MỞ ĐẦU MỘT SỐ HÌNH ẢNH VỀ CHÁY NỔ TTTM thành phố Hồ Chí Minh TTTM thành phố Hải Dƣơng (500 tỷ) Nhà máy Diana Bắc Ninh (2 triệu USD) Tiệm bọc yên xe (2 ngƣời chết) Hình 1.1 Hình ảnh về một số vụ cháy lớn Cháy nổ luôn là một nguy cơ tiềm ẩn nhiều rủi ro trong sản xuất và sinh hoạt hàng ngày. Mặc dù đã có những biện pháp, hệ thống đƣợc xây dựng để phát hiện và cảnh báo cháy nổ nhƣng nhiều thảm họa do cháy nổ gây ra vẫn hoành hành và gây thiệt hại nhiều về ngƣời và của. Trong những năm gần đây với sự phát triển mạnh mẽ của công nghệ linh kiện điện tử và công nghệ thông tin đã tạo ra những sự thay đổi to lớn trong cuộc sống. Mô hình mạng cảm biến không dây (WSNs – Wirless Sensor Networks) ra Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.vn download by : skknchat@gmail.com 2 đời dựa trên cơ sở ứng dụng những thành tựu của Công nghệ truyền thông không dây[3].
Nó ra đời nhằm thỏa mãn nhiều yêu cầu trong thực tế và đƣợc ứng dụng rộng rãi. Các ứng dụng tiềm năng của mạng cảm biến không dây hiện nay nhƣ phán đoán quân sự, bảo vệ an ninh, điều khiển và giám sát giao thông, kỹ thuật tự động trong sản xuất công nghiệp, điều khiển quy trình, quản lí kiểm kê, cảm nhận môi trƣờng, giám sát sinh thái, giám sát công trình xây dựng, trong y tế và dân dụng,[1],[5]…Tại Việt Nam cũng đang có những ứng dụng của mạng cảm biến không dây nhƣ: Hệ thống chiếu sáng, độ ẩm, phòng cháy, hệ thống điều hòa nhiệt độ, … nhìn chung đây vẫn còn là một công nghệ rất mới mẻ ở Việt Nam. Đặc biệt trong cháy việc duy trì nguồn điện cho mạng có dây là cực kỳ khó khăn, vì khi xảy ra cháy thƣờng xảy ra mất điện cục bộ, do đó việc duy trì hoạt động của mạng có dây là vấn đề rất khó khăn. Bên cạnh đó mạng cảm biến không dây lại sử dụng PIN và có nhiều giao thức định tuyến khác nhau, đặc biệt là giao thức định tuyến theo nhóm.
Với giao thức này khi xảy ra cháy có thể phá hủy các Note khác nhau nhƣng vẫn không ảnh hƣởng đến quá trình truyền dữ liệu trong mạng. Xuất phát từ xu hƣớng trên, cùng với sự gợi ý của PGS TS Lê Bá Dũng tôi đã chọn đề tài: “Ứng dụng mạng cảm biến không dây trong cảnh báo cháy cho nhà cao tầng” với mong muốn xây dựng nên một hệ thống có khả năng giám sát liên tục nguy cơ cháy, giúp hạn chế tối đa hậu quả do cháy gây ra. Đối tượng nghiên cứu - Nghiên cứu các ứng dụng trên nền tảng mạng cảm biến. - Công cụ mô phỏng để xây dựng mạng cảm biến Phạm vi nghiên cứu - Thu thập các tài liệu liên quan, phân tích các thông tin liên quan đến đề tài.
- Nghiên cứu các kỹ thuật xây dựng mạng cảm biến không dây. - Xây dựng mô hình và mô phỏng bằng chƣơng trình giao thức đƣờng định tuyến đúng dần ngắn nhất. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.vn download by : skknchat@gmail.com 3 Hƣớng nghiên cứu của đề tài - Tim hiểu về mạng máy tính - Nghiên cứu các kỹ thuật xây dựng mạng cảm biến không dây. - Nghiên cứu các giao thức định tuyến trên mạng cảm biến không dây.
- Xây dựng giao thức đƣờng định tuyến đúng dần ngắn nhất. Những nội dung nghiên cứu chính Chƣơng 1 Tổng quan về mạng không dây 1. Giới thiệu chung về mạng không dây 1. Kỹ thuật cảm biến không dây 1.
Ứng dụng của mạng cảm biến không dây Chƣơng 2 Các giao thức định tuyến cho mạng cảm biến không dây 2. Sự phân phối và tập hợp dữ liệu 2. Thiết kế trong kỹ thuật định tuyến không dây 2. Giao thức điều khiển truy nhập trong mạng cảm biến không dây 2.
Giao thức, giao vận trong mạng cảm biến không dây. Chƣơng 3 Mô hình và giao thức đƣờng định tuyến đúng dần ngắn nhất 3. Xây dựng bài toán 3. Đề xuất cho thuật toán định tuyến 5.
Phƣơng pháp nghiên cứu a. Phương pháp nghiên cứu tài liệu - Nghiên cứu các tài liệu về mạng không dây, mạng cảm biến không dây. Tổng hợp các tài liệu và các phƣơng pháp để thu thập dữ liệu từ mạng cảm biến Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.vn download by : skknchat@gmail. Phương pháp nghiên cứu điều tra - Thu thập các tài liệu liên quan đến đề tài - Phân tích các thông tin liên quan và nghiên cứu lý thuyết c.
Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm - Phƣơng pháp chính đƣợc sử dụng là phƣơng pháp mô phỏng. Thay vì triển khai trên hệ thống thực, tôi tiến hành mô phỏng và đánh giá kết quả đạt đƣợc thông qua phần mềm mô phỏng. - Chƣơng trình mô phỏng. Ý nghĩa khoa học của đề tài - Tìm hiểu các kiến thức về mạng không dây.
- Xây dựng ứng dụng của mạng cảm biến không dây. - Xây dựng hệ thống mô phỏng để phân tích các tín hiệu về mạng cảm biến không dây. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.vn download by : skknchat@gmail.com 5 CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ MẠNG KHÔNG DÂY 1. Giới thiệu chung về mạng không dây 1.
Mạng không dây là gì ? Mạng không dây là một hệ thống các thiết bị đƣợc nhóm lại với nhau, có khả năng giao tiếp thông qua sóng vô tuyến thay vì các đƣờng truyền dẫn bằng dây. * Ưu điểm: - Giá thành giảm nhiều đối với mọi thành phần ngƣời sử dụng. - Công nghệ không dây đã đƣợc tích hợp rộng rãi trong bộ vi xử lí dành cho máy tính xách tay của INTEL và AMD. - Mạng Wireless cung cấp tất cả các tính năng của công nghệ mạng LAN nhƣ là Ethernet và Token Ring mà không bị giới hạn về kết nối vật lí (giới hạn về cable).
- Tính linh động: tạo ra sự thoải mái trong việc truyền tải dữ liệu giữa các thiết bị có hỗ trợ mà không có sự ràng buộc về khoảng cách và không gian nhƣ mạng có dây thông thƣờng. - Mạng WLAN sử dụng sóng hồng ngoại (Infrared Light) và sóng Radio (Radio Frequency) để truyền nhận dữ liệu. * Nhược điểm: - Tốc độ mạng Wireless bị phụ thuộc vào băng thông. Tốc độ của mạng Wireless thấp hơn mạng cố định, vì mạng Wireless chuẩn phải xác nhận cẩn thận những frame đã nhận để tránh tình trạng mất dữ liệu.
- Trong mạng cố định truyền thống thì tín hiệu truyền trong dây dẫn nên có thể đƣợc bảo mật an toàn hơn. Còn trên mạng Wireless thì việc “đánh hơi” rất dễ dàng bởi vì mạng Wireless sử dụng sóng Radio thì có thể bị bắt và xử lí đƣợc bởi bất kỳ thiết bị nhận nào nằm trong phạm vi cho phép, ngoài ra mạng Wireless thì có ranh giới không rõ ràng cho nên rất khó quản lý. Phân loại Có nhiều cách phân loại: A. Dựa trên vùng phủ sóng, mạng không dây được chia thành 5 nhóm: Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.vn download by : skknchat@gmail.2 Phân loại mạng vô tuyến - WPAN: mạng vô tuyến cá nhân.
Nhóm này bao gồm các công nghệ vô tuyến có vùng phủ nhỏ tầm vài mét đến hàng chục mét tối đa. Các công nghệ này phục vụ mục đích nối kết các thiết bị ngoại vi nhƣ máy in, bàn phím, chuột, đĩa cứng, khóa USB, đồng hồ,.với điện thoại di động, máy tính. Các công nghệ trong nhóm này bao gồm: Bluetooth, Wibree, ZigBee, UWB, Wireless USB, EnOcean,. Đa phần các công nghệ này đƣợc chuẩn hóa bởi IEEE, cụ thể là nhóm làm việc (Working Group) 802.
Do vậy các chuẩn còn đƣợc biết đến với tên nhƣ IEEE 802. - WLAN : mạng vô tuyến cục bộ. Nhóm này bao gồm các công nghệ có vùng phủ tầm vài trăm mét. Nổi bật là công nghệ Wifi với nhiều chuẩn mở rộng khác nhau thuộc gia đình 802.
Công nghệ Wifi đã gặt hái đƣợc những thành công to lớn trong những năm qua. Bên cạnh WiFi thì còn một cái tên ít nghe đến là HiperLAN và HiperLAN2, đối thủ cạnh tranh của Wifi đƣợc chuẩn hóa bởi ETSI. - WMAN: mạng vô tuyến đô thị. Đại diện tiêu biểu của nhóm này chính là WiMAX.
Ngoài ra còn có công nghệ băng rộng BWMA 802. Vùng phủ sóng của nó sẽ tằm vài km (tầm 4-5km tối đa). - WWAN: Mạng vô tuyến diện rộng: Nhóm này bao gồm các công nghệ mạng thông tin di động nhƣ UMTS/GSM/CDMA2000. Vùng phủ của nó cũng tầm vài km đến tầm chục km.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.vn download by : skknchat@gmail.com 7 - WRAN: Mạng vô tuyến khu vực. Nhóm này đại diện là công nghệ 802.22 đang đƣợc nghiên cứu và phát triển bởi IEEE. Vùng phủ có nó sẽ lên tầm 40- 100km. Mục đích là mang công nghệ truyền thông đến các vùng xa xôi hẻo lánh, khó triển khai các công nghệ khác.
Bảng 1: So sánh các nhóm mạng Vùng phủ Công nghệ Mạng Chuẩn Tốc độ Băng tần sóng UWB (Ultra 110-480 WPAN 802.5 GHz wideband) Mbps Trên 720 Bluetooth WPAN 802.4 GHz Kbps Wi-Fi WLAN 802.11a Trên 54 Mbps Trên 300 feet 5 GHz Wi- Fi WLAN 802.11b Trên 11 Mbps Trên 300 feet 2.4 GHz Edge/GPRS Trên 384 (TDMA- WWAN 2.5 G 4-5 dặm 1900 MHz Kbps GMS) CDMA Trên 2.4 400-2100 2000/1x EV- WWAN 3G 1-5 dặm Mbps MHz DO WCDMA/ 1800-2100 WWAN 3G Trên 2 Mbps 1-5 dặm UMTS MHz Tất cả các công nghệ này đều giống nhau ở chổ chúng nhận và chuyển tin bằng cách sử dụng sóng điện từ (EM). Dựa trên các công nghệ mạng, mạng không dây được chia thành 3 loại: • Kết nối sử dụng tia hồng ngoại • Sử dụng công nghệ Bluetooth • Kết nối bằng chuẩn Wi-fi[1],[5] Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.vn download by : skknchat@gmail. Các mô hình mạng không dây 1. Mô hình mạng AD-HOC: a.
Khái niệm: - Là mạng gồm hai hay nhiều máy tính có trang bị card không dây - Tƣơng tự mô hình peer to peer trong mạng có dây - Các máy tính có vai trò ngang nhau - Khoảng cách liên lạc 30-100m - Sử dụng thuật toán Spokesman Election Algorithm(SEA) b. Mô hình vật lí: Hình 1.3 Mô hình mạng AD-HOC 2. Mô hình mạng INFRASTRUCTURE a. Khái niệm: - Là mạng gồm một hay nhiều AP để mở rộng phạm vi hoạt động của các Station có thể kết nối với nhau với một phạm vi gấp đôi.
- AP đóng vai trò là điểm truy cập cho các Client(Station) trao đổi dữ liệuvới nhau và truy xuất tài nguyên của Server. - Mỗi AP có thể làm điểm truy cập cho 10-15 client (tùy sản phẩm và hãng sản xuất) đồng thời tại một thời điểm.[1],[5] Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.vn download by : skknchat@gmail. Mô hình vật lí: Hình 1.