Mạng cảm biến không dây

Mạng cảm biến không dây (Wireless Sensor Network) là sự kết hợp các khảnăng cảm biến, xử lý thông tin và các thành phần lien lạc để tạo khả năng quansát, phân tích và phản ứng lại với các sự kiện,hiên tượng xảy ra trong môitrường cụ thể nào đó.Các cảm biến được phân bố theo mô hình tập trung hay phân bố rải. Mạng lưới liên kết giữa các cảm biến (có dây hoặc vô tuyến).Điểm trung tâm tập hợp dữ liệu . Bộ phận xử lý dữ liệu ở trung tâm....
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Mạng cảm biến không dâyMạng Cảm Biến Không Dây1.TỔNG QUANG MẠNG CẢM BIẾN KHÔNG DÂY.1.1 Giới thiệu:Mạng cảm biến không dây (Wireless Sensor Network) là sự kết hợp các khảnăng cảm biến, xử lý thông tin và các thành phần lien lạc để tạo khả năng quansát, phân tích và phản ứng lại với các sự kiện,hiên tượng xảy ra trong môitrường cụ thể nào đó. Hình 1 : Mô hình m ạ ng c ả m bi ế n không dây.1.1.1 Có 4 thành phần cơ bản tạo nên 1 mạng cảm biến:- Các cảm biến được phân bố theo mô hình tập trung hay phân bố rải.- Mạng lưới liên kết giữa các cảm biến (có dây hoặc vô tuyến).- Điểm trung tâm tập hợp dữ liệu .- Bộ phận xử lý dữ liệu ở trung tâm.1.1.2 Hiệu quả sử dụng công suất của WSN dựa trên 3 yếu tố:- Chu kỳ hoạt động ngắn.- Xử lý tín hiệu nội bộ tại các node để giảm thời gian truyền.- Mô hình dạng multihop làm giảm chiều dài đường truyền .1.1.3 Một vài đặc điểm của mạng cảm biến:- Các node phân bố dày đặc.- Các node dễ hỏng.- Giao thức mạng thay đổi thường xuyên.- Node bị giới hạn về khả năng tính toán,công suốt, bộ nhớ.- Không được thống nhất toàn hệ thống vì số lượng node nhiều.1.2 Tổng quan kĩ thuật1.2.1 Cảm biến:- Chức năng cơ bản.- Xử lý tín hiệu.- Nén và phát hiện,sửa lỗi.- Phân chia Cluster.- Tự phân nhóm.1.2.2 Kỹ thuật truyền vô tuyến:- Dãy truyền sóng.- Sự hư hại đường truyền.- Kỹ thuật điều chế.- Giao thức mạng.1.2.3 Phần mềm ứng dụng:- Hệ điều hành.- Phần mềm mạng.- Phần mềm kết nối cơ sở dữ liệu trực tiếp.- Phần mềm middleware.- Phần mềm quản lý dữ liệu.2. KỸ THUẬT MẠNG CẢM BIẾN KHÔNG DÂY.2.1 Node. Hình 2: Các thành ph ầ n trong m ộ t Node.Các thành phần cấu tạo nên một Node :- Một cảm biến (1 hay một dãy cảm biến).- Đơn vị xử lý.- Đơn vị liên lạc bằng vô tuyến.- Nguồn cung cấp.- Các phần ứng dụng khác.Các node có khả năng liên lạc vô tuyến với các node lân cận và các chức năngcơ bản như xử lý tín hiệu, quản lý giao thức mạng và bắt tay với các node lâncận để truyền dữ liệu tới trung tâm. Hình 3: S ự phát tri ể n công ngh ệ ch ế t ạ o c ả m bi ến.2.2 Phần cứng và phần mềm:2.2.1 Phần cứng:- Nguồn cung cấp.- Lưu trữ và tính toán.- Cảm biến.- Liên lạc.2.2.2 Phần mềm:- Hệ điều hành.- WSN Sensor Driver.- Bộ xử lý thông tin.- Bộ xử lý dữ liệu. H ình 4: Ph ầ n c ứ ng và ph ầ n m ề n node2.3 Phân loại theo mô hình phân bố:2.3.1 Category 1 WSN (C1WSN).- Hệ thống lưới kết nối đa đường giữa các node qua kênh truyền vô tuyến sửdụng giao thức địnhtuyến động,các node tìm đường đi tôt nhất đến đích .- Vai trò của các node như các trạm lặp với khoảng cách rất lớn.- Xử lý dữ liệu ở các node chuyển tiếp. Mạng phức tạp.2.3.2 Category 2 WSN (C2WSN)- Mô hình điểm-điểm hay đa điểm-điểm, chủ yếu là các liên kết đơn giữa cácnode (single hop),dùng giao thức định tuyến tĩnh.- Một node không cung cấp thông tin cho các node khác.- Node chuyển tiếp không có khả năng xử lý dữ liệu cho node khác.- Khoảng cách vài trăm mét. Mạng đơn giản. Hình 5: Mô hình m ạ ng.2.4 Môi trường hoạt động của WSNs.Node cảm biến bị ràng buộc bởi một số yếu tố:- Nguồn cung cấp: Các node bị giới hạn bởi năng lượng cung cấp.- Liên lạc: Giới hạn về băng thông, nhiễu kênh truyền, ảnh hưởng đến độ tincậy, chất lượng dịchvụ và độ bảo mật của hệ thống.- Tính toán: Các node có công suất tính toán và bộ nhớ giới hạn, ảnh hưởng đếnviệc lựa chọngiải thuật xử lý dữ liệu.2.5 Công nghệ hiện nay:- Kích thước, giá thành và công suất tiêu thụ của node giảm, sự thông minh củanode phải tăng lên.hệ thống cảm biến kết hợp các kỹ thuật tiên tiên như công nghệ nano, mạngphân bố, thông tin vôtuyến băng rộng…- Việc tiêu chuẩn hóa cũng rất quan trọng. Tạo ra các tiêu chuẩn chung sẽ giúpmạng WSNs ứngdụng rộng rãi hơn trong thực tế, có khả năng giao tiếp với các mạng khác, giaodiện Internet,cung cấp các dịch vụ đa dạng hơn. Các nghiên cứu đang hướng đến các kỹ thuậtchế tạo cảmbiến mới, hệ thống mạng cảm biến phân bố, tích hợp cảm biến trong các hệthống thương mại, hỗtrợ hiệu quả cho các quá trình ra quy ết định.3. GIAO THỨC ĐIỀU KHIỂN TRUY CẬP TRONG WSNs.Mạng không dây dừa trên truyền sóng điện từ qua môi trường không khí, tuântheo các đăc tínhtruyền sóng nên việc đối xử với các node trong mạng phải như nhau, để đạtđược điều này việc sử dụnggiao thức điều khiển truy nhập môi trường MAC (Medium Access Control) làcần thiết.3.1 Mô hình giao thức cho WSNs.Xuất phát từ mô hình OSI, giao thức MAC được xây dựng ở lớp thấp của lớpliên kết dữ liệu (DataLink Layer_DDL). Lớp cao của DDL được xem như lớp điều khiển logic (LLC).Lớp MAC nằm ngay trên lớp vật lý và nó cung cấp các chức năng sau:- Kết hợp dữ liệu vào frame để gửi .- Tách frame thu được để lấy thông tin kiểm tra lỗi khôi phục lai thông điệp. Hình 6: Mô hình tham kh ả o OSI và c ấ u trúc liên k ết l ớp d ữ li ệu.Lớp LLC của DDL cung cấp g ...