Mạng cảm biến Nhúng
Giới thiệu:
Gần đây mạng cảm biến nhúng được nghiên cứu ở nhiều nơi
và được bàn thảo ở nhiều diễn đàn. Để có cái nhìn đầy đủ về
mạng cảm biến nhúng chúng tôi xin giới thiệu bài viết sau
đây [1].
Mạng cảm biến nhúng là mạng các máy tính nhúng triển khai
trong thế giới thực nhằm tương tác với môi trường. Các máy
tính trong vai trò những nút mạng cảm biến thực chất là một
kiểu vi mạch tích hợp có kèm các cảm biến và những thiết bị
chấp hành. Những vi mạch tích hợp này có kích thước rất bé
và giá tương đối rẻ. Các nút cảm biến được đặt gần đối tượng
cảm nhận và được kết nối thành mạng cho phép truyền dữ
liệu cho nhau, cùng làm công việc giám sát môi trường và có
thể tác động lại môi trường. Các nút mạng cảm biến hiện nay
thường ở dạng tĩnh, mặc dù chúng có thể gắn lên đối tượng
chuyển động hoặc tự chúng có thể chuyển động. Để có được
những tính chất này cần nhúng chương trình vào nút mạng để
nó có khả năng cảm nhận, chấp hành và truyền dữ liệu, đó là
sự khác biệt của mạng cảm biến với các
laptop dùng để tính toán hoặc các hệ thống cảm biến tập
trung truyền thống.
Việc nghiên cứu về mạng cảm biến bắt đầu từ những năm
1990 hoặc sớm hơn, tuy nhiên thực sự tăng mạnh từ năm
2000 trở lại đây. Vào lúc đó một nút mạng bao gồm CPU,
đầu đo và truyền nhận vô tuyến giá khoảng 1000$. Đến 2004
thì những nghiên cứu đã thực sự trở nên sôi động, các khuôn
dạng phần cứng, phần mềm được thiết lập tốt, những quan
tâm về thương mại gia tăng. Những lĩnh vực được quan tâm
nghiên cứu nhất là quân sự, khoa học và thương mại cho
những ứng dụng giám sát thuộc tính sinh học, nông nghiệp và
các quá trình công nghiệp.
Mạng cảm biến đối mặt với ba thách thức: mức tiêu thụ năng
lượng phải nhỏ; Cảm nhận và tương tác với thế giới vật lý thế
nào, làm việc theo thuật toán xử lý dữ liệu như thế nào để
khai thác sự phong phú, đa dạng bức tranh về môi trường;
Mạng phải tự cấu hình với quy mô hàng chục, trăm, nghìn
nút như một tổng thể.
Phần cứng.
Một phần cứng gồm vi điều khiển, đầu đo, thu phát vô tuyến
trên cùng nút mạng là sự thuận lợi cho mạng cảm biến cả
trong thương mại và nghiên cứu. Một nút mạng gồm CPU
+RAM, ROM + I/O + thu phát RF. Thường có 2 loại nút
mạng cảm biến, loại nhỏ với CPU 8 bit, 10-100KB RAM, và
loại lớn với CPU 32 bit, 100-1000KB ROM-Fash. Thí dụ loại
nhỏ là Mica-2 motes sử dụng Atmega128 embedded
processor, tốc độ nhịp 4MHz, 128KB Flash, 4KB RAM, 8-
channels ADC, 48 digital I/O lines, một UART và một giao
diện nối tiếp SPI. Các Motes đã phát triển hàng chục năm qua
tại đại học Berkeley, hiện nay là sản phẩm thương mại của
các công ty như Crossbow, Dust Networks, và Telos. Nhiều
viện nghiên cứu cũng chế tạo sản phẩm tương tự là Nymph từ
đại học Colorado [2], và BTnodes từ ETH Zurich [3])
Loại lớn như sản phẩm của Stargate (do Intel thiết kế theo
công nghệ Crossbow) hoặc Cerfcube (từ Intrinsyc). Các thiết
bị này được dùng trong nhiều ứng dụng nhúng, dùng làm
gateways để thu thập dữ liệu từ các nút hoặc cho các ứng
dụng đòi hỏi nhiều về việc xử lý tín hiệu.
Quản trị công suất là mối quan tâm đối với cả 2 loại nút
mạng nói trên. Để quản trị công suất phải điều khiển riêng