phức tạp dùng giao thức định tuyến động. Sự hội tụ của Internet, thông tin vô tuyến và kĩ thuật thông tin đã tạo cho công nghệ cảm biến sự phát triển đầy tiềm năng. Phần cứng WSN, đặc biệt là các vi xử lí giá thành thấp, cảm biến nhỏ gọn, phần thu phát vô tuyến tiêu thụ công suất thấp trở thành các tiêu chuẩn chung. Mạng cảm biến thông thường hoạt động ở tần số 900MHz (868-và 915-MHz), hệ thống thương mại (IEEE 802.11b hay IEEE 802.5.4) trong dãy tần 2.4-GHz.
Trong những năm gần đây, các nhà nghiên cứu về WSNs đã đạt được những bước phát triển mạnh mẽ các bước tiến từ các nghiên cứu hứa hẹn tác động lớn đến các ứng dụng rộng rãi trong các lĩnh vực an ninh quốc gia, chăm sóc sức khỏe, môi trường, năng lượng, an toàn thực phẩm, sản xuất … Các ứng dụng của mạng WSN thực sự chỉ bị giới hạn bởi sự tưởng tượng của con người.
Sau đây là các ứng dụng phổ biến nhất của WSN:
Các ứng dụng về môi trường
Các mạng cảm biến không dây được dùng để theo dõi sự chuyển động của chim muông, động vật, côn trùng; theo dõi các điều kiện môi trường như nhiệt độ, độ ẩm; theo dõi và cảnh báo sớm các hiện tượng thiên tai như động đất,núi lửa phun trào, cháy rừng, lũ lụt…. Một số ứng dụng quan trọng như:
• Phát hiện sớm những thảm họa như cháy rừng :
Bằng việc phân tán các nút cảm biến trong rừng, một mạng ad hoc được tạo nên một cách tự phát, các nút cảm biến sẽ dò tìm nguồn gốc của lửa để thông báo cho người sử dụng biết trước khi lửa lan rộng không kiểm soát được. Hàng triệu các nút cảm biến có thể được triển khai và tích hợp sử dụng hệ thống tần số không dây hoặc
quang học. Cũng vậy, chúng có thể được trang bị cách thức sử dụng công suất có hiệu quả như là pin mặt trời bởi vì các nút cảm biến bị bỏ lại không có chủ hàng tháng và hàng năm. Mỗi nút cảm biến có thê thu thập nhiều thông tin khác nhau liên quan đến cháy như nhiệt độ, khói …Các dữ liệu thu thập được truyền multihop tới nơi trung tâm điều khiển để giám sát, phân tích, phát hiện và cảnh báo cháy sớm ngăn chặn thảm họa cháy rừng.
Hình 2.1 : Mạng WSN cảnh báo cháy rừng.
• Cảnh báo lũ lụt: Một ví dụ đó là hệ thống báo động được triển khai ở Mỹ. Hệ thống này bao gồm các nút cảm biến về lượng mưa, mực nước, cung cấp thông tin cho hệ thống cơ sở dữ liệu trung tâm để phân tích và cảnh báo lụt sớm.
Hình 2.2 : Mạng WSN cảnh báo lũ lụt.
• Giám sát và cảnh báo các hiện tượng địa chấn: Các cảm biến về độ rung đặt rải rác ở mặt đất các cảm biến hay trong lòng đất những khu vực
hay xảy ra động đất, hay gần các núi lửa để giám sát và cảnh báo sớm hiện tượng động đất và núi lửa phun trào.
Hình 2.3 : Cảnh báo và đo thông số động đất
Các ứng dụng trong y học
Giám sát trong y tế và chẩn đoán từ xa: Trong tương lai, các nút cảm biến có thể được gắn vào cơ thể như dưới da, đo các thông số của máu để phát hiện sớm các bệnh như ung thư. Nhờ đó việc chữa bệnh sẽ dễ dàng hơn. Hiện nay đã tồn tại những video sensor rất nhỏ có thể nuốt vào trong người, dùng một lần và được bọc vỏ hoàn toàn, nguồn nuôi của thiết bị này đủ để hoạt động trong 24h (hình 1.13). Trong thời gian đó, chúng gửi hình ảnh về bên trong con người sang một thiết bị khác mà không cần phải phẫu thuật. Các bác sĩ có thể dựa vào đó để chuẩn đoán và điều trị.
Hình 2.4 : Ứng dụng trong y tế
Trong lĩnh vực tự động hóa nhà ở, các nút cảm biến được đặt ở các phòng để đo nhiệt độ, phát hiện những dịch chuyển trong phòng và thông báo lại thông tin này đến thiết bị báo động trong trường hợp không có ai ở nhà.
Hình 2.5 : Ứng dụng nhà thông minh
Trong công nghiệp
• Trong lĩnh vực quản lý kinh doanh: giải phóng công việc bảo quản và lưu giữ hàng hóa. Các kiện hàng sẽ bao gồm các nút cảm biến mà chỉ cần tồn tại trong thời kì lưu trữ và bảo quản. Trong mỗi lần kiểm kê, một query tới kho lưu trữ dưới dạng bản tin quảng bá. Tất cả các kiện hàng sẽ trả lời query đó để bộc lộ các đặc điểm của chúng. Ngay cả các bản tin có cường độ yếu từ những cảm biến đơn lẻ vẫn có thể được truyền tin cậy nếu chúng được chuyển tiếp qua từng nút. Cảm biến còn có thể được dùng để đo nhiệt độ và độ ẩm. Vào ban đêm chúng được đặt ở chế độ chống trộm. Nếu một ai đó cố dịch một kiện hàng, sensor sẽ hoạt động và ra hiệu cho thiết bị cảnh báo. Điều này đặc biệt hữu dụng trong việc bảo vệ hàng hóa trong những tòa nhà lớn
• Những nút cảm biến này cũng có thể ứng dụng trong việc quản lý các container ở cảng. Mỗi một container là một nút mạng trong mạng cảm biến và có thể ghi nhớ thông tin của nó một cách xác thực. Việc liên lạc qua khoảng cách xa hơn có thể thực hiện theo kiểu điểm – điểm từ container này đến container khác. Tập hợp các container tự bản thân nó là một cơ sở dữ liệu và vì vậy luôn luôn nhất quán. Nhờ đó tàu có thể dễ dàng xác định được chính xác kiện hàng của nó và container thậm chí còn có thể thông báo lại nếu có container lân cận bị lỡ, mà không cần phải truy nhập vào dữ liệu toàn cầu (global database).
Hình 2.7 : Ứng dụng ở cảng.
Trong nông nghiệp
• Ứng dụng trong trồng trọt: Các cảm biến được dùng để đo nhiệt độ, độ ẩm, ánh sáng ở nhiều điểm trên thửa ruộng và truyền dữ liệu mà chúng thu được về trung tâm để người nông dân có thể giám sát và chăm sóc, điều chỉnh cho phù hợp.
Hình 2.8 : Ứng dụng trong trồng trọt
• Ứng dụng trong chăn nuôi: Trong chăn nuôi gia súc, gia cầm cũng trang bị các cảm biến để dễ dàng theo dõi và giám sát .
Hình 2.9 : Ứng dụng trong chăn nuôi
Trong quân sự
Các mạng cảm biến có vai trò quan trọng trong hệ thống C4ISRT (military command, control, communications, computing, intelligence, servaillence, reconnaissance and targeting systems ) vì nó có các đặc tính triển khai nhanh, tự cấu hình, và chịu lỗi.Các ứng dụng của mạng cảm biến trong quân sự như là giám sát quân đội, giám sát trang thiết bị,vũ khí, khảo sát chiến trường,quân địch, dò tấn công bằng vũ khí hạt nhân, sinh học, hóa học của quân địch.
Hình 2.10 : Ứng dụng trong quân sự
Các cảm biến được đặt trong các ô tô để người dùng có thể điều khiển, hoặc được gắn ở vỏ của ô tô, các phương tiện giao thông để chúng tương tác với nhau và với đường và các biển báo giúp các phương tiện đi an toàn, tránh tai nạn giao thông, điều khiển luồng tốt hơn.
Hình 2.11 : Ứng dụng trong giao thông
⇒ Tất cả các ứng dụng của mạng cảm biến không dây được phân loại thành:
Giám sát các môi trường tĩnh: môi trường,các hệ sinh thái, cảnh báo cháy…
Giám sát sự chuyển động của các đối tượng: động vật hoang dã, phương tiện giao thông…