Đồ Án Tốt Nghiệp Về Mạng Cảm Biến Không Dây Cỡ Nhỏ Tại Trường Đại Học Giao Thông Vận Tải TP.HCM

Khám phá mạng cảm biến không dây cỡ nhỏ, ứng dụng trong IoT, tự động hóa và giám sát môi trường, mang lại hiệu quả cao và tiết kiệm chi phí.

• Tác giả: Nguyễn Đạt
• Người hướng dẫn: Th.S Ong Mẫu Dũng
• Trường học: Trường Đại Học Giao Thông Vận Tải TP.HCM
• Chuyên ngành: Điện Tử Viễn Thông
• Đề tài: Mạng Cảm Biến Không Dây Cỡ Nhỏ
• Loại tài liệu: đồ án tốt nghiệp
• Năm xuất bản: 2011
• Địa điểm: Hồ Chí Minh

Mục lục chi tiết

• 1. CHƯƠNG 1: MAÏNG CAÛM BIEÁN KHOÂNG DAÂY
• 1.1. TOÅNG QUAN VEÀ MAÏNG CAÛM BIEÁN KHOÂNG DAÂY
• 1.2. Caáu hình vaø ñaëc tröng cuûa maïng caûm bieán khoâng daây
• 1.3. Moät soá chuaån cuûa maïng caûm bieán khoâng daây
• 1.4. ÖÙng duïng cuûa maïng caûm bieán khoâng daây
• 1.5. GIAO THÖÙC ÑAËC TRÖNG CUÛA MAÏNG CAÛM BIEÁN
• 1.5.1. Giao thöùc ñoàng boä thôøi gian
• 1.5.2. Giao thöùc vò trí
• 1.6. ÑÒNH TUYEÁN TRONG MAÏNG CAÛM BIEÁN KHOÂNG DAÂY
• 1.6.1. Thaùch thöùc trong vaán ñeà ñònh tuyeán
• 1.6.2. Caùc vaán ñeà veà thieát keá giao thöùc ñònh tuyeán
• 1.6.3. Phaân loaïi vaø so saùnh caùc giao thöùc ñònh tuyeán
• 1.6.4. Giao thöùc trung taâm döõ lieäu
• 1.6.5. Giao thöùc phaân caáp
• 1.6.6. Giao thöùc döïa treân vò trí
• 2. CHƯƠNG 2: CHUAÅN KEÁT NOÁI KHOÂNG DAÂY ZIGBEE/802.1
• 2.1. TOÅNG QUAN VEÀ MAÏNG WPAN
• 2.1.1. Khaùi nieäm veà maïng WPAN
• 2.1.2. Söï phaùt trieån cuûa maïng WPAN
• 2.1.3. Phaân loaïi caùc chuaån maïng WPAN
• 2.1.4. Khaùi quaùt veà ZigBee/802.1
• 2.2. Moâ hình giao thöùc cuûa ZigBee/802
• 2.2.1. Taàng vaät lyù cuûa ZigBee/802
• 2.2.2. Taàng ñieàu khieån döõ lieäu ZigBee/802
• 2.2.3. Taàng maïng cuûa ZigBee/802
• 2.2.4. Taàng öùng duï ng cuûa ZigBee/802
• 2.3. CAÙC THUAÄT TOAÙN ÑÒNH TUYEÁN CUÛA ZIGBEE/802.1
• 2.3.1. Thuaät toaùn ñònh tuyeán theo yeâu caà u AODV (Ad-hoc On Demand Distance Vector)
• 2.3.2. Thuaät toaùn hình caây
• 3. CHƯƠNG 3: XBEE vaø XBEE-PRO OEM RF MODULES
• 3.1. HOAÏT ÑOÄNG TRUYEÀN CUÛA XBEE vaø XBEE-PRO MODULES
• 3.1.1. Truyeàn noái tieáp
• 3.1.2. Luoàn g döõ lieäu noái tieáp
• 3.1.3. Caùch thöùc truyeàn döõ lieäu
• 3.1.4. Caùc cheá ñoä hoaït ñoä ng cuûa Xbee
• 3.2. THIEÁT LAÄP MAÏNG ZIGBEE VÔÙI XBEE vaø XBEE-PRO MODULES
• 3.2.1. Thoân g tin veà maïng ZigBee
• 3.2.2. Khôûi ñaàu cuûa moät ZigBee coordinator
• 3.2.3. Söï tham gia cuûa moät router
• 3.2.4. Keát noái cuûa moät end device
• 3.2.5. Keát noái maïng ZigBee
• 4. CHƯƠNG 4: MOÂ PHOÛNG THUAÄT TOAÙN ÑÒNH TUYEÁN TRONG MAÏNG MESH CUÛA ZIGBEE/802.4
• 4.1. THIEÁT LAÄP MOÂ PHOÛNG
• 4.2. KEÁT QUAÛ MOÂ PHOÛNG

Tóm tắt

I. Tổng Quan Về Đồ Án Mạng Cảm Biến Không Dây Cỡ Nhỏ

Ngày nay, nhờ tiến bộ vượt bậc trong khoa học và công nghệ, mạng cảm biến đã trở thành đề tài nghiên cứu nóng bỏng. Mạng cảm biến không dây (WSN) là mạng vô tuyến bao gồm các thiết bị cảm biến được phân bố ngẫu nhiên trong không gian. Mục đích là quan sát các hiện tượng vật lý, hay điều kiện môi trường như nhiệt độ, âm thanh, sự chấn động, áp suất, sự chuyển động, ô nhiễm ở các vị trí khác nhau. Các nút cảm biến là các thiết bị điện tử nhỏ, thường được trang bị bộ thu phát vô tuyến hoặc các thiết bị không dây khác, một bộ vi xử lý nhỏ và một nguồn năng lượng. Các nút cảm biến này có khả năng thu thập, xử lý và truyền thông tin đến các nút khác và ra thế giới bên ngoài. Công nghệ điều khiển và cảm biến có tiềm năng rất lớn, không chỉ trong khoa học nghiên cứu mà quan trọng hơn chúng được sử dụng rộng rãi liên quan đến bảo vệ các công trình trọng yếu, chăm sóc sức khỏe, bảo vệ môi trường, nhà tự động hay điều khiển giao thông…

1.1. Khái Niệm Cơ Bản Về Mạng Cảm Biến Không Dây WSN

Mạng cảm biến không dây (WSN) bao gồm các thiết bị phân bố với năng lượng thấp và giá thành thấp, còn được gọi là các nút cảm biến. Vai trò của những nút này là cảm biến vật lý và sự thay đổi của môi trường cũng như nhiệt độ, áp suất và truyền dữ liệu đến bộ chứa hay trạm gốc. Ứng dụng của mạng này dường như không có giới hạn, từ việc bảo vệ và giám sát môi trường đến lĩnh vực sức khỏe và thương mại. WSN không những cho phép các nhà nghiên cứu khoa học và y học thu thập dữ liệu theo nhiều cách khác nhau mà họ còn có thể tạo ra nhiều đề tài nghiên cứu đa dạng và các hoạt động giáo dục theo nhiều quy tắc.

1.2. Cấu Hình Và Đặc Trưng Của Mạng Cảm Biến WSN

Trong mạng cảm biến, hàng trăm đến hàng nghìn nút được triển khai trên trường cảm biến. Chúng được triển khai trong vòng hàng chục feet của mỗi nút. Mật độ các nút có thể lên tới 20 nút /m3. Do số lượng các nút cảm biến rất lớn nên cần phải thiết lập một cấu hình ổn định. Theo tài liệu gốc, mỗi nút cảm biến được cấu thành bởi 4 thành phần cơ bản: đơn vị cảm biến, đơn vị xử lý, đơn vị truyền dẫn và bộ nguồn. Ngoài ra có thể có thêm những thành phần khác tùy thuộc vào từng ứng dụng như là hệ thống định vị, bộ phát nguồn và bộ phận di động.

II. Thách Thức Vấn Đề Trong Đồ Án Mạng Cảm Biến WSN

Mặc dù mạng cảm biến không dây mang lại nhiều lợi ích, nhưng cũng tồn tại nhiều thách thức. Một trong những thách thức lớn nhất là tiết kiệm năng lượng. Các nút cảm biến thường hoạt động bằng pin và việc thay thế hoặc sạc lại pin là rất khó khăn, đặc biệt trong các môi trường khắc nghiệt. Do đó, việc thiết kế các giao thức và thuật toán tiết kiệm năng lượng là vô cùng quan trọng. Ngoài ra, vấn đề bảo mật mạng cũng là một mối quan tâm lớn. Mạng cảm biến dễ bị tấn công bởi các kẻ xấu, do đó cần có các biện pháp bảo mật hiệu quả để bảo vệ dữ liệu và đảm bảo tính toàn vẹn của mạng.

2.1. Bài Toán Tiết Kiệm Năng Lượng Cho Nút Cảm Biến

Các nút cảm biến thường có nguồn năng lượng hạn chế. Việc truyền dữ liệu, xử lý thông tin và duy trì kết nối đều tiêu tốn năng lượng. Do đó, cần có các giải pháp để giảm thiểu mức tiêu thụ năng lượng của các nút cảm biến. Các kỹ thuật như điều chỉnh công suất truyền, sử dụng các giao thức tiết kiệm năng lượng và tối ưu hóa thuật toán xử lý dữ liệu có thể giúp kéo dài tuổi thọ của mạng.

2.2. Vấn Đề Bảo Mật Mạng Trong Mạng Cảm Biến Không Dây

Mạng cảm biến thường được triển khai trong các môi trường không an toàn, do đó dễ bị tấn công bởi các kẻ xấu. Các cuộc tấn công có thể nhằm vào việc đánh cắp dữ liệu, làm gián đoạn hoạt động của mạng hoặc thậm chí kiểm soát các nút cảm biến. Cần có các biện pháp bảo mật như mã hóa dữ liệu, xác thực nút và phát hiện xâm nhập để bảo vệ mạng.

2.3. Độ Trễ Và Băng Thông Trong Truyền Dữ Liệu WSN

Trong một số ứng dụng, việc truyền dữ liệu phải được thực hiện trong thời gian thực. Độ trễ cao có thể làm giảm hiệu quả của ứng dụng. Băng thông hạn chế cũng là một vấn đề cần quan tâm. Cần có các giải pháp để giảm thiểu độ trễ và tối ưu hóa việc sử dụng băng thông.

III. Phương Pháp Định Tuyến Tiết Kiệm Năng Lượng Cho WSN

Định tuyến là một khía cạnh quan trọng trong mạng cảm biến không dây. Mục tiêu là tìm đường đi hiệu quả nhất để truyền dữ liệu từ các nút cảm biến đến trạm gốc. Các giao thức định tuyến tiết kiệm năng lượng thường được sử dụng để giảm thiểu mức tiêu thụ năng lượng của mạng. Các giao thức này có thể dựa trên nhiều yếu tố, chẳng hạn như khoảng cách, năng lượng còn lại và chất lượng liên kết.

3.1. Giao Thức Định Tuyến Phân Cấp LEACH Trong WSN

LEACH (Low-Energy Adaptive Clustering Hierarchy) là một giao thức định tuyến phân cấp phổ biến trong mạng cảm biến. Trong LEACH, các nút cảm biến được tổ chức thành các cụm, với một nút được chọn làm trưởng cụm. Trưởng cụm thu thập dữ liệu từ các nút thành viên và truyền dữ liệu đến trạm gốc. LEACH giúp tiết kiệm năng lượng bằng cách giảm thiểu khoảng cách truyền dữ liệu.

3.2. Giao Thức Định Tuyến Dựa Trên Vị Trí Địa Lý GEAR

GEAR (Geographic and Energy Aware Routing) là một giao thức định tuyến dựa trên vị trí địa lý. GEAR sử dụng thông tin vị trí của các nút cảm biến để tìm đường đi hiệu quả nhất đến trạm gốc. GEAR cũng xem xét năng lượng còn lại của các nút để tránh sử dụng các nút có năng lượng thấp.

3.3. Giao Thức Định Tuyến Trung Tâm Dữ Liệu Directed Diffusion

Directed Diffusion là một giao thức định tuyến trung tâm dữ liệu. Trong Directed Diffusion, trạm gốc gửi các "interest" đến các nút cảm biến. Các nút cảm biến thu thập dữ liệu phù hợp với các "interest" và truyền dữ liệu trở lại trạm gốc. Directed Diffusion giúp giảm thiểu lượng dữ liệu truyền trong mạng.

IV. Ứng Dụng Thực Tế Của Mạng Cảm Biến Không Dây Cỡ Nhỏ

Mạng cảm biến không dây có rất nhiều ứng dụng thực tế trong nhiều lĩnh vực khác nhau. Trong nông nghiệp, mạng cảm biến có thể được sử dụng để theo dõi độ ẩm đất, nhiệt độ và ánh sáng để tối ưu hóa việc tưới tiêu và bón phân. Trong y tế, mạng cảm biến có thể được sử dụng để theo dõi sức khỏe của bệnh nhân từ xa. Trong công nghiệp, mạng cảm biến có thể được sử dụng để giám sát các thiết bị và phát hiện các sự cố.

4.1. Ứng Dụng WSN Trong Nông Nghiệp Thông Minh Smart Agriculture

Mạng cảm biến có thể giúp nông dân theo dõi các điều kiện môi trường và tình trạng cây trồng một cách chính xác. Dữ liệu thu thập được có thể được sử dụng để đưa ra các quyết định thông minh về việc tưới tiêu, bón phân và phòng trừ sâu bệnh.

4.2. Ứng Dụng WSN Trong Giám Sát Sức Khỏe Từ Xa

Mạng cảm biến có thể được sử dụng để theo dõi các chỉ số sức khỏe của bệnh nhân từ xa, chẳng hạn như nhịp tim, huyết áp và nhiệt độ cơ thể. Dữ liệu này có thể được truyền đến bác sĩ để theo dõi tình trạng bệnh nhân và đưa ra các can thiệp kịp thời.

4.3. Ứng Dụng WSN Trong Giám Sát Môi Trường

Mạng cảm biến có thể được sử dụng để theo dõi các thông số môi trường, chẳng hạn như chất lượng không khí, chất lượng nước và mức độ ô nhiễm tiếng ồn. Dữ liệu này có thể được sử dụng để đánh giá tác động của các hoạt động công nghiệp và đô thị đến môi trường.

V. Mô Phỏng Thuật Toán Định Tuyến Zigbee Trên Matlab C

Luận văn tốt nghiệp này trình bày về tổng quan về mạng cảm biến không dây, giới thiệu một vài giao thức đặc trưng và quá trình định tuyến trong mạng cảm biến không dây. Để tìm hiểu kỹ hơn, chúng em nghiên cứu một chuẩn cụ thể là Zigbee 802.15.4 và mô phỏng thành công quá trình định tuyến trong mạng mắt lưới của Zigbee. Chương trình mô phỏng được viết bằng ngôn ngữ Visual C và chạy mô phỏng trên Matlab.

5.1. Tổng Quan Về Chuẩn Kết Nối Không Dây Zigbee 802.15.4

Zigbee là một chuẩn kết nối không dây năng lượng thấp được thiết kế cho các ứng dụng mạng cảm biến. Zigbee sử dụng giao thức IEEE 802.15.4 và có thể hoạt động trong các băng tần 2.4 GHz, 915 MHz và 868 MHz.

5.2. Các Thuật Toán Định Tuyến Của Zigbee 802.15.4

Zigbee hỗ trợ nhiều thuật toán định tuyến khác nhau, bao gồm AODV (Ad-hoc On Demand Distance Vector) và thuật toán hình cây. AODV là một giao thức định tuyến động, trong khi thuật toán hình cây là một giao thức định tuyến tĩnh.

VI. Kết Luận Hướng Phát Triển Đồ Án Mạng Cảm Biến WSN

Mạng cảm biến không dây là một lĩnh vực nghiên cứu đầy tiềm năng với nhiều ứng dụng thực tế. Tuy nhiên, vẫn còn nhiều thách thức cần được giải quyết, chẳng hạn như tiết kiệm năng lượng, bảo mật mạng và độ tin cậy. Các nghiên cứu trong tương lai có thể tập trung vào việc phát triển các giao thức và thuật toán mới để giải quyết những thách thức này.

6.1. Hướng Nghiên Cứu Về Tiết Kiệm Năng Lượng Trong WSN

Các nghiên cứu trong tương lai có thể tập trung vào việc phát triển các giao thức và thuật toán tiết kiệm năng lượng mới, chẳng hạn như sử dụng các kỹ thuật thu thập năng lượng từ môi trường hoặc phát triển các giao thức định tuyến thích ứng với điều kiện mạng.

6.2. Hướng Nghiên Cứu Về Bảo Mật Mạng Cảm Biến Không Dây

Các nghiên cứu trong tương lai có thể tập trung vào việc phát triển các cơ chế bảo mật mạng mới, chẳng hạn như sử dụng các kỹ thuật mã hóa tiên tiến hoặc phát triển các hệ thống phát hiện xâm nhập hiệu quả.

Nội dung chính

Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Trong những năm đầu thế kỷ 21, sự tiến bộ của các công nghệ vi điện tử, công nghệ nano, truyền thông không dây và vi mạch tích hợp cảm biến đã thúc đẩy mạnh mẽ sự ra đời của mạng cảm biến không dây (Wireless Sensor Network - WSN). Mạng cảm biến không dây là một hệ thống mạng vô tuyến gồm nhiều nút cảm biến tự hành, kích thước nhỏ gọn, tiêu thụ công suất thấp và chi phí sản xuất rẻ, được phân bố ngẫu nhiên hoặc có chủ đích trong một không gian địa lý nhất định. Các nút này đảm nhận nhiệm vụ thu thập, xử lý và truyền tải các đại lượng vật lý hoặc trạng thái môi trường như nhiệt độ, áp suất, độ rung, âm thanh, ô nhiễm hay chuyển động về trạm gốc (Base Station/Sink).

Mặc dù WSN mở ra phạm vi ứng dụng rộng lớn từ quốc phòng, quan trắc môi trường, chăm sóc sức khỏe bệnh viện đến tự động hóa công trình và điều khiển giao thông, hệ thống này phải đối mặt với các ràng buộc vật lý nghiêm ngặt. Nút cảm biến bị giới hạn khắt khe về dung lượng nguồn năng lượng dự trữ (thường là pin dưới 0,5 Ah, 1,2 V khó hoặc không thể thay thế/nạp lại khi triển khai ở vùng sâu, vùng xa), năng lực tính toán và bộ nhớ lưu trữ. Do đó, bài toán tối ưu hóa tiêu thụ năng lượng và thiết lập các cơ chế truyền thông, định tuyến tin cậy là thách thức cốt lõi.

Đồ án tốt nghiệp "Mạng cảm biến không dây cỡ nhỏ" được thực hiện nhằm giải quyết các nhiệm vụ và mục tiêu nghiên cứu sau:

1. Nghiên cứu tổng quan về cấu trúc, đặc tính hoạt động, các giao thức hạ tầng trọng yếu (đồng bộ thời gian, xác định vị trí) và các chiến lược định tuyến tiêu biểu trong mạng cảm biến không dây.
2. Khảo sát chi tiết chuẩn truyền thông không dây công suất thấp ZigBee dựa trên nền tảng tầng vật lý và tầng điều khiển truy nhập môi trường IEEE 802.15.4.
3. Phân tích nguyên lý truyền nhận và cấu hình mạng của dòng module phần cứng thực tế XBee và XBee-PRO OEM RF.
4. Xây dựng chương trình mô phỏng thuật toán định tuyến trong mạng cấu trúc mắt lưới (Mesh) của chuẩn ZigBee/IEEE 802.15.4 bằng ngôn ngữ lập trình Visual C và hiển thị kết quả trên nền tảng MATLAB.

• Đối tượng nghiên cứu: Các giao thức mạng cảm biến không dây cỡ nhỏ, công nghệ kết nối không dây tầm ngắn ZigBee/IEEE 802.15.4, module thu phát vô tuyến XBee/XBee-PRO và các giải thuật định tuyến trong cấu trúc liên kết Mesh.
• Phạm vi nghiên cứu:
  • Về mặt không gian: Không gian mạng vô tuyến cá nhân cự ly ngắn (WPAN) với cự ly truyền thông tiêu chuẩn từ 10 m đến 75 m của công nghệ ZigBee.
  • Về mặt công nghệ và thực nghiệm: Nghiên cứu cấu trúc phân tầng PHY, MAC, Network của ZigBee; tập trung vào mô phỏng thuật toán định tuyến trên máy tính qua phần mềm Visual C và MATLAB với các kịch bản mạng quy mô 10 nút, 20 nút và 70 nút phân bố ngẫu nhiên.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Khung lý thuyết của đồ án dựa trên kiến trúc chuẩn hóa của mạng WSN và bộ tiêu chuẩn mạng cá nhân không dây tốc độ thấp IEEE 802.15.4/ZigBee:

• Kiến trúc phần cứng nút cảm biến: Gồm 4 thành phần cơ bản là đơn vị cảm biến (Sensing unit kết hợp bộ biến đổi tương tự - số ADC), đơn vị xử lý (Processing unit đi kèm bộ lưu trữ), đơn vị truyền dẫn thu phát vô tuyến (Transceiver unit) và bộ nguồn năng lượng (Power unit). Các thành phần phụ trợ tùy chọn gồm hệ thống định vị (Location finding system), bộ phát nguồn bổ trợ và bộ phận di động (Mobilizer). Quá trình tiêu thụ năng lượng của nút được xác định tại 3 vùng hoạt động: cảm nhận (sensing), truyền thông (communicating) và xử lý dữ liệu (data processing).
• Khung giao thức đồng bộ thời gian: Nghiên cứu hai cơ chế chính:
  • Giao thức đồng bộ bên phát/bên nhận (Sender-Receiver): Điển hình là giao thức Lightweight Time Synchronization (LTS) hoạt động theo mô hình đồng bộ 2 chiều qua 3 gói tin, triển khai dưới dạng LTS đa bước tập trung (dựng cây phân tán tối thiểu chiều cao $h$) hoặc LTS đa bước phân bố.
  • Giao thức đồng bộ bên nhận/bên nhận (Receiver-Receiver): Điển hình là giao thức đồng bộ quảng bá tham chiếu Reference Broadcast Synchronization (RBS), loại bỏ độ trễ truyền thông của bên phát bằng cách để các nút nhận tự so sánh nhãn thời gian gói tin quảng bá.
• Khung giao thức xác định vị trí:
  • Định vị dựa vào mốc có sẵn (AHLoS): Sử dụng các nút mốc phát tín hiệu định kỳ kết hợp kỹ thuật tam giác đạc, chỉ thị cường độ tín hiệu thu (RSSI), thời gian lan truyền (TOA), sai thời gian đến (TDOA), góc tới (AOA) hoặc kết hợp sóng vô tuyến và sóng siêu âm.
  • Định vị dựa vào vị trí tương đối: Khung vị trí thụ cảm (Perceptive Localization Framework - PLF) sử dụng ước đoán kết hợp bộ lọc thành phần dọc theo chuỗi nút từ nguồn đến đích mà không cần mốc cố định.
• Mô hình định tuyến WSN: Hệ thống hóa 3 nhóm giao thức chính:
  • Giao thức trung tâm dữ liệu: Flooding, Gossiping, SPIN (Sensor Protocols for Information via Negotiation với 3 bản tin bắt tay ADV, REQ, DATA), Directed Diffusion (sử dụng gói tin quan tâm Interest và Gradient).
  • Giao thức phân cấp (Cluster-based): LEACH (Low-Energy Adaptive Clustering Hierarchy sử dụng luân chuyển trạm chủ cụm, phân chia khung thời gian TDMA và mã CDMA), PEGASIS (Power-Efficient Gathering in Sensor Information Systems xây dựng chuỗi truyền nhận đa bước tuần tự theo thuật toán tham lam Greedy).
  • Giao thức dựa trên vị trí: GAF (Geographic Adaptive Fidelity chia lưới ảo và luân chuyển 3 trạng thái discovery, active, sleep), GEAR (Geographic and Energy-Aware Routing sử dụng chi phí ước tính và chi phí học được learned cost).
• Mô hình chuẩn ZigBee/IEEE 802.15.4: Phân lớp giao thức gồm tầng PHY và MAC theo chuẩn IEEE 802.15.4, kết hợp tầng mạng (NWK) và tầng ứng dụng (APL) do ZigBee Alliance phát triển; hỗ trợ hai thuật toán định tuyến cốt lõi là định tuyến theo yêu cầu AODV (Ad-hoc On Demand Distance Vector) và định tuyến hình cây (Tree Routing).

Phương pháp nghiên cứu kết hợp giữa phân tích lý thuyết, khảo cứu thông số kỹ thuật thực tế của phần cứng OEM và phương pháp mô phỏng số học:

• Khảo sát các tài liệu tiêu chuẩn quốc tế của tổ chức IEEE và tài liệu kỹ thuật của các nhà sản xuất module RF (Digi/MaxStream).
• Xây dựng mô hình tính toán số bước nhảy (hop count), chi phí suy hao đường truyền và mức tiêu hao năng lượng của từng nút mạng bằng Visual C.
• Kết nối dữ liệu mô phỏng với MATLAB để biểu diễn đồ họa ma trận kết nối và đường dẫn định tuyến tối ưu trong không gian 2D.

Thiết kế và triển khai

Cấu trúc thiết kế của hệ thống mạng ZigBee và môi trường mô phỏng trong đồ án được xác lập qua các thông số kỹ thuật và kiến trúc cụ thể:

Thành phần / Tham số	Đặc tả kỹ thuật trong đồ án
Chuẩn công nghệ	ZigBee / IEEE 802.15.4 LR-WPAN
Dải tần số hoạt động	868 MHz (Châu Âu, 1 kênh), 915 MHz (Mỹ, 10 kênh), 2.4 GHz (Toàn cầu, 16 kênh)
Tốc độ truyền dữ liệu	20 kbps (868 MHz), 40 kbps (915 MHz), 250 kbps (2.4 GHz)
Phương thức điều chế	BPSK (868/915 MHz), O-QPSK với tốc độ chip 2 Mchip/s (2.4 GHz)
Cấu trúc thiết bị	Thiết bị đầy đủ chức năng (FFD - Coordinator/Router) và Thiết bị giảm chức năng (RFD - End Device)
Cấu trúc tô-pô mạng	Mạng hình sao (Star), Mạng mắt lưới (Mesh), Mạng hình cây (Cluster-Tree)
Module phần cứng khảo sát	Module XBee và XBee-PRO OEM RF
Giao diện kết nối phần cứng	Giao diện truyền thông nối tiếp bất đồng bộ UART
Chế độ hoạt động module	Chế độ truyền (Transmit), Chế độ nhận (Receive), Chế độ nghỉ (Sleep), Chế độ lệnh (Command)
Nền tảng phần mềm mô phỏng	Ngôn ngữ Visual C (tính toán giải thuật định tuyến) và MATLAB (dựng hình ảnh mô phỏng)
Kịch bản số lượng nút mô phỏng	10 nút, 20 nút và 70 nút phân bố trong không gian mạng Mesh

Hệ thống mô phỏng thực hiện việc sinh tọa độ các nút mạng ngẫu nhiên, thiết lập ma trận khoảng cách, tính toán vùng phủ sóng truyền thông vô tuyến giữa các nút lân cận. Sau đó, chương trình áp dụng các giải thuật định tuyến để tìm tuyến truyền từ nút nguồn đến nút đích theo 3 tiêu chí:

1. Định tuyến theo số bước nhảy tối thiểu (Hop Count).
2. Định tuyến theo số bước nhảy tối thiểu kết hợp hao phí đường đi cực tiểu (Minimum Path Loss).
3. Định tuyến tối ưu theo mức tiêu hao năng lượng (Energy-Aware Routing).

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1: Mạng cảm biến không dây

Chương 1 trình bày tổng quan toàn diện về mạng WSN, bao gồm cấu trúc phần cứng 4 khối của nút cảm biến, các pha triển khai mạng (tiền triển khai, hậu triển khai, triển khai lại với mật độ có thể lên đến 20 nút/$\text{m}^3$), cùng các yêu cầu thiết kế như khả năng chịu lỗi (fault tolerance), khả năng mở rộng quy mô, chi phí sản xuất thấp và thích nghi môi trường. Các ứng dụng thực tế được phân tích chi tiết trong các lĩnh vực: quân sự (giám sát chiến trường, phát hiện tấn công sinh-hóa-hạt nhân), môi trường (quan sát cháy rừng, theo dõi di cư động vật, khí tượng), y tế (giám sát bệnh nhân, quản lý thuốc) và gia đình tự động.

Nội dung trọng tâm của chương tập trung vào hai nhóm giao thức cơ sở và cơ chế định tuyến:

• Giao thức đồng bộ thời gian: Phân tích bản chất hiện tượng trôi dạt đồng hồ (đo bằng ppm) do biến động nhiệt độ, điện áp và lão hóa phần cứng. Làm rõ nguyên lý đồng bộ 2 chiều của LTS với công thức tính bù trôi pha: $$L_i(t_5) = \frac{L_i(t_1) + \tau + t_p + L_i(t_8) - \tau - t_p - (L_j(t_6) - L_j(t_5))}{2}$$ Đồng thời giải thích nguyên lý đồng bộ không cần nút phát của RBS qua việc so sánh chéo nhãn thời gian nhận $L_i(t_{3,i})$ và $L_j(t_{3,j})$.
• Giao thức xác định vị trí: Phân tích kỹ thuật định vị AHLoS dựa trên nút mốc cố định qua các tham số RSSI, TOA, TDOA, AOA và khung định vị tương đối PLF áp dụng bộ lọc từng phần thích hợp cho môi trường không có GPS.
• Phân loại định tuyến WSN: Phân tích ưu nhược điểm của các giao thức trung tâm dữ liệu (Flooding gặp hiện tượng tin trùng lặp; SPIN dùng bản tin mô tả dữ liệu meta-data để khắc phục; Directed Diffusion dùng truyền dữ liệu theo gradient), giao thức phân cấp (LEACH luân phiên cụm trưởng để cân bằng năng lượng; PEGASIS nối chuỗi greedy tiết kiệm số lần truyền) và giao thức dựa trên vị trí (GAF chuyển đổi trạng thái discovery/active/sleep theo lưới tọa độ ảo; GEAR chia nhỏ vùng đệ quy để chuyển tiếp dữ liệu).

Chương 2: Chuẩn kết nối không dây ZigBee/IEEE 802.15.4

Chương 2 đi sâu vào chi tiết kỹ thuật của chuẩn kết nối không dây tầm ngắn ZigBee/IEEE 802.15.4 trong phân loại mạng WPAN. Tác giả tiến hành so sánh đối chiếu giữa ZigBee (IEEE 802.15.4) và Bluetooth (IEEE 802.15.1):

Tiêu chí so sánh	ZigBee / IEEE 802.15.4	Bluetooth / IEEE 802.15.1
Mục tiêu ứng dụng	Điều khiển từ xa, mạng cảm biến tiêu thụ công suất cực thấp	Truyền dữ liệu thoại, hình ảnh, tập tin cự ly ngắn
Tốc độ truyền cực đại	250 kbps (ở dải 2.4 GHz)	1 Mbps
Phạm vi phủ sóng	10 m - 75 m (tùy công suất phát và môi trường)	~10 m (không khuếch đại)
Thời gian phản hồi / trễ	Gửi/nhận gói tin trong ~15 ms	Khoảng ~3 s
Tuổi thọ nguồn nuôi	6 tháng đến 2 năm (với 2 pin AA)	Vài ngày đến vài tuần
Số lượng nút tối đa	Lên tới 254 nút (cấu hình mạng hình sao)	Tối đa 8 nút (1 Master, 7 Active Slaves / Piconet)
Cấu trúc tô-pô hỗ trợ	Hình sao (Star), Mắt lưới (Mesh), Hình cây (Cluster-Tree)	Piconet, Scatternet (phức tạp)

Chương này trình bày chi tiết thông số vật lý của 27 kênh truyền tần số vô tuyến:

Tần số trung tâm	Số lượng kênh	Đánh số kênh	Tốc độ truyền	Loại điều chế
868 MHz	1 kênh	Kênh 0 (868.3 MHz)	20 kbps	BPSK (300 kchips/s)
915 MHz	10 kênh	Kênh 1 - 10 (906 - 924 MHz, cách nhau 2 MHz)	40 kbps	BPSK (600 kchips/s)
2.4 GHz (2450 MHz)	16 kênh	Kênh 11 - 26 (2405 - 2480 MHz, cách nhau 5 MHz)	250 kbps	O-QPSK (2 Mchips/s)

Quá trình điều chế O-QPSK tại dải tần 2.4 GHz được mô tả qua hai công đoạn: bộ chuyển đổi từ chuỗi bit nhị phân sang ký tự (4 bit/ký tự) và bộ ánh xạ ký tự sang chuỗi giả ngẫu nhiên 32-chip truyền với tốc độ 2 Mchip/s. Tầng MAC được phân tích qua cấu trúc siêu khung (Superframe), khoảng thời gian giữa các khung (IFS), cơ chế liên lạc có phát tín hiệu định thời (Beacon-enabled) và không có Beacon. Phần cuối chương phân tích thuật toán định tuyến AODV (sử dụng gói Route Request - RREQ truyền quảng bá, gói Route Reply - RREP truyền đơn phương, bảng định tuyến duy trì đích đến, hop count, sequence number) và giải thuật định tuyến theo phân cấp hình cây.

Chương 3: XBee và XBee-PRO OEM RF Modules

Chương 3 khảo sát dòng sản phẩm phần cứng thương mại module thu phát XBee và XBee-PRO do Digi/MaxStream sản xuất. Tác giả phân tích:

• Giao diện truyền thông: Module ghép nối với vi điều khiển/máy tính qua cổng UART bất đồng bộ, hỗ trợ truyền nhận dữ liệu định dạng khung byte và giao tiếp lệnh cấu hình AT.
• Các chế độ hoạt động của module:
  • Chế độ truyền (Transmit Mode): Chuyển đổi luồng dữ liệu từ bộ đệm UART thành gói sóng vô tuyến RF phát ra môi trường.
  • Chế độ nhận (Receive Mode): Bắt tín hiệu sóng RF hợp lệ trên kênh, kiểm tra địa chỉ và chuyển dữ liệu sang bộ đệm UART.
  • Chế độ nghỉ (Sleep Mode): Ngắt các khối mạch vô tuyến để đưa mức tiêu thụ dòng điện xuống mức cực tiểu khi không có dữ liệu truyền nhận.
  • Chế độ lệnh (Command Mode): Cho phép người dùng truy xuất cấu hình các tham số nội bộ của module (PAN ID, địa chỉ kênh, công suất phát, tốc độ baud).
• Thủ tục thiết lập mạng ZigBee: Trình bày chi tiết từng bước xây dựng một mạng vô tuyến thực tế: khởi tạo một ZigBee Coordinator (quét kênh rỗi, chọn kênh sạch nhất, thiết lập PAN ID), thủ tục phát hiện và gia nhập mạng của ZigBee Router thông qua các gói tin Beacon Request và phản hồi Beacon, cùng cơ chế gắn kết của các thiết bị đầu cuối End Device vào Router/Coordinator.

Chương 4: Mô phỏng thuật toán định tuyến trong mạng Mesh của ZigBee/IEEE 802.15.4 bằng phần mềm MATLAB và Visual C

Chương 4 là phần thực nghiệm mô phỏng của đồ án, tập trung vào việc hiện thực hóa các giải thuật tìm đường trên không gian mạng Mesh ZigBee. Tác giả thiết lập chương trình tính toán bằng ngôn ngữ Visual C để xử lý ma trận tô-pô mạng, sau đó xuất dữ liệu sang MATLAB nhằm trực quan hóa các nút mạng và đường đi của dữ liệu.

Các kịch bản mô phỏng được thực hiện trên 3 quy mô mật độ mạng:

• Mạng quy mô nhỏ: 10 nút mạng phân bố ngẫu nhiên.
• Mạng quy mô trung bình: 20 nút mạng phân bố ngẫu nhiên.
• Mạng quy mô mở rộng: 70 nút mạng phân bố ngẫu nhiên.

Tại mỗi quy mô, tác giả tiến hành khảo sát và so sánh kết quả định tuyến giữa 3 giải thuật:

1. Mô phỏng bằng phương pháp hop_count: Tìm tuyến đường có tổng số bước nhảy là ít nhất từ nguồn đến đích. Kết quả cho thấy đường truyền có xu hướng đi qua các nút ở vị trí trung tâm không gian mạng.
2. Mô phỏng bằng phương pháp hop_count với hao phí đường đi cực tiểu: Kết hợp ràng buộc số bước nhảy với việc đánh giá phẩm chất suy hao tín hiệu vô tuyến trên từng chặng để tránh các liên kết kém chất lượng.
3. Mô phỏng bằng phương pháp năng lượng: Đánh giá mức năng lượng tiêu hao và mức dung lượng pin còn lại của các nút tham gia chuyển tiếp. Tuyến đường được lựa chọn luân chuyển qua các nút có mức năng lượng dự trữ cao hơn, tránh làm cạn kiệt năng lượng cục bộ của các nút nút thắt cổ chai.

Kết quả và đóng góp

• Kết quả nghiên cứu chính:
  • Hệ thống hóa được toàn bộ cơ sở lý thuyết về cấu trúc mạng cảm biến không dây, phân tích chuyên sâu các giao thức đồng bộ thời gian (LTS, RBS) và xác định vị trí (AHLoS, PLF).
  • Khảo sát chi tiết cấu trúc phân tầng, phân bổ 27 kênh truyền và cơ chế điều chế tín hiệu BPSK/O-QPSK của chuẩn ZigBee/IEEE 802.15.4; làm rõ nguyên lý hoạt động của các thiết bị FFD, RFD trong các mô hình tô-pô Star, Mesh và Cluster-Tree.
  • Phân tích quy trình giao tiếp UART và thiết lập mạng trên phần cứng thực tế XBee/XBee-PRO OEM RF Modules.
  • Xây dựng thành công công cụ mô phỏng tích hợp Visual C - MATLAB, cho phép mô phỏng trực quan quá trình tìm đường trong mạng mắt lưới ZigBee trên các kịch bản 10 nút, 20 nút và 70 nút. Kết quả mô phỏng chứng minh phương pháp định tuyến dựa trên năng lượng giúp phân tán tải truyền thông tốt hơn so với phương pháp đếm bước nhảy hop_count thuần túy.
• Giải pháp và kiến nghị đề xuất: Đề xuất áp dụng cấu trúc liên kết mạng Mesh kết hợp với thuật toán định tuyến cân bằng năng lượng khi triển khai các hệ thống WSN thực tế, nhằm kéo dài tối đa thời gian sống của toàn mạng. Khuyến nghị sử dụng các module vô tuyến tiền chế như XBee/XBee-PRO cho các ứng dụng đo lường, giám sát tự động để giảm thời gian phát triển phần cứng.
• Đóng góp của đề tài: Cung cấp tài liệu tổng hợp có hệ thống về công nghệ ZigBee và mạng WSN bằng tiếng Việt; đóng góp giải pháp phần mềm mô phỏng thuật toán định tuyến Mesh hỗ trợ cho công tác học tập, nghiên cứu chuyên ngành Điện tử - Viễn thông.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

• Hạn chế:
  • Nghiên cứu giải thuật định tuyến dừng lại ở mức độ mô phỏng số học trên máy tính thông qua Visual C và MATLAB; chưa tiến hành nạp code thực thi giải thuật trực tiếp trên kit vi điều khiển thực tế kết nối với phần cứng module XBee vật lý.
  • Mô hình mô phỏng chưa tích hợp đầy đủ các thông số về chất lượng dịch vụ (QoS) phức tạp, độ trễ thời gian thực nghiêm ngặt hay truyền tải dữ liệu đa phương tiện/hình ảnh trong mạng cảm biến.
• Hướng phát triển tiếp theo:
  • Mở rộng thiết kế phần cứng: Chế tạo các bo mạch nút cảm biến hoàn chỉnh sử dụng vi điều khiển ghép nối module XBee/XBee-PRO để thu thập dữ liệu cảm biến thực tế (nhiệt độ, độ ẩm, chuyển động) và truyền về máy tính điều khiển.
  • Nghiên cứu hoàn thiện các thuật toán định tuyến thích nghi nâng cao, bổ sung cơ chế kiểm soát chất lượng dịch vụ QoS và hỗ trợ các nút mạng cảm biến di động (Mobile WSN).

Giá trị tham khảo

Tài liệu đồ án có giá trị tham khảo thiết thực cho:

• Đối tượng sử dụng: Sinh viên, học viên cao học và kỹ sư thuộc các chuyên ngành Điện tử - Viễn thông, Kỹ thuật Máy tính, Tự động hóa và Công nghệ Thông tin đang nghiên cứu về mạng không dây, hệ thống nhúng, Internet vạn vật (IoT) hoặc mạng cảm biến công nghiệp.
• Các nội dung đáng tham khảo:
  • Chương 1 và Chương 2 là tài liệu nền tảng tốt để tra cứu lý thuyết về các giao thức WSN (LTS, RBS, AHLoS, LEACH, PEGASIS, GAF, GEAR) và chi tiết phân lớp vật lý, phân kênh tần số của chuẩn IEEE 802.15.4/ZigBee.
  • Chương 3 cung cấp hướng dẫn hữu ích về phương thức giao tiếp UART và cấu hình module XBee trong các dự án thiết kế phần cứng vi điều khiển.
  • Chương 4 cung cấp tài liệu tham khảo về phương pháp xây dựng mô hình mô phỏng thuật toán định tuyến mạng vô tuyến bằng Visual C kết hợp MATLAB.

Câu hỏi thường gặp

1. Chuẩn ZigBee/IEEE 802.15.4 có những ưu điểm gì vượt trội về năng lượng và quy mô so với Bluetooth/IEEE 802.15.1? Theo số liệu trong đồ án, ZigBee được thiết kế tối ưu cho tiêu thụ năng lượng thấp: một nút ZigBee có thể hoạt động từ 6 tháng đến 2 năm chỉ với 2 pin AA, thời gian trễ gửi nhận gói tin chỉ khoảng 15 ms (so với ~3 giây của Bluetooth). Về quy mô, ZigBee hỗ trợ cấu hình mạng hình sao lên tới 254 nút và hỗ trợ mạng mắt lưới (Mesh), trong khi một mạng Piconet cơ bản của Bluetooth chỉ hỗ trợ tối đa 8 nút (1 Master và 7 Active Slaves).

2. Tầng vật lý (PHY) của chuẩn IEEE 802.15.4 định nghĩa bao nhiêu kênh truyền và hoạt động trên các dải tần số nào? Chuẩn IEEE 802.15.4 định nghĩa tổng cộng 27 kênh truyền trên 3 dải tần số:

• Dải 868 MHz (868 - 868.6 MHz): 1 kênh (kênh 0), tốc độ 20 kbps, điều chế BPSK.
• Dải 915 MHz (902 - 928 MHz): 10 kênh (kênh 1 đến 10), tốc độ 40 kbps, điều chế BPSK.
• Dải 2.4 GHz (2400 - 2483.5 MHz): 16 kênh (kênh 11 đến 26), tốc độ 250 kbps, điều chế O-QPSK.

3. Một nút mạng cảm biến (sensor node) tiêu chuẩn gồm những khối chức năng cơ bản nào? Mỗi nút cảm biến chuẩn gồm 4 khối chính: Đơn vị cảm biến (Sensing unit kết hợp bộ chuyển đổi tương tự - số ADC), Đơn vị xử lý (Processing unit kết hợp bộ nhớ lưu trữ), Đơn vị truyền dẫn thu phát vô tuyến (Transceiver unit) và Bộ nguồn (Power unit, thường dùng pin dưới 0,5 Ah, 1,2 V hoặc pin năng lượng mặt trời). Ngoài ra có thể có thêm các khối phụ trợ như bộ định vị, bộ phát nguồn và bộ phận di động.

4. Hai loại thiết bị FFD và RFD trong mạng ZigBee/IEEE 802.15.4 khác nhau như thế nào?

• FFD (Full-Function Device): Là thiết bị có đầy đủ chức năng, có thể đóng vai trò là bộ điều phối toàn mạng (PAN Coordinator), bộ điều phối mạng con (Coordinator/Router) hoặc nút thành viên. FFD có thể giao tiếp với nhiều RFD và các FFD khác. Một mạng PAN bắt buộc phải có ít nhất một FFD làm PAN Coordinator.
• RFD (Reduced-Function Device): Là thiết bị có chức năng rút gọn, dùng cho các ứng dụng đơn giản không yêu cầu gửi lượng lớn dữ liệu (End Device). RFD chỉ có thể giao tiếp với duy nhất một FFD trong mạng.

5. Đồ án đã thực hiện mô phỏng định tuyến mạng Mesh ZigBee trên những kịch bản quy mô nào và so sánh các phương pháp nào? Chương trình mô phỏng (viết bằng Visual C và chạy trên MATLAB) được thử nghiệm trên 3 kịch bản số lượng nút: 10 nút, 20 nút và 70 nút mạng phân bố ngẫu nhiên. Tác giả tiến hành so sánh 3 phương pháp định tuyến: phương pháp đếm số bước nhảy tối thiểu (hop_count), phương pháp hop_count kết hợp hao phí đường đi cực tiểu, và phương pháp định tuyến dựa trên năng lượng còn lại của các nút.

Kết luận

Đồ án tốt nghiệp "Mạng cảm biến không dây cỡ nhỏ" của sinh viên Nguyễn Đạt đã nghiên cứu một cách hệ thống các vấn đề lý thuyết cốt lõi của mạng WSN, bao gồm cơ chế quản lý năng lượng, các giao thức đồng bộ thời gian (LTS, RBS), định vị (AHLoS, PLF) và các họ giao thức định tuyến tiêu biểu. Đề tài đã phân tích sâu các đặc tính kỹ thuật phân tầng của chuẩn không dây ZigBee/IEEE 802.15.4 và khảo sát nguyên lý giao tiếp, chế độ hoạt động của module phần cứng XBee/XBee-PRO OEM RF. Thông qua chương trình mô phỏng tích hợp Visual C và MATLAB, đồ án đã kiểm chứng thành công thuật toán định tuyến trong mạng Mesh ZigBee trên các kịch bản 10, 20 và 70 nút, làm nổi bật hiệu quả của giải pháp định tuyến tối ưu năng lượng đối với việc duy trì độ bền vững của mạng cảm biến.

Trích đoạn nội dung tài liệu

BỘ GIAO THÔNG VẬN TẢI TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI TP.HCM KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG ---------------------- NGUYỄN ĐẠT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP MẠNG CẢM BIẾN KHÔNG DÂY CỠ NHỎ HỒ CHÍ MINH, 2011 BỘ GIAO THÔNG VẬN TẢI TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI TP.HCM KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG ---------------------- NGUYỄN ĐẠT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP MẠNG CẢM BIẾN KHÔNG DÂY CỠ NHỎ Chuyên ngành: Điện Tử Viễn Thông Mã số sinh viên: DV06014 GVHD: Th.S Ong Mẫu Dũng HỒ CHÍ MINH, 2011 LÔØI CAÛM ÔN Vôùi khoaûng thôøi gian năm naêm ngoài treân gheá giaûng ñöôøng, vaø ñaëc bieät laø hôn boán thaùng laøm luaän vaên toát nghieäp vöøa qua, chuùng em ñaõ tröôûng thaønh raát nhieàu trong vieäc nghieân cöùu cuõng nhö trong reøn luyeän nhaân caùch baûn thaân. Ñeå coù ñöôïc nhöõng ñieàu naøy,chuùng em xin göûi lôøi caûm ôn chaân thaønh nhaát ñeá n taát caû caùc quyù thaày coâ trong tröôøng Ñaïi hoïc GTVT TP Hồ Chí Minh, vaø ñaëc bieät laø caùc thaày coâ trong Khoa Ñieän- Ñieän Töû Viễn Thông, nhöõn g ngöôøi ñaõ giuùp ñôõ vaø dìu daét chuùn g em raát nhieàu treân con ñöôøng trôû thaønh moät kyõ sö, moät trí thöùc treû trong töông lai. Em cuõng xin göûi lôøi caûm ôn chaân thaønh vaø saâu saéc nhaát ñeán thaày Ong Mẫu Dũng ñaõ taän tình höôùng daãn vaø chæ baûo cho em trong thôøi gian laøm luaän vaên vöøa qua. Cuoái cuøng, em xin caûm ôn gia ñình vaø baïn beø luoân taïo ñieàu kieän thuaän lôïi, ñoäng vieân vaø giuùp ñôõ em trong suoát thôøi gian hoïc taäp, cuõng nhö quaù trình nghieân cöùu, hoaøn thaønh luaän vaên naøy.

TpHCM, ngaøy 10 thaùng 10 naêm 2011 Sinh vieân Nguyeãn Đạt LÔØI MÔÛ ÑAÀU Ngaøy nay nhôø tieán boä vöôït baäc trong khoa hoïc vaø coâng ngheä, maïng caûm bieán ñaõ trôû thaønh ñeà taøi nghieân cöùu noùng boûng vaø nhaän ñöôïc söï tieán boä ñaùng keå trong vaøi naêm qua. Maïng caûm bieán laø maïng voâ tuyeán bao goàm caùc thieát bò caûm bieán ñöôïc phaân boá moät caùch ngaãu nhieân trong khoâng gian, nhaèm quan saùt caù c hieän töôïng vaät lyù, hay ñieàu kieän moâi tröôøng nhö nhieät ñoä, aâm thanh, söï chaá n ñoäng, aùp suaát, söï chuyeån ñoäng, oâ nhieãm ôû caù c vò trí khaùc nhau. Caùc con caûm bieán laø caùc thieát bò ñieän töû nhoû, thoâng thöôøng ñöôïc trang bò boä thu phaùt voâ tuyeán hoaëc caùc thieát bò khoâng daây khaùc, moät boä vi xöû lyù nhoû vaø moät nguoàn naêng löôïng. Caùc con caûm bieán naøy coù khaû naêng thu thaäp, xöû lyù vaø truyeàn thoâng thoâng tin ñeán caù c nuùt khaùc vaø ra theá giôùi beân ngoaøi.

Coâng ngheä ñieàu khieån vaø caûm bieán coù tieàm naêng raát lôùn, khoâng chæ trong khoa hoïc nghieân cöùu maø quan troïng hôn chuùng ñöôïc söû duïng roäng raõi lieân quan ñeán baûo veä caùc coâng trình troïng yeáu, chaêm soù c söù c khoûe, baûo veä moâi tröôøng, nhaø töï ñoäng hay ñieàu khieån giao thoâng…Vôùi muïc tieâu giaûm giaù thaønh vaø naâng cao hieäu quaû trong coâng nghieäp thöông maïi, maïng caûm bieán khoâng daây seõ mang ñeán söï tieän nghi vaø caùc öùng duïng thieát thöïc naâng cao chaát löôïng cuoäc soáng cho con ngöôøi. Trong noäi dung taøi lieäu naøy em trình baøy veà toång quan veà maïng caûm bieán khoâ ng daây, giôùi thieäu moät vaøi giao thöùc ñaëc tröng vaø quaù trình ñònh tuyeán trong maïng caûm bieán khoâng daây. Ñeå tìm hieåu kó hôn, chuùng em nghieân cöùu moät chuaån cuï theå laø Zigbee 802.4 vaø moâ phoûng thaønh coâng quaù trình ñònh tuyeán trong maïng maéc löôùi cuûa Zigbee. Chöông trình moâ phoûng ñöôïc vieát baèng ngoân ngöõ Visual C vaø chaïy moâ phoûng treân Matlab.

Luaän vaên toát nghieäp MUÏC LUÏC DANH SAÙCH HÌNH VEÕ. DANH SAÙCH BAÛNG BIEÅU. DANH SAÙCH CAÙC TÖØ VIEÁT TAÉT. Chöông 1: MAÏNG CAÛM BIEÁN KHOÂNG DAÂY.1 TOÅNG QUAN VEÀ MAÏNG CAÛM BIEÁN .3 Caáu hình vaø ñaëc tröng cuûa maïng caûm bieán khoâng daây .