intTypePromotion=1
zunia.vn Tuyển sinh 2024 dành cho Gen-Z zunia.vn zunia.vn
ADSENSE
 » 
 » 

Luận văn Thạc sĩ Khoa học: Mạng cảm biến không dây và mô hình không gian thông minh

Chia sẻ: Sơ Dương | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:72

Thêm vào BST
Báo xấu
25
lượt xem 3
download
 
  Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Đề tài nghiên cứu "Mạng cảm biến không dây và mô hình không gian thông minh" tập trung nghiên cứu một cách tổng quát về WSN và ứng dụng của nó vào các mô hình không gian thông minh. Mời các bạn cùng tham khảo nội dung chi tiết.

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Luận văn Thạc sĩ Khoa học: Mạng cảm biến không dây và mô hình không gian thông minh

  1. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI --------------------------------------- TRẦN DOÃN TUẤN Trần Doãn Tuấn KỸ THUẬT MÁY TÍNH VÀ TRUYỀN THÔNG MẠNG CẢM BIẾN KHÔNG DÂY VÀ MÔ HÌNH KHÔNG GIAN THÔNG MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC KỸ THUẬT MÁY TÍNH VÀ TRUYỀN THÔNG 2009 HÀ NỘI – 2011
  2. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI -------------------------------------------------- Trần Doãn Tuấn MẠNG CẢM BIẾN KHÔNG DÂY VÀ MÔ HÌNH KHÔNG GIAN THÔNG MINH Chuyên ngành: Kỹ thuật máy tính và truyền thông LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC KỸ THUẬT MÁY TÍNH VÀ TRUYỀN THÔNG NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS. Nguyễn Kim Khánh HÀ NỘI – 2011
  3. Lêi c¶m ¬ n Em xin ch©n thµnh c¶m ¬n c¸c thµy c« ViÖn C«ng nghÖ th«ng tin vµ truyÒn th Tr−êng §¹i häc B¸ch khoa Hµ Néi ® truyÒn thô kiÕn thøc vµ gióp ®ì em t qu¸ tr×nh häc tËp vµ nghiªn cøu t¹i tr−ên Em xin bµy tá lßng biÕt ¬n ch©n thµn TS. NguyÔn Kim Kh¸nh ®· ®Þnh h−ín tËn t©m h−íng dÉn em trong qu¸ tr×nh hiÖn luËn v¨n cao häc nµy. Hµ Néi th¸ng 9 -2011 Häc viªn: TrÇn Do·n TuÊn
  4. Luận văn thạc sĩ khoa học LỜI CAM ĐOAN Tôi – Trần Doãn Tuấn – cam kết luận văn thạc sĩ khoa học này là công trình nghiên cứu của bản thân tôi dưới sự hướng dẫn của TS. Nguyễn Kim Khánh. Những điều trình bày trong luận văn là hoàn toàn trung thực và không phải là sao chép toàn văn của bất kỳ công trình nào khác. Hà Nội, ngày 26 tháng 9 năm 2011 Trần Doãn Tuấn 5
  5. Luận văn thạc sĩ khoa học MỤC LỤC Trang Trang phụ bìa .............................................................................................................1 Lời cam đoan ..............................................................................................................5 Danh mục các chữ viết tắt ..........................................................................................6 Danh mục các bảng ....................................................................................................7 Danh mục hình vẽ ......................................................................................................8 MỞ ĐẦU ..................................................................................................................10 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ MẠNG CẢM BIẾN.............................................12 1.1. Giới thiệu............................................................................................................12 1.2. Đặc trưng và cấu hình mạng cảm biến...............................................................13 1.2.1. Các yếu tố ảnh hưởng đến cấu trúc mạng cảm biến ..............................17 1.2.2. Cấu trúc của mạng cảm biến...................................................................21 1.3. Ứng dụng của mạng cảm biến không dây..........................................................22 1.3.1. Ứng dụng trong quân sự và an ninh quốc gia ........................................25 1.3.2. Ứng dụng trong môi trường....................................................................27 1.3.3. Ứng dụng trong thương mại ..................................................................29 1.3.4. Ứng dụng trong chăm sóc sức khỏe .......................................................30 1.3.5. Ứng dụng trong gia đình ........................................................................30 CHƯƠNG 2: KỸ THUẬT CƠ BẢN MẠNG CẢM BIẾN .....................................32 2.1. Node ..................................................................................................................32 2.2. Các kỹ thuật truyền dẫn vô tuyến và các tiêu chuẩn áp dụng ............................34 2.2.1. Chuẩn Bluetooth ....................................................................................36 2.2.2. Chuẩn WLAN ........................................................................................37 2.2.3. Chuẩn Zigbee .........................................................................................39 2.2.3.1. Topology ....................................................................................40 2.2.3.2. Tầng vật lý ..................................................................................41 2.2.3.2. Tầng MAC .................................................................................44 2.2.3.3. Tầng mạng ..................................................................................46 2.2.3.4. Tầng ứng dụng ...........................................................................49 3
  6. Luận văn thạc sĩ khoa học 2.3. Hệ điều hành cho mạng cảm biến không dây ....................................................50 CHƯƠNG 3: MÔ HÌNH KHÔNG GIAN THÔNG MINH: PHÁT TRIỂN HỆ THỐNG XẾP HÀNG TỰ ĐỘNG TRONG CÁC NGÂN HÀNG DỰA TRÊN MẠNG CẢM BIẾN KHÔNG DÂY ........................................................................54 3.1. Giới thiệu về hệ thống xếp hàng tự động ..........................................................54 3.2. Hoạt động của hệ thống xếp hàng tự động ........................................................57 3.2.1. Quy trình của khách hàng ......................................................................57 3.2.2. Chức năng hệ thống xếp hàng tự động ..................................................57 3.3. Phân tích, thiết kế hệ thống ................................................................................59 3.3.1. Mô hình tổng quan hệ thống ..................................................................59 3.3.2. Thiết kế cơ sở dữ liệu ............................................................................60 3.4. Thử nghiệm ........................................................................................................62 3.4.1. Cài đặt phần mềm, môi trường phát triển ..............................................62 3.4.2. Kết quả thử nghiệm ................................................................................63 CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG NGHIÊN CỨU .......................................69 4.1. Kết quả đạt được ...............................................................................................69 4.2. Khó khăn và hạn chế .........................................................................................69 4.3. Hướng phát triển ...............................................................................................69 TÀI LIỆU THAM KHẢO.........................................................................................71 4
  7. Luận văn thạc sĩ khoa học DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT ADC Analog to Digital Converter AODV Ad hoc On Demand Distance Vector AP Access Point CCA Clear Channel Assessment CSDL Cơ sở dữ liệu CSMA-CA Carrier Sence Multiple Access – Collision Avoidance ED Energy Detection FFD Full-Function Device FIFO First In First Out ID Identification ISM Industrial, Scientific and Medical LQI Link Quanlity Indication LW-WPAN Low-rate Wireless Personal Area Network MAC Media Access Control OS Operating System PAN Personal Area Network PPDU Physical Protocol Data Unit QMS Queue Managerment System RF Radio Frequency RFD Reduced-Function Device SHR Synchronization Header WSN Wireless Sensor Network 6
  8. Luận văn thạc sĩ khoa học DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 2.1: So sánh một số chuẩn truyền dẫn vô tuyến .............................................36 Bảng 2.2: Dải tần số vô tuyến theo chuẩn IEEE 802.15.4........................................42 Bảng 2.3: Các kênh truyền dẫn vô tuyến theo chuẩn IEEE 802.15.4 .......................43 Bảng 3.1: Bàn phục vụ .............................................................................................61 Bảng 3.2: Khách hàng ..............................................................................................62 Bảng 3.3: Các dịch vụ ..............................................................................................62 Bảng 3.4: Quan hệ dịch vụ - bàn ..............................................................................62 7
  9. Luận văn thạc sĩ khoa học DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1: Cấu trúc chung của mạng cảm biến .........................................................13 Hình 1.2: Ví dụ về nút cảm biến ..............................................................................15 Hình 1.3: Cấu tạo nút cảm biến ................................................................................15 Hình 1.4: Kiến trúc giao thức mạng cảm biến .........................................................16 Hình 1.5: Cấu trúc mạng cảm biến ...........................................................................18 Hình 1.6: Cấu trúc mạng cảm biến loại 1 .................................................................21 Hình 1.7 : Cấu trúc mạng cảm biến loại 2 ...............................................................22 Hình 1.8: Phát hiện và theo dõi mục tiêu .................................................................26 Hình 1.9: Theo dõi các điều kiện môi trường ...........................................................28 Hình 1.10: Theo dõi và cảnh báo cháy rừng ............................................................29 Hình 1.11: Ứng dụng mạng cảm biến trong y tế.......................................................30 Hình 1.12: Ứng dụng mạng cảm biến - nhà thông minh .........................................31 Hình 2.1: Cấu tạo cơ bản của một nút cảm biến - phần cứng ..................................33 Hình 2.2: Cấu tạo cơ bản của một nút cảm biến – phần mềm .................................34 Hình 2.3: Một số chuẩn truyền dẫn vô tuyến ...........................................................35 Hình 2.4: Cấu trúc phân lớp giao thức IEEE 802.15.4/Zigbee ................................40 Hình 2.5: Topology mạng Zigbee ............................................................................41 Hình 2.6: Dải tần số theo IEEE 802.15.4..................................................................42 Hình 2.7: Khung tin PPDU .......................................................................................44 Hình 3.1. Sơ đồ hệ thống xếp hàng tự động .............................................................56 Hình 3.2: Luồng xử lý của hệ thống: khách hàng lấy số ..........................................58 Hình 3.3: Luồng xử lý của hệ thống: nhân viên gọi số phục vụ ...............................58 Hình 3.4: Chức năng xử lý tại trung tâm ..................................................................59 Hình 3.5: Kiến trúc hệ thống.....................................................................................59 Hình 3.6: Mô hình thực thể/liên kết .........................................................................61 Hình 3.7: Màn hình hiển thị trung tâm......................................................................63 Hình 3.8: Màn hình lấy số phục vụ ..........................................................................64 Hình 3.9: Chức năng lấy số ......................................................................................65 8
  10. Luận văn thạc sĩ khoa học Hình 3.10: Màn hình bàn phục vụ ............................................................................65 Hình 3.11: Chức năng gọi số phục vụ ......................................................................66 Hình 3.12: Màn hình quản trị bàn ............................................................................67 Hình 3.13: Màn hình quản trị dịch vụ ......................................................................67 Hình 3.14: Màn hình chức năng báo cáo .................................................................68 9
  11. Luận văn thạc sĩ khoa học MỞ ĐẦU Trong sự nghiệp công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước hiện nay, ngành Công nghệ thông tin và truyền thông ngày càng phát triển, tiếp tục khẳng định được vai trò quan trọng của mình trong đời sống kinh tế xã hội. Nhiều ứng dụng có hàm lượng khoa học và tính ứng dụng cao đã được đưa vào thực tiễn, giúp cải tiến các quy trình sản xuất, nâng cao năng suất, giải phóng sức lao động của con người. Nhu cầu về các hệ thống thu thập số liệu và điều khiển ứng dụng trong sản xuất cũng như trong cuộc sống là rất lớn. Tuy nhiên, một trong những vấn đề đặt ra là khó khăn khi triển khai các hệ thống này trên những địa hình phức tạp hoặc trên hạ tầng các nhà máy, khu dân cư, bệnh viện, trường học… đã được xây dựng từ trước nếu sử dụng các công nghệ mạng dây như Ethernet, RS485, CAN … Với sự phát triển của khoa học kỹ thuật, sự ra đời của công nghệ mạng không dây đã giải quyết được vấn đề này. Mạng cảm biến không dây (WSN) sử dụng các thiết bị nhúng nhỏ, giá thành thấp cho các ứng dụng đa dạng và không dựa trên bất kỳ cơ sở hạ tầng đã có từ trước. Không giống những hệ thống có dây truyền thống, chi phí triển khai cho WSN được giảm thiểu. Thay vì hàng ngàn mét dây dẫn thông qua các ống dẫn bảo vệ, việc triển khai mạng đơn giản là đặt thiết bị nhỏ gọn vào nơi cần thiết. Mạng có thể được mở rộng chỉ bằng cách thêm các thiết bị, không cần các thao tác phức tạp. Hệ thống cũng có khả năng hoạt động trong vài năm chỉ với một nguồn pin duy nhất. WSN ngày càng phát triển không ngừng và được ứng dụng rất nhiều vào cuộc sống. Các ứng dụng của mạng cảm nhận không dây mà chúng ta có thể thấy rõ nhất như là: điều khiển và giám sát công nghiệp, nhà điều khiển tự động và điều khiển điện tiêu dùng tự động, thu thập thông tin trong an ninh và quân đội, theo dõi sức khỏe trong y tế... Bản luận văn “Mạng cảm biến không dây và mô hình không gian thông minh” tập trung nghiên cứu một cách tổng quát về WSN và ứng dụng của nó vào 10
  12. Luận văn thạc sĩ khoa học các mô hình không gian thông minh. Toàn bộ nội dung luận văn được trình bày qua 4 chương: Chương 1: Tổng quan về mạng cảm biến: Trình bày những khái niệm chung nhất về WSN và cấu trúc cơ bản của mạng cảm biến. Đồng thời cũng nêu ra các ứng dụng cụ thể trong nhiều lĩnh vực như: quân sự và an ninh quốc gia, môi trường, thương mại, chăm sóc sức khỏe, gia đình … Chương 2: Kỹ thuật cơ bản mạng cảm biến không dây: Chương này trình bày các vấn đề kỹ thuật cơ bản của mạng cảm biến không dây: nút mạng cảm biến, các chuẩn truyền dẫn không dây và hệ điều hành cho mạng cảm biến. Ở đây tập trung trình bày sâu về giao thức IEEE 802.15.4/Zigbee vì đặc điểm của công nghệ này là tiêu hao ít năng lượng, chi phí triển khai thấp, tuy tốc độ truyền tin không cao nhưng đây là giao thức mạng không dây hướng tới các ứng dụng điều khiển từ xa và tự động hoá nên được áp dụng có hiệu quả trong nhiều lĩnh vực của cuộc sống. Chương 3: Trình bày một trong những ứng dụng thực tiễn của mạng cảm biến không dây đó là phát triển hệ thống xếp hàng tự động trong các ngân hàng dựa trên công nghệ mạng cảm biến không dây. Trong chương này tác giả giới thiệu về hệ thống xếp hàng tự động, những ưu điểm khi phát triển hệ thống dựa trên công nghệ của mạng cảm biến không dây. Đồng thời, tác giả luận văn cũng đã phân tích về cấu trúc của mạng và thiết kế cơ sở dữ liệu cũng như viết một phần mềm mô phỏng hoạt động của hệ thống. Chương 4: Kết quả đạt được và hướng phát triển. 11
  13. Luận văn thạc sĩ khoa học CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ MẠNG CẢM BIẾN 1.1. Giới thiệu. Trong những năm gần đây, rất nhiều mạng cảm biến không dây đã và đang được phát triển và triển khai cho nhiều các ứng dụng khác nhau như: theo dõi sự thay đổi của môi trường, khí hậu, giám sát các mặt trận quân sự, phát hiện và do thám việc tấn công bằng hạt nhân, sinh học và hoá học, chuẩn đoán sự hỏng hóc của máy móc, thiết bị, theo dấu và giám sát các bác sỹ, bệnh nhân cũng như quản lý thuốc trong các bệnh viên, theo dõi và điều khiển giao thông, các phương tiện xe cộ… Hơn nữa, cùng với sự tiến bộ công nghệ trong các lĩnh vực kỹ thuật vi điện tử, công nghệ nano, giao tiếp không dây, công nghệ mạch tích hợp, vi mạch phần cảm biến, xử lý và tính toán tín hiệu…đã tạo ra những con cảm biến có kích thước nhỏ, đa chức năng, giá thành và công suất tiêu thụ thấp, làm tăng khả năng ứng dụng rộng rãi của mạng cảm biến không dây. Một mạng cảm biến không dây là một mạng bao gồm nhiều nút cảm biến nhỏ có giá thành thấp, tiêu thụ năng lượng ít, giao tiếp thông qua các kết nối không dây, có nhiệm vụ cảm nhận, đo đạc, tính toán nhằm mục đích thu thập, tập trung dữ liệu để đưa ra các quyết định toàn cục về môi trường mà nó cảm nhận. Những nút cảm biến nhỏ bé này bao gồm: Các bộ vi xử lý rất nhỏ, bộ nhớ giới hạn, bộ phận cảm biến, bộ thu phát không dây, nguồn nuôi. Kích thước của các nút cảm biến này thay đổi tùy thuộc vào từng ứng dụng, có thể từ nano (1 – 100nm) đến macro (vài mm – m) Khi nghiên cứu về mạng cảm biến không dây, một trong những đặc điểm quan trọng và then chốt đó là thời gian tồn tại của các nút cảm biến hay chính là sự giới hạn về năng lượng của chúng. Các nút cảm biến này yêu cầu tiêu thụ công suất thấp, hoạt động có giới hạn và nói chung là không thể thay thế được nguồn cung cấp. Do đó, trong khi mạng truyền thông tập trung vào đạt được các dịch vụ chất lượng cao, thì các giao thức mạng cảm biến phải tập trung đầu tiên vào bảo toàn công suất. Mạng cảm biến có một số đặc điểm sau: 12
  14. Luận văn thạc sĩ khoa học • Có khả năng tự tổ chức, yêu cầu ít hoặc không có sự can thiệp của con người • Truyền thông không tin cậy, quảng bá trong phạm vi hẹp và định tuyến nhiều chặng. • Triển khai dày đặc và khả năng kết hợp giữa các nút cảm biến • Cấu hình mạng thay đổi thường xuyên phụ thuộc vào fading và hư hỏng ở các nút • Các giới hạn về mặt n ăng lượng, công suất phát, bộ nhớ và công suất tính toán. Chính những đặc tính này đã đưa ra những chiến lược mới và những yêu cầu thay đổi trong thiết kế mạng cảm biến. 1.2. Đặc trưng và cấu hình mạng cảm biến. Kết nối không Cảm biến dây Nút tập hợp/ Xử lý dữ liệu tức thì (Clustering Truyền một ch ặng Truyền nhiều chặ ng Nút tập hợp/ Xử lý dữ liệu tức thì (Clustering Kết nối có dây hoặc không dây Trường cảm bi ế Tập hợp và xử lý dữ liệu Hình 1.1: Cấu trúc chung của mạng cảm biến 13
  15. Luận văn thạc sĩ khoa học 4 thành phần cơ bản tạo nên mạng cảm biến: • Các sensor (cảm biến) được phân bố theo mô hình tập trung hay rải rác. • Mạng lưới liên kết giữa các cảm biến • Trung tâm tập hợp dữ liệu (clustering) • Bộ phận xử lý dữ liệu ở trung tâm. Mỗi một nút mạng thường có chức năng cảm biến: cảm ứng, quan sát môi trường xung quanh như: nhiệt độ, độ ẩm, ánh sáng ..., theo dõi hay định vị các mục tiêu cố định hoặc di động ... Các nút giao tiếp không dây với nhau và truyền dữ liệu về trung tâm (base station) một cách gián tiếp bằng kỹ thuật truyền một chặng hoặc nhiều chặng. Lưu lượng (traffic) dữ liệu lưu thông trong WSN là thấp và không liên tục (không hẳn với tracking và localization aplication). Do vậy để tiết kiệm năng lượng, các nút cảm biến thường có nhiều trạng thái hoạt động (active mode) và trạng thái nghỉ (sleep mode) khác nhau. Thông thường thời gian 1 nút ở trạng thái nghỉ lớn hơn ở trạng thái hoạt động rất nhiều. Như vậy, đặc trưng cơ bản nhất để phân biệt 1 mạng cảm biến và 1 mạng không dây khác chính là giá thành, mật độ nút mạng, phạm vi hoạt động, cấu hình mạng (topology), lưu lượng dữ liệu, năng lượng tiêu thụ và thời gian ở trạng thái hoạt động (active mode). Mỗi nút trong WSN thông thường bao gồm 2 phần: phần cảm biến (sensor) hoặc điều khiển và phần giao tiếp vô tuyến (RF transceiver). Do số lượng nút trong WSN là lớn và không cần các hoạt động bảo trì, nên yêu cầu thông thường đối với 1 nút mạng là giá thành thấp (10 - 50 usd) và kích thước nhỏ gọn (diện tích bề mặt vài đến vài chục cm2). 14
  16. Luận văn thạc sĩ khoa học Hình 1.2: Ví dụ về nút cảm biến Cấu tạo nút cảm biến gồm 4 thành phần cơ bản như ở hình minh họa: Hình 1.3: Cấu tạo nút cảm biến 15
  17. Luận văn thạc sĩ khoa học - Đơn vị cảm biến (sensing unit) - Đơn vị xử lý (processing unit) - Đơn vị truyền dẫn (transceiver unit) - Bộ nguồn (power unit) Ngoài ra có thể có thêm những thành phần khác tùy thuộc vào từng ứng dụng như: hệ thống định vị (location finding system), bộ phát nguồn (power generator) và bộ phận di động (mobilizer/actuator). Kiến trúc giao thức mạng Hình 1.4: Kiến trúc giao thức mạng cảm biến Kiến trúc giao thức áp dụng cho mạng cảm biến được trình bày trong hình (1.4). Kiến trúc này bao gồm các lớp và các mặt phẳng quản lý . Các mặt phẳng quản lý này làm cho các nút có thể làm việc cùng nhau theo cách có hiệu quả nhất, định tuyến dữ liệu trong mạng cảm biến di động và chia sẻ tài nguyên giữa các nút cảm biến. Có các mặt phẳng là: Mặt phẳng quản lý năng lượng (Power Managerment), mặt phẳng quản lý di động (Mobility Managerment), mặt phẳng quản lý tác vụ (Task Managerment), và có các lớp là: Lớp vật lý (physical), lớp liên kết dữ liệu (data link), lớp mạng (network), lớp giao vận (transport), lớp ứng dụng (application). Cụ thể như sau: Mặt phẳng quản lý năng lượng: Quản lý cách cảm biến sử dụng nguồn năng lượng của nó. Ví dụ: nút cảm biến có thể tắt bộ thu sau khi nhận được một bản tin. 16
  18. Luận văn thạc sĩ khoa học Khi mức năng lượng của nút cảm biến giảm xuống dưới một giá trị nhất định, nó sẽ thông báo sang các nút cảm biến bên cạnh rằng mức năng lượng của nó thấp và nó không thể tham gia vào quá trình định tuyến . Mặt phẳng quản lý di động : Có nhiệm vụ phát hiện và đăng ký sự chuyển động của các nút. Các nút giữ việc theo dõi xem ai là nút hàng xóm của chúng. Mặt phẳng quản lý tác vụ: Cân bằng và sắp x ếp nhiệm vụ cảm biến giữa các nút trong từng nhiệm vụ, từng vùng cảm biến cụ thể. Không phải tất cả các nút cảm biến đều thực hiện nhiệm vụ cảm nhận ở cùng một thời điểm. Lớp vật lý : có nhiệm vụ lựa chọn tần số, tạo ra tần số sóng mang, phát hiện tín hiệu, điều chế và mã hóa tín hiệu. Băng tần ISM 915 MHZ được sử dụng rộng rãi trong mạng cảm biến. Vấn đề hiệu quả năng lượng cũng cần phải được xem xét ở lớp vật lý, ví dụ : điều biến M hoặc điều biến nhị phân. Lớp liên kết dữ liệu : lớp này có nhiệm vụ ghép các luồng dữ liệu, phát hiện các khung (frame) dữ liệu, cách truy nhập đường truyền và điều khiển lỗi. Vì môi trường có tạp âm và các nút cảm biến có thể di động, giao thức điều khiển truy nhập môi trường (MAC) phải xét đến vấn đề công suất và phải có khả năng tối thiểu hoá việc va chạm với thông tin quảng bá của các nút lân cận. Lớp mạng : Lớp mạng của mạng cảm biến được thiết kế tuân theo nguyên tắc sau: Hiệu quả năng lượng luôn luôn được coi là vấn đề quan trọng. Mạng cảm biến chủ yếu là tập trung dữ liệu. Tích hợp dữ liệu chỉ được sử dụng khi nó không cản trở sự cộng tác có hiệu quả của các nút cảm biến. Lớp truyền tải : chỉ cần thiết khi hệ thống có kế hoạch được truy cập thông qua mạng Internet hoặc các mạng bên ngoài khác. Lớp ứng dụng: Tuỳ theo nhiệm vụ cảm biến, các loại phần mềm ứng dụng khác nhau có thể được xây dựng và sử dụng ở lớp ứng dụng. 1.2.1. Các yếu tố ảnh hưởng đến cấu trúc mạng cảm biến Các cấu trúc hiện nay cho mạng Internet và mạng ad-hoc không dây không dùng được đối với mạng cảm biến không dây, do một số lý do sau: Số lượng các nút cảm biến trong mạng cảm biến có thể lớn gấp nhiều lần số lượng nút trong mạng ad-hoc. Các nút cảm biến dễ bị lỗi. 17
  19. Luận văn thạc sĩ khoa học Cấu trúc mạng cảm biến thay đổi khá thường xuyên. Các nút cảm biến chủ yếu sử dụng truyền thông kiểu quảng bá, trong khi hầu hết các mạng ad-hoc đều dựa trên việc truyền điểm-điểm. Các nút cảm biến bị giới hạn về năng lượng, khả năng tính toán và bộ nhớ. Các nút cảm biến có thể không có số nhận dạng toàn cầu (global identification, ID) vì chúng có một số lượng lớn mào đầu và một số lượng lớn các nút cảm biến. Do vậy, cấu trúc mạng mới sẽ: • Kết hợp vấn đề năng lượng và khả năng định tuyến. • Tích hợp dữ liệu và giao thức mạng. • Truyền năng lượng hiệu quả qua các phương tiện không dây. • Chia sẻ nhiệm vụ giữa các nút lân cận. Các nút cảm biến được phân bố trong một trường cảm biến như hình (1.5). Mỗi một nút cảm biến có khả năng thu thập dữ liệu và định tuyến lại đến các sink. Hình 1.5: Cấu trúc mạng cảm biến Đặc điểm của cấu trúc mạng cảm biến: Như trên ta đã biết đặc điểm của mạng cảm biến là bao gồm một số lượng lớn các nút cảm biến, các nút cảm biến có giới hạn và ràng buộc về tài nguyên đặc biệt là năng lượng rất khắt khe. Do đó, cấu 18
  20. Luận văn thạc sĩ khoa học trúc mạng mới có đặc điểm rất khác với các mạng truyền thống. Sau đây ta sẽ phân tích một số đặc điểm nổi bật trong mạng cảm biến như sau: Khả năng chịu lỗi (fault tolerance): Một số các nút cảm biến có thể không hoạt động nữa do thiếu năng lượng, do những hư hỏng vật lý hoặc do ảnh hưởng của môi trường. Khả năng chịu lỗi thể hiện ở việc mạng vẫn hoạt động bình thường, duy trì những chức năng của nó ngay cả khi một số nút mạng không hoạt động. Khả năng mở rộng: Khi nghiên cứu một hiện tượng, số lượng các nút cảm biến được triển khai có thể đến hàng trăm nghìn nút, phụ thuộc vào từng ứng dụng con số này có thể vượt quá hàng triệu. Do đó cấu trúc mạng mới phải có khả năng mở rộng để có thể làm việc với số lượng lớn các nút này. Giá thành sản xuất : Vì các mạng cảm biến bao gồm một số lượng lớn các nút cảm biến nên chi phí của mỗi nút rất quan trọng trong việc điều chỉnh chi phí của toàn mạng. Nếu chi phí của toàn mạng đắt hơn việc triển khai sensor theo kiểu truyền thống, như vậy mạng không có giá thành hợp lý. Do vậy, chi phí của mỗi nút cảm biến phải giữ ở mức thấp. Ràng buộc về phần cứng : Vì số lượng các nút trong mạng rất nhiều nên các nút cảm biến cần phải có các ràng buộc về phần cứng như sau : Kích thước phải nhỏ, tiêu thụ năng lượng thấp, có khả nằng hoạt động ở những nơi có mật độ cao, chi phí sản xuất thấp, có khả năng tự trị và hoạt động không cần có người kiểm soát, thích nghi với môi trường. Môi trường hoạt động: Các nút cảm biến được thiết lập dày đặc, rất gần hoặc trực tiếp bên trong các hiện tượng để quan sát. Vì thế, chúng thường làm việc mà không cần giám sát ở những vùng xa xôi. Chúng có thể làm việc ở bên trong các máy móc lớn, ở dưới đáy biển, hoặc trong những vùng ô nhiễm hóa học hoặc sinh học, ở gia đình hoặc những tòa nhà lớn. Phương tiện truyền dẫn : Ở những mạng cảm biến truyền nhiều chặng, các nút được kết nối bằng những phương tiện không dây. Các đường kết nối này có thể tạo nên bởi sóng vô tuyến, hồng ngoại hoặc những phương tiện quang học. Để thiết lập sự hoạt động thống nhất của những mạng này, các phương tiện truyền dẫn được chọn phải phù hợp trên toàn thế giới. Hiện tại nhiều phần cứng của các nút cảm biến 19
ADSENSE

CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD

LV.01: Bộ Luận Văn Thạc Sĩ Quản Trị Kinh Doanh MBA
165 tài liệu
2073 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.

 

Đồng bộ tài khoản
2=>2