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!