Bài Giảng Mạng Cảm Biến Không Dây

1
C LC
MC LC 1
Chng 1. TNG QUAN V MNG CM BIN KHÔNG DÂY 4
1.1. Khái nim v mng cm bin không dây 4
1.2. Nhng thách thc i vi mng cm bin không dây 5
1.2.1. Nhng thách thc  cp  nút 5
1.2.2. Nhng thách thc  cp  mng 6
1.2.3. S chun hóa 8
1.2.4. Kh nng cng tác 9
1.3. Kin trúc ngn xp giao thc ca mng cm bin không dây 10
1.3.1. Lp vt lý 11
1.3.2. Lp liên kt d liu 11
1.3.3. Lp mng 12
1.3.4. Lp giao vn 13
1.3.5. Lp ng dng 14
1.4. Chun truyn thông IEEE 802.15.4 cho mng cm bin không dây 15
1.4.1. Mô hình truyn thông trong mng cm bin không dây 15
1.4.2. Chun truyn thông vt lý cho mng cm bin không dây 18
Chng 2. PHN CNG CHO MNG CM BIN KHÔNG DÂY 25
2.1. Cu trúc phn cng ca nút cm bin không dây 25
2.1.1. Thit b truyn thông 26
2.1.2. B vi u khin 27
2.1.3. Cm bin 28
2.1.4. Ngun cung cp 28
2.2. Kho sát mt s nn tng phn cng ph bin cho mng cm bin không dây
29
2.3. Gii pháp thit k phn cng TUmote cho mng cm bin không dây 31
2.3.1. B vi u khin MSP430 31
2.3.2. B thu phát vô tuyn CC2420 32
2.3.3. Cm bin nhit , m 32

2.3.4. B nh ngoài 32
2
2.3.5. Kt ni m rng 32
2.3.6. Giao tip USB 32
2.3.7. Ngun cung cp 32
2.4. Công c phn mm u khin và thu thp d liu TU2C 33
2.5. Mt s hình nh v phn cng TUmote và chng trình phn mm TU2C 33
Chng 3. HU HÀNH CHO MNG CM BIN KHÔNG DÂY 36
3.1. Gii thiu v phn mm ca nút cm bin không dây 36
3.2. Hu hành cho mng cm bin không dây 36
3.3. Nhng thách thc nh hng n vic thit k hu hành cho mng cm
bin không dây 37
3.4. Kho sát mt s hu hành cho mng cm bin không dây 38
3.4.1. Hu hành TinyOS 38
3.4.2. Hu hành LiteOS 39
3.4.3. Hu hành Contiki 40
3.5. Hu hành Contiki cho mng cm bin không dây 41
3.5.1. Gii thiu 41
3.5.2. Cu trúc hu hành Contiki 42
3.5.3. Ngn xp truyn thông trong hu hành Contiki 43
3.5.4. Mô hình lp trình trong hu hành Contiki 46
3.5.5. Các bnh thi trong hu hành Contiki 49
3.5.6. Mt s hng dn c bn vi hu hành Contiki 49
Chng 4. GIAO THC LP MAC TRONG MNG CM BIN KHÔNG DÂY55
3.1. C ch qun lý nng lng lp MAC 55
3.2. C ch qun lý công sut vô tuyn 56
3.2.1. Chu k công sut không ng b 58
3.2.2. Chu k công sut ng b 62
Chng 5. NH TUYN TRONG MNG CM BIN KHÔNG DÂY 64
5.1. Tng quan v vn nh tuyn trong mng cm bin không dây 64

5.2. Nhng thách thc ca vn nh tuyn trong mng cm bin không dây 65
5.3. Kho sát mt s giao thc nh tuyn trong mng cm bin không dây 67
5.3.1. Các giao thc nh tuyn trung tâm d liu 67
5.3.2. Các giao thc nh tuyn da trên s phân cm 68
3
5.3.3. Các giao thc nh tuyn da trên v trí 69
5.3.4. Giao thc cây thu thp d liu CTP 69
5.4. Giao thc cây thu thp d liu CTP 70
5.4.1. Gii thiu giao thc CTP 70
5.4.2. Thc thi giao thc CTP trên hu hành Contiki 72
Chng 6. MNG CM BIN KHÔNG DÂY TRÊN NN KIN TRÚC IP 79
6.1. Gii thiu v kin trúc IP 79
6.2. u im ca mng cm bin không dây trên nn kin trúc IP 80
6.2.1. Kh nng cng tác 80
6.2.2. Mt kin trúc phát trin và linh hot 82
6.2.3. Tính n nh và s ph bin ca kin trúc 83
6.2.4. Kh nng m rng 83
6.2.5. Cu hình và qun lý mng 83
6.2.6. Kích thc nh gn 84
6.3. S chun hóa kin trúc IP cho mng cm bin không dây bi IETF 85
6.3.1. Nhóm làm vic 6LoWPAN 86
6.3.2. Nhóm làm vic RoLL 87
6.4. Mô hình kt ni mng cm bin không dây trên nn kin trúc IP 88
6.4.1. Mô hình mng cm bin không dây t tr 88
6.4.2. Mô hình mng cm bin không dây kt ni vi Internet 89
6.5. Các giao thc lp truyn ti 90
6.5.1. Giao thc UDP cho mng cm bin không dây 90
6.5.2. Giao thc TCP cho mng cm bin không dây 92
6.6. IPv6 cho mng cm bin không dây 98
6.6.1. Gii thiu v IPv6 98

6.6.2. Tiêu  IPv6 cnh 99
6.6.3. Kin trúc a ch IPv6 100
6.7. Lp thích ng 6LoWPAN 102
6.7.1. Phân mnh gói tin 105
6.7.2. Nén tiêu  6LoWPAN 106
TÀI LIU THAM KHO 111
4
Chng 1. TNG QUAN V MNG CM BIN KHÔNG DÂY
1.1. Khái nim v mng cm bin không dây
Mng cm bin không dây (Wireless Sensor Network) là mt kt cu h tng
bao gm các thành phn cm nhn (o lng), tính toán và truyn thông nhm cung
cp cho ngi qun tr kh nng o c, quan sát và tác ng li vi các s kin, hin
ng trong mt môi trng xác nh. Các ng dng n hình ca mng cm bin
không dây bao gm thu thp d liu, theo dõi, giám sát và y hc…
Mt mng cm bin không dây bao gm nhiu nút mng. Các nút mng
thng là các thit bn gin, nh gn, giá thành thp, có s lng ln, thng
c phân b trên mt din tích rng, s dng ngun nng lng hn ch (thng
dùng pin), có thi gian hot ng lâu dài (t vài tháng n vài nm) và có th hot
ng trong môi trng khc nghit (nh trong môi trng c hi, ô nhim, nhit 
cao,…).
Các nút cm bin thng nm ri rác trong trng cm bin nhc minh
ha  hình 1.1. Mi nút cm bin có kh nng thu thp và nh tuyn d liu n mt
Sink/Gateway và ngi dùng cui. Các nút giao tip vi nhau qua mng vô tuyn ad-
hoc và truyn d liu v Sink bng k thut truyn a chng. Sink có th truyn
thông vi ngi dùng cui/ngi qun lý thông qua Internet hoc v tinh hay bt k
mng không dây nào (nh WiFi, mng di ng, WiMAX…) hoc không cn n các
mng này mà ó Sink có th kt ni trc tip vi ngi dùng cui. Lu ý rng, có
th có nhiu Sink/Gateway và nhiu ngi dùng cui trong kin trúc th hin  hình
1.1.
Hình 1.1: Mng cm bin không dây vi các nút cm bin

phân b ri rác trong trng cm bin.
5
Trong các mng cm bin không dây, các nút cm bin có c hai chc nng
ó là va khi to d liu và va là bnh tuyn d liu. Do vy, vic truyn thông
có thc thc hin bi hai chc nng ó là:
§ Chc nng ngun d liu: Các nút thu thp thông tin v các s kin và thc
hin truyn thông  gi d liu ca chúng n Sink.
§ Chc nng bnh tuyn: Các nút cm bin cng tham gia vào vic chuyn
tip các gói tin nhn c t các nút khác ti các m n k tip trong tuyn
ng a chng n Sink.
1.2. Nhng thách thc i vi mng cm bin không dây
1.2.1. Nhng thách thc  cp  nút
Trong mng cm bin không dây, nhng thách thc chính  cp  nút cn
phi gii quyt là công sut tiêu th, kích thc vt lý và giá thành. Công sut tiêu
th là mt yu t quan trng i vi các nút mng cm bin không dây bi vì chúng
thng s dng ngun nng lng là pin hoc mt ngun ng lng thp bên ngoài.
Kích thc vt lý cng rt quan trng bi vì các yu t kích thc và hình thc quyt
nh n các ng dng tim nng cho mng cm bin không dây, các nút mng cm
bin không dây phi có kích thc nh gn. Giá thành cng quan trng i vi các
nút mng cm bin không dây bi vì mng cm bin không dây thng c trin
khai vi quy mô ln. Vi vic trin khai hàng ngàn các nút mng cm bin thì vic
tit kim giá thành mt vài ôla cho mi nút s cho phép tit kim c mt khon
tin áng k.
Hn ch nghiêm trng trong vn  tiêu th ng lng có nh hng n
vic thit k phn cng, phn mm, giao thc mng và thm chí c kin trúc mng.
i vi các nhà thit k phn cng, bt buc phi la chn các linh kin phn cng
có công sut thp và b trí  gim thiu ti a dòng rò cng nh h tr ch ng
hiu qu v mt nng lng. Phn mm chy trên các nút cm bin không dây cn
phi tt các thành phn phn cng không s dng và t các thành phn phn cng 
ch ng càng nhiu càng tt. Nh s h tr ca các nhà phát trin phn mm, các

nút mng cm bin có th chy hu hành và nó cung cp các c ch hot ng
công sut thp giúp tit kim nng lng.
Vn  hiu qu ng lng nh hng áng k n kin trúc mng cng nh
vic thit k các giao thc mng. Bi vì quá trình truyn thông tiêu tn nhiu ng
ng nên iu quan trng là xác nh hng các kiu truyn thông  chúng s dng
hiu qu tài nguyên sn có.  giúp các giao thc mng làm c iu này, phn
cng và phn mm cn bit c thông tin v s tiêu hao ng lng và cung cp
thông tin này n tng mng. Ngoài ra,  tit kim nng lng, ngi thit k h
6
thng cn phi t các thit b phn cng  ch ng càng nhiu càng tt. Tuy
nhiên, ch ng cng nh hng n tr truyn thông ca h thng.
Kích thc vt lý và giá thành có nh hng ln i vi c nhà thit k phn
cng ln phn mm. i vi các nhà thit k phn cng thì nh hng ây là các
phn cng cn phi có kích thc nh gn, s lng các linh kin cn phi ít, mi
linh kin cn phi có kích thc nh và r tin. Nhng nh hng i vi các nhà
thit k phn mm là ít rõ rt n. Vi chi phí thp, kích thc vt lý nh, công sut
tiêu th thp thì các b vi x lý mà trên ó các phn mm hot ng tr nên nh gn
n, tc  tính toán và kích thc b nh ca các b vi x lý cng b gim bt. Các
nhà thit k phn mm cho mt h thng mng cm bin không dây thng ch có
vài ngàn Byte b nh  làm vic so vi hàng triu hoc hàng t Byte b nh trong
các h thng máy tính thông dng. Do ó, phn mm cho các nút mng cm bin
không dây không ch cn hiu qu nng lng mà còn phi có kh nng chy trong
mt môi trng hn ch nghiêm ngt v tài nguyên.
1.2.2. Nhng thách thc  cp  mng
Nhng thách thc  cp  nút ca mng cm bin không dây cn gii quyt
là s hn ch v ngun tài nguyên sn có, trong khi nhng thách thc  cp  mng
cn gii quyt li là vn  quy mô ln ca mng cm bin không dây.
Mng cm bin không dây có tim nng rt ln c v quy mô, s lng các
nút tham gia vào h thng và các d liu c to ra bi mi nút. Trong nhiu trng
hp, các nút cm bin không dây thu thp mt lng ln d liu t nhiu m thu

thp riêng bit. Nhiu mng cm bin không dây bao gm hàng ngàn các nút cm
bin.
Kích thc mng nh hng n vic thit k giao thc nh tuyn trong
mng cm bin không dây. nh tuyn là quá trình mng xác nh nhng tuyn
ng tt nht truyn bn tin qua mng. nh tuyn có thc thc hin hoc là
tp trung hoc là phân tán. Vi nh tuyn tp trung thì mt máy ch tính toán bn 
nh tuyn cho toàn b mng, còn vi nh tuyn phân tán thì mi nút thc hin t
quyt nh la chn tuyn ng  gi mi bn tin.
Thit k các giao thc nh tuyn là rt quan trng bi vì nó nh hng n c
hiu nng mng xét v lng d liu mà mng có th duy trì cng nh tc  d liu
 có th vn chuyn d liu thành công qua mng và hn ht là khong thi gian
tn ti ca mng c m bo. Trong mng cm bin không dây, vic truyn thông
tin òi hi nng lng. Các nút thc hin truyn thông tin nhiu s mt nng lng
nhanh hn so vi các nút khác thng  ch ng. Vì vy, giao thc nh tuyn
phi la chn y  thông tin khi lp k hoch vn chuyn bn tin qua mng.
7
i vi mt nút khi thc hin la chn thông tin nh tuyn thì nó yêu cu các
thông tin c v mng cng nh toàn b các nút lân cn gn nht. Thông tin này òi
hi cn phi có b nh. Tuy nhiên, mi nút có mt s lng b nh hn ch. Vì vy,
giao thc nh tuyn phi la chn mt cách k lng  gi li nhng thông tin v
mng, v các nút lân cn cn thit và b qua nhng thông tin không cn thit khác.
Các mng cm bin không dây thng hot ng trên kênh truyn không áng
tin cy, u này làm cho vn nh tuyn càng gp nhiu khó khn. Trong kênh
truyn thông vô tuyn công sut thp thì không chc chn rng nu mt bn tin ã
c gi i bi mt nút thì bn tin ó s nhn c bi mt nút ích c d kin
trc trong mng. Bn tin này có th b gián n hoc có th b chn hoàn toàn bi
mt vt ln bng kim loi va c t gia phía gi và phía nhn. Ngay c khi bn
tin không b chn hoàn toàn thì các bit ca nó có th b thay i trên ng truyn.
Tính cht không áng tin cy ca mng cm bin không dây c gi là "tn
hao". Tn hao nên c coi nh là mt c tính vn có trong mng cm bin không

dây. Vn  tn hao trong mng cm bin không dây là mt thách thc i vi các
giao thc nh tuyn. Các giao thc nh tuyn phi tính toán vn  tn hao khi
quyt nh tuynng  truyn các bn tin và có th bn tin cn phi c gi li.
Các bn tin sc nh tuyn sao cho các nguy c mt mát bn tin là thp nht.
Nhng nu mt bn tin c truyn qua mt tuyn ng xy ra vic mt d liu thì
bn tin cn c gi li mt vài ln trong trng hp bn tin không th gi c qua
mng trong ln thu tiên.
Tn hao là mt thuc tính khó xác nh, c bit là trong các mng không
dây. Tn hao bnh hng bi các yu t môi trng nh nhit  và m ca
không khí cng nh môi trng vt lý xung quanh ca các mng cm bin không
dây. Ví d, nu mt lò vi sóng c bt lên, các trng n t mà nó to ra có th
can thip vào bng tn truyn không dây 2.4GHz. Tng t nh vy, mt mng máy
tính WiFi có thnh hng ti mt mng cm bin không dây, do ó các mng cm
bin không dây thng b mt d liu nhiu hn vào ban ngày, khi mà mi ngi
ang s dng mng WiFi hn là vào ban êm. Các giao thc nh tuyn cho mng
cm bin không dây cn phi c chun b trc cho nhng vn  này.
Tính cht quy mô ln ca các mng cm bin không dây làm phc tp thêm
vic nh a ch các nút. Trong mt mng quy mô ln, mi nút phi có a ch riêng
 các bn tin có thc gi ti nó. Các a ch cn có  dài  ln sao cho mi
nút trong các mng quy mô ln phi có mt a ch riêng bit. Và ngay c khi mng
có quy mô nh thì nó có th tng tác vi các nút mng khác bên ngoài. Trong
trng hp này, a ch ca các nút trong hai mng phi là duy nht.
8
Vì s lng các mng cm bin không dây có th tng tác vi các mng
khác bên ngoài ngày tng, nên chúng ta cn phi chun b cho quy mô phát trin theo
cp s nhân. Do ó, c chnh a ch cho các mng cm bin không dây phi xác
nh duy nht vài triu, thm chí vài t các nút mng riêng bit.
Vic qun lý mng i vi mng cm bin không dây quy mô ln là mt
thách thc vô cùng khó khn. Vi mng cm bin không dây có th bao gm hàng
ngàn nút thì vic thc hin qun lý mng theo cách truyn thng không th áp dng

ngay c. Qun lý theo cách truyn thng òi hi su chnh c s h tng mng
th công bi mt qun tr viên h thng. Vi các mng cm bin không dây  dng
Ad-hoc, mng phi c chun b t qun lý chính nó mà không có bt k su
hành mng nào ca con ngi. Ngoài ra, trong mng máy tính truyn thng, mi máy
tính kt ni mng có th yêu cu cu hình th công hoc bán th công. Ví d nh
ngi dùng  các máy tính có th cn phi nhp mt khu  truy cp mng. i vi
mng cm bin không dây thì iuó là không kh thi khi cho mt ngi nhp mt
khu vào tng nút mng cm bin ti các thi m khi cn truy cp mng.
Mt mng cm bin không dây cng phi cung cp các c ch truy cp t bên
ngoài. Có nhng trng hp mà mt mng cm bin không dây c s dng cô lp,
nhng thông thng các d liu to ra bi các mng cm bin không dây cn phi
c ly ra  x lý hoc c lu tr mt ni khác. Ngoài ra, các mng cm bin
không dây cn phi c cu hình li hoc thay i trong quá trình hot ng. Trong
c hai trng hp, các mng cm bin không dây phi cho phép truy cp c t bên
ngoài.
1.2.3. S chun hóa
Tiêu chun là mt yu t then cht i vi s thành công ca các mng cm
bin không dây. Mng cm bin không dây c bit n không ch bi s lng ln
các nút và các ng dng tim nng mà còn c bit n vi vic có nhiu tiêu
chun, nhiu nhà sn xut và nhiu công ty khác nhau cùng quan tâm óng góp v
mt công ngh. Các công ngh sn xut khác nhau có nhng tiêu chun khác nhau.
Mt nhà sn xut thit b cm bin chuyên v cm bin m chính xác cao có th
không quan tâm n các h thng công ngh thông tin. Tuy nhiên, c hai phi làm
vic cùng nhau trong h thng tòa nhà tng, ó các cm bin m to ra u
vào cho vic kim soát môi trng trong toà nhà. H thng kim soát môi trng
c u khin bi mt h thng công ngh thông tin tiên tin, chúng tip nhn u
vào t các cm bin m.
Nu không có s chun hóa thì các nhà sn xut thit b và các nhà tích hp
h thng cn phi xây dng toàn b h thng i vi mi h thng mi c cài t.
Ngoài ra, nhà sn xut và nhà tích hp s s dng mt công nghc quyn t mt

9
nhà cung cp riêng l. Công nghc quyn này có th cung cp các li ích trong
thi gian ngn, nng nó làm cho nhà sn xut và nhà tích hp u gp khó khn
trong vic phát trin h thng ca h vt ra ngoài công nghc quyn bi các nhà
cung cp. Ngoài ra, khi công ngh này là c quyn thì các nhà cung cp công ngh
su khin ng lai ca công ngh mà không phi là các nhà sn xut và các nhà
tích hp.
Vi vic chun hóa công ngh thì công ngh là c lp vi nhà cung cp, nhà
sn xut và ngi dùng. Bt k nhà cung cp nào u có th la chn  cung cp
các h thng da trên công ngh. Các nhà sn xut thit b, các nhà tích hp h thng
có th la chn  xây dng h thng ca h da trên công ngh t bt k nhà cung
cp nào.
Tiêu chun hóa công ngh có mt u im ln ó là vic chp nhn các u
khon. Khi công nghc chun hóa thì các nhà cung cp, nhà sn xut và các nhà
tích hp h thng có th d dàng chn các công ngh mà không có ri ro t các nhà
cung cp chính na.
Vn  chun hóa công ngh mng cm bin không dây là mt thách thc
không ch v mt công ngh mà còn trong iu khon ca các t chc. Các mng
cm bin không dây bao gm nhiu cp  khác nhau ca công ngh, t công ngh
truyn thông công sut thp n k thut mng, nh tuyn, truy cp mc ng dng
và tích hp h thng công ngh thông tin. Mi cp  có nhng thách thc k thut
riêng nhng quan trng hn ó là vic chun hóa trong mi cp c qun lý bi các
nhóm khác nhau.
1.2.4. Kh nng cng tác
Kh nng cng tác là kh nng các thit b và h thng ca các nhà cung cp
khác nhau có th hot ng cùng nhau. Kh nng cng tác là iu cn thit gia các
nhà sn xut khác nhau và gia mng cm bin không dây vi các c s h tng
mng hin có.
Khi c chun hóa, mng cm bin không dây phi có kh nng cng tác 
nhiu mt. Các nút cm bin phi tng thích vi nhau t lp vt lý cho n lp ng

dng hoc lp tích hp. Kh nng cng tác  lp vt lý xy ra khi các thit b t các
hãng khác nhau giao tip vt lý c vi nhau.  cp  vt lý, các nút cm bin
không dây phi thng nht trên các vn  nh là tn s vô tuyn  thc hin truyn
thông, kiu u ch tín hiu và tc  d liu c truyn.  cp  mng, các nút
phi thng nht vnh dng thông tin c gi và nhn trên các kênh vt lý cng
nh các nút mng c ánh a ch nh th nào, các bn tin sc vn chuyn qua
mng bng cách nào.  lp ng dng hoc lp tích hp, các nút cm bin phi chia
10
s cách thc  d liu c gi vào hoc ly ra t mng, cng nh làm th nào 
nút cm bin có thc truy cp ti t các h thng bên ngoài.
1.3. Kin trúc ngn xp giao thc ca mng cm bin không dây
Kin trúc ngn xp giao thc c s dng bi Sink và các nút cm bin c
minh ha  hình 1.2. Kin trúc ngn xp giao thc này là s kt hp gia vn 
ng lng và vn nh tuyn có quan tâm n nng lng, các giao thc tng
hp d liu và truyn thông hiu qu nng lng qua môi trng không dây. Kin
trúc ngn xp giao thc bao gm lp vt lý, lp liên kt d liu, lp mng, lp giao
vn và lp ng dng, cng nh các mt phng ng b, mt phng nh v, mt
phng qun lý cu trúc liên kt mng, mt phng qun lý công sut, mt phng qun
lý di ng và mt phng qun lý nhim v. Lp vt lý xác nh các yêu cu cn thit
ó là các k thut u ch, truyn dn, tip nhn d liu. Bi vì môi trng có nhiu
và các nút cm bin có th di ng, nên lp liên kt có trách nhim m bo vic
truyn thông tin cy nh các k thut u khin li và qun lý truy nhp kênh thông
tin thông qua lp MAC  hn ch ti a xung t vi các bn tin qung bá ca nút
lân cn. Tùy thuc vào các nhim v cm bin thì các chng trình ng dng khác
nhau có thc xây dng và c s dng trên lp ng dng. Lp mng quan tâm
n vic nh tuyn d liu t lp giao vn. Lp giao vn giúp duy trì dòng d liu
nu ng dng mng cm bin yêu cu. Thêm vào ó là các mt phng qun lý nng
ng, di ng và qun lý nhim v giám sát nng lng tiêu th, s di chuyn và
s phân phi nhim v gia các nút cm bin. Nhng mt phng này giúp các nút
cm bin phi hp vi nhau trong vic cm nhn môi trng và gim tng nng

ng tiêu th.
Hình 1.2: Kin trúc ngn xp giao thc mng cm bin không dây.
Mt phng qun lý nng lng qun lý vic s dng nng lng ca mt nút
cm bin. Ví d, nút cm bin có th tt b thu ca nó sau khi nhn c mt bn tin
11
t mt nút lân cn. u này nhm tránh vic nhn c các bn tin trùng lp. Ngoài
ra, khi mc nng lng ca mt nút cm bin xung thp thì nút cm bin s thông
báo qung bá n các nút lân cn  các nút lân cn bit rng nng lng ca nó
ang  mc thp và nó không th tham gia vào vic nh tuyn các bn tin. Nng
ng còn li ch dành riêng cho vic cm nhn và truyn d liu ca riêng nút ó.
Mt phng qun lý di ng phát hin và ng ký s di chuyn ca các nút cm bin,
do ó mt tuyn ng n ngi dùng cui luôn luôn c duy trì và các nút cm
bin có th theo dõi các nút lân cn ca chúng. Bng vic nhn bit các nút lân cn
thì các nút cm bin có th cân bng gia vic s dng nng lng và nhim v ca
chúng. Mt phng qun lý nhim v cân bng và lp lch các nhim v cm nhn cho
mt khu vc c th. Không phi tt c các nút cm bin trong khu vc ó c yêu
cu thc hin nhim v cm nhn  cùng mt thi m. Kt qu là, mt s nút cm
bin thc hin nhiu nhim v hn các nút khác, tùy thuc vào mc nng lng ca
chúng. Nhng mt phng qun lý này là cn thit  các nút cm bin có th làm vic
cùng nhau sao cho chúng t c hiu qu cao nht v nng lng, vnh tuyn
d liu trong mng cm bin và chia s tài nguyên gia các nút cm bin. Nu không
có các mt phng qun lý này thì mi nút cm bin ch có th làm vic riêng l. T
góc  toàn mng thì s hiu qu hn nu các nút cm bin có th cng tác vi nhau,
nhó thi gian tn ti ca mng có thc kéo dài.
1.3.1. Lp vt lý
Lp vt lý có trách nhim la chn tn s, to tn s sóng mng, phát hin tín
hiu và iu ch d liu.
1.3.2. Lp liên kt d liu
Lp liên kt d liu chu trách nhim ghép các dòng d liu, phát hin khung
d liu, u khin li và iu khin truy nhp kênh truyn. Nó m bo s tin cy

ca các kt ni m -im và im - a im trong mng.
1.3.2.1. iu khin truy nhp kênh truyn
Giao thc MAC (Medium Access Control) trong mng cm bin a chng và
t t chc cn phi t c hai mc tiêu. Mc tiêu th nht là to c s h tng
mng. Bi vì hàng trm nút cm bin có th nm ri rác vi mt  cao trong mt
trng cm bin, nên c ch MAC cn phi thit lp các liên kt truyn thông 
truyn d liu. u này to thành c s h tng mng cn thit cho vic truyn
thông không dây a chng và cung cp kh nng t t chc. Mc tiêu th hai là chia
s hiu qu các tài nguyên truyn thông gia các nút cm bin. Nhng tài nguyên
này bao gm thi gian, nng lng và tn s. Trong sut mt thp k qua, mt s
12
giao thc MAC ã c phát trin cho các mng cm bin không dây  gii quyt
nhng yêu cu này.
Vi bt k mt c ch truy nhp kênh truyn nào thì vn  hiu qu nng
ng là vô cùng quan trng. Mt giao thc MAC chc chn phi h tr các ch
hot ng tit kim nng lng cho nút cm bin. Vic bo tn nng lng rõ ràng
nht là tt b thu phát khi không cn thit. Mc dù phng pháp tit kim nng
ng này dng nh có li áng k cho vic tit kim nng lng nhng nó có th
cn tr vic kt ni mng. Sau khi b thu phát tt thì nút cm bin không th nhn
c bt k gói tin nào t các nút lân cn, bi vì nó b ngt kt ni mng. Ngoài ra,
vic bt và tt b thu phát vô tuyn u có mt chi phí v nng lng tiêu th do các
th tc khi ng và tt b thu phát vô tuyn u yêu cu c v phn cng và phn
mm. Có mt s ch hot ng hu ích khác cho nút cm bin không dây tùy
thuc vào s lng các trng thái ca b vi x lý, b nh, b chuyn i A/D và b
thu phát. Mi ch này c c trng bi nng lng tiêu th, thi gian tr
chuyn i gia các ch nng lng ó.
1.3.2.2. iu khin li
Mt chc nng quan trng ca lp liên kt d liu là iu khin li (Error
Control - EC). Hai ch quan trng ca phng thc u khin li trong các mng
truyn thông là sa li trc (Forward Error Control - FEC), yêu cu lp li tng

(Automatic Repeat Request - ARQ). Li ích ca ARQ trong các ng dng mng cm
bin b hn ch do vic tn hao nng lng khi truyn li và vic gii mã cng phc
tp hn  FEC, cng nh các kh nng sa li cn phi c xây dng. Do ó, các
mã iu khin li n gin vi vic mã hóa và gii mã ít phc tp có th là các gii
pháp hin ti tt nht cho các mng cm bin.  thit k mt c ch nh vy thì
iu quan trng là phi hiu rõ v các c tính kênh truyn.
1.3.3. Lp mng
Các nút cm bin nm ri rác vi mt  cao trong mt trng cm bin, có
th gn hoc ngay trong hin tng nhc ch ra trong hình 1.1. Thông tin thu
thp c liên quan n hin trng c truyn n Sink có thc t xa so vi
trng cm bin. Tuy nhiên, phm vi truyn thông ca các nút cm bin b hn ch
ã không cho phép vic truyn thông trc tip gia mi nút cm bin vi Sink. u
này òi hi các giao thc nh tuyn không dây a chng gia các nút cm bin và
Sink bng vic s dng các nút cm bin trung gian  thc hin chuyn tip. Các k
thut nh tuyn hin có ã c phát trin cho các mng Ad-hoc không dây thng
không phù hp vi các yêu cu ca mng cm bin. Lp mng ca các mng cm
bin thng c thit k theo quy tc sau ây:
13
§ Vn  hiu qu nng lng luôn là vn c quan tâm nht.
§ Các mng cm bin ch yu là tp trung d liu.
§ Ngoài vic nh tuyn, các nút chuyn tip có th tng hp các d liu t các
nút lân cn thông qua vic x lý cc b.
§ Do s lng ln các nút trong mt mng cm bin không dây nên có th các
nút không có nhn dng duy nht và chúng có th cn phi c ánh a ch
da trên d liu và v trí ca chúng.
Mt vn  quan trng i vi vic nh tuyn trong các mng cm bin
không dây là vic nh tuyn có th da trên các truy vn tp trung d liu. Da trên
các thông tin c yêu cu bi ngi dùng, các giao thc nh tuyn s xác nh các
nút khác nhau trong mng  cung cp thông tin yêu cu. C th là ngi dùng quan
tâm nhiu hn n truy vn mt thuc tính ca hin trng ch không phi là truy

vn mt nút riêng l. Ví d "các khu vc có nhit  trên 21
o
C" là mt truy vn ph
bin hn so vi "nhit c bi nút s #47".
Mt chc nng quan trng khác ca lp mng là cung cp kt ni liên mng
vi các mng bên ngoài chng hn nh các mng cm bin khác, các h thng ch
huy, iu khin và mng Internet. Các nút Sink có thc s dng nh mt
Gateway kt ni vi các mng khác, trong khi  mt trng hp khác chúng to ra
mt ng trc kt ni các nút Sink vi nhau và kt ni ng trc vi các mng
khác thông qua mt Gateway.
1.3.4. Lp giao vn
S phát trin ca các giao thc lp giao vn là mt nhim vy thách thc
bi vì các nút cm bin bnh hng bi nhng hn ch v phn cng nh là nng
ng và b nh hn ch. Do ó, mi nút cm bin không th lu tr mt lng ln
d liu nh mt máy ch trên mng Internet.
 thc hin vic truyn thông trong mng cm bin không dây thì các giao
thc lp giao vn yêu cu hai chc nng chính ó là: m bo  tin cy và iu
khin tc nghn. Do tài nguyên hn ch và chi phí cao v nng lng ã nh hng
n  tin cy ca các c ch truyn thông m cui n m cui c s dng
trong các mng cm bin không dây. Do vy cn thit phi có các c cháng tin
cy. Ngoài ra, tc nghn có th xut hin bi lu lng ln d liu c to ra trong
sut quá trình xy ra các s kin trong trng cm bin. Tc nghn cn c gim
thiu bi các giao thc lp giao vn.
14
1.3.5. Lp ng dng
Lp ng dng bao gm các ng dng chính cng nh mt s chc nng qun
lý. Ngoài các chng trình ng dng c th cho mi ng dng thì các chc nng
qun lý và x lý truy vn cng nm  lp này.
Ngoài các chc nng truyn thông trong ngn xp phân lp thì các mng cm
bin không dây cng c trang b các chc nng  h tr hot ng cho các gii

pháp khácc  xut. Trong mt mng cm bin không dây, mi thit b cm bin
c trang b mt ng h cc b. Mi s kin có liên quan n s hot ng ca
thit b cm bin bao gm cm nhn, x lý và truyn thông c kt hp vi thông
tin nh thi c u khin thông qua các ng h cc b. Vì ngi dùng quan tâm
n thông tin phi hp t nhiu cm bin, nên thông tin nh thi có liên quan n
d liu  mi thit b cm bin cn phi c thng nht. Ngoài ra, mng cm bin
không dây có th sp xp th t chính xác các s kin c cm nhn bi các cm
bin phân tán tó mô hình hóa chính xác môi trng vt lý. Nhng yêu cu ng
b này ã dn n s phát trin các giao thc ng b thi gian trong các mng cm
bin không dây.
S tng tác cht ch vi các hin tng vt lý òi hi phi có các thông tin
v trí có liên quan. Các mng cm bin không dây kt hp cht ch vi các hin
ng vt lý  môi trng xung quanh. Thông tin thu thp c cn phi c kt
hp vi v trí ca các nút cm bin  cung cp cái nhìn chính xác v trng cm
bin. Ngoài ra, các mng cm bin không dây có thc s dng  theo dõi các
i tng nht nh trong các ng dng giám sát. Các ng dng này òi hi thông tin
v trí a vào các thut toán theo dõi. Ngoài ra, các dch v da trên v trí và các
giao thc truyn thông cng yêu cu thông tin v trí. Do ó, các giao thc nh vã
c a vào ngn xp truyn thông.
Cui cùng, mt s gii pháp qun lý cu trúc liên kt cng cn phi có  duy
trì kt ni và vùng ph sóng ca mng cm bin không dây. Các thut toán qun lý
cu trúc liên kt cung cp các phng thc hiu qu cho vic trin khai mng nhm
kéo dài thi gian tn ti ca mng và ph sóng thông tin mt cách hiu qu. Ngoài
ra, các giao thc u khin cu trúc liên kt giúp xác nh các mc công sut truyn
cng nh thi gian hot ng ca các nút cm bin  ti thiu nng lng tiêu th
trong khi vn m bo kt ni mng. Cui cùng, các giao thc phân nhóm c s
dng  t chc mng thành các cm nhm ci thin kh nng m rng và ci thin
thi gian tn ti ca mng.
Bn cht s ph thuc vào tng ng dng ca các mng cm bin không dây
ã xác nh mt s thuc tính c trng riêng so vi các gii pháp mng truyn

thng. Mc dù nhng nghiên cu và trin khai ban u ca các mng cm bin
15
không dây tp trung ch yu vào vic truyn d liu trong môi trng không dây
nhng mt vài lnh vc ng dng mi ca mng cm bin không dây cng ã xut
hin. Chúng bao gm các mng cm bin và iu khin không dây, trong ó mi nút
cm bin có thêm các thit b truyn ng  chuyn i thông tin cm nhn c
thành các hành ng  tác ng n môi trng và các mng cm bin a phng
tin không dây h tr lu lng a phng tin bao gm các thông tin âm thanh và
hình nh. Ngoài ra, hin trng mng cm bin không dây gn ây ã c áp dng
vào trong các môi trng hn ch nh thit lp mng di nc, trong lòng t và
to ra các mng cm bin không dây di nc và trong lòng t. Nhng lnh vc
nghiên cu mi này t ra nhng thách thc mi b sung mà cha c quan tâm
xem xét bi mt s gii pháp ã c phát trin cho các mng cm bin không dây
truyn thng.
S linh hot, kh nng chu li, cm nhn  trung thc cao, chi phí thp và
mt sc m trin khai nhanh chóng ca các mng cm bin không dây ã to ra
nhiu lnh vc ng dng mi cho vic cm nhn t xa. Trong tng lai, mt lot các
lnh vc ng dng này s làm cho các mng cm bin tr thành mt phn không th
thiu trong cuc sng ca chúng ta. Tuy nhiên, vic thc hin các mng cm bin
này cn phi áp ng c các yu t nh kh nng chng li, kh nng m rng,
chi phí, phn cng, s thay i cu trúc liên kt mng, môi trng và nng lng tiêu
th. Bi vì nhng ràng buc này rt nghiêm ngt và c thù cho các mng cm bin
nên các k thut mng Ad-hoc không dây mi là rt cn thit. Nhiu nhà nghiên cu
hin ang tham gia vào vic phát trin các công ngh cn thit cho các lp khác nhau
ca ngn xp giao thc mng cm bin.
1.4. Chun truyn thông IEEE 802.15.4 cho mng cm bin không dây
1.4.1. Mô hình truyn thông trong mng cm bin không dây
Mô hình truyn thông cho các nút mng cm bin không dây có thc chia
thành ba loi: m - im, m -a im và a im - im. Mi mô hình
truyn thông c s dng trong các trng hp khác nhau. Nhiu ng dng s dng

kt hp các mô hình truyn thông này.
1.4.1.1. Mô hình truyn thông m -im
Mô hình truyn thông m -im xy ra khi mt nút mng cm bin không
dây truyn thông vi mt nút mng cm bin không dây khác. Tuy nhiên, vic truyn
thông có th có liên quan n các nút mng cm bin khác. Trong hình 1.3, hai nút
mng cm bin không dây giao tip vi nhau nhng có hai nút mng cm bin khác
liên quan n quá trình truyn thông, bi vì chúng chuyn tip các gói tin gia các
im u cui ca quá trình truyn thông.
16
Hình 1.3: Mô hình truyn thông m -im trong mng cm bin không dây.
1.4.1.2. Mô hình truyn thông m -a im
Mô hình truyn thông m -a im c minh ha nh  hình 1.4. Mô
hình này c s dng  gi bn tin t mt nút ti mt s nút khác và có th là tt
c các nút khác trong mng. Mô hình truyn thông này có thc s dng  gi
mt lnh thit lp n các nút trong mng.
Hình 1.4: Mô hình truyn thông im -a im trong mng cm bin không dây.
Có nhiu hình thc truyn thông trong mô hình im -a im. Tùy thuc
vào tình hung khác nhau thì yêu cu  tin cy ca bn tin gi i là khác nhau. Nu
yêu cu  tin cy cao thì giao thc truyn thông có th phi truyn li các bn tin
cho n khi tt c các nút nhn ã nhn thành công c gói tin. Nu  tin cy
không yêu cu quá kht khe thì giao thc truyn thông có th không cn phi truyn
li bt k bn tin nào và giao thc truyn thông coi kênh truyn thông  tin cy 
các bn tin có thn c các nút nhn.
Nhiu c ch và giao thc ã c thit k thc hin truyn thông m -
a im trong mng cm bin không dây. Dng n gin ca truyn thông m -
a im là mng tràn lan. iu này c thc hin bng cách tng nút qung bá bn
tin c gi i. Khi mt nút lng nghe c mt bn tin qung bá c phát t mt
nút bên cnh, nút này s qung bá li bn tin ti tt c các nút khác xung quanh nó.
 tránh vic gây nhiu lên nhau, mi nút chi mt khong thi gian ngu nhiên
17

trc khi gi li các bn tin. Hiu qu ca c ch này là bn tin cng n tt c các
nút trong mng, tr các bn tin b mt do nhiu vô tuyn hoc các xung t vô tuyn.
Mc dù mt mng tràn lan có th làm vic tt trong mt s trng hp nhng
nó không phi là c cháng tin cy. Các bn tin b mt do nhiu hoc xung t cn
c truyn li. t c  tin cy trong truyn thông m -a im thì giao
thc truyn thông phi phát hin c các bn tin b mt và phát li chúng.
1.4.1.3. Mô hình truyn thông a m -im
Mô hình truyn thông a m -im thng c s dng  thu thp d
liu t các nút trong trng cm bin. Vi mô hình truyn thông a m -im,
mt vài nút gi d liu n cùng mt nút. Nút này thng c gi là Sink. Hình 1.5
minh ha mô hình truyn thông a m -im.
Hình 1.5: Mô hình truyn thông a m -im trong mng cm bin không dây.
Truyn thông a m -im có thc s dng  thu thp d liu cm
bin chng hn nh nhit  t các nút trong mng nhng nó cng c s dng
truyn thông tin trng thái các nút trong mng. Các nút gi các báo cáo trng thái
nh k ti Sink. Nút Sink sau ó báo cáo toàn b hiu nng ca mng ti ngi
quan sát bên ngoài.
Trong truyn thông a m - im, có th có nhiu hn mt Sink trong
mng. Nu ng dng không xác nh mt nút c th d liu có thc gi ti thì
mng s la chn gi d liu n Sink gn nht so vi nút gi. u này cho phép có
nhiu nút Sink trong mng nhm thu thp d liu t hiu qu cao hn.
 thit lp truyn thông a m -im thì các nút xây dng mt cu trúc
cây vi gc ca nó  nút Sink. Sink thông báo s có mt ca nó bi vic gi lp li
các bn tin qung bá xác nh rng nút gi các bn tin này có bc nhy bng không
tính t nút Sink. Các nút hàng xóm lng nghe kênh truyn và truyn li các bn tin 
thông báo chúng có bc nhy là mt tính t nút Sink. Ln lt, các nút lân cn ca
chúng s qung bá thông tin là chúng có bc nhy là hai tính t nút Sink. Vi
18
phng thc n gin này, mi nút trong mng cui cùng s bit có bao nhiêu bc
nhy chúng phi tri qua c tính t nút Sink và bit c các nút lân cn gn Sink

n. Khi gi mt gói tin, nút gi ch phi gi gói tin n nút lân cn gn Sink hn.
1.4.2. Chun truyn thông vt lý cho mng cm bin không dây
Chun IEEE 802.15.4 là mt chun truyn thông không dây cho các ng dng
công sut thp và tc  d liu thp. Tiêu chun này ã c phát trin cho mng cá
nhân (PAN) bi nhóm làm vic trong Vin k thut n và in t (IEEE). Chun
IEEE 802.15.4 có tc  d liu ti a là 250.000 bit/s và công sut u ra ti a
1mW. Các thit b IEEE 802.15.4 có mt phm vi ph sóng hp trong vài chc mét.
im chính trong các c im k thut ca chun IEEE 802.15.4 là cho phép các b
thu phát chi phí thp và ít phc tp, u này ã làm cho chun IEEE 802.15.4 ph
bin vi mng cm bin không dây. Nhiu công ty sn xut các thit b tuân th theo
chun IEEE 802.15.4.
Bi s có mt khp ni ca chun IEEE 802.15.4 và s sn có ca các b thu
phát vô tuyn tng thích vi IEEE 802.15.4, nên gn ây rt nhiu ngn xp vô
tuyn công sut thp ã c xây dng trên chun IEEE 802.15.4 nh là:
WirelessHART, ISA100a, IPv6 và ZigBee.
Tiêu chun IEEE 802.15.4 xác nh 2 lp:
§ Lp vt lý: Ch rõ các bn tin c gi và c nhn trên các kênh truyn vô
tuyn vt lý nh th nào.
§ Lp u khin truy nhp kênh truyn (MAC): Ch rõ các bn tin n t
các lp vt lý sc x lý nh th nào.
Mc dù chun IEEE 802.15.4 ã xác nh rõ mt vài c ch lp vt lý và
lp MAC nhng không phi tt c mi ch dn u c s dng rng rãi. Ví d
chun WirelessHART s dng các ch dn lp vt lý và nh dng tiêu  gói tin 
lp MAC nhng không phi tt c các quy nh  lp MAC c s dng.
Kích thc ti a gói tin trong chun IEEE 802.15.4 là 127 byte. Các gói tin
có kích thc nh bi vì chun IEEE 802.15.4 c s dng cho các thit b vi tc
 d liu thp. Do lp MAC thêm vào phn tiêu  cho các gói tin nên lng d
liu dành sn cho giao thc lp trên hoc lp ng dng vào khong t 86 n 116
byte. Do vy, các giao thc  lp trên thng thêm vào các c ch phân mnh các
phn d liu ln hn thành nhiu khung theo chun 802.15.4.

Các mng IEEE 802.15.4 c chia thành các mng PAN nh hình 1.6. Mi
mng PAN có mt u phi viên PAN và mt tp các thành viên mng PAN. Các
gói tin c truyn qua mng PAN mang 16 bit nhn dng cho mng PAN  xác
nh mng PAN nào mà gói c gi n. Mt thit b có th tham gia vào mt
19
mng PAN nh là mt u phi viên PAN và cng ng thi tham gia là thành viên
mng PAN trong mt mng PAN khác.
Chun IEEE 802.15.4 xác nh hai loi thit b là: Thit b có chc nng y
 (FFDs) và thit b có chc nng hn ch (RFDs). Các FFDs có nhiu kh nng
n RFDs và có thóng vai trò nh mt u phi viên PAN. RFDs là các thit b
n gin hn c xác nh d dàng hn trong vic ch to vi giá thành r hn.
RFDs ch có th truyn thông vi FFDs. Các FFDs có th truyn thông c vi c
RFDs và FFDs.
Hình 1.6: Mt mng IEEE 802.15.4 vi các nút FFDs th hin nh các chm en và
các nút RFDs th hin bi các chm trng. Hai FFDs là iu phi viên PAN trong hai
mng PAN c biu din bi nhng vòng tròn en. Mng PAN bên phi bao gm
hai FFDs nhng ch mt FFD là iu phi viên PAN.
Mc dù chun IEEE 802.15.4 nh ngha ba loi cu trúc mng c h tr là
hình sao, mng mt li và hình cây nhng hu ht các giao thc hot ng  lp
trên không s dng các cu hình mng ca 802.15.4. Thay vào ó, chúng xây dng
nhng cu trúc liên kt mng ca riêng nó  phía trên lp MAC 802.15.4. Vì lý do
ó, chúng ta không i vào chi tit các cu trúc liên kt mng c nh ngha bi
chun IEEE 802.15.4.
1.4.2.1. nh dng a ch theo chun IEEE 802.15.4
Mi nút trong mng theo chun IEEE 802.15.4 có mt a ch 64 bit nhn
dng thit b duy nht. Do kích thc gói tin b gii hn bi chun IEEE 802.15.4,
nên  dài 64 bit a ch là không kh thi. Do ó, chun IEEE 802.15.4 cho phép các
nút s dng a ch vi  dài 16 bit. Các a ch ngn c gán bi u phi viên
PAN và ch có giá tr trong khuôn kh ca mt PAN. Các nút có th la chn  gi
gói tin bng cách s dng c hai nh dng a ch.

a chc vit di dng h thp lc phân (Hexa) phân cách nhau bng du
hai chm. Mt ví d v dài mt a ch 802.15.4 là 00:12:75:00:11:6 e:cd: fb.
20
Hình 1.7 là mt ví d v hai a ch IEEE 802.15.4 là mt a ch dài và mt a ch
ngn.
Hình 1.7: Hainh dng a ch h tr IEEE 802.15.4
là a ch dài (64 bit) và a ch ngn (16 bit).
Các a ch dài là duy nht trên th gii và mi thit b IEEE 802.15.4 c
gán mt a ch khi c sn xut. Mi nhà sn xut yêu cu 24 bit nhn dng duy
nht OUI ca nhà sn xut (Organizational Unique Identifier) ly t t chc IEEE.
Các OUI c s dng nh là 24 bit a chu tiên ca thit b. Còn li 40 bit c
gán bi nhà sn xut và phi là duy nht cho mi thit b.
Các a ch ngn c gán bi các u phi viên mng PAN. Mt a ch
ngn ch có hiu lc trong phm vi mng PAN ó. Tuy nhiên, mt thit b vi mt
a ch ngn có th truyn thông vi các thit b bên ngoài mng PAN bng cách
mang thêm 16 bit nh danh mng PAN ca nó và mng PAN ca thit bích trong
mi bn tin c gi i. Tiêu chun IEEE 802.15.4 không chnh bt k thut toán
c th nào sc s dng bi mt u phi viên PAN khi gán các a ch ngn
trong phm vi mng PAN.
1.4.2.2. Lp vt lý theo chun IEEE 802.15.4
Lp vt lý xác nh tn s vô tuyn vt lý, k thut u ch và mã hóa tín
hiu. Chun IEEE 802.15.4 hot ng trên 3 bng tn s vô tuyn c cp phép
min phí. Bi nhng quy nh khác nhau v tn s vô tuyn, nên tn sc cp
phép  các nc trên th gii cng khác nhau. Ti Hoa K, chun IEEE 802.15.4 s
dng bng tn 902-982MHz. Ti châu Âu, chun IEEE 802.15.4 s dng bng tn
868-868.8MHz. Các nc còn li th gii, chun IEEE 802.15.4 s dng bng tn
2400-2483.5MHz.
Chun IEEE 802.15.4 nh ngha 26 kênh hot ng khác nhau. Trong mi
ng tn có quy nh mt s kênh nhc ch ra trong hình 1.8. Channel 0 c
quy nh ch châu Âu và nm trên bng tn 868MHz. Các kênh t 1-10 c quy

nh ch Hoa K trên bng tn 902-982MHz. Khong cách gia các kênh là 2MHz.
21
Các kênh t 11-26 c quy nh trên bng tn 2,4 GHz. Khong cách gia các kênh
là 5MHz.
Hình 1.8: Chun IEEE 802.15.4 quy nh 26 kênh vô tuyn vt lý.
Chun IEEE 802.15.4 s dng hai loi u ch vô tuyn tùy thuc vào tn s
kênh. Các kênh t 0-10 s dng khoá dch pha nh phân (BPSK), trong khi ó các
kênh t 11-26 s dng khoá dch pha vuông góc (QPSK). Trên tt c các kênh,
chun IEEE 802.15.4 s dng u ch tri ph chui trc tip (DSSS).
Ging nh k thut u ch, tc  bit là ph thuc vào kênh vô tuyn. Tc
 bit ca kênh là 0 là 20.000 bit/s. i vi các kênh t 1-10, tc  bit là 40.000
bit/s và cho các kênh 11-26 tc  bit là 250.000 bit/s.
Hình 1.9: Các kênh 11-24 IEEE 802.15.4 chng chéo lên các kênh 802.11. Kênh 25
và 26 không c bao bc bi các kênh 802.11. Khi các kênh 1, 6 và 11 ca 802.11
c s dng, hai kênh 15 và 20 ca 802.15.4 không bnh ng bi 802.11.
Các kênh vô tuyn IEEE 802.15.4 trong bng tn 2.4GHz chia s tn s vô
tuyn ca chúng vi chun IEEE 802.11 (WiFi) và có mt s chng ln vi các kênh
802.11. Bi vì chun IEEE 802.11 có mt công sut u ra cao hn nên lu lng
theo chun 802.11 làm nhiu lu lng theo chun 802.15.4. Hình 1.9 cho thy s
chng ln gia chun 802.15.4 và chun 802.11. Tt c kênh theo chun 802.15.4
22
ngoi tr kênh 25 và 26 c bao bc bi các kênh theo chun 802.11. Khi các kênh
1, 6 và 11 ca chun 802.11 c s dng thì có 2 kênh ca chun 802.15.4 (là kênh
15 và 20) không thy s can nhiu t lu lng ca chun 802.11.
Lp vt lý cng cung cp các c cho công sut vô tuyn ca mt kênh
cho trc. Kt qu ca phép o này c s dng  lp MAC bit mt nút nào ó
có thang truyn d liu trên mt kênh c th và u phi viên quét các kênh có
sn trong mng.
 ch phát hin công sut vô tuyn cng c s dng  h tr c chánh
giá kênh trng CCA (Clear Channel Assessment). Trong ó, lp vt lý có thánh

giá  bit c mt nút nào ó hin ang truyn dn qua kênh vô tuyn. u này
c thc hin bng mt trong ba cách sau: Th nht là o công sut vô tuyn và so
sánh nó vi mt mc công sut ngng c xác nh trc. Th hai là thc hin
gii u ch tín hiu vô tuyn n  xem nó có phi là mt tín hiu hp l theo
chun 802.15.4. Th ba là s kt hp ca phng pháp phát hin công sut vô tuyn
và phng pháp iu ch tín hiu. C ch CCA c s dng bi lp MAC  kim
soát s truy nhp kênh truyn vô tuyn.
1.4.2.3. Lp u khin truy nhp kênh truyn theo chun IEEE 802.15.4
Mc ích ca lp MAC là  kim soát truy nhp vào các kênh truyn vô
tuyn. Bi vì kênh truyn vô tuyn c chia s gia tt c các nút gi và nút nhn
trong mt khu vc lân cn vi nhau nên lp MAC cung cp c ch các nút xác
nh khi nào kênh nhàn ri và khi nào là an toàn  gi các bn tin.
Lp 802.15.4 MAC cung cp c ch qun lý truy nhp kênh, xác nhn s hp
l các khung n và xác nhn s tip nhn khung. Ngoài ra, 802.15.4 MAC cung cp
các c ch tùy chn cho vic a truy nhp phân chia thi gian (TDMA)  truy nhp
kênh truyn. Trong ó, u phi viên PAN chnh các khe thi gian cho thit b
trong mng PAN và thc hin vic lp lch trình thông qua s truyn ti các bn tin
báo hiu. ây là ch báo hiu, tuy nhiên không c s dng rng rãi bi các
giao thc chy trên chun 802.15.4.
Vic qun lý truy nhp kênh truyn thc hin theo c ch CCA c h tr
bi lp vt lý. Trc khi gi mt gói tin, lp MAC yêu cu lp vt lý thc hin mt
kim tra CCA. Nu CCA nhn thy rng mt nút khác hin ang s dng kênh
truyn thì lp MAC s không thc hin vic truyn gói tin ca nó. Thay vào ó, lp
MAC si mt thi gian nht nh và th gi li gói tin mt ln na.
Lp MAC thc hin xác nhn s hp l các khung n bng vic tính toán
kim tra d vòng 16 bit (CRC) ca toàn b khung. CRC c s dng  kim tra
các li truyn trong khung và c tính toán bi nút gi khung. Nó c thêm vào
23
các gói tin c truyn i. Nu CRC c tính toán bi nút nhn không khp CRC 
cui khung thì nút nhn s loi b khung.

Lp MAC cung cp mt c ch tng xác nhn các khung d liu. Nu mt
khung n có thit lp bit xác nhn thì lp MAC s gi i mt khung xác nhn.
Khung xác nhn chc gi i khi a chích ca khung n ging a ch ca
thit b và nu CRC ca khung n hp l. Khung xác nhn không c nh a ch
rõ ràng n nút gi khung d liu, mà c qung bá n tt c các nút. Chính u
này dn n vic nhiu giao thc lp trên chy trên chun 802.15.4 thc hin các c
ch xác nhn ca riêng chúng.
1.4.2.4. Cu trúc khung d liu theo chun IEEE 802.15.4
Các giao thc truyn thông xác nh mt nh dng gói tin chung sao cho tt
c các nút bit cách  xây dng và phân tích các gói tin t nhng nút khác. nh
dng gói tin bao gm ba phn ó là: Phn tiêu , phn d liu và phn kt thúc
khung. Phn tiêu  bao gm d liu u khin nh các a ch, các s th t và các
c. Phn d liu là d liu ca lp phía trên. Do ó, cu trúc ca phn d liu thông
thng không xác nh nhng c chuyn n các giao thc lp trên  xác nh
rõ. Phn kt thúc khung thng cha mt kim tra tng hoc các ch ký mt mã.
Phn kt thúc khung này có thc tính toán trong khi gói tin c truyn i. Phn
kt thúc này sc gi i sau khi phn còn li ca gói tin ã c gi.
Hình 1.10: Lp vt lý IEEE 802.15.4 và các nh dng tiêu  lp MAC.
Chun IEEE 802.15.4 nh ngha mt nh dng gói tin chung cho tt c các
gói tin c truyn i. nh dng gói bao gm mt phn lp vt lý và mt phn lp
MAC. Lp vt lý b sung phn tiêu ng b hóa và lp MAC b sung mt phn
tiêu  và phn kt thúc khung. nh dng phn tiêu c minh ha trong hình
1.10.
Phn tiêu c thêm vào bi lp vt lý bao gm mt m u khung
(Preamble), mt bt u gii hn khung SFD (Start of Frame Delimiter) và mt
trng  dài. Mu khung c s dng ng b hóa nút gi và nút nhn 
nút nhn có th nhn c chính xác gói tin phía sau. Bt u gii hn khung SFD
24
báo cho nút nhn bit c s kt thúc phn mu và bt u khung. Trng 
dài 1 byte báo cho nút nhn bit có bao nhiêu byte  phía sau. Chiu dài ti a ca

gói tin là 127 byte.
Phn tiêu  lp MAC gán trc tip ngay sau phn tiêu  lp vt lý. Phn
tiêu  lp MAC có hai byte iu khin, c gi là iu khin khung. Phn cha
các c báo cho nút nhn bit cách  phân tích c phn còn li ca tiêu  cng
nh các c xác nh xem các khung có cn phi xác nhn hay không. Sau các byte
iu khin khung là mt byte s th t. S th tc s dng  kt hp vi các
gói tin xác nhn. Gói tin xác nhn mang cùng s th t vi gói tin d liu.
Sau các byte s th t và iu khin khung là các trng a ch. Chúng cha
a ch ca nút gi gói tin và nút nhn gói tin cng nh các nhn dng mng PAN
phía gi và phía nhn. Tt c các trng a ch này là tùy chn. S có mt ca
chúng c ch ra bi các c trong trng u khin khung. Các trng a ch
c s dng bi phía thu  xác nh xem mt gói tin nhn c có phi dành cho
nó hay không. Theo sau các trng a ch là trng bo mt tùy chn cha d liu
cho quá trình x lý bo mt, chng hn nh trng kim tra tính toàn vn bn tin
bng mt mã MIC (Message Integrity Check).
D liu theo sau phn mào u lp MAC và nó có th dài t 86 n 116 byte.
 dài ca phn d liu ph thuc vào các trng tùy chn trong lp MAC c s
dng. Cu trúc phn d liu trong khung 802.15.4 không c xác nh bi chun
IEEE 802.15.4 nhng c xác nh bi các giao thc hoc các ng dng chy trên
chun 802.15.4.
 phía cui ca gói 802.15.4 là chui kim tra khung (FCS - Frame Check
Sequence), nó cha CRC mà lp MAC s dng  kim tra nu nh các gói tin n
cn c loi b khi có các bit li.
25
Chng 2. PHN CNG CHO MNG CM BIN KHÔNG DÂY
2.1. Cu trúc phn cng ca nút cm bin không dây
Cu trúc phn cng ca mt nút mng cm bin không dây c minh ha
trong hình 2.1 bao gm bn thành phn chính.
Hình 2.1: Các thành phn chính trong cu trúc phn cng
ca mt nút cm bin không dây.

§ Thit b truyn thông: Thit b này cho phép các nút cm bin có kh nng
truyn thông vi nhau. Thit b truyn thông là mt b thu phát vô tuyn c
kt ni vi mt anten.
§ B vi u khin: B vi u khin u khin các hành vi hot ng ca nút
cm bin. Nó là mt b vi x lý nh trên ó chy phn mm ca nút mng
cm bin.
§ B cm bin: Cho phép các nút cm bin có kh nng tng tác vi th gii
vt lý.
§ Ngun in: Cung cp nng lng cho nút cm bin hot ng.
Hình 2.2: Bo mch MicaZ ca hãng Crossbow Technology.
Hình 2.2 minh ha các thành phn c bn ca mt nn tng phn cng n
hình, ó là bo mch mu th nghim MicaZ ca hãng Crossbow Technology. Nó bao
gm b vi u khin, ngun n, b thu phát vô tuyn và các kt ni m rng 