Häc  viÖn c «ng  ng hÖ b­u c hÝnh viÔn th«ng kho a viÔn th«ng  1

§Ò tµi:

VÊn ®Ò n¨ng  l­îng  tro ng  m¹ng  Wire le s s  s e ns o r  vµ ®¸nh g i¸ b»ng  m« pháng

Gi¸o  v iª n h­íng  d Én: TS. §inh V¨n Dòng

Thùc  hiÖn: SV. Phan ViÕt Thêi

 PhÇn 1: Tæ ng  quan m¹ng  Wire le s s  S e ns o r  PhÇn 2: N¨ng

l­îng   tro ng   m¹ng   Wire le s s

 PhÇn 3: KÕt qu¶ m« pháng

S e ns o r

Néi dung ®Ò tµi

Kh o a  v iÔn  t h « n g  1

PTIT

 Kh¸i niÖm

 M« t¶ hÖ thè ng

 Tæ ng  quan vÒ kiÕn tró c  m¹ng

 ø ng  dô ng  c ña m¹ng  S e ns o r

Kh o a  v iÔn  t h « n g  1

PTIT

Tæ ng  quan vÒ m¹ng  wire le s s  s e ns o r

Kh o a  v iÔn  t h « n g  1

Kh¸i niÖm

M¹ng c¶m biÕn kh«ng d©y (Wireless Sensor Network) bao gåm mét tËp hîp c¸c thiÕt bÞ c¶m biÕn sö dông c¸c liªn kÕt kh«ng d©y (v« tuyÕn, hång ngo¹i hoÆc quang häc) ®Ó phèi hîp thùc hiÖn c¸c nhiÖm vô c¶m biÕn ph©n t¸n vÒ ®èi t­îng môc tiªu. M¹ng nµy cã thÓ liªn kÕt trùc tiÕp víi nót qu¶n lý cña gi¸m s¸t viªn hay gi¸n tiÕp th«ng qua mét ®iÓm thu (Sink) vµ m«i tr­êng m¹ng c«ng céng nh­ Internet hay vÖ tinh. C¸c nót Sensor kh«ng d©y cã thÓ ®­îc triÓn khai cho c¸c môc ®Ých chuyªn dông nh­ gi¸m s¸t vµ an ninh; kiÓm tra m«i tr­êng; PTIT t¹o ra kh«ng gian th«ng minh; kh¶o s¸t, chÝnh

x¸c hãa trong n«ng nghiÖp; y tÕ;...

 HÖ thèng tæng qu¸t

 HÖ thèng WISENET

Kh o a  v iÔn  t h « n g  1

PTIT

M« t¶ hÖ thè ng

M« h×nh hÖ thè ng  Tæ NG QU¸T

Kh o a  v iÔn  t h « n g  1

PTIT

Kh o a  v iÔn  t h « n g  1

PTIT

HÖ THè NG WIS ENET

Tæ NG QUAN VÒ KIÕN TRó C M¹NG

Ng¨n xÕp giao thøc m¹ng Sensor

Kh o a  v iÔn  t h « n g  1

PTIT

 øng dông trong qu©n sù  øng dông vÒ m«i tr­êng  øng dông trong y tÕ  øng dông trong gia ®×nh  C¸c øng dông th­¬ng m¹i kh¸c

Kh o a  v iÔn  t h « n g  1

PTIT

ø ng  dô ng  c ña m¹ng  s e ns o r

 KiÓm tra lùc l­îng, trang bÞ ®¹n d­îc  Theo dâi chiÕn tr­êng  Trinh s¸t vïng vµ lùc l­îng ®èi ph­¬ng  T×m môc tiªu  §¸nh gi¸ thiÖt h¹i cña trËn ®¸nh  Trinh s¸t vµ ph¸t hiÖn c¸c vò khÝ ho¸ häc, sinh häc,

h¹t nh©n

Kh o a  v iÔn  t h « n g  1

PTIT

ø ng  dô ng  tro ng  qu©n s ù

 Ph¸t hiÖn ch¸y rõng  VÏ b¶n ®å sinh häc phøc t¹p cña m«i tr­êng  Ph¸t hiÖn lò lôt  C¸c tÝnh to¸n cho n«ng nghiÖp

Kh o a  v iÔn  t h « n g  1

PTIT

ø ng  dô ng  vÒ m«i tr­ê ng

 KiÓm tra tõ xa c¸c sè liÖu vÒ sinh lý con ng­êi

 Gi¸m s¸t vµ kiÓm tra c¸c b¸c sÜ vµ bÖnh nh©n

ø ng  dô ng  tro ng  y tÕ

 Qu¶n lý d­îc phÈm trong bÖnh viÖn

Kh o a  v iÔn  t h « n g  1

PTIT

trong bÖnh viÖn

 Tù ®éng ho¸ trong gia ®×nh

 M«i tr­êng th«ng minh

Kh o a  v iÔn  t h « n g  1

PTIT

ø ng  dô ng  tro ng  g ia ®×nh

 §iÒu khiÓn m«i tr­êng trong c¸c toµ nhµ c«ng së

 B¶o tµng t­¬ng t¸c th«ng minh

 Ph¸t hiÖn trém c¾p xe h¬i

 Qu¶n lý sù kiÓm kª

 Gi¸m s¸t vµ theo dâi xe cé

Kh o a  v iÔn  t h « n g  1

PTIT

C¸c  ø ng  dô ng  th­¬ng  m¹i kh¸c

 S ù tiªu thô  n¨ng  l­îng .

 C¸c  g i¶i ph¸p tiÕt kiÖm n¨ng  l­îng .

Kh o a  v iÔn  t h « n g  1

PTIT

N¨ng  l­îng  tro ng  m¹ng  wire le s s  s e ns o r

S ù tiªu thô  n¨ng  l­îng

 Nót Wireless Sensor lµ mét thiÕt bÞ ®iÖn rÊt nhá nªn chØ ®­îc trang bÞ nguån n¨ng l­îng h¹n chÕ. Trong hÇu hÕt c¸c øng dông, viÖc tiÕp thªm n¨ng l­îng lµ kh«ng thùc hiÖn ®­ îc. Cho nªn, thêi gian tån t¹i cña nót Sensor phô thuéc chñ yÕu vµo tuæi thä cña nguån n¨ng l­îng

 Trong c¸c m¹ng ®a liªn kÕt vµ di ®éng kh¸c, viÖc tiªu thô n¨ng l­îng lµ mét vÊn ®Ò quan träng trong thiÕt kÕ song kh«ng ph¶i vÊn ®Ò chÝnh v× nguån n¨ng l­îng cã thÓ ®­îc ng­êi sö dông thay thÕ. §iÒu quan träng h¬n lµ vÊn ®Ò cung cÊp chÊt l­îng dÞch vô (QoS). Tuy nhiªn, trong c¸c m¹ng Sensor, hiÖu qu¶ n¨ng l­îng lµ mét vÊn ®Ò v« cïng quan träng v× nã ¶nh h­ëng trùc tiÕp tíi tuæi thä cña m¹ng

Kh o a  v iÔn  t h « n g  1

PTIT

 NhiÖm vô chÝnh cña mét nót Sensor trong tr­êng Sensor lµ theo dâi c¸c sù kiÖn, xö lý nhanh sè liÖu côc bé vµ truyÒn th«ng sè liÖu. C«ng suÊt tiªu thô bëi ba thµnh phÇn chÝnh: c¶m biÕn, truyÒn th«ng vµ xö lý sè liÖu.

 PhÇn truyÒn th«ng  s è  liÖu bao  g åm c ¶ ph¸t vµ thu s è  liÖu, ®ång

thê i tiªu thô  n¨ng  l­îng  nhiÒu nhÊt.

 TruyÒn th«ng  tro ng  m¹ng  S e ns o r ë  ph¹m vi ng ¾n vµ c «ng  s uÊt bø c

x¹ thÊp.

 C«ng  s uÊt v« tuyÕn tiªu thô  ®­îc  tÝnh:

Pc = Nt [ Pt ( Ton + Tst ) + Pout ( Ton )] + Nr [ Pr (Ron + Rst ) ]  Trong ®ã, Pt/r lµ c«ng suÊt tiªu thô bëi bé ph¸t/bé thu; Pout lµ c«ng

suÊt ®Çu ra cña bé ph¸t; T/Ron lµ kho¶ng thêi gian ph¸t/thu tr¹ng th¸i ON; T/Rst lµ kho¶ng thêi gian khëi ph¸t t¹i m¹ch ph¸t/thu; Nt/r lµ sè lÇn m¹ch ph¸t/thu chuyÓn m¹ch sang ON trong mét ®¬n vÞ thêi gian, phô thuéc vµo nhiÖm vô vµ ph­¬ng thøc ®iÒu khiÓn truy nhËp m«i tr­ êng. Ton cã thÓ viÕt l¹i b»ng L/R , trong ®ã, L lµ kÝch th­íc gãi, R lµ tèc ®é sè liÖu.

Kh o a  v iÔn  t h « n g  1

PTIT

 Víi tiÕn bé kü thuËt hiÖn nay, c¸c bé thu ph¸t v« tuyÕn th­êng cã PT vµ PR kho¶ng 20 dbm vµ Pout gÇn 0 dbm. Gi¸ trÞ môc tiªu cña Pc

kho¶ng –20 dbm.

N¨ng  l­îng  c ho  truyÒn th«ng

 N¨ng l­îng cho xö lý sè liÖu nhá h¬n nhiÒu so víi n¨ng l­îng dµnh cho truyÒn th«ng sè liÖu.

 Bé xö lý th­êng kh«ng phøc t¹p vµ tèc ®é kh«ng cao nªn tiªu thô c«ng suÊt nhá.

Kh o a  v iÔn  t h « n g  1

PTIT

N¨ng  l­îng  c ho  xö  lý

 Gi¶i ph¸p ®Þnh tuyÕn.  Gi¶i ph¸p truy nhËp m«i tr­êng truyÒn dÉn.  TËn dông c¸c nguån n¨ng l­îng trong tù nhiªn.

Kh o a  v iÔn  t h « n g  1

PTIT

C¸c  g i¶i ph¸p tiÕt kiÖm n¨ng  l­îng

 §Þnh tuyÕn tèi ­u vÒ n¨ng l­îng.  §Þnh tuyÕn sè liÖu tËp trung.

Kh o a  v iÔn  t h « n g  1

PTIT

Gi¶i ph¸p ®Þnh tuyÕn

TËn dô ng  c ¸c  ng uån n¨ng  l­îng  tro ng  tù nhiªn

 TÕ bµo quang ®iÖn.  C¸c nguån n¨ng l­îng kh¸c.

Kh o a  v iÔn  t h « n g  1

PTIT

 Mô c  ®Ýc h m« pháng .  M« h×nh m« pháng .  Mé t s è  kÕt qu¶:

 S ù tæ n hao  n¨ng  l­îng  c ña c ¸c  nó t.  Tè c  ®é  g i¶m n¨ng  l­îng  khi t¨ng  s è  nó t m¹ng .  Tè c  ®é  g i¶m n¨ng  l­îng  khi mËt ®é  m¹ng  kh«ng

®æ i.

 NhËn xÐt.

Kh o a  v iÔn  t h « n g  1

PTIT

KÕt qu¶ m« pháng

 Môc ®Ých cña phÇn m« pháng nµy lµ xem xÐt mèi quan hÖ gi÷a ho¹t ®éng cña node m¹ng víi n¨ng l­ îng dù tr÷ cña nã.

 Ban ®Çu, mçi nót Sensor ®­îc ®Þnh cÊu h×nh víi

mét khèi n¨ng l­îng x¸c ®Þnh.

 Mçi khi nót Sensor thùc hiÖn mét hµnh ®éng nh­ nhËn mét tÝn hiÖu c¶m biÕn, thu hoÆc ph¸t c¸c gãi tin v« tuyÕn, xö lý tÝn hiÖu, nguån n¨ng l­îng dù tr÷ cña nót ®ã sÏ bÞ khÊu trõ theo c«ng suÊt ®­îc ®Þnh nghÜa tr­íc cho tõng thµnh phÇn. Khi nót Sensor kh«ng cã hµnh ®éng nµo, n¨ng l­îng sÏ ®­îc khÊu trõ theo c«ng suÊt rçi (Idle power).

Kh o a  v iÔn  t h « n g  1

PTIT

Mô c  ®Ýc h m« pháng

 M« pháng nµy ®­îc thùc hiÖn víi c¸c m¹ng Sensor ®­îc

triÓn khai theo hinh l­íi vu«ng, trong b¶n ®å hinh vu«ng.

Kh o a  v iÔn  t h « n g  1

PTIT

M« h×nh m« pháng

KÕt qu¶

Khảo sát sự tiêu tốn năng lượng của các nút sensor

0.3

Sù tæn hao n¨ng l­îng cña c¸c nót. Ta xÐt mét m¹ng sensor gåm 25 nót ®­îc bè trÝ ®Òu trong

0.25

mét diÖn tÝch cã kÝch th­íc 651x651(m2). Khi ®ã mËt ®é m¹ng lµ 60nut/1km2.

) j (

0.2

n ố t

u ê

i t

0.15

g n ợ ư

l

0.1

g n ă N

0.05

0

0

5

10

20

25

30

15 Số thứ tự nút

Năng lượng nhận dữ liệu

Năng lượng gửi dữ liệu

Năng lượng hao phí do mất gói

Năng lượng cảm biến

Tổng năng lượng tiêu tốn

Kh o a  v iÔn  t h « n g  1

PTIT

KÕt qu¶

Khảo sát tốc độ giảm năng lượng trung bình của mạng

Tốc độ giảm năng lượng

Tèc ®é gi¶m n¨ng l­îng khi t¨ng sè nót m¹ng: Trong phÇn nµy ta sÏ kh¶o s¸t tèc ®é gi¶m n¨ng l­îng trung 0.09 b×nh cña c¸c nót m¹ng khi sè nót sensor thay ®æi cßn kÝch th­íc m¹ng cè ®Þnh 651x651(m2). 0.08

0.07

0.06

) s

/ j (

0.05

i

0.04

0.03

m ả g ộ đ c ố T

0.02

0.01

0.00

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

1800

Số nút Sensor

Kh o a  v iÔn  t h « n g  1

PTIT

KÕt qu¶

Khảo sát tốc độ giảm năng lượng của mạng

0.06

Tốc độ giảm năng lượng

Tè c   ®é   g i¶m  n¨ng   l­îng   khi  mËt  ®é   m¹ng   kh«ng

0.05

®æ i.

) s

0.04

/ j (

m ả

i

g

Trong phÇn nµy ta sÏ thay ®æi sè l­îng nót sensor trong m¹ng ®ång thêi còng thay ®æi diÖn tÝch kh¶o s¸t ®Ó ®¶m b¶o mËt ®é m¹ng lµ 60sensor/1km2.

0.03

ộ đ

0.02

c ố T

0.01

0

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

Số nút Sensor

Kh o a  v iÔn  t h « n g  1

PTIT

NhËn xÐt

 MËt ®é nót sensor trong m¹ng ¶nh h­ëng rÊt nhiÒu tíi viÖc tiªu thô n¨ng l­îng cña c¸c nót m¹ng mËt ®é cµng cao th× tèc ®é gi¶m n¨ng l­îng cña c¸c nót sensor cµng gi¶m. §iÒu nµy ®­îc gi¶i thÝch lµ do c«ng suÊt ph¸t cña c¸c nót sensor gi¶m. Do ®ã khi thiÕt kÕ m¹ng chóng ta ph¶i hÕt søc chó ý tíi mËt ®é nót m¹ng.

 Khi mËt ®é m¹ng ®­îc gi÷ cè ®Þnh th× sè nót sensor l¹i lµ yÕu tè ¶nh h­ëng tíi tèc ®é tiªu thô n¨ng l­îng cña c¸c nót sensor. Cã 3 kho¶ng chÝnh khi t¨ng sè nót sensor sÏ ¶nh h­ ëng m¹nh tíi tèc ®é tiªu thô n¨ng l­îng cña c¸c nut sensor. 1. Kho¶ng thø nhÊt: D­íi 100 nót, tèc ®é tiªu thô n¨ng l­

îng trung b×nh cña c¸c nót kho¶ng 0.28j/s ®©y lµ mét tèc ®é gi¶m trung b×nh.

2. Kho¶ng thø hai: Tõ 100 ®Õn 700 nót, tèc ®é gi¶m n¨ng

l­îng cña m¹ng æn ®Þnh ë møc thÊp kho¶ng 0.1j/s.

3. Kho¶ng thø ba: Tõ 700 nót trë nªn, khi nµy tèc ®é gi¶m

n¨ng l­îng cña c¸c nót m¹ng t¨ng ®ét biÕn.

 Qua ®©y ta thÊy khi x©y dùng m¹ng trong kho¶ng thø hai lµ ®¶m b¶o tiÕt kiÖm n¨ng l­îng nhÊt. Tuy nhiªn trong tr­ êng hîp cÇn triÓn khai trong mét ph¹m vi lín th× ta lªn chän sè nót sensor lín h¬n 1200 nót ®Ó ®¶m b¶o tiÕt kiªm vÒ n¨ng l­îng.

Kh o a  v iÔn  t h « n g  1

PTIT

 KÕt qu¶

 Nªu râ cÊu tróc tæng quan cña m¹ng Wireless

Sensor.

 Nghiªn cøu sù tiªu thô n¨ng l­îng cña m¹ng

Sensor vµ c¸c biÖn ph¸p tiÕt kiÖm n¨ng l­îng.  Cã mét sè kÕt qu¶ m« pháng thùc tÕ vµ rót ra

kÕt luËn.  H­íng ph¸t triÓn

 T×m hiÓu râ h¬n vÒ m¹ng Sensor vµ c¸c øng

dông cña nã.

Kh o a  v iÔn  t h « n g  1

PTIT

KÕt luËn

Xin c h©n  thµnh c ¶m  ¬n!