zunia.vn

Tuyển sinh 2024 dành cho Gen-Z

zunia.vn

» Kỹ Thuật - Công Nghệ

» Kĩ thuật Viễn thông

Bài giảng Giới thiệu về mạng cảm biến không dây (WSN): Chương 1 - TS. Nguyễn Duy Thông

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:21

Báo xấu

21
lượt xem 3
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Bài giảng "Giới thiệu về mạng cảm biến không dây (WSN): Chương 1 - Giới thiệu chung" trình bày các nội dung chính sau đây: Các công nghệ trong mạng cảm biến; một số ứng dụng cơ bản; đặc điểm của mạng cảm biến. Mời các bạn cùng tham khảo!

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Bài giảng Giới thiệu về mạng cảm biến không dây (WSN): Chương 1 - TS. Nguyễn Duy Thông

GIỚI THIỆU VỀ MẠNG CẢM BIẾN KHÔNG DÂY (WSN) Trình bày: TS. Nguyễn Duy Thông
NỘI DUNG HỌC PHẦN Giới thiệu mạng cảm biến không dây Các công nghệ trong mạng cảm biến Một số ứng dụng cơ bản Đặc điểm của mạng cảm biến 1/15/2024 2
1. Giới thiệu WSN  Mạng cảm biến (sensor network) là một cấu trúc, là sự kết hợp các khả năng cảm biến, xử lý thông tin và các thành phần liên lạc để tạo khả năng quan sát, phân tích và phản ứng lại với các sự kiện và hiện tượng xảy ra trong môi trường cụ thể nào đó. Môi trường có thể là thế giới vật lý ,hệ thống sinh học.  Các ứng dụng cơ bản của mạng cảm biến chủ yếu gồm thu thập dữ liệu, giám sát, theo dõi và các ứng dụng trong y học. Tuy nhiên ứng dụng của mạng cảm biến tùy theo yêu cầu sử dụng còn rất đa dạng và không bị giới hạn. 1/15/2024 3
1. Giới thiệu WSN (tt)  Có mặt ở khắp mọi nơi  Có thể là các cảm biến riêng lẽ hoặc tập các cảm biến được kết nối với nhau  Kết nối với mạng bên ngoài thông qua internet 1/15/2024 Một số giao tiếp không dây trong mạng cảm biến 4
1. Giới thiệu WSN (tt)  Có 4 thành phần cơ bản cấu tạo nên một mạng cảm biến: o Các cảm biến được phân bố theo mô hình tập trung hay phân tán o Mạng lưới liên kết giữa các cảm biến (có dây hay vô tuyến) o Điểm trung tâm tập hợp dữ liệu (Clustering) o Bộ phận xử lý dữ liệu ở trung tâm  Một node cảm biến được định nghĩa là sự kết hợp cảm biến và bộ phận xử lý dữ liệu, hay còn gọi là mote. Mạng cảm biến không dây(WSN) là mạng cảm biến kết nối giữa các node cảm biến bằng sóng vô tuyến. 1/15/2024 5
2. Công nghệ cho mạng cảm biến  WSN là một mạng với các node không dây công suất thấp chứa các CPU nhỏ với bộ nhớ rất thấp. Cảm biến trong WSN là khác nhau về mục đích, chức năng và khả năng  Một số mạng WSN như: oMạng lưới điện quốc gia oĐài thời tiết quốc gia oHệ thống nông nghiệp thông minh oNhà máy thông minh  Mạng cảm biến là một lĩnh vực đa ngành bao gồm mạng vô tuyến, xử lý tín hiệu, trí tuệ nhân tạo, quản lý cơ sở dữ liệu, tối ưu hóa tài nguyên, thuật toán quản lý năng lượng và công nghệ nền tảng (phần cứng và phần mềm, chẳng hạn như như hệ điều hành) 1/15/2024 6
2. Công nghệ cho mạng cảm biến (tt)  Các công nghệ cảm biến bao gồm các cảm biến trường điện từ; cảm biến tần số vô tuyến; quang ,hồng ngoại; radars; lasers; các cảm biến định vị, dẫn đường; đo đạc các thông số môi trường; và các cảm biến phục vụ trong ứng dụng an ninh, sinh hóa …..  Đặc điểm công suất bị giới hạn, thời gian cung cấp năng lượng của nguồn (chủ yếu là pin) có thời gian ngắn, chu kỳ nhiệm vụ ngắn, quan hệ đa điểm- điểm, số lượng lớn các node cảm biến… 1/15/2024 7
2. Công nghệ cho mạng cảm biến (tt)  Các mô hình không dây, có mạch tiêu thụ năng lượng thấp được ưu tiên phát triển. Hiệu quả sử dụng công suất của WSN về tổng quát dựa trên 3 tiêu chí: o Chu kỳ hoạt động ngắn o Xử lý dữ liệu nội bộ tại các node để giảm kích thước dữ liệu, thời gian truyền o Mô hình mạng multihop làm giảm chiều dài đường truyền, qua đó giảm suy hao tổng cộng, giảm tổng công suất cho đường truyền. 1/15/2024 8
2. Công nghệ cho mạng cảm biến (tt)  WSNs được phân ra làm 2 loại, theo mô hình kết nối và định tuyến mà các nodes sử dụng LOẠI 1 LOẠI 2 • Sử dụng giao thức định tuyến động • Mô hình đa điểm-điểm hay điểm-điểm, 1 kết • Các node tìm đường đi tốt nhất đến đích nối radio đến node trung tâm • Vai trò của các sensor node này với các • Sử dụng gia thức định tuyến tĩnh node kế tiếp như là các trạm lặp (repeater) • 1 node không cung cấp thông tin cho các • Khoảng cách rất lớn (hàng ngàn mét) node khác • Khả năng xử lý dữ liệu ở các node chuyển • Khoảng cách vài trăm mét tiếp • Node chuyển tiếp không có khả năng xử lý • Mạng phức tạp dữ liệu cho các node khác • Hệ thống tương đối đơn giản 1/15/2024 9
2. Công nghệ cho mạng cảm biến (tt)  Các tiêu chuẩn của WSN sử dụng tiêu chuẩn IEEE 802.15.4, hoạt động ở tần số 2.4GHz, tốc độ lên đến 250 kbps, khoảng cách lên đến 60m.  Zigbee/IEEE 802.15.4 được thiết kế để bổ sung cho các công nghệ không dây như là Bluetooth, Wifi ,Ultrawideband(UWB), mục đích phục vụ cho các ứng dụng thương mại.  WSNs tương tự như MANETs (Mobile Ad hoc Network) theo một vài đặc điểm .Cả hai đều là chuẩn mạng wireless ,multihop. Tuy nhiên, các ứng dụng và kỹ thuật giữa hai hệ thống có khác nhau. 1/15/2024 10
2. Công nghệ cho mạng cảm biến (tt) WSN MANETs • Dạng thông thường của WSN là truyền • Truyền nhận điểm – điểm nhận đa điểm • Các node ít di động • Các node di động • Dữ liệu lấy được từ các thông số môi • Chủ yếu là trao đổi dữ liệu trường thực tế, trong thời gian thực • Nguồn năng lượng bị giới hạn và được • Nguồn năng lượng chủ động và được quản lý chặt chẽ thường xuyên thay thế • Số lượng node lớn • Số lượng node ít  Do sự khác biệt giữa 2 mô hình mà các giao thức định tuyến trong MANETs không thể áp dụng hoàn toàn cho WSNs. Tuy nhiên, WSNs có thể coi như một phần trong MANETs. 1/15/2024 11
3. Ứng dụng của WSN  Các ứng dụng về môi trường: Cảnh báo lũ lụt, Cảnh báo cháy rừng, Nông nghiệp chính xác, Dự báo thời tiết….  Trong lĩnh vực sức khỏe: Giám sát từ xa dữ liệu sinh lý, Theo dõi, giám sát bác sĩ và bệnh nhân trong bệnh viện, Trợ giúp người cao tuổi, …..  Trong nhà: Tự động hóa, Đo lường các thông số trong nhà (nhiệt độ, độ ẩm, các chỉ số điện, nước, …)  Các ứng dụng thương mại: Kiểm soát môi trường trong các tòa nhà công nghiệp và văn phòng, Kiểm soát hàng tồn kho, Theo dõi và phát hiện phương tiện, Giám sát luồng giao thông, … 1/15/2024 12
4. Cơ bản về mạng cảm biến không dây Sensor Các công nghệ vô Tiêu chuẩn Phần mềm tuyến • Chức năng • Khoảng cách truyền • IEEE 802.11a/b/g • Hệ điều hành • Xử lý tín hiệu • Suy hao • IEEE 802.15.1 • Phần mềm mạng • Nén, sửa lỗi, mã hóa • Kỹ thuật điều chế PAN/Bluetooth • Phần mềm kết nối cơ sở • Clustering • Mô hình mạng • IEEE 802.15.3 dữ liệu trực tiếp ultrawideband (UWB) • Phần mềm middleware • IEEE 802.15.4/Zigbee • Phần mềm quản lý dữ • IEEE 802.16 Wimax liệu • IEEE 1451.5 (Wireless Sensor Working Group) • Mobile IP 1/15/2024 13
5. Một vài đặc điểm của WSN  Các cảm biến liên kết theo giao thức Multihop, phân chia Cluster.  Chọn ra node có khả năng tốt nhất làm node trung tâm băng thông kênh truyền sẽ sử dụng hiệu quả hơn.  Tuy nhiên, có thể thấy cấu trúc mạng phức tạp và giao thức phân chia Cluster và định tuyến cũng trở nên khó khăn hơn Mô hình WSN thông thường 1/15/2024 14
5. Một vài đặc điểm của WSN (tt)  Một vài đặc điểm của mạng cảm biến: o Các node phân bố dày đặc. o Các node dễ bị hư hỏng. o Giao thức mạng thay đổi thường xuyên. o Node bị giới hạn về công suất, khả năng tính toán, và bộ nhớ. o Các node có thể không được đồng nhất toàn hệ thống vì số lượng lớn các node.  Sự phát triển mạng cảm biến dựa trên các cải tiến về cảm biến, thông tin và tính toán (giải thuật trao đổi dữ liệu, phần cứng và phần mềm). 1/15/2024 15
5. Một vài đặc điểm của WSN (tt)  Các thành phần cấu tạo nên một node trong mạng cảm biến: o Một cảm biến (có thể là một hay dãy cảm biến) và đơn vị thực thi (nếu có) o Đơn vị xử lý o Đơn vị liên lạc bằng vô tuyến o Nguồn cung cấp o Các phần ứng dụng khác… 1/15/2024 16
5. Một vài đặc điểm của WSN (tt)  Software (Operating Systems and Middleware) Hệ điều hành dùng cho WSN được thiết kế để có thể thiết lập một cách nhanh chóng các thông số của cảm biến, trong khi kích thước code nhỏ phù hợp với bộ nhớ có giới hạn của sensor networks.  Standards for Transport Protocols Mục đích thiết kế WSNs là để phát triển giải pháp mạng không dây dựa trên tiêu chuẩn về chi phí là thấp nhất, đáp ứng các yêu cầu như tốc độ dữ liệu thấp-trung bình, tiêu thụ công suất thấp, đảm bảo độ bảo mật và tin cậy cho hệ thống.  Phát triển các giao thức cho WSN là tập trung chủ yếu vào phát triển các giao thức định tuyến  Nhằm giảm năng lượng tiêu thụ 1/15/2024 17
5. Một vài đặc điểm của WSN (tt)  Các tầng giao thức bao gồm các lớp như mô hình OSI. o Layer 1 : lớp vật lý: các qui ước về điện, kênh truyền , cảm biến, xử lý tín hiệu o Layer 2 : lớp liên kết dữ liệu : các cấu trúc khung, định thời o Layer 3 : lớp mạng : định tuyến o Layer 4 : lớp chuyển vận : truyền dữ liệu trong mạng, lưu giữ dữ liệu o Upper Layers : phục vụ các ứng dụng trong mạng, bao gồm xử lý ứng dụng, kết hợp dữ liệu, xử lý các yêu cầu từ bên ngoài, cơ sở dữ liệu ngoại 1/15/2024 18
5. Quá trình phát triển của WSN 1/15/2024 19
6. Một số thách thức • Chức năng giới hạn, bao gồm cả vấn đề về kích thước • Nguồn • Giá thành các node • Yếu tố môi trường • Đặc tính kênh truyền • Giao thức quản lý mạng phức tạp và sự phân bố rải rác các node • Tiêu chuẩn hóa • Các vấn đề mở rộng 1/15/2024 20

CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD

LV.15: Bộ Đồ Án Tốt Nghiệp Chuyên Ngành Cơ Khí

65 tài liệu

2431 lượt tải

THÔNG TIN

TRỢ GIÚP

HỖ TRỢ KHÁCH HÀNG

Theo dõi chúng tôi

Chịu trách nhiệm nội dung:

Nguyễn Công Hà - Giám đốc Công ty TNHH TÀI LIỆU TRỰC TUYẾN VI NA

LIÊN HỆ

Địa chỉ: P402, 54A Nơ Trang Long, Phường 14, Q.Bình Thạnh, TP.HCM

Hotline: 093 303 0098

Email: support@tailieu.vn

Giấy phép Mạng Xã Hội số: 670/GP-BTTTT cấp ngày 30/11/2015 Copyright © 2022-2032 TaiLieu.VN. All rights reserved.