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.

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 .4 Moät soá chuaån cuûa maïng caûm bieán khoâng daây .5 ÖÙng duïng cuûa maïng caûm bieán khoâng daây .2 GIAO THÖÙC ÑAËC TRÖNG CUÛA MAÏNG CAÛM BIEÁN .2 Giao thöùc ñoàng boä thôøi gian .3 Giao thöùc vò trí .3 ÑÒNH TUYEÁN TRONG MAÏNG CAÛM BIEÁN KHOÂNG DAÂY .2 Thaùch thöùc trong vaán ñeà ñònh tuyeán .3 Caùc vaán ñeà veà thieát keá giao thöùc ñònh tuyeán .4 Phaân loaïi vaø so saùnh caùc giao thöùc ñònh tuyeán .5 Giao thöùc trung taâm döõ lieäu .6 Giao thöùc phaân caáp .7 Giao thöùc döïa treân vò trí.

Chöông 2: CHUAÅN KEÁT NOÁI KHOÂNG DAÂY ZIGBEE/802.1 TOÅNG QUAN VEÀ MAÏNG WPAN.1 Khaùi nieäm veà maïng WPAN .2 Söï phaùt trieån cuûa maïng WPAN .3 Phaân loaïi caùc chuaån maïng WPAN.4 Khaùi quaùt veà ZigBee/802.1 Moâ hình giao thöùc cuûa ZigBee/802.2 Taàng vaät lyù cuûa ZigBee/802.3 Taàng ñieàu khieån döõ lieäu ZigBee/802.4 Taàng maïng cuûa ZigBee/802.5 Taàng öùng duï ng cuûa ZigBee/802. i Luaän vaên toát nghieäp .3 CAÙC THUAÄT TOAÙN ÑÒNH TUYEÁN CUÛA ZIGBEE/802.1 Thuaät toaùn ñònh tuyeán theo yeâu caà u AODV(Ad-hoc On Demand Distance Vector).2 Thuaät toaùn hình caây. Chöông 3: XBEE vaø XBEE- PRO OEM RF MODULES.3 HOAÏT ÑOÄNG TRUYEÀN CUÛA XBEE vaø XBEE-PRO MODULES .1 Truyeàn noái tieáp .2 Luoàn g döõ lieäu noái tieáp .3 Caùch thöùc truyeàn döõ lieäu.4 Caùc cheá ñoä hoaït ñoä ng cuûa Xbee .4 THIEÁT LAÄP MAÏNG ZIGBEE VÔÙI XBEE vaø XBEE-PRO MODULES.1 Thoân g tin veà maïng ZigBee .2 Khôûi ñaàu cuûa moät ZigBee coordinator .3 Söï tham gia cuûa moät router .4 Keát noái cuûa moät end device .5 Keát noái maïng ZigBee. Chöông 4: MOÂ PHOÛNG THUAÄT TOAÙN ÑÒNH TUYEÁN TRONG MAÏNG MESH CUÛA ZIGBEE/802.4 BAÈNG PHAÀN MEÀM MATLAB VAØ VISUAL C .1 THIEÁT LAÄP MOÂ PHOÛNG .2 KEÁT QUAÛ MOÂ PHOÛNG.

ii Luaän vaên toát nghieäp DANH SAÙCH HÌNH VEÕ Hình 1.1 Caáu taïo cuûa 1 nuùt caûm bieán .2 Ñoàng boä beân phaùt/beân nhaän vaø beân nhaän/beân nhaän .3 Hoaït ñoäng cuûa vieäc ñoàng boä beân phaùt/beân nhaän .4 LTS multihop phaân boá .5 Ví duï veà RBS .6 Chuyeån tieáp goùi döõ lieäu vaø chuyeån ñoåi nhaõn thôøi gian .7 Moâ hình truyeàn döõ lieäu giöõa sink vaø caù c nuùt .8 Truyeàn goùi trong Flooding .9 Ba tín hieäu baét tay cuûa SPIN .10 Hoaït ñoäng cuûa SPIN .11 Hoaït ñoäng cô baûn cuûa Directed Diffusion .12 Moâ hình maïng LEACH .13 Ví duï veà löôùi aûo trong GAF .14 Söï chuyeån traïng thaùi trong GAF .15 Chuyeån tieáp ñòa lyù ñeä quy trong GEAR .1 Caáu truùc lieân keát maïng .2 Caáu truùc maïng hình sao .3 Caáu truùc maïng mesh .4 Caáu truùc maïng hình caây .5 Moâ hình giao thöùc cuûa ZigBee .6 Baêng taàn heä thoáng cuûa ZigBee .7 Sô ñoà ñieàu cheá .8 Pha cuûa soùng mang.9 Sô ñoà ñieàu cheá .10 Caáu truùc sieâu khung.11 Khoaûng thôøi gian giöõa caùc khung .12 Löu ñoà thuaät toaùn.13 Caùc moâ hình truyeàn döõ lieäu .14 Lieân laïc töø thieát bò sang thieát bò ñieàu phoái khoâng hoã trôï beacon .15 Lieân laïc töø thieát bò sang thieát bò ñieàu phoái hoã trôï beacon.16 Moâ hình truyeàn döõ lieäu hoã trôïï beacon .17 Moâ hình truyeàn döõ lieäu khoâng hoã trôï phaùt beacon.18 Khung tin maõ hoùa taàng MAC.19 Khung tin maõ hoùa taàng maïng .20 Ñònh daïng tuyeán ñöôøng ñi trong giao thöùc AODV.21 Quaù trình choïn nuùt laõnh ñaïo .22 Thieát laäp quaù trình keát noái giöõa nuùt goác vaø nuùt thaønh vieân .23 Quaù trình hình thaønh cluster ña böôùc truyeàn .24 Nuùt laõnh ñaïo (CH) ñoùng vai troø laø nuùt trung gian.25 Nuùt thaønh vieân ñoùng vai troø laø nuùt trung gian .26 CH1 ñoùng vai troø laø nuùt trung gian giöõa DD vaø CH2. iii Luaän vaên toát nghieäp Hình 2.27 CH1 vaø nuùt thaønh vieân ñoùng vai troø nuùt trung gian.28 Maïng caây ña nhaùnh vaø caùc nuùt trung gian.1 Giaûn ñoà luoàng döõ lieäu heä thoáng trong moâi tröôøng giao dieän UART .2 Goùi döõ lieäu UART 0×1F(31) khi truyeàn thoâng qua RF Module .3 Giaûn ñoà luoàng döõ lieäu beân trong .4 Cheá ñoä phaùt .5 Caùc loaïi nuùt trong maïng ZigBee cô baûn .6 Truyeàn Beacon vaø Beacon Request trong quaù trình tham gia vaøo maïng.7 Ví duï veà ñònh ñòa chæ lôùp ZigBee .8 Truyeàn döõ lieäu broadcast.9 Ví duï veà quaù trình truyeàn trong maïng Mesh .10 Truyeàn broadcast Route request khi R3 ñang coá gaén g tìm ñöôøng ñi ñeán R6 .11 Ví duï veà route reply(unicast) khi R6 göûi route reply cho R3 .12 Truyeàn döõ lieäu Unicast .1a Moâ phoûng baèng phöông phaùp hop_count vôùi 10 nuùt maïng.1b Moâ phoûng baèng phöông phaùp hop_count vôùi hao phí ñöôøng ñi cöïc tieåu .1c Moâ phoûng baèng phöông phaùp naêng löôïng vôùi 10 nuùt maïng .2a Moâ phoûng baèng phöông phaùp hop_count vôùi 20 nuùt maïng.2b Moâ phoûng baèng phöông phaùp hop_count vôùi hao phí ñöôøng ñi cöïc tieåu .2c Moâ phoûng baèng phöông phaùp naêng löôïng vôùi 20 nuùt maïng .3a Moâ phoûng baèng phöông phaùp hop_count vôùi 70 nuùt maïng.3b Moâ phoûng baèng phöông phaùp hop_count vôùi hao phí ñöôøng ñi cöïc tieåu .3c Moâ phoûng baèng phöông phaùp naêng löôïng vôùi 70 nuùt maïng. iv Luaän vaên toát nghieäp DANH SAÙCH BAÛNG BIEÅU Baûng 1.1 Mieâu taû interest söû duïng caëp thuoä c tính- giaù trò .1 Baêng taàn vaø toác ñoä döõ lieäu .2 Keânh truyeàn vaø taàn soá .3 Bieán ñoåi bit thaønh giaù trò chip.4 Ñònh daïng khung PPDU .5 Ñònh daïng khung MAC.1 Baûng ñònh tuyeán theo giaûi thuaät AODV. v Luaän vaên toát nghieäp DANH SAÙCH CAÙC TÖØ VIEÁT TAÉT ID Identification ADC Analog to Digital Converter RF Radio frequency MAC Media Access Control UTC Coordinated Universal Time GPS Global Positioning System LTS Lightweight time synchronization protocol RBS Reference broadcast synchronization RSS Received signal strength TOA Time of arrival AOA Angle of arrival TDOA Time difference of arrival RSSI Receiver Signal Strength Indicator PLF Perceptive localization framework TDMA Time Division Multiple Access CDMA Code Division Multiple Access ARP Address Resolution Protocol BS BaseStation WSN Wireless Sensor Network AODV Ad hoc On demand Distance Vector API Application Programming Interface PAN Personal Area Network ST Time before Sleep vi Chöông 1: Maïng caûm bieán khoâng daây Chöông 1: MAÏNG CAÛM BIEÁN KHOÂNG DAÂY 1.

TOÅNG QUAN VEÀ MAÏNG CAÛM BIEÁN KHOÂNG DAÂY 1. Khaùi nieäm Trong nhöõng naêm gaàn ñaây, raát nhieàu maïng caûm bieán khoâng daây ñaõ vaø ñang ñöôïc phaùt trieån vaø trieån khai cho nhieàu caùc öùng duïng khaùc nhau nhö: theo doõi söï thay ñoåi cuûa moâi tröôøng, khí haäu, giaùm saùt caùc maët traän quaân söï, phaù t hieän vaø do thaùm vieäc taán coâng baèng haït nhaân, sinh hoïc vaø hoaù hoïc, chuaån ñoaùn söï hoûn g hoù c cuûa maùy moùc, thieát bò, theo daáu vaø giaùm saùt caùc baùc syõ, beänh nhaân cuõng nhö quaûn lyù thuoá c trong caùc beänh vieän, theo doõi vaø ñieàu khieån giao thoâng, caùc phöông tieän xe coä… Hôn nöõa vôùi söï tieán boä coân g ngheä gaàn ñaây vaø hoäi tuï cuûa heä thoáng caùc coâ ng ngheä nhö kyõ thuaät vi ñieän töû, coâng ngheä nano, giao tieáp khoâng daây, coâng ngheä maïch tích hôïp, vi maïch phaàn caûm bieán, xöû lyù vaø tính toaùn tín hieäu.ñaõ taïo ra nhöõng con caûm bieán coù kích thöôùc nhoû, ña chöùc naê ng, giaù thaønh thaáp, coâng suaát tieâu thuï thaáp, laøm taêng khaû naêng öùng duïng roäng raõi cuûa maïng caûm bieán khoâng daây.