Ứng dụng thông tin không dây nhận thức

Một phần của tài liệu ỨNG DỤNG CỦA VÔ TUYẾN NHẬN THỨC (Trang 26 - 38)

CHƯƠNG III. ỨNG DỤNG CỦA VÔ TUYẾN NHẬN THỨC

3.1. Ứng dụng thông tin không dây nhận thức

Vô tuyến nhận thức được ứng dụng rộng rãi trong việc cải thiện hoạt động hệ thống trong thôngtin không dây hiện tại cũng như thiết lập các hệ thống thông tin không dây mới. Hình 3.1 phân loại các ứng dụng của vô tuyến nhận thức trong thông tin không dây.

Hình 3. 1: Phân loại ứng dụng vô tuyến nhận thức

Nhóm đầu tiên bao gồm các ứng dụng vô tuyến nhận thức để tối ưu hóa tài nguyên không dây. Nhóm thứ hai là ứng dụng cải thiện chất lượng thông tin. Nhóm thứ ba và bốn lần lượt là

ứng dụng trong khả năng tương kết và ứng dụng trong dịch vụ.

3.1.1. Ứng dụng tối ưu hóa và nâng cao chất lượng

Tài nguyên vô tuyến không dây là có giới hạn. Do vậy mà cần phải xem xét cẩn thận và có kế hoạch sử dụng nguồn tài nguyên này một cách hợp lí.

Nguồn tài nguyên này bao gồm phổ, phần cứng/phần mềm, kiến trúc hạ tầng mạng, và công suất. Hình 3.2 mô tả tài nguyên vô tuyến không dây có thể được tối ưu hóa bởi ứng dụng cảu vô tuyến nhận thức. Nó giúp cải thiện chất lượng của hệ thống thông tin. Hình minh họa hệ thống thông tin nói chung với các thiết bị không dây đa dạng mà chất lượng được cải thiện nhờ vô tuyến nhận thức

Hình 3. 2: Tài nguyên thông tin không dây

Phần cứng và phần mềm

Phần cứng là phần thực hiện việc truyền/nhận trong thông tin liên lạc.

Cụm từ phần cứng/phần mềm là nguồn tài nguyên mà vô tuyến nhận thức có thể sử dụng thông minh để cải thiện hoạt động thông tin.

Một trong những ưu điểm của ứng dụng vô tuyến nhận thức dựa vào SDR là khả năg nâng cấp phần cứng thông qua thay đổi phần mềm. Nó có thể:

- Giảm việc nhu cầu thay thế phần cứng

- Giá thành vận hành, thay thế, nhân công thấp - Sẵn sàng cho nhiều ứng dụng hơn

- Giảm sự phức tạp của phần cứng

Hình 3. 3: Các thiết bị trong hệ thống thông tin không dây

Chúng ta sẽ lần lượt xét các nguồn tài nguyên khác nhau và những ứng dụng riêng cho nó.

Vô tuyến nhận thức giúp cho các nút trong mạng có thể tải về phần mềm nâng cấp từ các nút

lân cận. Chúng kết hợp với nhau để chia sẻ nguồn tài nguyên phần cứng/phần mềm.

Ứng dụng quan trọng khác của vô tuyến nhận thức dựa vào SDR :

- Cấu hình phần cứng để có thể hoạt động trên bất kì mạng nào. Một điện thoại di động hoạt động trong mạng GSM có thể thiết lập kết nối dựa trên mạng WLAN trong tình huống khẩn cấp.

- Cấu hình phần cứng để hoạt động trên bất kì phổ nào bằng cách sử dụng dạng sóng tương thích. Khi đã cảm biến được khoảng phổ trống, vô tuyến nhận thức sẽ điều chỉnh các thông số tín hiệu (băng thông, tần số, điều chế,mã hóa) tương ứng với điều kiện phổ đã chọn. Kết quả là luôn cải thiện được chất lượng liên lạc tốt nhất có thể.

Hình 3. 4: Thông tin trên nhiều phổ và mạng khác nhau

Công suất

Tối ưu công suất rất quan trọng trong kết nối không dây trong thời gian dài, giúp duy trì chất lượng kết nối yêu cầu. Vô tuyến nhận thức có thể cải thiện việc sử dụng công suất trong hệ thống thông tin. Một số ứng dụng vô tuyến nhận thức liên quan đến công suất như sau:

- Điều khiển công suất thích nghi: Điều chỉnh công suất tương ứng với chất lượng kết nối đã được thực hiện trong nhiều hệ thống không dây thích nghi. Tuy nhiên, những điều chỉnh này vẫn còn bị động và giới hạn. Vô tuyến nhận thức sẽ vượt qua giới hạn đó và có thể điều chỉnh công suất ở bất kì cấp độ cho bất kì chất lượng kết nối nào

- Tối ưu công suất bằng cách tự tắt hoặc, tạm ngưng hoạt các nhiệm vụ ưu tiên thấp, hoặc thông báo người dùng khi mức công suất đạt đến một mức ngưỡng xác định. Điều này giúp tiết kiệm công suất cho hệ thống để sử dụng cho các nhiệm vụ ưu tiên cao hơn.

- Cho phép chỉ truyền khi có sự thay đổi về hình hay âm thanh của cảnh quan sát nhằm tiết kiệm công suất.

Phổ

Tài nguyên phổ bên ngoài dải băng tần đã được gán cố định bao gồm:

- Bất kì băng tần cấp phép đang sử dụng ví dụ như băng GSM cho mạng điện thoại

- Bất kì băng tần cấp phép không sử dụng ví dụ như phổ trong trong băng tần dành cho an toàn công cộng hay băng tần TV

- Bất kì băng tần không cấp phép như băng dành cho công nghiệp, khoa học, y tế (IMS)

- Bất kì băng tần ko phép không sử dụng như băng tần 60 GHZ

Việc sử dụng tài nguyên phổ rất nghiêm ngặt. Vô tuyến nhận thức sẽ giúp sử dụng tài nguyên này một cách hiệu quả và tối ưu. Vô tuyến nhận thức có thể cho phép nhảy đến phổ mới với nhiễu thấp và SNR tốt hơn. Nó có thể thiết lập liên lạc bất kì khi nào và ở đâu ngay khi có phổ sẵn sang.

Mạng

Mạng có thể bao gồm tài nguyên phần cứng/ mềm của nguồn, đích và các phần tử trong đường kết nối thông tin không dây. Mạng tối ưu với một kết nối cụ thể có thể phụ thuộc vào các nút mạng riêng lẻ hoặc kết hợp.

Các tác vụ của mạng có thể thực hiện bởi vô tuyến nhận thức trên các nút riêng lẻ. Tuy nhiên hiệu quả của nó còn phụ thuộc vào hoạt động mạng.

Tối ưu lớp ngang: Bao gồm tối ưu các chức năng của các giao thức. Vô tuyến nhận thức cót thể giám sát các giao thức và thích nghi các giao thức của nó phụ thuộc vào ứng dụng, mạng, và các nhu cầu khác

Học về mạng: Bao gồm sử dụng kiến thức mạng để tái cấu hình các thông số mạng nhằm cải thiện khả năng mạng, xử lí nhiều ứng dụng, thực hiện quyền ưu tiên khi có tắc nghẽn mạng. Một số tác vụ của mạng kết hợp ứng dụng vô tuyến nhận thức.

Tối ưu đường truyền: Vô tuyến nhận thức có thể xác định đường truyền tối ưu và tái cấu hình các thông số mạng để sử dụng đường truyền đó. Kết quả là tài nguyên mạng được tối ưu và cực tiểu được thời gian trễ và giá thành.

Thay đổi cấu trúc liên kết: Thay đổi tự động cấu trúc liên kết mạng để thiết lập và duy trì liên lạc giữa nguồn và đích. Vô tuyến nhận thức có thể sắp xếp lại mạng giữa nguồn và đích để tối ưu hoạt động cũng như tài nguyên mạng

An ninh mạng: Vô tuyến nhận thức cung cấp an ninh ở cấp độ cao để có thể chống lại xâm nhập của tin tặc và phá hủy mạng.

Mạng nâng cấp phần mềm: Nâng cấp các thành phần mạng thông qua phần mềm nhằm giúp giảm việc thay thế các thiết bị phần cứng khi có kết nối hay công nghệ mới

Hình 3. 5 Tối ưu mạng

Ứng dụng sự tương kết:

Sự tương kết là công cụ hữu hiệu trong miền vô tuyến nhận thức giúp cho hệ thống thông tin không dây có thể vượt qua bất cứ rào cản giới hạn nào. Để có thể biến hệ thống tương kết lí tưởng thành hiện thực thì còn phải mất thời gian dài. Tuy nhiên, một số ứng dụng vô tuyến nhận thức sẽ giúp quản lí chính sách

một cách thông minh, tối ưu lớp ngang, sử dụng kiến thức mạng, cấu hình hệ thống. Vô tuyến nhận thức có thể xây dựng nền SDR mà có khả năng giải quyết vấn đề tương kết hệ thống và vô tuyến.

Ứng dụng tương kết đã được áp dụng trong quân đội và an ninh công cộng. Vai trò của các thiết bị tương kết , dịch vụ, mạng, và phổ có tính quyết định đối với những ứng dụng này. Trong phần khác, ví dụ như ứng dụng khách hàng, vô tuyến nhận thức có thể đề nghị tương kết dịch vụ có phổ cấp phép, không phép và các mạng khác.

Hình 3. 6: Hệ thống thông tin không dây tương kết 3.1.2. Ứng dụng trong dịch vụ của hệ thống thông tin không dây

Vô tuyến nhận thức có thể ứng dụng trong các sản phẩm cũng như dịch vụ cho người dùng như điện thoại di động, máy tính xách tay, máy fax được minh họa trong hình 3.6.

Ta có thể phân loại ở mức cao hơn các dịch vụ người dùng ứng dụng vô tuyến nhận thức trong cuộc sống hàng ngày như hình 9.7. Mặc dù những ứng dụng này phát triển độc lập nhưng ta có thể kết hợp qua lại với nhau.

Lĩnh vực cá nhân

Môi trường gia đình và nhà

Công nghệ là một phần thiết yếu của cuộc sống hiện đại. Tận hưởng thời gian một cách chất lượng với gia đình là điều quan trong. Kết quả là không còn ranh giới giữa nhà và công sở. Một người có thể ngồi tại nhà và họp với các đối tác thông qua mạng WLAN. Trong khi đó người hàng xóm có thể truy cập mạng cho nhu cầu giải trí. Hệ thống thông tin không dây truyền thống khó có thể hoạt động thông suốt trong giờ truy cập cao điểm. Tuy nhiên, hệ thống vô tuyến nhận thức sẽ dò tìm và sử dụng những khoảng phổ trống để tránh tắc nghẽn trong giờ truy cập cao điểm và thỏa mãn nhu cầu của người dùng.

Hình 3. 7: Phân loại ứng dụng vô tuyến nhận thức vào dịch vụ người dùng

Môi trường trường học

Khi đứa trẻ đến trường thì yếu tố an toàn cũng được quan tâm. Một thiết bị gắn vào người học sinh để truyền thông tin về cho bộ điều khiển trung tâm đặt tại nhà hay trường học giúp giáo viên và phụ huynh quản lí con em. Bất cứ khi

nào đứa trẻ không tuân theo các qui định đã được thiết lập thì báo cáo sẽ gửi về trung tâm. Việc truyền thông tin này cần có kênh truyền thông suốt để bộ phân điều khiển có thể cập nhật mọi báo cáo. Do vậy mà cần ứng dụng hệ thống vô tuyến nhận thức.

Môi trường công sở

Vô tuyến nhận thức có thể ưu tiên kết nối mạng dựa vào trạng thái ưu tiên. Ví dụ khi có cuộc họp quan trong thì nó sẽ dành kết nối mạng với ưu tiên cao nhất và khoảng phổ sẵn có để sử dụng. Vô tuyến nhận thức cũng sẽ liên tục cập trạng thái của bảng ưu tiên để dựa vào đó có thể quản lí và chia sẽ phổ một cách hợp lí.

Nhận thức không gian

Xác định vị trí và địa hình xung quanh một kết nối thông tin có thể cải thiện được kết nối đó. Vô tuyến nhận thức có thể sử dụng tín hiệu RF, thông tin mạng, tài nguyên thiết bị, hệ thống, giá trị/ thông số cảm biến, và thông tin GPS để định vị cho một hệ thống hay thiết bị. Một khi xác định được vị trí, thông tin được gửi về cho trung tâm điều khiển để rút ra thông tin kênh truyền tương ứng.

Vô tuyến nhận thức có thể sử dụng thông tin đó để cải thiện chất lượng hệ thống thông tin.

Chuyển vùng

Vô tuyến thông minh có thể cho phép người dùng chuyển xuyên biên giới với chính sách và luật thay đổi. Từ đó có thể đàm phán với nhiều nhà cung cấp để thiết lập kết nối sẵn sang có chi phí thấp nhất.

Quản lí chất lượng QoS

Chất lượng dịch vụ thay đổi từ ứng dụng này sang ứng dụng khác. Vô tuyến nhận thức có thể tối ưu thời gian truyền, lựa chọn băng thông kênh truyền hoặc điều chỉnh dịch vụ cung cấp khi có sự thay đổi chất lượng kết nối và công suất.

Giao tiếp người – máy

Một trong những đặc điểm chính của vô tuyến nhận thức là khả năng tương tác tự động giữa thiết bị thông tin với người dùng nó. Ta có một số ứng dụng dựa trên khả năng tương tác ấy:

- Xác thực người dùng: Vô tuyến nhận thức có thể nhận thức được các đặc điểm riêng để xác định người dùng như giọng nói, DNA, dấu vân tay rồi từ đó giúp trung tâm điều khiển xác định được người dùng.

- Trạng thái người dùng: Vô tuyến nhận thức có thể xác định trạng thái người dùng như : vui buồn, sợ hãi,…. Dựa vào mức âm lượng của giọng nói và hành động. Chẳng hạn người dùng sợ hãi, vô tuyến nhận thức có thể phát hiện và tự động gọi cho trung tâm để giúp đỡ.

- Thói quen người dùng : Vô tuyến nhận thức có thể học về thói quen người dùng như số điện thoại hay gọi nhất, trang web hay truy cập nhât,s…Từ kiến thức đó nó đưa ra quyết định phù hợp tùy hoành cảnh. Hình 3.8 minh họa ứng dụng vô tuyến nhận thức, trong đó môi trường xung quanh đường đi của người dùng hàng ngày kết hợp với hệ thống thông tin để cung cấp chất lượng tín hiệu mong muốn.

Nhận biết người dùng

Vô tuyến nhận thức có thể cảm biến mức độ nhận biết của người dùng.

Khi người dùng không nắm bắt được thông tin nhận, nó có thể quyết định lặp lại việc truyền nhằm cải thiện giao tiếp giữa 2 người dùng

Lĩnh vực chính phủ (Công cộng: bảo vệ, an ninh, an toàn, và tình huống thảm họa )

Vô tuyến thông minh được ứng dụng trong an toàn công cộng và ứng phó với trường hợp khẩn cấp như thảm họa. Vì các mạng khẩn cấp liên quan tới thông tin khẩn nên cần đảm bảo truyền thông tin cậy với trễ nhỏ nhất. Thêm vào đó, truyền thông khẩn cấp yêu cầu một lượng phổ đáng kể để xử lí lượng lưu lượng rất lớn, bao gồm thoại, video, và dữ liệu. Các mạng vô tuyến nhận thức có thể cho phép sử dụng phổ sẵn có bằng cách duy trì ưu tiên truyền thông và thời gian đáp ứng

Một số trường hợp điển hình ứng dụng vô tuyến nhận thức để giải quyết vấn đề của chính phủ trong bảo vệ, an ninh, an toàn, và tình huống thảm họa

Quản lý và cứ hộ trong tình huống thảm họa

Trong trường hợp thảm họa xảy ra, mạng không dây cá nhân như mạng điện thoại có thể không hoạt động và khoảng phổ dùng cho an ninh công cộng có thể quá tải bởi số lượng các kết nối khẩn cấp. Lúc này vô tuyến nhận thức có thể sử dụng những khoảng phổ trống cả có phép hoặc không phép và các thiết bị mạng không đồng nhất để thiết lập và duy trì kết nối khẩn cấp tạm thời. Ví dụ nó có thể thiết lập kết nối trên băng GSM sử dụng điểm truy cập WLAN.

Hình 3. 8: Ứng dụng vô tuyến nhận thức trong thói quen người dùng

Cứu hỏa:

Cứu hỏa đóng vai trò quan trọng trong việc giải quyết các thảm họa: cháy nhà, cháy rừng.... Nói chung lính cứu hỏa phải làm việc trong môi trường thay đổi liên tục do đó thông tin phải được cập nhật liên tục. Chẳng hạn như trong thảm họa cháy rừng thì các thông tin cần thiết là nhiệt độ, tốc độ gió và hướng gió, số lượng lính cứu hỏa. Vô tuyến nhận thức sẽ thiết lập kết nối hiệu quả nhất tùy vào điều kiên kênh truyền (sức gió, độ nóng, độ ẩm) nhằm duy trì việc trao đổi thông tin giữa lính cứu hỏa và bộ phận chỉ huy.

Chống tội phạm:

Các thông tin liên quan đến tội phạm rất quan trọng trong quá trình điều tra và phải mang tính bảo mật. Vô tuyến nhận thức giúp việc trao đổi các thông tin đó một cách nhanh chóng và mang tính bảo mật cao, ngăn chặn người dùng không xác thực đánh cắp thông tin.

Ngoài ra vô tuyến nhận thức còn ứng dụng trong một số lĩnh vực công cộng khác.

Điều khiển giao thông:

Giao thông là một vấn đề lớn đặc biệt là vào giờ cao điểm. Trung tâm quản lí giao thông sẽ truyền các thông tin về vị trí giao thông tắc nghẽn, dự đoán

và đưa ra con đường thay thế cho người đang tham gia giao thông nhờ vào hệ thống vô tuyến nhận thức. Tại các cột đèn báo hiệu giao thông, dựa vào thông tin nhận được về lưu lượng người trên các hướng để quyết định đèn xanh và đỏ sẽ sáng trong bao lâu.

Y tế:

Trong tình huống cấp cứu: các xe cấp cứu được trang bị hệ thống liên lạc không dây để truyền các thông tin về bệnh nhân về trung tâm điều khiển. Những thông tin này cần băng thông rộng để truyền cả tín hiệu thoại và video về tình trạng bệnh nhân để có thể chẩn đoán và đưa ra phương pháp điều trị kịp thời. Do vậy vô tuyến nhận thức được ứng dụng nhằm đảo bảo sự nhanh chóng, thông suốt và tin cậy của thông tin.

- Công nghệ y sinh: Công nghệ này gắn các thiết bị điện tử vào cơ thể con người để thay thế một số bộ phận và báo cáo các thông tin khi cần thiết. Vô tuyến nhận thức có khả năg phát hiện các mô bất thường hay tế bào máu trong cơ thể con người và báo cáo cho bác sĩ. Nó đóng vai trò quan trọng trong việc cứu người.

- Trợ giúp cho người mù: Vô tuyến nhận thức đóng vai trò như đôi mắt của người mù. Nó có thể nhận các thông tin về khu vực an toàn để đi, thời gian an toàn để băng qua đường và con đường đi từ nhà đến công sở hay các nơi khác.Từ đó nó sẽ đưa ra chỉ dẫn về đường đi cho người mù.

Môi trường:

Dự báo thời tiết: Mạng lưới cảm biến dược dùng để phát hiện các thông số thời tiết như nhiệt độ, tốc độ gió, áp suất không khí, độ ẩm trong thời gian dài. Nếu chúng được trang bị khả năng nhận thức, chúng có thể liên lạc qua lại mà không cần sự can thiệp của con người. Bằng cách này các cảm biến sẽ phát hiện, thu thập, và chia sẻ thông tin để tối ưu hóa hoạt động. Sau khi được thu thập đầy đủ, dữ liệu được gửi về trung tâm điều khiển bởi cảm biến gần nhất để tối ưu công suất sử dụng, mạng sử dụng và thời gian trễ.

- Kiểm soát ô nhiễm không khí: phát hiện tạp chất trong không khí là ưu tiên chính để bảo vệ sức khỏe con người. Vô tuyến nhận thức có thể ước lượng thông minh tạp chất trong không khí, truy xuất dữ liệu liên quan đến ô nhiễm và báo động khi mức độ ô nhiễm vượt qua giới hạn cho phép. Mức ngưỡng đó cũng có thể được vô tuyến nhận

thức điều chỉnh phụ thuộc vào các yếu tố khác.

- Hiện tượng nóng lên toàn cầu: đây là đề tài nóng trong thế giới hiện đại nơi mà môi trường bị ô nhiễm bởi sự phát triển công nghiệp, giao thông… Kết quả là trái đất ngày càng nóng lên và làm tan băng ở hai cực làm tăng mực nước biển và đe dọa cuộc sống của nhiều sinh vật. Để tính toán tình huống thảm khốc này

Một phần của tài liệu ỨNG DỤNG CỦA VÔ TUYẾN NHẬN THỨC (Trang 26 - 38)

Tải bản đầy đủ (DOC)

(40 trang)
w