Luận văn thạc sĩ một số kỹ thuật định tuyến trong mạng cảm biến không dây ứng dụng trong điều khiển và giám sát môi trường nhà kính

Luận văn thạc sĩ phân tích kỹ thuật định tuyến trong mạng cảm biến không dây cho điều khiển và giám sát môi trường nhà kính hiệu quả.

• Tác giả: Nguyễn Thị Hiếu
• Người hướng dẫn: PGS.TS Phạm Việt Bình
• Trường học: Trường Đại học Công nghệ thông tin và truyền thông Thái Nguyên
• Chuyên ngành: Khoa học máy tính
• Đề tài: Một số kỹ thuật định tuyến tối ưu năng lượng của mạng cảm biến không dây ứng dụng trong điều khiển và giám sát môi trường nhà kính
• Loại tài liệu: luận văn thạc sỹ
• Năm xuất bản: 2016
• Địa điểm: Thái Nguyên

Mục lục chi tiết

• LỜI CAM ĐOAN
• LỜI CẢM ƠN
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ MẠNG CẢM BIẾN KHÔNG DÂY
• 1.1. Đặc điểm của mạng cảm biến không dây
• 1.2. Kiến trúc giao thức mạng cảm biến không dây
• 1.3. Lớp vật lý
• 1.4. Lớp liên kết dữ liệu
• 1.5. Lớp mạng
• 1.6. Lớp truyền tải
• 1.7. Lớp ứng dụng
• 1.8. Phân loại giao thức định tuyến trong WSN
• 1.9. Cấu trúc mạng cảm biến không dây
• 2. CHƯƠNG 2: MỘT SỐ THUẬT TOÁN ĐỊNH TUYẾN TỐI ƯU NĂNG LƯỢNG CỦA MẠNG CẢM BIẾN KHÔNG DÂY
• 2.1. Thuật toán định tuyến SPIN-EC
• 2.2. Thuật toán định tuyến LEACH
• 2.3. Thuật toán định tuyến CTP
• 2.4. Thuật toán định tuyến AODV
• 3. CHƯƠNG 3: ỨNG DỤNG THUẬT TOÁN ĐỊNH TUYẾN AODV TRONG HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT MÔI TRƯỜNG NHÀ KÍNH
• 3.1. Mô hình nhà kính thử nghiệm
• 3.2. Thiết lập hệ thống
• 3.3. Ứng dụng thuật toán định tuyến AODV cho hệ thống giám sát môi trường nhà kính
• 3.4. Thuật toán cài đặt trên các nút
• 3.5. Kết quả thử nghiệm
• 3.6. Giao diện phần mềm
• 3.7. Phần cứng của hệ thống giám sát môi trường nhà kính
• KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng Quan Về Mạng Cảm Biến Không Dây WSN Nhà Kính

Mạng cảm biến không dây (WSN) đã mở ra một kỷ nguyên mới trong việc thu thập và xử lý dữ liệu. Với sự phát triển của công nghệ vi điện tử, các thiết bị cảm biến ngày càng nhỏ gọn, tiêu thụ ít năng lượng và có khả năng hoạt động đa chức năng. Trong lĩnh vực nhà kính thông minh, WSN đóng vai trò then chốt trong việc giám sát và điều khiển môi trường, giúp tối ưu hóa năng suất và chất lượng cây trồng. Các nút cảm biến có khả năng đo lường các thông số như nhiệt độ, độ ẩm, ánh sáng và truyền dữ liệu về trung tâm để đưa ra các quyết định điều khiển. Việc triển khai mạng lưới cảm biến trong nhà kính đòi hỏi sự tối ưu về hiệu suất năng lượng để đảm bảo tuổi thọ mạng và tính bền vững của hệ thống. Các giao thức định tuyến đóng vai trò quan trọng trong việc truyền tải dữ liệu một cách hiệu quả, giảm thiểu độ trễ và đảm bảo độ tin cậy.

1.1. Ứng Dụng IoT Trong Nông Nghiệp Với Mạng Cảm Biến

Ứng dụng IoT trong nông nghiệp đang ngày càng trở nên phổ biến, đặc biệt là trong các hệ thống nhà kính thông minh. Mạng cảm biến không dây cho phép thu thập dữ liệu môi trường một cách liên tục và chính xác, từ đó giúp người quản lý có cái nhìn tổng quan về tình trạng của nhà kính. Dữ liệu này có thể được sử dụng để điều chỉnh các thông số như nhiệt độ, độ ẩm, ánh sáng và tưới tiêu, tạo điều kiện tối ưu cho sự phát triển của cây trồng. Việc sử dụng cảm biến môi trường giúp giảm thiểu sự can thiệp thủ công và tăng cường tính tự động hóa của hệ thống. Các giao thức quản lý năng lượng cũng đóng vai trò quan trọng trong việc kéo dài tuổi thọ của mạng lưới cảm biến.

1.2. Kiến Trúc Giao Thức Mạng Cảm Biến Không Dây Tiết Kiệm Năng Lượng

Kiến trúc giao thức của mạng cảm biến không dây bao gồm nhiều lớp, mỗi lớp đảm nhận một chức năng cụ thể. Lớp vật lý xác định tần số vô tuyến, phương thức điều chế và mã hóa tín hiệu. Lớp liên kết dữ liệu (MAC) kiểm soát truy cập vào kênh truyền vô tuyến. Lớp mạng thực hiện định tuyến dữ liệu. Lớp truyền tải duy trì luồng dữ liệu và cung cấp các dịch vụ như khôi phục, điều khiển tắc nghẽn. Lớp ứng dụng cung cấp các ứng dụng cụ thể cho mạng cảm biến. Các mặt phẳng quản lý, bao gồm quản lý công suất, quản lý di động và quản lý nhiệm vụ, giúp các nút cảm biến làm việc cùng nhau một cách hiệu quả. Tiết kiệm năng lượng là một trong những yếu tố quan trọng nhất trong thiết kế kiến trúc giao thức cho WSN.

II. Vấn Đề Tối Ưu Năng Lượng Trong Mạng Cảm Biến Không Dây

Một trong những thách thức lớn nhất trong việc triển khai mạng cảm biến không dây là vấn đề tối ưu hóa năng lượng. Các nút cảm biến thường hoạt động bằng pin và có nguồn năng lượng hạn chế. Việc thay thế hoặc sạc pin cho các nút cảm biến có thể tốn kém và khó khăn, đặc biệt là trong các môi trường khắc nghiệt. Do đó, việc thiết kế các giao thức định tuyến và thuật toán định tuyến tiết kiệm năng lượng là rất quan trọng. Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng quá trình truyền thông tiêu thụ phần lớn năng lượng của mạng cảm biến. Vì vậy, việc giảm thiểu số lượng truyền tải và tối ưu hóa đường truyền có thể giúp kéo dài tuổi thọ mạng. Các kỹ thuật như tập hợp dữ liệu, nén dữ liệu và điều chỉnh công suất phát cũng có thể giúp tiết kiệm năng lượng.

2.1. Các Yếu Tố Ảnh Hưởng Đến Hiệu Suất Năng Lượng Mạng WSN

Có nhiều yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất năng lượng của mạng cảm biến không dây. Khoảng cách truyền tải là một trong những yếu tố quan trọng nhất. Truyền tải dữ liệu ở khoảng cách xa đòi hỏi nhiều năng lượng hơn so với truyền tải ở khoảng cách gần. Mật độ nút cảm biến cũng ảnh hưởng đến hiệu suất năng lượng. Mạng có mật độ nút cao có thể tiêu thụ nhiều năng lượng hơn do sự cạnh tranh trong việc truy cập kênh truyền. Loại giao thức định tuyến được sử dụng cũng ảnh hưởng đến hiệu suất năng lượng. Một số giao thức định tuyến tiết kiệm năng lượng hơn các giao thức khác. Cuối cùng, môi trường hoạt động cũng có thể ảnh hưởng đến hiệu suất năng lượng. Các yếu tố như nhiệt độ, độ ẩm và nhiễu có thể làm tăng mức tiêu thụ năng lượng.

2.2. Thách Thức Trong Thiết Kế Giao Thức Định Tuyến Tiết Kiệm Năng Lượng

Việc thiết kế các giao thức định tuyến tiết kiệm năng lượng cho mạng cảm biến không dây đặt ra nhiều thách thức. Một trong những thách thức lớn nhất là sự hạn chế về tài nguyên của các nút cảm biến. Các nút cảm biến có bộ nhớ, bộ xử lý và nguồn năng lượng hạn chế. Do đó, các giao thức định tuyến phải đơn giản và hiệu quả để có thể chạy trên các nút cảm biến này. Một thách thức khác là sự thay đổi liên tục của môi trường mạng. Các nút cảm biến có thể di chuyển, bị hỏng hoặc hết pin. Các giao thức định tuyến phải có khả năng thích ứng với những thay đổi này để đảm bảo tính liên tục của mạng. Cuối cùng, các giao thức định tuyến phải đảm bảo độ tin cậy và độ trễ thấp để đáp ứng yêu cầu của các ứng dụng khác nhau.

III. Các Phương Pháp Định Tuyến Tối Ưu Năng Lượng Trong WSN

Để giải quyết vấn đề tối ưu hóa năng lượng trong mạng cảm biến không dây, nhiều phương pháp định tuyến đã được phát triển. Các phương pháp này có thể được phân loại thành nhiều loại khác nhau, bao gồm định tuyến phẳng, định tuyến phân cấp và định tuyến dựa trên vị trí. Định tuyến phẳng là phương pháp đơn giản nhất, trong đó tất cả các nút cảm biến đều có vai trò như nhau. Định tuyến phân cấp chia mạng thành các cụm, với một nút chủ cụm chịu trách nhiệm thu thập và truyền dữ liệu từ các nút thành viên. Định tuyến dựa trên vị trí sử dụng thông tin vị trí của các nút cảm biến để tìm đường đi ngắn nhất đến đích. Mỗi phương pháp có ưu và nhược điểm riêng, và việc lựa chọn phương pháp phù hợp phụ thuộc vào yêu cầu cụ thể của ứng dụng.

3.1. Giao Thức Định Tuyến LEACH Phân Cụm Tiết Kiệm Năng Lượng

LEACH (Low-Energy Adaptive Clustering Hierarchy) là một giao thức định tuyến phân cụm tiết kiệm năng lượng phổ biến cho mạng cảm biến không dây. Trong LEACH, các nút cảm biến được tổ chức thành các cụm, với một nút được chọn làm nút chủ cụm. Nút chủ cụm thu thập dữ liệu từ các nút thành viên và truyền dữ liệu đến trạm gốc. LEACH sử dụng một thuật toán ngẫu nhiên để chọn nút chủ cụm, giúp phân phối đều năng lượng tiêu thụ trên toàn mạng. Giao thức này hoạt động theo chu kỳ, mỗi chu kỳ bao gồm một giai đoạn thiết lập và một giai đoạn ổn định. Trong giai đoạn thiết lập, các cụm được hình thành và nút chủ cụm được chọn. Trong giai đoạn ổn định, dữ liệu được thu thập và truyền đến trạm gốc.

3.2. Giao Thức Định Tuyến SPIN EC Truyền Thông Đàm Phán Năng Lượng

SPIN-EC (Sensor Protocols for Information via Negotiation - Energy Conservation) là một giao thức định tuyến tiết kiệm năng lượng dựa trên đàm phán. Trong SPIN-EC, các nút cảm biến đàm phán với nhau để quyết định xem nút nào sẽ truyền dữ liệu. Giao thức này sử dụng ba loại bản tin: ADV (Advertisement), REQ (Request) và DATA. Khi một nút có dữ liệu để truyền, nó sẽ gửi một bản tin ADV đến các nút lân cận. Các nút lân cận quan tâm đến dữ liệu sẽ gửi một bản tin REQ để yêu cầu dữ liệu. Nút gốc sẽ gửi một bản tin DATA chứa dữ liệu. SPIN-EC giúp giảm thiểu số lượng truyền tải không cần thiết, từ đó tiết kiệm năng lượng.

IV. Ứng Dụng Thuật Toán AODV Trong Giám Sát Nhà Kính Thông Minh

Thuật toán AODV (Ad hoc On-Demand Distance Vector) là một giao thức định tuyến phản ứng, được sử dụng rộng rãi trong mạng cảm biến không dây. AODV tìm đường đi đến đích chỉ khi cần thiết, giúp tiết kiệm năng lượng bằng cách giảm thiểu số lượng bản tin điều khiển. Trong ứng dụng giám sát nhà kính thông minh, AODV có thể được sử dụng để truyền dữ liệu từ các cảm biến đến trạm gốc. Khi một nút cảm biến cần gửi dữ liệu, nó sẽ phát một bản tin RREQ (Route Request) để tìm đường đi đến trạm gốc. Các nút lân cận sẽ chuyển tiếp bản tin RREQ cho đến khi nó đến được trạm gốc hoặc một nút có đường đi đến trạm gốc. Sau đó, trạm gốc hoặc nút trung gian sẽ gửi một bản tin RREP (Route Reply) để thiết lập đường đi ngược lại đến nút nguồn. Dữ liệu sau đó có thể được truyền theo đường đi đã thiết lập.

4.1. Mô Hình Nhà Kính Thử Nghiệm Với Mạng Cảm Biến AODV

Để đánh giá hiệu quả của thuật toán AODV trong giám sát nhà kính, một mô hình nhà kính thử nghiệm có thể được xây dựng. Mô hình này bao gồm một số nút cảm biến được đặt trong nhà kính để đo các thông số môi trường như nhiệt độ, độ ẩm và ánh sáng. Các nút cảm biến được kết nối với nhau thông qua giao thức không dây và sử dụng thuật toán AODV để truyền dữ liệu đến trạm gốc. Trạm gốc có thể là một máy tính hoặc một thiết bị nhúng có khả năng xử lý và lưu trữ dữ liệu. Dữ liệu thu thập được có thể được sử dụng để điều khiển các thiết bị trong nhà kính, chẳng hạn như hệ thống thông gió, hệ thống tưới tiêu và hệ thống chiếu sáng.

4.2. Kết Quả Thử Nghiệm Và Đánh Giá Hiệu Năng AODV

Kết quả thử nghiệm cho thấy thuật toán AODV có thể hoạt động hiệu quả trong môi trường nhà kính. AODV có khả năng tìm đường đi đến trạm gốc một cách nhanh chóng và tin cậy. Tuy nhiên, AODV cũng có một số hạn chế. AODV có thể tiêu thụ nhiều năng lượng trong quá trình tìm đường đi, đặc biệt là trong các mạng lớn. AODV cũng có thể bị ảnh hưởng bởi sự thay đổi liên tục của môi trường mạng, chẳng hạn như sự di chuyển của các nút cảm biến hoặc sự xuất hiện của các vật cản. Để cải thiện hiệu suất của AODV, có thể sử dụng các kỹ thuật như điều chỉnh tham số, tối ưu hóa đường đi và sử dụng các giao thức định tuyến lai.

V. Kết Luận Và Hướng Phát Triển Của Kỹ Thuật Định Tuyến

Kỹ thuật định tuyến tối ưu năng lượng đóng vai trò quan trọng trong việc triển khai mạng cảm biến không dây trong nhà kính thông minh. Các giao thức định tuyến như LEACH, SPIN-EC và AODV có thể giúp tiết kiệm năng lượng, kéo dài tuổi thọ mạng và cải thiện hiệu suất của hệ thống. Tuy nhiên, vẫn còn nhiều thách thức cần giải quyết để phát triển các giao thức định tuyến hiệu quả hơn. Các nghiên cứu trong tương lai có thể tập trung vào việc phát triển các giao thức định tuyến thích ứng, có khả năng tự điều chỉnh tham số và thích ứng với sự thay đổi của môi trường mạng. Các nghiên cứu cũng có thể tập trung vào việc tích hợp các kỹ thuật tối ưu hóa năng lượng khác, chẳng hạn như tập hợp dữ liệu, nén dữ liệu và điều chỉnh công suất phát.

5.1. Tích Hợp Năng Lượng Tái Tạo Cho Mạng Cảm Biến Nhà Kính

Một hướng phát triển tiềm năng là tích hợp năng lượng tái tạo cho mạng cảm biến trong nhà kính. Sử dụng năng lượng mặt trời hoặc các nguồn năng lượng tái tạo khác có thể giúp giảm sự phụ thuộc vào pin và kéo dài tuổi thọ của mạng. Các nghiên cứu có thể tập trung vào việc phát triển các hệ thống thu thập năng lượng hiệu quả và các giao thức quản lý năng lượng thông minh để tối ưu hóa việc sử dụng năng lượng tái tạo.

5.2. Ứng Dụng Trí Tuệ Nhân Tạo Trong Định Tuyến Mạng Cảm Biến

Một hướng phát triển khác là ứng dụng trí tuệ nhân tạo (AI) trong định tuyến mạng cảm biến. Các thuật toán AI có thể được sử dụng để dự đoán tình trạng mạng, tối ưu hóa đường đi và điều chỉnh tham số định tuyến một cách tự động. AI cũng có thể được sử dụng để phát hiện và khắc phục các sự cố trong mạng, chẳng hạn như sự cố nút hoặc sự cố đường truyền. Việc ứng dụng AI có thể giúp cải thiện đáng kể hiệu suất và độ tin cậy của mạng cảm biến.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ MẠNG CẢM BIẾN KHÔNG DÂY 1. Giới thiệu Cuộc cánh mạng kỹ thuật số của thế kỷ 21 đã và đang diễn ra với tốc độ và quy mô lớn hơn nhiều so với cuộc cách mạng kỹ thuật số trước đây. Những tiến bộ vượt bậc trong công nghệ gần đây nói chung và sự hội tụ của hệ thống các công nghệ như kỹ thuât vi điện tử, công nghệ mạch tích hợp, giao tiếp không dây, công nghệ nano, vi mạch cảm biến, xử lý và tính toán tín hiệu nói riêng, đã tạo tiền đề cho những thiết bị cảm biến có kích thước nhỏ, đa chức năng, công suất tiêu thụ thấp ra đời. Mạng cảm biến không dây có thể hiểu đơn giản là mạng của các đối tượng thông minh.

Trong đó mỗi nút mạng cảm biến không dây bao gồm một bộ thu phát vô tuyến, một bộ vi xử lý, và các cảm biến. Mạng cảm biến liên kết các nút cảm biến với nhau thông qua giao tiếp không dây trong đó các nút trong mạng thường là các thiết bị đơn giản, nhỏ gọn, giá thành thấp, đa chức năng, công suất tiêu thụ thấp và có số lượng lớn, được phân bố một cách không có hệ thống (non-topology) trên một diện tích rộng lớn (phạm vi hoạt động rộng), sử dụng nguồn năng lượng hạn chế (pin), có thời gian hoạt động lâu dài (vài tháng đến vài năm) có nhiệm vụ cảm nhận, đo đạc, tính toán, thu thập, tập trung dữ liệu để đưa ra các quyết định toàn cục về môi trường tự nhiên [3]. Các nút cảm biến thường có chức năng sensing (sensor node): 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 [4][5].

Các nút giao tiếp ad-hoc với nhau và truyền dữ liệu về trung tâm (base station) một cách gián tiếp bằng kỹ thuật đa chặng như hình 1. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.1 mô hình mạng cảm biến không dây. Qua đó ta thấy rằng, các nút cảm biến được bố trí ở vị trí xa, khó đi lại hoặc không thuận lợi cho việc cung cấp nguồn năng lượng cho các nút cảm biến. Bởi vậy, việc tiết kiệm năng lượng tiêu thụ hiệu quả là chủ đề nghiên cứu rất được quan tâm trong lĩnh vực mạng cảm biến không dây, trong đó có chủ đề kỹ thuật định tuyến tối ưu năng lượng trong mạng cảm biến không dây.

Đặc điểm của mạng cảm biến không dây Mạng cảm biến không dây khác với các mạng thông thường, nó có một số đặc điểm nổi bật như sau: - Mạng cảm biến không dây thường được triển khai trên một phạm vi rộng, số lượng node mạng lớn và được phân bố một cách tương đối ngẫu nhiên, các node mạng có thể di chuyển làm thay đổi sơ đồ mạng. do vậy mạng cảm biến không dây đòi hỏi một sơ đồ mạng linh động và các node mạng có khả năng tự điều chỉnh, tự cấu hình. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.vn c 5 - WSN không sử dụng được các cơ chế và giao thức truyền thông phổ biến dùng cho mạng máy tính như 802.11 mà đòi hỏi phải có cơ chế và giao thức truyền vô tuyến riêng. - Do giới hạn về nguồn năng lượng cung cấp (pin.), giá thành và yêu cầu hoạt động trong một thời gian dài, nên vấn đề tiêu thụ năng lượng là tiêu chí thiết kế quan trọng nhất trong mạng cảm biến.

- Các thiết bị trong mạng cảm biến không dây có thời gian hoạt động lâu dài (từ vài tháng đến vài năm) và có thể hoạt động trong môi trường khắc nghiệt (chất độc, ô nhiễm, nhiệt độ. - Các node trong mạng cảm biến không dây có thể di động làm phức tạp hóa vấn đề định tuyến trong mạng. - Giới hạn về năng lực tính toán (Chip vi xử lý, bộ nhớ hạn chế) của từng node mạng cũng như để tiết kiệm năng lượng, mạng cảm biến không dây thường sử dụng các phương pháp tính toán và xử lý tín hiệu phi tập trung (giảm tải cho node gần hết năng lượng) hoặc gửi dữ liệu cần tính toán cho các node có khả năng xử lý tín hiệu mạnh và ít ràng buộc về tiêu thụ năng lượng. Kiến trúc giao thức mạng cảm biến không dây Kiến trúc giao thức áp dụng cho WSN được trình bày trong hình 1.

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. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www. Kiến trúc giao thức mạng cảm biến [4][5].

Mặt phẳng quản lý công suất: 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. Khi mức công suất của nút cảm biến thấp, nó sẽ quảng bá sang các nút cảm biến lân cận để thông báo 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 cảm biến.

Các nút cảm biến giữ nhiệm vụ theo dõi xem nút nào là nút hàng xóm của chúng. Mặt phẳng quản lý: Cân bằng và sắp xếp nhiệm vụ cảm biến giữa các nút trong một vùng quan tâm. Không phải tất cả các nút cảm biến đều thực hiện nhiệm vụ cảm nhận ở cùng một thời điểm. Lớp vật lý Lớp vật lý xác định tần số vô tuyến vật lý mà tại đó sóng vô tuyến hoạt động, phương thức điều chế vô tuyến và mã hóa tín hiệu vô tuyến.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.vn c 7 Lớp vật lý của WSN tuân theo chuẩn IEEE 802.4 hoạt động trên 3 băng tần số vô tuyến được cấp phép miễn phí. Bởi vì những điều chỉnh vô tuyến cục bộ, nên tần số chính xác là khác nhau ở những nơi khác nhau trên thế giới. Tại Hoa Kỳ, IEEE 802.4 sử dụng băng tần 902-928MHz. Tại châu Âu, 802.4 sử dụng băng tần 868- 868.

Phần còn lại của thế giới, 802.4 sử dụng băng tần 2400-2483.4 định nghĩa 26 kênh khác nhau hoạt động. Trong mỗi băng tần, có một số kênh quy định, như trong hình 1. Channel 0 được quy định chỉ ở châu Âu, và nằm trên băng 868MHz. Các kênh từ 1-10 được quy định chỉ ở Hoa Kỳ trên băng 902-982MHz.

Khoảng cách giữa các kênh là 2MHz. Các kênh từ 11-26 được quy định trên băng tần 2,4 GHz. Các kênh được định nghĩa với khoảng cách giữa các kênh là 5MHz.4 sử dụng hai loại điều chế vô tuyến, tùy thuộc vào tần số kênh. Các kênh từ 0-10 sử dụng khoá dịch pha nhị phân (BPSK), trong khi đó các kênh từ 11-26 sử dụng khoá dịch pha vuông góc (QPSK).

Trên tất cả các kênh, IEEE 802.4 sử dụng điều chế trải phổ chuỗi trực tiếp (DSSS).3 Phân chia kênh vô tuyến trong dải 24Ghz. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.vn c 8 Giống như kỹ thuật điều chế, tốc độ bit là phụ thuộc vào kênh vô tuyến. Tốc độ bit của kênh là 0 là 20000 bit/s. Đối với các kênh từ 1-10, tốc độ bit là 40000 bit/s, và cho các kênh 11-26 tốc độ bit là 250.

Các kênh vô tuyến IEEE 802.4 trong băng tần 2.4GHz chia sẻ tần số vô tuyến của chúng với 802.11(WiFi) và có một sự chồng lấn với các kênh 802.11 có một công suất đầu ra cao hơn nhiều, nên lưu lượng 802.11 làm nhiễu lưu lượng theo chuẩn 802.3 cho thấy sự chồng lấn giữa 802. Tất cả kênh 802.4 ngoại trừ kênh 25 và 26 được bao bọc bởi các kênh 802. Khi các kênh 1, 6 và 11 của 802.11 được sử dụng, thì có 2 kênh của 802.4 (là kênh 15 và 20) không thấy sự can nhiễu từ lưu lượng 802. Tuy nhiên, việc gán các kênh này tùy thuộc vào những thay đổi ở những khu vực pháp lý khác nhau và có thể thay đổi theo thời gian.

Kênh 25 và 26 không được bao bọc bởi các kênh 802. Khi các kênh 1, 6 và 11 của 802.11 được sử dụng, hai kênh 15 và 20 của 802.4 không bị ảnh hưởng bởi 802. Lớp liên kết dữ liệu Mục đích của lớp liên kết dữ liệu (MAC) là để kiểm soát truy cập vào các kênh truyền vô tuyến. Bởi vì kênh truyền vô tuyến được chia sẻ giữa tất cả các nút gửi và nút nhận trong vùng lân cận của chúng với nhau, lớp MAC cung cấp cơ chế cho các nút xác định khi nào kênh là nhàn rỗi và khi nào là an toàn để gửi các bản tin.4 MAC cung cấp việc quản lý truy cập kênh, xác nhận sự hợp lệ các khung đến và xác nhận sự tiếp nhận khung.4 MAC cung cấp các cơ chế tùy chọn cho cơ chế đa truy cập phân chia thời gian (TDMA) để truy cập kênh truyền.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www. Lớp mạng Lớp mạng quan tâm đến định tuyến dữ liệu được cung cấp bởi lớp truyền tải. Lớp mạng đóng vai trò rất quan trọng nhằm thực hiện việc định tuyến cho quá trình truyền thông của toàn bộ hệ thống mạng cảm biến không dây. Lớp truyền tải Lớp truyền tải duy trì luồng dữ liệu nếu ứng dụng WSNs yêu cầu và cung cấp các dịch vụ như khôi phục, điều khiển tắc nghẽn, phân đoạn và sắp xếp gói.

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. Các nghiên cứu dựa trên tầng này để phát triển ứng dụng hoặc cài đặt thuật toán đảm bảo tính tối ưu cho toàn bộ hệ thống trong tầng ứng dụng của WSN. Phân loại giao thức định tuyến trong WSN Trong thời gian qua, đã có nhiều giao thức định tuyến khác nhau được đề xuất cho mạng cảm biến không dây. Các giao thức định tuyến này có thể được phân loại thành bốn nhóm sau: Định tuyến phẳng, định tuyến phân cấp, định tuyến dựa vào thông tin vị trí và định tuyến dựa vào chất lượng dịch vụ.4 trình bày một số giao thức định tuyến thuộc bốn nhóm này.4: Phân loại các giao thức định tuyến cho mạng cảm biến không dây [4].

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.vn c 10 Bên cạnh những thuật toán định tuyến trên, thì hiện nay người ta sử dụng chuẩn Zigbee để thực hiện việc thiết lập môi trường truyền thông không dây trong mạng cảm biến. Chuẩn Zigbee là chuẩn được dùng phổ biến bởi ưu điểm như tiêu hao ít năng lượng, chi phí thấp [7].