2.2.2. SurfNet
SurfNet [18,19] là một kiến trúc mạng cảm biến bao gồm hai nền tảng phần cứng khác nhau, giao thức mạng và một mơi trƣờng lập trình cho các node cảm biến khơng dây công suất thấp, đƣợc phát triển bởi Đại học Khoa học Ứng dụng Seinäjoki, và tiếp tục đƣợc cải thiện trong dự án GENSEN (Generic Sensor Network Architecture for Wireless Automation- dự án về kiến trúc mạng cảm biến chung cho tự động hóa khơng dây).
Hình 2.10. Node cảm biến sử dụng kiến trúc SurfNet (Palomäki 2010a) [19]
SurfNet bao gồm các nền tảng phần cứng - node SurfNet, giao thức mạng và môi trƣờng phát triển ứng dụng tƣơng ứng. Node SurfNet có kích thƣớc nhỏ và đƣợc trang bị một vi điều khiển nRF24LE1D là một chip đƣợc phát triển bởi hãng Nordic Semiconductors, có thể đồng thời gắn kết một số bộ phận nhƣ bộ cảm biến nhiệt độ, cảm biến độ ẩm và bộ cảm biến gia tốc ba chiều (3D). Node đƣợc cung cấp năng lƣợng bởi pin thƣờng là khoảng 3V. Node SurfNet cũng khá đơn giản và dễ triển khai trong nhiều mơi trƣờng. Vì vậy, tác giả lựa chọn node SurfNet cho nghiên cứu của luận văn.
Nhƣ đã đề cập trƣớc đó, nRF24LE1D đƣợc sử dụng làm bộ điều khiển chính của node SurfNet, nó là một dịng sản phẩm của bộ thu tín hiệu RF 2.4 GHz thơng minh với bộ vi xử lý siêu nhỏ thông minh. Cụ thể, nó chủ yếu chứa một bộ điều khiển là bộ vi xử lý 8.051 tăng cƣờng và bộ thu phát RF nRF24L01 2.4GHz. Hai phần này giao tiếp với nhau qua giao tiếp ngoại vi nối tiếp (SPI), bên cạnh bộ xử lý và bộ nhớ, các tính năng chính của nRF24LE1D đƣợc trình bày trong bảng 2.1.
Bảng 2.1. Các tính năng chính của bộ điều khiển nRF24L1D. [19]
Thành phần Tính năng
Bộ vi xử lý
Nhanh 8-bit;
Tập lệnh tƣơng thích Intel MCS 51; Đơn vị phân chia 32 bit
Bộ nhớ
Bộ nhớ Flash 16 KB với các tính năng bảo mật; 1 KB bộ nhớ RAM trên chip;
1 KB bộ nhớ dữ liệu khơng dễ xóa
Giao diện và Thiết bị ngoại vi
GPIO; SPI chủ; SPI slave; 2-Dây chủ / slave; Ngắt ngoài; Bộ dao động tinh thể 32.768 kHz; Giao diện gỡ lỗi;
Bộ thu tín hiệu 2.4 GHz RF; Bộ chuyển đổi A / D;
Bộ so sánh Analog; Bộ mã hóa / giải mã; Máy phát số ngẫu nhiên;
Quản lý năng lƣợng
Nguồn cung cấp 3,0 V đơn (1,9 V đến 3,6 V); Thiết lập lại hệ thống và giám sát nguồn điện; Thiết kế công suất thấp hỗ trợ dừng hoàn toàn / chế độ chờ;
Tần số đếm MCU từ 125 kHz đến 16 MHz; Bộ điều chỉnh điện áp hỗ trợ chế độ công suất thấp;
Chức năng watchdog và wakeup chạy ở chế độ công suất thấp
Bảng trên cho thấy, vi điều khiển duy trì một số chi tiết kỹ thuật khá thích hợp để đƣợc sử dụng trong node cảm biến. Ví dụ, thiết kế cơng suất thấp hỗ trợ chế
độ ngủ, chế độ chờ, và chế độ ngủ sâu. Tức là các thuộc tính này có thể đƣợc sử dụng để giảm tiêu thụ năng lƣợng bằng cách kết hợp nhiều chế độ làm việc dựa trên yêu cầu của hệ thống ứng dụng. Theo Palomäki, tuổi thọ của node cảm biến có thể đƣợc mở rộng hơn nữa bằng cách tận dụng các chế độ chuyển đổi và đồng bộ hóa các node.
Điều quan trọng ở đây là khi kết nối SurfNet và UWASA đã tạo ra một mô- đun hoạt động nhƣ một node chìm trong mạng khơng dây, nó thu thập dữ liệu đo đƣợc từ mạng thông qua định tuyến nhƣ tất cả các node khác, và đặc biệt nó dễ dàng kế nối với các thiết bị khác thông qua USB.