Trong những năm gần đây sự phát triển mạnh mẽ của công nghệ thông tin, công
nghệ vi mạch điện tử và viễn thông đặc biệt là trong lĩnh vực vô tuyến đ ã đem lại
nhiều ứng dụng mới, cho phép chúng ta có thể dễ d àng thu thập thông tin ở bất kỳ điều
kiện và vùng địa lý nào. Có nhiều phương pháp khác nhau cho phép chúng ta thu thập
thông tin trong đó mạng Wireless Sensor hiện đang được dùng phổ biến trên thế giới
và đang dần xâm nhập vào nước ta.
Có nhiều vấn đề đặt ra cho mạng Wireless Sensor như vấn đề năng lượng, vấn đề
đồng bộ sensor, vấn đề mở rộng mạng. Năng lượng luôn là y ếu tố quan trọng của tất
cả các loại mạng. Với mạng Wireless Sensor do tính đặc thù của mạng là hạn chế về
phần cứng và ứng dụng ở nhiều vùng địa lí phức tạp n ên vấn đề năng lượng càng trở
lên quan trọng.
Trước thực tế này, được sự định hướng và chỉ dẫn của Tiến sĩ Đinh Văn Dũng,
phòng Nghiên cứu Phát triển Dịch vụ mới và Tự động hóa, Viện Khoa học Kỹ thuật
Bưu Điện, em đã chọn đề tài đồ án: “Vấn đề năng lượng trong mạng Wireless Sensor
và đánh giá bằng mô phỏng”.
Mục đích của đồ án này là tìm hiểu các vấn đề liên quan tới năng lượng trong mạng
Wireless Sensor, từ đó đưa ra các giải pháp tiết kiệm năng lượng trong mạng và tận
dụng các nguồn năng lượng sạch trong tự nhiên.
Đồ án gồm 4 chương:
1 -Chương I : Tổng quan về mạng Wireless Sensor
2 -Chương II : Năng lượng trong mạng Wireless Sensor
3 -Chương III : Phần mềm mô phỏng cho mạng Wireless Sensor
4 -Chương IV: Mô phỏng mạng Wireless Sensor
86 trang |
Chia sẻ: lvbuiluyen | Lượt xem: 2298 | Lượt tải: 5
Bạn đang xem trước 20 trang tài liệu Đề tài Vấn đề năng lượng trong mạng Wireless Sensor và đánh giá bằng mô phỏng, để xem tài liệu hoàn chỉnh bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
Đồ án tốt nghiệp đại học
................oOo................
BÁO CÁO THỰC TẬP TỐT NGHIỆP
Vấn đề năng lượng trong mạng Wireless
Sensor và đánh giá bằng mô phỏng
Đồ án tốt nghiệp đại học
LỜI NÓI ĐẦU
Trong những năm gần đây sự phát triển mạnh mẽ của công nghệ thông tin, công
nghệ vi mạch điện tử và viễn thông đặc biệt là trong lĩnh vực vô tuyến đã đem lại
nhiều ứng dụng mới, cho phép chúng ta có thể dễ dàng thu thập thông tin ở bất kỳ điều
kiện và vùng địa lý nào. Có nhiều phương pháp khác nhau cho phép chúng ta thu thập
thông tin trong đó mạng Wireless Sensor hiện đang được dùng phổ biến trên thế giới
và đang dần xâm nhập vào nước ta.
Có nhiều vấn đề đặt ra cho mạng Wireless Sensor như vấn đề năng lượng, vấn đề
đồng bộ sensor, vấn đề mở rộng mạng... Năng lượng luôn là yếu tố quan trọng của tất
cả các loại mạng. Với mạng Wireless Sensor do tính đặc thù của mạng là hạn chế về
phần cứng và ứng dụng ở nhiều vùng địa lí phức tạp nên vấn đề năng lượng càng trở
lên quan trọng.
Trước thực tế này, được sự định hướng và chỉ dẫn của Tiến sĩ Đinh Văn Dũng,
phòng Nghiên cứu Phát triển Dịch vụ mới và Tự động hóa, Viện Khoa học Kỹ thuật
Bưu Điện, em đã chọn đề tài đồ án: “Vấn đề năng lượng trong mạng Wireless Sensor
và đánh giá bằng mô phỏng”.
Mục đích của đồ án này là tìm hiểu các vấn đề liên quan tới năng lượng trong mạng
Wireless Sensor, từ đó đưa ra các giải pháp tiết kiệm năng lượng trong mạng và tận
dụng các nguồn năng lượng sạch trong tự nhiên.
Đồ án gồm 4 chương:
1 - Chương I : Tổng quan về mạng Wireless Sensor
2 - Chương II : Năng lượng trong mạng Wireless Sensor
3 - Chương III : Phần mềm mô phỏng cho mạng Wireless Sensor
4 - Chương IV: Mô phỏng mạng Wireless Sensor
Do còn hạn chế về kiến thức và năng lực nên đồ án không tránh khỏi thiếu sót.
Mong được sự góp ý của thầy cô và bạn bè.
Em xin chân thành cảm ơn thầy giáo TS. Đinh Văn Dũng, phòng Nghiên cứu Phát
triển Dịch vụ mới và Tự động hóa, Viện Khoa học Kỹ thuật Bưu Điện, đã hướng dẫn
em về chuyên môn cũng như phương pháp làm việc để em có thể hoàn thành đồ án.
Qua đây, em cũng xin gửi lời cảm ơn chân thành tới các thầy, các cô trong Khoa Viễn
Thông I, Học viện Công nghệ Bưu chính - Viễn thông đã giúp đỡ, tạo điều kiện cho
em hoàn thành đồ án này.
Hà Nội ngày 31 tháng 10 năm 2005
Sinh viên
Phan Viết Thời
Đồ án tốt nghiệp đại học Chương I. Tổng quan về mạng Wireless
Sensor
CHƯƠNG I : TỔNG QUAN VỀ MẠNG WIRELESS SENSOR
1.1. Giới thiệu mạng cảm biến không dây
Các thiết bị cảm biến (Sensor) được kết nối thành mạng, phối hợp với nhau để thực
hiện các nhiệm vụ với quy mô lớn, được đặt nhiều hy vọng nhằm cách mạng hóa trong
lĩnh vực thu thập thông tin ở bất kì điều kiện và vùng địa lý nào. Mạng cảm biến
không dây (Wireless Sensor Network) bao gồm một tập hợp các thiết bị cảm biến sử
dụng các liên kết không dây (vô tuyến, hồng ngoại hoặc quang học) để phối hợp thực
hiện các nhiệm vụ cảm biến phân tán về đối tượng mục tiêu. Mạng này có thể liên kết
trực tiếp với nút quản lý của giám sát viên hay gián tiếp thông qua một điểm thu (Sink)
và môi trường mạng công cộng như Internet hay vệ tinh. Các nút Sensor không dây có
thể được triển khai cho các mục đích chuyên dụng như giám sát và an ninh; kiểm tra
môi trường; tạo ra không gian thông minh; khảo sát, chính xác hóa trong nông nghiệp;
y tế;... Lợi thế chủ yếu của chúng là khả năng triển khai hầu như trong bất kì loại hình
địa lý nào kể cả các môi trường nguy hiểm không thể sử dụng mạng Sensor có dây
truyền thống được.
Việc kết hợp các bộ cảm biến thành mạng lưới ngày nay đã tạo ra nhiều khả năng
mới cho con người. Các bộ vi cảm biến với bộ xử lý gắn trong và các thiết bị vô tuyến
hoàn toàn có thể gắn trong một kích thước rất nhỏ. Chúng có thể hoạt động trong một
môi trường dày đặc với khả năng xử lý tốc độ cao. Do đó, với mạng cảm biến không
dây ngày nay, người ta đã có thể khám phá nhiều hiện tượng rất khó thấy trước đây.
Ngày nay, các mạng cảm biến không dây được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực như
các cấu trúc chống lại địa chấn, nghiên cứu vi sinh vật biển, giám sát việc chuyên chở
các chất gây ô nhiễm, kiểm tra hệ sinh thái và môi trường sinh vật phức tạp...
1.2. Nền tảng phát triển mạng
Việc phát triển mạng Wireless Sensor dựa trên công nghệ mạng Ad hoc không dây
và được thúc đẩy bởi hai yếu tố là nhu cầu ứng dụng và các tiến bộ công nghệ.
1.2.1. Mạng Ad hoc không dây
Mạng Ad hoc không dây là kiểu mạng không có cơ sở hạ tầng nền tảng, được triển
khai cho các mục đích sử dụng tạm thời cần thiết lập nhanh chóng, thuận tiện như để
tìm kiếm và cứu hộ, phục vụ liên lạc cho các thành viên trong một cuộc họp,.v.v.
Mạng Ad hoc không cần các thành phần cơ sở hạ tầng như tổng đài, trạm thu phát gốc
Đồ án tốt nghiệp đại học Chương I. Tổng quan về mạng Wireless
Sensor
hay bất kì một trung tâm điều khiển nào. Tất cả các nút di động trong mạng Ad hoc
được liên kết động với nhau một cách tuỳ ý, không có bất kì sự điều khiển nào từ bên
ngoài. Tất cả các nút này đều có thể hoạt động như một bộ định tuyến nhờ khả năng
tìm và duy trì tuyến tới các nút khác trong mạng. Các giao thức định tuyến trong mạng
Ad hoc có thể chia thành hai loại:
- Các giao thức định tuyến theo bảng: mỗi nút mạng sẽ duy trì và cập nhật thông tin
định tuyến tới mọi nút mạng khác.
- Các giao thức định tuyến theo yêu cầu: Việc định tuyến chỉ được thực hiện khi có
yêu cầu chuyển gói, nhờ cơ chế tìm đường.
Hiện nay có bốn giao thức định tuyến được sử dụng trong mạng Ad hoc:
a) Định tuyến theo chuỗi chỉ hướng với đích tuần tự
Trong Định tuyến theo chuỗi chỉ hướng với đích tuần tự (Destination-Sequenced
Distance-Vector - DSDV), mọi trạm di động đều có một bảng định tuyến trong đó ghi
các đích hiện tại, số các bước nhảy để đến được đích và số thứ tự được gán cho nút
đích. Số thứ tự này được sử dụng để phân biệt các tuyến và như vậy tránh được sự
hình thành các vòng lặp. Các trạm định kỳ gửi bảng định tuyến của nó cho các nút lân
cận của nó. Một trạm cũng gửi bảng định tuyến nếu một thay đổi đáng kể trong bảng
so với lần gửi cập nhật cuối cùng được phát hiện. Như vậy, việc cập nhật được thực
hiện cả theo thời gian và theo sự kiện.
Các bảng định tuyến có thể được gửi cập nhật theo hai cách: chuyển toàn bộ (“full
dump”) hay cập nhật phần gia tăng. Theo cách chuyển toàn bộ, bảng định tuyến sẽ
được gửi trọn vẹn đến các nút lân cận và nó có thể bao gồm nhiều gói tin. Ngược lại,
theo cách cập nhật phần gia tăng, chỉ những mục ghi mới của bảng định tuyến so với
lần cập nhật cuối cùng mới được gửi đi và phải vừa trong một gói tin. Khi mạng tương
đối ổn định, các gói cập nhật phần gia tăng được sử dụng để tránh việc lưu lượng tăng
cao và việc chuyển toàn bộ (full dump) ít được sử dụng hơn. Trong các mạng thay đổi
nhanh, số lượng các gói cập nhật phần gia tăng có thể trở lên rất lớn nên việc chuyển
toàn bộ bảng được thực hiện thường xuyên hơn.
b) Định tuyến bằng thuật toán tìm đường tuần tự theo thời gian
Định tuyến bằng thuật toán tìm đường tuần tự theo thời gian (Temporally Ordered
Routing Algorithm - TORA) là một giao thức định tuyến trên cơ sở một thuật toán
“đảo liên kết” (“Link Reversal”). Nó được thiết kế để tìm các tuyến đường theo yêu
cầu, cung cấp nhiều tuyến tới một đích, thiết lập tuyến nhanh và giảm tới mức tối thiểu
Đồ án tốt nghiệp đại học Chương I. Tổng quan về mạng Wireless
Sensor
phần phụ tải (overhead) bằng thuật toán khoanh vùng chống lại các thay đổi về hình
trạng mạng có thể sảy ra. Việc tối ưu định tuyến (tìm đường ngắn nhất) được coi là thứ
yếu và việc định tuyến với các đường dài hơn được sử dụng thường xuyên để tránh
phần phụ tải khi tìm đường mới.
Hoạt động của giao thức TORA được hình dung giống như đưa nước chảy dốc
xuống qua một mạng các đường ống và hướng tới một điểm đích. Các đường ống mô
tả các liên kết giữa các nút mạng, các điểm nối các đường ống này mô tả các nút mạng
và nước chảy trong các ống mô tả các gói tin được định tuyến hướng tới đích. Mỗi nút
có một độ cao so với đích được tình toán bởi giao thức định tuyến và độ cao giảm dần
trên tuyến, nhờ vậy có thể chuyển gói tin một cách tuần tự để tới đích.
c) Giao thức định tuyến nguồn động
Điểm cơ bản của giao thức định tuyến nguồn động ( Dynamic Source Routing -
DSR) là việc sử dụng định tuyến nguồn. Tức là, nơi gửi nhận biết được hoàn toàn
tuyến đường gồm các liên kết dẫn tới đích. Các tuyến đường này được lưu trong bộ
nhớ định tuyến (Route Cache). Các gói dữ liệu mang theo thông tin định tuyến nguồn
trong tiêu đề gói. Khi một nút trong mạng Ad hoc muốn gửi một gói tin tới một đích
mà nó chưa nhận biết được tuyến đường, nó sẽ sử dụng một tiến trình tìm đường
(Route Discovery) để xác định một tuyến. Tiến trình tìm đường sẽ gửi tràn lan vào
trong mạng các gói yêu cầu tuyến (Route Request-RREQ). Mỗi nút nhận được RREQ
lại tiếp tục quảng bá nó, trừ khi nút đó là nút đích hoặc có một tuyến tới đích được lưu
trong bộ nhớ định tuyến. Các nút này trả lời các gói RREQ bằng các gói hồi âm định
tuyến (Route Reply-RREP). Các gói này được định tuyến trở lại nguồn. Các gói
RREQ và RREP cũng được định tuyến theo nguồn. Các gói RREQ lập lên một tuyến
xuyên qua mạng. Gói RREP định tuyến trở lại nguồn bằng cách đi ngược trở lại theo
tuyến đường này. Thông tin về tuyến được mang trở lại bằng gói RREP và được lưu
tại nguồn để sử dụng.
Nếu một liên kết trên một tuyến bị sự cố, nút nguồn được thông báo bằng một gói lỗi
(Route Error-RERR). Nguồn sẽ xoá tuyến này trong bộ nhớ định tuyến và bắt đầu một
tiến trình tìm đường mới nếu tuyến này còn cần thiết. Trong DSR không cần một cơ
chế đặc biệt nào để phát hiện các vòng lặp định tuyến.
d) Định tuyến dựa vào chuỗi chỉ hướng theo yêu cầu tạm thời
Định tuyến dựa vào chuỗi chỉ hướng theo yêu cầu tạm thời (Ad hoc On-Demand
Distance- Vector Routing - AODV) có điểm giống DSR là nó cũng tìm các đường có
yêu cầu thông qua một bằng một tiến trình tìm đường tương tự. Tuy nhiên, AODV sử
Đồ án tốt nghiệp đại học Chương I. Tổng quan về mạng Wireless
Sensor
dụng một cơ chế rất khác để lưu giữ thông tin định tuyến. Nó sử dụng các bảng định
tuyến truyền thống, mỗi mục là một đích. Đây là điểm ngược lại DSR (DSR có thể lưu
giữ nhiều mục cho mỗi đích). Không có định tuyến nguồn, AODV dựa vào các mục
trong bảng định tuyến để truyền một RREP trở về nguồn và sau đó,được sử dụng để
định tuyến các gói số liệu được tới đích. AODV sử dụng các số thứ tự được lưu tại mỗi
đích để xác định tính mới của thông tin định tuyến và chống lại các vòng lặp định
tuyến. Tất cả các gói đều mang theo các số thứ tự này.
Một đặc điểm quan trọng của AODV là lưu giữ các trạng thái định giờ căn bản trong
mỗi nút để tận dụng các mục trong bảng định tuyến đơn. Một mục trong bảng định
tuyến có thể bị xoá nếu nó không được sử dụng trong thời gian gần.
Giao thức DSDV là giao thức định tuyến theo bảng, các giao thức DSR, TORA,
AODV thuộc loại giao thức định tuyến theo yêu cầu.
1.2.2. Nền tảng công nghệ
Các tiến bộ trong công nghệ chế tạo các thiết bị điện tử rất nhỏ giá rẻ với công suất
thấp và phân hóa chức năng cao, các bước tiến trong công nghệ mạng không dây và
trong lĩnh vực vi điều khiển đã tạo ra tiềm năng to lớn trong lĩnh vực cảm biến và thu
thập dữ liệu. Việc sử dụng các bộ vi điều khiển công suất thấp tích hợp khối thu phát
vô tuyến và các thiết bị cảm biến tương tự, số khác nhau cho phép một mạng các thiết
bị cảm biến không dây hoạt động bằng nguồn acquy có thể thu thập dữ liệu về môi
trường trong phạm vi lớn. Dữ liệu này có thể được tải đến một máy tính và được lưu
trong cơ sở dữ liệu. Sau đó, có thể được phân tích thông qua một phần mềm ứng dụng.
Kết quả có thể được truy xuất trực tiếp hoặc bởi một trình duyệt Web chuẩn ở bất cứ
đâu trên Internet. Các mạng Sensor ngày nay có những cải tiến đáng kể so với các
Sensor truyền thống theo hai hướng:
- Các Sensor có thể đặt ở xa hiện tượng tức là các thông tin về hiện tượng có được
nhờ năng lực cảm biến và phân tích. Theo hướng này, yêu cầu các Sensor lớn sử dụng
một số kỹ thuật phức tạp để nhận biết được các đích từ các tạp âm môi trường ở
khoảng cách xa.
- Nhiều Sensor chủ yếu chỉ hoạt động cảm biến được triển khai. Vị trí các Sensor và
hình trạng thông tin được tính toán cẩn thận. Chúng được liên kết thành một mạng để
truyền thông tin về các diễn biến của hiện tượng được thăm dò tới các nút trung tâm,
nơi tiếp nhận và xử lý dữ liệu.
Một mạng Sensor bao gồm một số lượng lớn các nút được triển khai dày đặc bên
trong đối tượng cần thăm dò hoặc ở rất gần nó. Vị trí của các Sensor phải không cần
Đồ án tốt nghiệp đại học Chương I. Tổng quan về mạng Wireless
Sensor
định trước. Điều này cho phép triển khai ngẫu nhiên trong các vùng không thể tiếp cận
hoặc trong các hoạt động tránh sự nguy hiểm. Điều này cũng có nghĩa là các thuật toán
và giao thức phải có khả năng tự tổ chức. Một đặc trưng nữa của mạng Sensor là khả
năng cộng tác của các Sensor. Các Nút Sensor phải có bộ xử lý gắn trong. Thay vì
chuyển các dữ liệu thô đến các nút có nhiệm vụ xử lý, các nút Sensor sẽ sử dụng khả
năng tính toán của nó để thực hiện các xử lý đơn giản và chỉ chuyển đi các dữ liệu
được yêu cầu và đã qua xử lý sơ bộ.
Các đặc điểm trên đưa đến một phạm vi ứng dụng lớn của mạng Sensor. Một số lĩnh
vực được ứng dụng là y tế, quân sự và an ninh. Ví dụ như các bác sỉ sẽ kiểm tra từ xa
các dữ liệu về sinh lý bệnh nhân. Điều này vừa thuận tiện cho bệnh nhân vừa giúp các
bác sĩ hiểu rõ hơn về tình trạng bệnh nhân. Mạng Sensor còn được sử dụng để phát
hiện các tác nhân hóa học trong không khí và nước. Chúng giúp chỉ ra kiểu, sự cô lại
và vị trí của các chất. Về cơ bản, các mạng Sensor cung cấp cho người sử dụng sự hiểu
tốt hơn, thông minh hơn về môi trường. Chúng ta có thể thấy rằng trong tương lai, các
mạng wireles Sensor sẽ là một phần không thể thiếu trong cuộc sống, giống như máy
tính cá nhân hiện nay.
Các ứng dụng thực tế của mạng Sensor yêu cầu phải sử dụng công nghệ mạng
Wireless Ad hoc. Mặc dù vậy, có nhiều thuật toán và giao thức đã được sử dụng cho
các mạng Wireless Ad hoc truyền thống nhưng chúng không phù hợp lắm với các đặc
tính và yêu cầu ứng dụng của mạng Sensor, Để minh hoạ điểm này, sự khác nhau giữa
mạng Sensor và mạng Wireless Ad hoc được được phác hoạ dưới đây :
- Số lượng nút Sensor trong mạng Sensor có thể được yêu cầu ở mức lớn hơn rất
nhiều so với các mạng Ad hoc.
- Các nút Sensor được triển khai với mật độ lớn hơn.
- Các nút Sensor thường gặp trục trặc
- Hình trạng mạng Sensor thay đổi rất thường xuyên.
- Các nút Sensor thường sử dụng mô hình thông tin quảng bá ngược lại các mạng
Ad hoc sử dụng truyền thông điểm- điểm.
- Các nút Sensor có hạn chế về công xuất, khả năng tính toán và bộ nhớ.
- Các nút Sensor có thể không có nhận dạng toàn cục do số lượng nút Sensor lớn.
Vì một số lượng lớn nút Sensor được triển khai dày đặc nên các nút lân cận có thể rất
gần nhau. Do đó, truyền thông đa liên kết (Multihop) được chọn để công suất sử dụng
thấp hơn so với truyền thông đơn liên kết truyền thống (Single hop).Hơn nữa, công
Đồ án tốt nghiệp đại học Chương I. Tổng quan về mạng Wireless
Sensor
suất truyền dẫn có thể giữ ở mức thấp, điều này rất cần cho các hoạt động ngầm.
Truyền thông đa liên kết còn có một số hiệu quả truyền tín hiệu tốt hơn so với truyền
thông khoảng cách xa.
Một hạn chế quan trọng nhất của các nút Sensor là yêu cầu phải tối thiểu công suất
tiêu thụ. Các nút Sensor chỉ tích trữ được nguồn năng lượng hạn chế và không được
thay thế. Vì vậy, trong khi các mạng truyền thống luôn đặt mục tiêu cung cấp chất
lượng dịch vụ (QoS) cao thì các giao thức trong mạng Sensor phải chú trọng đến sự
bảo tồn nguồn năng lượng. Người sử dụng phải chọn giữa tuổi thọ của mạng với hạn
chế về thông lượng hay độ trễ truyền dẫn lớn.
1.3. Mô tả hệ thống
1.3.1. Mô tả hệ thống tổng quát
Các nút Sensor được triển khai trong một trường Sensor (Sensor field) được minh
họa trên hình 1.1. Mỗi nút Sensor được phát tán có khả năng thu thập thông số liệu,
định tuyến số liệu về bộ thu nhận (Sink) để chuyển tới người dùng (User) và định
tuyến các bản tin mang theo lệnh hay yêu cầu từ nút Sink đến các nút Sensor. Số liệu
được định tuyến về phía bộ thu nhận (nút Sink) theo cấu trúc đa liên kết không có cơ
sở hạ tầng nền tảng (Multihop Infrastructureless Architecture), tức là không có các
trạm thu phát gốc hay các trung tâm điều khiển, như trong hình 1.1. Bộ thu nhận có thể
liên lạc trực tiếp với trạm điều hành (Task Manager Node) của người dùng hoặc gián
tiếp thông qua Internet hay vệ tinh (Satellite).
Hình 1.1: Mô hình triển khai các nút Sensor
Đồ án tốt nghiệp đại học Chương I. Tổng quan về mạng Wireless
Sensor
Một nút Sensor được tạo lên từ bốn thành phần cơ bản là: bộ cảm biến, bộ xử lý, bộ
thu phát không dây và nguồn. Tuỳ theo ứng dụng cụ thể, nút Sensor còn có thể có các
thành phần bổ xung như hệ thống tìm vị trí, bộ sinh năng lượng và thiết bị di động.
Các thành phần trong một nút Sensor được minh hoạ trên hình 1.2. Bộ cảm biến
thường thường gồm hai đơn vị thành phần là thiết bị cảm biến (Sensor) và bộ chuyển
đổi tương tự / số (ADC). Các tín hiệu tương tự có được từ các Sensor trên cơ sở cảm
biến các hiện tượng được chuyển sang tín hiệu số bằng bộ chuyển đổi ADC, rồi mới
được đưa tới bộ xử lý. Bộ xử lý, thường kết hợp với một bộ nhớ nhỏ, phân tích thông
tin cảm biến và quản lý các thủ tục cộng tác với các nút khác để phối hợp thực hiện
nhiệm vụ. Bộ thu phát đảm bảo thông tin giữa nút Sensor và mạng bằng kết nối không
dây, có thể là vô tuyến, hồng ngoại hoặc bằng tín hiệu quang. Một thành phần quan
trọng của nút Sensor là bộ nguồn. Bộ nguồn, có thể là pin hoặc acquy, cung cấp năng
lượng cho nút Sensor và không thay thế được nên nguồn năng lượng của nút thường là
giới hạn. Bộ nguồn có thể được hỗ trợ bởi các thiết bị sinh năng lượng, ví dụ như các
tấm pin mặt trời nhỏ.
Hầu hết các công nghệ định tuyến trong mạng Sensor và các nhiệm vụ cảm biến yêu
cầu phải có sự nhận biết về vị trí với độ chính xác cao. Do đó, các nút Sensor thường
phải có hệ thống tìm vị trí. Các thiết bị di động đôi khi cũng cần thiết để di chuyển các
nút Sensor theo yêu cầu để đảm bảo các nhiệm vụ được phân công.
Hình 1.2: Các thành phần của nút Sensor
Để minh hoạ rõ hơn về mạng Sensor không dây trong thực tế, phần tiếp sau đây sẽ
giới thiệu một hệ thống mạng Sensor điển hình. Đó là hệ thống WISENET.
Bộ nguồn Bộ sinh năng
lượng
Sensor
Thiết bị xử
lý
Bộ thu phát
Hệ thống tìm vị trí Thiết bị di động
ADC
Thiết bị nhớ
Bộ cảm Bộ xử lý
Đồ án tốt nghiệp đại học Chương I. Tổng quan về mạng Wireless
Sensor
1.3.2. Hệ thống WISENET
a) Giới thiệu hệ thống WISENET
WISENET (Wireless Sensor NETwork) là hệ thống thu nhận dữ liệu về môi trường
như ánh sáng, nhiệt độ và độ ẩm từ một mạng gồm các thiết bị cảm biến không dây
công suất thấp được gọi là các “hạt cảm biến” (Sensor motes). Dữ liệu này được
chuyển tới một máy chủ và được lưu trong một cơ sở dữ liệu. Một chương trình Web
sẽ nhận dữ liệu phân tích và hiển thị trên trình duyệt Web.
Mỗi hạt Sensor được tích hợp bởi một vi điều khiển, một bộ thu phát vô tuyến, các
phần tử cảm biến môi trường và nguồn nuôi. Một hệ điều hành thời gian thực được gọi
là TinyOS (Tiny Operation System) được sử dụng để tối thiểu công suất tiêu thụ mà
vẫn cung cấp khả năng điều chế công suất cao và cho phép các hoạt động tập trung
đồng thời.
b) Sơ đồ hệ thống WISENET
Hệ thống WISENET gồm hai hệ thống con chính là phân tích số liệu (Data Analysis
Subsystem) và thu nhận số liệu (Data Acquisition Subsystem), ba thành phần chính là
trạm chủ (Server), trạm người dùng (Client) và mạng các hạt Sensor (Sensor mote
network).
Hình 1.3; Sơ đồ hệ thống WISENET
Các hệ