CHƯƠNG 3. CÁC GIẢI PHÁP KỸ THUẬT MẠNG LếI CỦA MẠNG CẢM BIẾN KHÔNG DÂY
3.1. KỸ THUẬT TRUYỀN DẪN KHÔNG DÂY
3.1.3. Các công nghệ không dây
Có nhiều giao thức không dây, được sử dụng khá rộng rãi là IEEE 802.15.1 (Bluetooth), IEEE 802.11a/b/g/n wireless LANs, IEEE 802.15.4 (Zigbee), Man- scope IEEE 802.16 (Wimax) và kỹ thuật nhận dạng bằng sóng vô tuyến (RFID).
Mỗi tiêu chuẩn có các ưu điểm và hạn chế riêng. Hình 3.4 mô tả một vài giao thức truyền dẫn không dây.
Hình 3.4. Đồ thị so sánh các giao thức truyền dẫn không dây phổ biến
Bảng 3.2: So sánh các giao thức
RFID là một dạng của cảm biến không dây, không yêu cầu công suất cho các thẻ quét. Thẻ RFID là cảm biến số, nó sẽ đáp ứng lại khi công suất từ đầu đọc hướng đến nó. Các thẻ RFID hiện tại chỉ có thể lưu giữ được 96 bits, nhưng các thẻ mới hơn có thể cung cấp lên đến 128 hay 256 bits.
3.1.3.1. Bluetooth
Bluetooth là chuẩn dùng cho kết nói RF tầm ngắn cho các thiết bị di động cá nhân. Chuẩn này bắt như một chuẩn không chính thức dùng trong công nghiệp.
Bluetooth dùng trong các thiết bị thông tin cá nhân như điện thoại, máy in, … Kỹ thuật này có một số đặc tính hạn chế do đó khả năng ứng dụng cho mạng WSNs bị giới hạn.
Đặc điểm Bluetooth là công suất tiêu thụ thấp, giá thành thấp, cung cấp cho ứng dụng không dây giữa các thiết bị. Hệ thống dùng sóng radio phát đẳng hướng, có thể xuyên qua tường và các vật cản phi kim loại khác. Sóng radio dùng trong Bluetooth hoạt động ở tần số 2.4GHz ISM, phổ biến trên toàn thế giới.
Bluetooth dùng kỹ thuật trải phổ, song công hoàn toàn. Khi kết nối điểm điểm, cho phép cùng lúc kết nối với 7 thiết bị đồng thời.
3.1.3.2 WLAN
Đây là mạng LAN không dây với các đặc điểm :
Mạng WLAN tốc độ cao hơn caung cấp cho số lượng lớn người dùng với mật độ cao. Chuẩn IEEE 802.11g và 802.11n cần thiết cho ứng dụng băng thông rộng và mật độ cao.
Cung cấp QoS (chất lượng dịch vụ) cao qua giao tiếp không dây. Chuẩn IEEE 802.11e là kỹ thuật cung cấp QoS cần thiết.
Bảo mật thông tin là nhu cầu lớn. Chuẩn IEEE 802.11i đáp ứng tốt yêu cầu này.
Hình 3.5: Mô hình mạng WLAN kết hợp với mạng LAN truyền thống
Phân chia tần số hoạt động trong mô hình mạng LAN như hình 3.5. Các thiết bị di động kết nối với mạng WLAN, thông qua các thiết bị giao tiếp có thể kết nối với mạng LAN có dây thông qua Ethernet Switch.
WLAN có nhiều chuẩn theo IEEE, mỗi chuẩn đáp ứng được các yêu cầu khác nhau, mỗi chuẩn được phân chia một vùng tần số nhất định.
Hình 3.6 : Băng tần IEEE 802.11b/g
Trên hình , nếu phân chia theo dạng không chồng lấn trong toàn dãy ta có 3- 4 kênh tần số. Dạng thứ 2 là chia có chồng lấn. Hình 3.6 cho thấy sự phân chia các dãy tần số chuẩn WLAN IEEE 802.11b/g. Các phổ này lệch so le nhau 5 MHz, dãy gồm 14 khoảng tần số.
Bảng 3.3: So sánh đặc tính 2 chuẩn IEEE 802.11b/g và IEEE 802.11a
Hình 3.7 : Đánh giá đặc tính IEEE 802.11a và 802.11b theo khoảng cách (các ứng dụng trong nhà)
3.1.3.3. ZigBee
ZigBee là công nghệ được xây dựng dựa trên tiêu chuẩn của IEEE, đáp ứng cho sự phát triển rộng khắp của mạng WSNs giá thành thấp, công suất tiêu thụ thấp dùng cho các ứng dụng điều khiển từ xa, điều khiển thiết bị trong nhà, ứng dụng trong các tòa nhà tự động trong công nghiệp và thương mại. Các chuẩn mạng không dây được giới thiệu ở các phần trước dùng cho các ứng dụng tốc độ dữ liệu cao, tiêu thụ công suất lớn, phức tạp và giá thành cao. Tuy nhiên, có nhiều ứng dụng mạng không dây trong giám sát và điều khiển trong công nghiệp và thương mại đòi hỏi thời gian sử dụng pin dài hơn, tốc độ dữ liệu thấp và độ phức tạp ít hơn các chuẩn không dây khác. Để đáp ứng cho sự phát triển theo hướng thương mại, cần có một chuẩn thỏa các yêu cầu về độ tin cậy, an ninh, công suất thấp và giá thành thấp.
Các ứng dụng không dây như thế đã được phát triển bởi IEEE 802.15.4 cung cấp chuẩn tốc độ dữ liệu thấp với thời gian sử dụng pin nhiều tháng đến nhiều năm và ít phức tạp hơn.
Cái tên ZigBee được xuất phát từ cách mà các con ong mật truyền thông tin quan trọng với các thành viên khác trong tổ ong. Đó là kiểu liên lạc “Zig-Zag” của loài ong “Honey Bee”. Và nguyên lý ZigBee được hình thành từ việc ghép hai chữ
cái đầu cùng với nhau. Việc công nghệ này ra đời chính là sự giải quyết cho vấn đề các thiết bị tách rời có thể làm việc cùng nhau để giải quyết một vấn đề nào đó.
Tiêu chuẩn hướng đến hoạt động ở một băng tần quốc tế. Chuẩn này quy định về lớp vật lý (PHY) và điều khiển truy cập (MAC). Các chức năng được định nghĩa bởi ZigBee Alliance được dùng ở các lớp cao hơn. Tổ chức ZigBee Alliance đưa ra các thông số ZigBee đầu tiên vào năm 2004, tạo tiền đề cho sự phát triển và ứng dụng rộng rãi của mạng WSNs. ZigBee/IEEE 802.15.4 được chờ đợi trở thành công nghệ dẫn đầu cho sự ứng dụng thương mại từ tòa nhà tự động cho đến công nghiệp và ứng dụng tại nhà.
Hình 3.8 : Mô hình giao thức ZigBee