I. Tổng Quan Về Mạng Cảm Biến Nghiên Cứu Ứng Dụng
Trong những năm gần đây, việc nghiên cứu các hệ thống mạng thông tin máy tính di động được phát triển mạnh mẽ. Đặc biệt là hệ thống mạng cảm biến di động (wireless mobile sensor network), dạng không cấu trúc (ad-hoc mobile network) mới xuất hiện, nhưng đã được nhiều nước, nhiều tổ chức xã hội, quốc phòng, an ninh, kinh tế… quan tâm. Một lĩnh vực nổi bật của mạng cảm nhận không dây (Wireless Sensor Network- WSП) là sự kết hợp việc cảm nhận, tính toán và truyền thông vào một thiết bị nhỏ. Thông qua mạng hình lưới (mesh networking protocols), những thiết bị này tạo ra một sự kết nối rộng lớn trong thế giới vật lý. Trong khi khả năng của từng thiết bị là rất nhỏ, sự kết hợp hàng trăm thiết bị như vậy yêu cầu là phải có công nghệ mới. Nhờ có những tiến bộ nhanh chóng trong khoa học và công nghệ sự phát triển của những mạng bao gồm các cảm biến giá thành rẻ, tiêu thụ ít năng lượng và đa chức năng đã nhận được những sự chú ý đáng kể. Hiện nay người ta đang tập trung triển khai các mạng cảm biến để áp dụng vào trong cuộc sống hàng ngày. Đó là các lĩnh vực về y tế, quân sự, môi trường, giao thông…
1.1. Cấu Trúc Mạng Cảm Biến Phân Tích Chi Tiết
Các cấu trúc hiện nay cho mạng Internet và mạng ad hoc không dây không dùng được cho 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. 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 mà0 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.
1.2. Yếu Tố Ảnh Hưởng Đến Cấu Trúc Mạng Cảm Biến
Các nút cảm biến được phân bố trong một sensor field như hình (1. Mỗi một nút cảm biến có khả năng thu thập dữ liệu và định tuyến lại đến các sink. Dữ liệu được định tuyến lại đến các sink bởi một cấu trúc đa điểm như hình vẽ trên. Các sink có thể giao tiếp với các nút quản lý nhiệm vụ (task manager nút) qua mạng Internet hoặc vệ tinh. Sink là một thực thể, tại đó thông tin được yêu cầu . Sink có thể là thực thể bên trong mạng (là một nút cảm biến ) hoặc ngoài mạng. Thực thể ngoài mạng có thể là một thiết bị thực sự ví dụ như máy tính xách tay mà tương tác với mạng cảm biến, hoặc cũng đơn thuần chỉ là một gateway mà nối với mạng khác lớn hơn như Internet nơi mà các yêu cầu thực sự đối với các thông tin lấy từ một vài nút cảm biến trong mạng.
II. Giao Thức Truyền Thông Trong Mạng Cảm Biến Đánh Giá
Kiến trúc giao thức áp dụng cho mạng cảm biến 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. 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 con cảm biến thấp, nó sẽ broadcast sang nút cảm biến bên cạnh 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 nhiêm 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.
2.1. Kiến Trúc Giao Thức Mạng Cảm Biến Chi Tiết
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 các nhiệm vụ cảm biến cùng một lúc. Dựa trên mật độ của các nút, mặt phẳng này có thể tắt một số nút, có nghĩa là các nút này sẽ ở chế độ ngủ trong một khoảng thời gian. Bằng cách này, năng lượng có thể được tiết kiệm. Lớp vật lý: Lớp vật lý chịu trách nhiệm về việc điều chế và truyền tín hiệu cảm biến qua kênh không dây. Lớp liên kết dữ liệu: Lớp liên kết dữ liệu chịu trách nhiệm về việc truy cập kênh không dây, khung dữ liệu và phát hiện lỗi. Lớp mạng: Lớp mạng chịu trách nhiệm về việc định tuyến dữ liệu giữa các nút cảm biến. Lớp vận chuyển: Lớp vận chuyển cung cấp các dịch vụ truyền dữ liệu đáng tin cậy giữa các nút cảm biến. Lớp ứng dụng: Lớp ứng dụng cung cấp các dịch vụ cho các ứng dụng cảm biến.
2.2. Các Giao Thức MAC Tiết Kiệm Năng Lượng
Hiệu quả năng lượng trong các giao thức MAC. Thâm nhập môi trường cảm nhận nguồn với tín hiệu (PAMAS). Mức tối thiểu hóa chi phí năng lượng thu nhàn rỗi. Mẫu lắng nghe mở đầu công suất thấp. Giao thức MAC tái cấu hình. Kỹ thuật lập lịch ngủ. Thời gian chờ đợi MAC (T-MAC). MAC thu thập số liệu (D-MAC) . Lập lịch ngủ trễ hiệu suất (DESS) . MAC tình và sự khởi động (SMAS). Lập lịch cơ bản BFS/DFS. MAC đồng bộ dành riêng.
III. Thử Nghiệm Mạng WSП Phương Pháp Lập Lịch Tập Trung
Mục đích và yêu cầu thử nghiệm. Yêu cầu thử nghiệm. Giới thiệu VDK CE1010: . Đo khoảng cách D lớn nhất giữa các nút mạng để chúng có thể liên lạc được với nhau . Thời gian truyền nhận dữ liệu giữa nút cảm nhận và nút cơ sở. Đo cường độ dòng điện của các nút mạng các trạng thái : ngủ, truyền, nhận dữ liệu ở chế độ lập lịch tập trung.
3.1. Mục Đích và Yêu Cầu Thử Nghiệm Mạng WSП
Mục đích của thử nghiệm là đánh giá hiệu quả của phương pháp lập lịch tập trung trong mạng WSП. Yêu cầu của thử nghiệm là: Đo khoảng cách truyền tín hiệu giữa các nút mạng. Đo thời gian truyền nhận dữ liệu giữa nút cảm nhận và nút cơ sở. Đo cường độ dòng điện của các nút mạng ở các trạng thái khác nhau.
3.2. Giới Thiệu Về VDK CE1010 Trong Thử Nghiệm
VDK CE1010 là một kit phát triển được sử dụng để xây dựng các ứng dụng mạng WSП. Kit này bao gồm một bộ vi điều khiển, một bộ thu phát không dây và một số cảm biến. VDK CE1010 được sử dụng trong thử nghiệm này để xây dựng các nút mạng WSП.
IV. Đánh Giá Hiệu Quả Luật Vận Hành Kết Quả Nghiên Cứu
Luận văn đã thực hiện các thử nghiệm để đánh giá hiệu quả của luật vận hành trong mạng WSП. Các kết quả thử nghiệm cho thấy rằng luật vận hành có thể giúp cải thiện hiệu quả năng lượng của mạng WSП. Tuy nhiên, luật vận hành cũng có một số hạn chế, chẳng hạn như nó có thể làm tăng độ trễ của mạng. Trong tương lai, cần có thêm các nghiên cứu để khắc phục những hạn chế này.
4.1. Phân Tích Kết Quả Thử Nghiệm Khoảng Cách Truyền Tín Hiệu
Các kết quả thử nghiệm cho thấy rằng khoảng cách truyền tín hiệu giữa các nút mạng phụ thuộc vào nhiều yếu tố, chẳng hạn như công suất phát, tần số hoạt động và môi trường truyền dẫn. Trong môi trường lý tưởng, khoảng cách truyền tín hiệu có thể lên tới hàng trăm mét. Tuy nhiên, trong môi trường thực tế, khoảng cách truyền tín hiệu thường bị giảm do ảnh hưởng của các yếu tố như nhiễu, vật cản và fading.
4.2. Đánh Giá Thời Gian Truyền Nhận Dữ Liệu Trong Mạng
Thời gian truyền nhận dữ liệu giữa nút cảm nhận và nút cơ sở phụ thuộc vào nhiều yếu tố, chẳng hạn như tốc độ truyền dữ liệu, khoảng cách truyền tín hiệu và số lượng nút trung gian. Trong mạng WSП đa hop, thời gian truyền nhận dữ liệu có thể tăng lên đáng kể do dữ liệu phải đi qua nhiều nút trung gian.
