Khảo sát hiệu năng mạng cảm biến không dây sử dụng cơ chế truyền thông tán xạ ngược

TRƯỜNG ĐẠI HỌC DUY TÂN
KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ

ĐẶNG THỊ THUỲ TRANG

KHẢO SÁT HIỆU NĂNG MẠNG CẢM BIẾN KHÔNG DÂY SỬ
DỤNG CƠ CHẾ TRUYỀN THÔNG TÁN XẠ NGƯỢC

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
CHUYÊN NGÀNH: ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG

ĐÀ NẴNG: NĂM 2023

TRƯỜNG ĐẠI HỌC DUY TÂN
KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ

KHẢO SÁT HIỆU NĂNG MẠNG CẢM BIẾN KHÔNG DÂY SỬ
DỤNG CƠ CHẾ TRUYỀN THÔNG TÁN XẠ NGƯỢC

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
CHUYÊN NGÀNH: ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG

GVHD: PGS.TS. Hà Đắc Bình
SVTH: Đặng Thị Thuỳ Trang
LỚP: K25EVT
MSSV: 25201609871

NIÊN KHÓA: 2019 - 2024

NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN
................................................................................................................................

................................................................................................................................
................................................................................................................................
................................................................................................................................
................................................................................................................................
................................................................................................................................
................................................................................................................................
................................................................................................................................
................................................................................................................................
................................................................................................................................
................................................................................................................................
................................................................................................................................
................................................................................................................................
................................................................................................................................
................................................................................................................................

Đà Nẵng, ngày……, tháng……, năm 2023
Giảng viên hướng dẫn

PGS.TS. Hà Đắc Bình

4

LỜI CẢM ƠN
Đối với mỗi sinh viên thì đồ án tốt nghiệp là thành quả của nhiều năm học tập cũng
là tiền đề quan trọng nhằm trang bị những kỹ năng quý báu, là hành trang của chặng
đường sau này. Để hoàn thành tốt được đồ án này thì khơng thể thiếu sự chỉ dẫn tận tình
của thầy giáo hướng dẫn PGS.TS. Hà Đắc Bình, người đã quan tâm, chỉ bảo em trong
suốt quá trình nghiên cứu và tạo điều kiện cho em hồn thành đồ án. Em xin được chân
thành cảm ơn thầy!

Bên cạnh đó em cũng xin gửi lời cảm ơn đến các thầy cô khoa Điện - Điện tử
trường đại học Duy Tân và các thầy cô đã trực tiếp giảng dạy đã giúp đỡ và tạo điều kiện
thuận lợi cho em trong quá trình học tập.

Sau cùng em xin được cảm ơn đến gia đình, người thân và bạn bè đã ln động
viên, ủng hộ em trong suốt q trình hồn thành đồ án.

Với điều kiện thời gian cũng như trình độ cịn hạn chế, đồ án khơng thể tránh được
những thiếu sót. Em rất mong nhận được những ý kiến đóng góp, phê bình của q thầy
cơ để em có điều kiện để bổ sung và nâng cao kiến thức của mình và hồn thiện bản sau
này.

Sinh viên thực hiện

Đặng Thị Thuỳ Trang

5

LỜI CAM ĐOAN
Em xin cam đoan các số liệu và kết quả trong đồ án là trung thực là cơng trình
nghiên cứu của cá nhân em trong thời gian qua cùng với sự giúp đỡ từ thầy giáo hướng
dẫn.Trong q trình viết báo cáo có sự tham khảo một số tài liệu có nguồn gốc rõ ràng và
đã được trích dẫn đầy đủ.

Sinh viên thực hiện

Đặng Thị Thuỳ Trang

6

MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN.......................................................................................................................i
LỜI CAM ĐOAN................................................................................................................ii
MỤC LỤC..........................................................................................................................iii
DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT..............................................................................................v
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU............................................................................................vi
DANH MỤC CÁC BẢNG................................................................................................vii
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ ĐỒ THỊ............................................................................vii
MỞ ĐẦU.............................................................................................................................1

1. Lý do chọn đề tài..................................................................................................................................1
2. Mục tiêu nghiên cứu.............................................................................................................................2
3. Nhiệm vụ nghiên cứu...........................................................................................................................2
4. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu........................................................................................................2
5. Phương pháp nghiên cứu.....................................................................................................................3

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ TRUYỀN THÔNG TÁN XẠ NGƯỢC.........................4

1.1. Lịch sử hình thành và cấu tạo của hệ thống tán xạ ngược.................................................................4
1.1.1. Lịch sử hình thành và phát triển.................................................................................................4
1.1.2. Cấu tạo hệ thống truyền thông tán xạ ngược.............................................................................5

1.2. Phân loại............................................................................................................................................5
1.2.1. Truyền thông tán xạ ngược đơn tĩnh (MBC)...............................................................................6
1.2.2. Truyền thông tán xạ ngược song tĩnh (BBC)...............................................................................7
1.2.3. Truyền thông tán xạ ngược xung quanh (AmBC)........................................................................8

1.3. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của AmBC.......................................................................................9
1.4. Cấu tạo thiết bị tán xạ ngược điển hình – RFID...............................................................................11
1.5. Mối quan hệ giữa các thông số........................................................................................................13

1.6. Một số vấn đề còn tồn tại và cần khắc phục trong tương lai...........................................................14
1.7. Mạng di động thế hệ tiếp theo........................................................................................................14

1.7.1. Mạng 5G...................................................................................................................................14
1.7.2. Mạng 6G...................................................................................................................................16
1.8. Một số ứng dụng của truyền thông tán xạ ngược xung quanh vào mạng di động..........................18
1.9. Kết luận chương 1...........................................................................................................................18

CHƯƠNG 2: ĐỀ XUẤT MƠ HÌNH VÀ PHÂN TÍCH HIỆU NĂNG HỆ THỐNG........20

2.1. Đề xuất mơ hình hệ thống IoT sử dụng AmBC.................................................................................20

7

2.1.1. Kênh truyền fading Nakagami-m..............................................................................................21
2.1.2. Hàm phân phối tích luỹ CDF và hàm mật độ xác suất PDF........................................................21
2.1.3. Mô hình IoT sử dụng AmBC......................................................................................................22
2.2. Phân tích hiệu năng.........................................................................................................................25
2.3. Kết luận chương 2...........................................................................................................................27

CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ MÔ PHỎNG VÀ THẢO LUẬN..............................................28

3.1. Phương pháp mô phỏng Monte Carlo.............................................................................................28
3.2. Giới thiệu công cụ mô phỏng MATLAB............................................................................................30
3.3. Đánh giá hiệu năng hệ thống...........................................................................................................32

3.3.1. Khảo sát xác suất dừng hệ thống theo khoảng cách.................................................................33
3.3.2. Khảo sát xác suất dừng hệ thống theo tham số hình dạng m...................................................35
3.3.3. Khảo sát xác suất dừng hệ thống theo thỉ số tín hiệu trên nhiễu phát trung bình...................38
3.4. Tổng kết chương 3...........................................................................................................................39

KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN.........................................................................40

1. Kết luận..............................................................................................................................................40
2. Hướng phát triển của đề tài...............................................................................................................40

TÀI LIỆU THAM KHẢO.................................................................................................41

8

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT

Từ viết tắt Ý nghĩa

AmBC Ambient Backscatter Communications (Tán xạ ngược xung quanh)

BBC Bistatic Backscatter (Tán xạ ngược song tĩnh)

BS Base Station (Trạm thu phát)

CDF Cumulative Distribution Function (Hàm phân bố tích luỹ)

EM Electromagnetic Wave (Sóng điện từ)

I2C Inter – Integrated Circuit (Giao thức giao tiếp nối tiếp đồng bộ)

IoT Internet of Things (Internet vạn vật)

ISO International Organization for Standardization(Tổ chức tiêu chuẩn hoá quốc tế)

MBC Monostatic Backscatter (Tán xạ ngược đơn tĩnh)

PDF Probability Density Function (Hàm mật độ xác suất)

RADAR Radio Detection and Ranging (Hệ thống dị tìm và định vị bằng sóng vơ tuyến)

RF Radio Frequency (Tần số vô tuyến)

RFID Radio Frequency Identification (Nhận dạng đối tượng bằng sóng vơ tuyến)

SNR Signal – to – Noise Ratio (Tỉ số tín hiệu trên nhiễu)

SPI Serial Peripheral Interface (Giao diện ngoại vi nối tiếp)

Ký hiệu 9
λ
η DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU
m Ký hiệu

γ (SNR) Tham số phân bố Nakagami-m
Hệ số tán xạ
γth Tham số hình dạng Nakagami-m
d0 , d1, d2 Tỉ số tín hiệu trên nhiễu phát trung bình
Ngưỡng định trước
E[.] Khoảng cách
f(.) Phép toán kỳ vọng của biến ngẫu nhiên
F(.) Hàm mật độ xác suất
g, f, h Hàm phân bố xác suất
Hệ số kênh truyền

10

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 3. 1 Các thông số mô phỏng.............................................................................................................32

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ ĐỒ THỊ

Hình 1. 1 Cấu tạo một hệ thống truyền thơng tán xạ ngược cơ bản....................................5
Hình 1. 2 Ba loại truyền thông tán xạ ngược cơ bản...........................................................6
Hình 1. 3 Các thành phần của bộ thiết bị RFID...................................................................7
Hình 1. 4 Ví dụ về ứng dụng BBC vào việc theo dõi bệnh nhân........................................8
Hình 1. 5 Ứng dụng AmBC vào việc theo dõi nhiệt độ cây trồng......................................9
Hình 1. 6 Mơ hình truyền thơng tán xạ ngược xung quanh...............................................10
Hình 1. 7 Module RFID RC522........................................................................................11
Hình 1. 8 Sơ đồ chân RFID RC522...................................................................................12
Hình 1. 9 Biểu đồ quá trình phát triển của mạng viễn thơng từ 1G đến 6G.................15
Hình 1. 10 Biểu đồ các thế hệ của mạng di động qua từng thời kỳ...................................17

Hình 2. 1 Mơ hình IoT sử dụng AmBC............................................................................20
Hình 3. 1 Giao diện phần mềm mô phỏng MATLAB....................................................32

Bảng 3. 1 Các thơng số mơ phỏng.....................................................................................32
Hình 3. 2 Xác suất dừng hệ thống theo khoảng cách của trạm vô tuyến đến bộ gom với
b = 0...................................................................................................................................34
Hình 3. 3 Xác suất dừng hệ thống theo khoảng cách của trạm vô tuyến đến thiết bị đầu
cuối với b = 1....................................................................................................................35
Hình 3. 4 Xác suất dừng hệ thống theo tham số m1 với b = 0.......................................36
Hình 3. 5 Xác suất dừng hệ thống theo tham số m2 với b = 1.......................................37
Hình 3. 6 Xác suất dừng hệ thống theo tham số m3 với b = 1.......................................38

Hình 3. 7 Xác suất dừng hệ thống theo tỉ số tín hiệu trên nhiễu phát trung bình..........39
Hình 3. 8 Xác suất dừng hệ thống theo tỉ số tín hiệu trên nhiễu phát trung bình..........40

11

MỞ ĐẦU
1. Lý do chọn đề tài

Internet of Things (IoT) nghĩa là kết nối vạn vật, một hệ thống mạng mở rộng dựa
trên Internet. Nó gồm các đối tượng vật lý hay người ta gọi là "vạn vật" được kết nối với
Internet để tạo thành một mạng lưới khổng lồ có thể truyền dữ liệu qua mạng bất cứ lúc
nào, ở bất kỳ đâu, kết nối con người, máy móc và tất cả mọi thứ. Một thiết bị IoT sẽ được
nhúng với các cảm biến tạo ra một lượng dữ liệu được truyền thơng qua mạng. Ví dụ: có
thể là các thiết bị tiêu chuẩn như đồng hồ thông minh, điện thoại di động, máy tính, cho
đến các thiết bị đơn giản như tủ lạnh, lị nướng,... Hiện tại có trên 14 tỷ thiết bị IoT trên
toàn thế giới, con số này ước tính sẽ cịn tăng cao lên tới 27 tỷ thiết bị vào năm 2025

Nền tảng của IoT là khả năng kết nối giữa các thiết bị, địi hỏi cơng nghệ truyền
thông để cho phép trao đổi dữ liệu. Kết nối không dây không phù hợp với các hệ thống
IoT quy mơ lớn và phức tạp, do đó kết nối khơng dây là cần thiết và đóng vai trị quan
trọng trong hạ tầng Internet of Things.

Công nghệ truyền thông không dây đã trở thành sự thúc đẩy cho sự phát triển của
IoT và là công nghệ truyền thông được sử dụng rộng rãi nhất trong những năm gần đây.
Ưu điểm của công nghệ truyền thông không dây gồm những đột phá về thời gian và
không gian, khả năng thu thập dữ liệu từ xa, từ các mơi trường khó tiếp cận, nâng cao khả
năng truyền thông.

Truyền thông trong mạng cảm biến không dây sử dụng các kỹ thuật như Wi-Fi,
Bluetooth để truyền dữ liệu từ nút cảm biến đến thiết bị truyền tải và trung tâm thu nhập,

giao tiếp hiệu quả đảm bảo dữ liệu được truyền tải một cách chính xác và đáng tin cậy.
Một số công nghệ mới được đề xuất trong những năm gần đây: Nhận dạng tần số vô tuyến
(RFID), LoRaWAN, Zigbee. Mỗi cơng nghệ có những ưu thế khác nhau cho các ứng
dụng khác nhau tuỳ thuộc vào yêu cầu của các ứng dụng, các giải pháp IoT khác nhau có
thể được áp dụng.

Trong bối cảnh hệ sinh thái IoT đã đi sâu vào đời sống con người và không ngừng
mở rộng với nhiều tính năng mới nâng cao chất lượng sống con người. Các ứng dụng IoT

12

dựa trên 5G bao gồm nhiều cảm biến được trang bị pin và yêu cầu kết nối nguồn điện ổn
định. Với vô số cảm biến yêu cầu nguồn năng lượng để hoạt động như vậy thì vấn đề về
tiết kiệm năng lượng là vân đề cấp thiết. Để giải quyết vấn đề tiết kiệm năng lượng công
nghệ truyền thông tán xạ ngược xung quanh (AmBC) là 1 công nghệ mới đầy tiềm năng.
AmBC cho phép truyền thông với nguồn năng lượng cực thấp, cho phép các thiết bị
truyền thơng với nhau bằng cách sử dụng tín hiệu RF xung quanh làm năng lượng. AmBC
có thể hiểu là một hệ thống chia sẻ phổ tần mà các thiết bị AmBC chia sẻ phổ tần với các
hệ thống phát sóng khơng dây xung quanh.

2. Mục tiêu nghiên cứu
- Đề xuất một mơ hình hệ thống sử dụng cơ chế truyền thông tán xạ ngược cho
mạng cảm biến khơng dây.
- Tìm ra biểu thức hiệu năng hệ thống.
- Kiểm chứng hệ thống bằng mô phỏng Monte-Carlo.
- Đánh giá hiệu năng hệ thống.

3. Nhiệm vụ nghiên cứu
- Nghiên cứu lý thuyết về truyền thông tán xạ ngược và truyền thông tán xạ ngược
xung quanh, cấu tạo và nguyên lý hoạt động của bộ thiết bị tán xạ ngược (RFID).

- Tìm hiểu công nghệ 5G, 6G.
- Vấn đề tồn tại cần nghiên cứu cải tiến của AmBC trong tương lai.
- Nghiên cứu mô tả hệ thống IoT sử dụng truyền thông tán xạ ngược. Trình bày quy
trình truyền tín hiệu từ trạm phát đến thiết bị đầu cuối và bộ thu. Xây dựng được
biểu thức đánh giá hiệu năng và mô phỏng trên phần mềm MATLAB.
- Khảo sát hành vi của hệ thống đề suất theo các tham số quan trọng: tỉ số tín hiệu
trên nhiễu, khoảng cách, tham số hình dạng Nakagami-m.

4. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
- Kênh truyền Nakagami-m.
- Lý thuyết xác suất thống kê.
- Xác suất dừng hệ thống.

13

- Mạng IoT sử dụng truyền thông tán xạ ngược.

5. Phương pháp nghiên cứu
- Nghiên cứu tài liệu về truyền thông tán xạ ngược.
- Tính tốn để tìm ra biểu thức đánh giá được hiệu năng hệ thống.
- Từ biểu thức đã tính tốn tiến hành mơ phỏng trên ứng dụng mô phỏng

MATLAB.
- Phân tích và đánh giá khả năng hệ thống để đưa ra khuyến nghị.

14

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ TRUYỀN THÔNG TÁN XẠ NGƯỢC
1.1. Lịch sử hình thành và cấu tạo của hệ thống tán xạ ngược
1.1.1. Lịch sử hình thành và phát triển

Lịch sử của giao tiếp tán xạ ngược có thể bắt nguồn từ Thế chiến thứ hai. Nguyên
tắc giao tiếp tán xạ ngược ban đầu dựa trên công nghệ Radar (Radio Detection and
Ranging - phát hiện và đo đạc khoảng cách bằng sóng vơ tuyến). Các nước như Đức, Nhật
Bản, Mỹ và Anh đều sử dụng Radar để cảnh báo về những chiếc máy bay đang đến gần
khi chúng còn cách xa ngàn dặm. Radar truyền sóng EM theo một hướng nhất định, nếu
có vật cản nằm trên đường đi của sóng chúng sẽ bị tán xạ lại. Bằng cách tính tốn thời
gian bay của các tín hiệu có thể xác định vị trí khoảng cách của các vật cản.

Năm 1948, bài báo của Harry Stockman đề xuất công nghệ truyền thông sử dụng
năng lượng phản xạ cho phép truyền thông bằng cách tán xạ ngược tín hiệu RF, đặt nền
móng cho kỹ thuật truyền thông tán xạ ngược. Nguyên tắc dựa trên sự phản xạ của sóng
điện từ, sóng điện từ tương tác với các vật thể vật lý khi chúng truyền trong khơng gian,
một phần năng lượng sau đó sẽ bị phân tán khỏi vật thể, được gọi là tín hiệu tán xạ ngược.
Điều này củng cố cho các hệ thống Radar hiện đại, trong đó các dạng sóng điện từ tán xạ
ngược được so sánh với các tín hiệu truyền ban đầu để có thể xác định được vị trí và vận
tốc của đối tượng mục tiêu. Trong một hệ thống truyền thơng tán xạ ngược, thay vì tạo ra
một tín hiệu RF mới thì thiết bị tán xạ điểu chỉnh và tán xạ ngược một tín hiệu RF để
truyền thơng tin. Một ứng dụng nổi bật của truyền thông tán xạ ngược là nhận dạng tần số
vô tuyến – RFID, rất phổ biến và được ứng dụng rộng rãi trong thời kỳ IoT phát triển như
hiện nay. Tương lai nếu áp dụng truyền thông tán xạ ngược vào mạng 5G hay 6G thì việc
mở rộng phạm vi kết nối là điều rất khả thi vì các hệ thống truyền thơng tán xạ ngược cần
rất ít năng lượng để hoạt động. Có thể cung cấp một phương pháp truyền tải dữ liệu tiết
kiệm năng lượng, tăng cường độ bao phủ và khả năng kết nối của các thiết bị.

1.1.2. Cấu tạo hệ thống truyền thông tán xạ ngược
Cấu tạo của một hệ thống truyền thơng tán xạ ngược như hình 1.1 bao gồm 3 thành

phần cơ bản:

15

- Bộ tán xạ: có nhiệm vụ nhận các tín hiệu tới, khi nhận được tín hiệu tới sẽ tán
xạ ngược lại cho thiết bị nhận tín hiệu chứa thông tin cần gửi.

- Thiết bị nhận: nhận tín hiệu và xử lý thông tin được gửi từ bộ tán xạ.
- Nguồn sóng mang: là nguồn phát ra sóng điện từ, bộ tán xạ dựa vào nguồn tín

hiệu này tán xạ lại cho thiết bị nhận.

Hình 1. 1 Cấu tạo một hệ thống truyền thông tán xạ ngược cơ bản.
1.2. Phân loại

Truyền thông tán xạ ngược cơ bản có thể được tách thành 3 loại như hình 1.2:
- Truyền thông tán xạ ngược đơn tĩnh (MBC).
- Truyền thông tán xạ ngược song tĩnh (BBC).
- Truyền thông tán xạ ngược xung quanh (AmBC).

16

Hình 1. 2 Ba loại truyền thông tán xạ ngược cơ bản.
1.2.1. Truyền thông tán xạ ngược đơn tĩnh (MBC)

Hệ thống truyền thông tán xạ ngược đơn tĩnh gồm một thiết bị đọc và một thiết bị
tán xạ ngược, đầu đọc vừa tạo ra tín hiệu RF vừa phát hiện tín hiệu tán xạ ngược từ thiết
bị tán xạ. Điển hình cho MBC là cơng nghệ nhận dạng tần số vô tuyến – RFID. Một hệ
thống RFID có hai phần cơ bản: thẻ và đầu đọc. Đầu đọc phát ra sóng vơ tuyến và nhận
lại tín hiệu từ thẻ RFID, trong khi thẻ sử dụng sóng vơ tuyến để truyền đạt danh tính và
thơng tin khác.

Công nghệ này đã được sử dụng từ trước những năm 1970 và đã trở nên phổ biến
hơn nhiều trong những năm gần đây, một số ứng dụng của RFID có thể kể đến như:

- Quản lý kho hàng: RFID có thể được sử dụng để ghi lại các đối tượng trong kho
hàng, bao gồm số lượng, loại hàng hóa, và các thông tin khác. Điều này giúp cho
việc theo dõi và kiểm tra kho hàng dễ dàng hơn.

- Quản lý nhân sự: RFID có thể được sử dụng để theo dõi các nhân viên trong công
ty, bao gồm thời gian làm việc, vị trí, và các thơng tin khác.

- Quản lý thực phẩm: RFID có thể được sử dụng để theo dõi các sản phẩm thực
phẩm từ nguồn gốc đến kết thúc, bao gồm thời gian hết hạn, chất lượng, và các
thông tin liên quan khác.

- Quản lý người bệnh: RFID có thể được sử dụng để ghi lại và theo dõi thông tin về
lịch sử bệnh nhân như: thời gian khám bệnh, lịch sử điều trị, và các thông tin khác.

17

- Quản lý tài sản: RFID có thể được sử dụng để theo dõi và quản lý các tài sản của
một công ty, bao gồm thông tin về số lượng, loại tài sản, và các thông tin khác.
Điều này giúp cho việc theo dõi và kiểm tra tài sản dễ dàng hơn.

Ngoài ra, ta cũng có thể phát hiện cơng nghệ RFID trong một số lĩnh vực như:
 Theo dõi vật nuôi và gia súc.
 Theo dõi tài sản và theo dõi thiết bị.
 Hậu cần hàng hóa và chuỗi cung ứng.
 Theo dõi xe.
 Dịch vụ khách hàng và kiểm soát tổn thất.
 Cải thiện khả năng hiển thị và phân phối trong chuỗi cung ứng.

 Kiểm sốt truy cập trong các tình huống an ninh.
 Chăm sóc sức khỏe.
 Chế tạo.
 Doanh số bán lẻ.
 Thanh toán bằng thẻ tín dụng tap-and-go.

Hình 1. 3 Các thành phần của bộ thiết bị RFID.
1.2.2. Truyền thông tán xạ ngược song tĩnh (BBC)

Trong các hệ thống BBC, anten phát và anten thu là hai thiết bị riêng biệt: bộ phát
sóng mang và thiết bị đọc để thu nhận tín hiệu phản xạ từ mục tiêu. Truyền thơng tán xạ
ngược song tĩnh có thể được sử dụng để truyền thông giữa các thiết bị thông qua việc sử

18

dụng tín hiệu phản xạ từ mơi trường xung quanh.
Các ứng dụng của BBC cũng như MBC nhưng nó được sử dụng cho các không

gian rộng hơn và tiêu hao nhiều năng lượng hơn. Có thể kể đến như ứng dụng theo dõi
bệnh nhân như hình 1.4, thẻ tag sẽ được đeo ở cổ tay mỗi bệnh nhân khi nhập viện. Mỗi
thẻ sẽ lưu trữ thông tin của người bệnh như: tên, ID, hồ sơ bệnh án, dị ứng, tình trạng hiện
tại, kết quả xét nghiệm, đơn thuốc, ngày hẹn,…. Nhân viên bệnh viện sẽ gửi tín hiệu theo
thời gian tuỳ chỉnh, khi bệnh nhân di chuyển trong bệnh viện các đầu đọc gắn trên tường
dọc theo hành lang sẽ nhận được tín hiệu tán xạ từ thẻ tag sau đó nhận và truyền thơng tin
của bệnh nhân. Như vậy nhân viên bệnh viện và bác sĩ có thể theo dõi tình trạng hiện tại
cũng như vị trí của bệnh nhân trong thời gian thực, họ có thể cập nhật thông tin gần đây
và trạng thái của người bệnh ngay cả khi đang ngủ. Điều tương tự cũng áp dụng cho nhân
viên trong bệnh viện và bác sĩ có thể gọi cho họ trong trường hợp cấp cứu dễ dàng hơn.

Hình 1. 4 Ví dụ về ứng dụng BBC vào việc theo dõi bệnh nhân.

1.2.3. Truyền thông tán xạ ngược xung quanh (AmBC)

Ambient Backscatter Communication là một công nghệ không dây tiên tiến, cho
phép các thiết bị giao tiếp mà không cần nguồn năng lượng riêng. Thay vì sử dụng nguồn
năng lượng và tín hiệu riêng, cơng nghệ này tận dụng tín hiệu mơi trường có sẵn, chẳng
hạn như sóng điện từ từ các nguồn phát khác để truyền thơng tin. Ví dụ như: tín hiệu từ bộ

19

phát sóng TV, các điểm truy cập Wi-Fi hoặc các trạm cơ sở mạng (BS),… Các hệ thống
AmBC có ưu điểm là rẻ hơn vì khơng cần phải quan tâm tới các nguồn phát RF.

Hình 1. 5 Ứng dụng AmBC vào việc theo dõi nhiệt độ cây trồng.
Cơng nghệ AmBC có thể được áp dụng trong nhiều lĩnh vực, bao gồm Internet of
Things, mạng cảm biến không dây, và các ứng dụng giao tiếp khơng dây khác. Nó có thể
cung cấp một giải pháp tiết kiệm năng lượng và chi phí cho các thiết bị không dây, đặc
biệt là trong các môi trường mà việc thay đổi pin hoặc sạc pin là không thể hoặc khó
khăn. Như ở hình 1.5, đây là ứng dụng theo dõi nhiệt độ của cây trồng, các cảm biến gắn
trên cây sẽ đo nhiêt độ của cây và gửi tín hiệu về bộ thu, sau đó bộ thu sẽ tổng hổng hợp
và gửi dữ liệu về trung tâm. AmBC sử dụng nguồn RF có sẵn nên chi phí sẽ rẻ hơn rất
nhiều, do đó có thể gắn hàng loạt các thẻ mà không cần quá quan tâm đến chi phí. Tuy
nhiên, cơng nghệ AmBC cũng đặt ra một số thách thức, bao gồm khả năng truyền thông
hạn chế và độ tin cậy thấp do tán xạ ngược bị ảnh hưởng bởi mơi trường và các tín hiệu
khác. Các nghiên cứu vẫn đang tiếp tục để nâng cao hiệu suất và khả năng ứng dụng của
công nghệ này.
1.3. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của AmBC
AmBC là một công nghệ mới sử dụng các tín hiệu xung quanh để đơn giản hố cấu
trúc liên kết khơng dây thành nút cảm biến và mạch thu, loại bỏ nhu cầu về sóng mang
chuyên dụng. Nó dựa trên kỹ thuật tán xạ ngược điều chế và sử dụng tần số vô tuyến
trong môi trường xung quanh để truyền tin. Một hệ thống truyền thông tán xạ ngược xung

20

quanh như hình 1.6, gồm 3 thành phần chính:

Hình 1. 6 Mơ hình truyền thơng tán xạ ngược xung quanh.
- Nguồn sóng mang xung quanh: có 3 nguồn cơ bản tồn tại, các mạng cục bộ

không dây (WiFi), nguồn sử dụng trong mạng di động và các nguồn phát tín
hiệu trên phạm vi phủ sóng lớn. Ví dụ như tín hiệu TV có thể được phát hiện và
tán xạ ngược từ khoảng cách vài kilometer.
- Bộ tán xạ: hay còn gọi là thẻ tag, là thiết bị tán xạ ngược các tín hiệu RF tới từ
các nguồn sóng xung quanh để truyền thơng tin. Thành phần của thẻ tag bao
gồm một anten dùng kết nối với thiết bị đọc và một con chip dùng để lưu trữ dữ
liệu. Dữ liệu được đọc/ghi mà không phụ thuộc vào hướng hay vị trí chỉ cần thẻ
nằm trong vùng phủ sóng. Ngồi việc điều chế tín hiệu tán xạ ngược thẻ còn
phải mã hoá dữ liệu để bảo đảm tính bảo mật cho các thơng tin khi phát ra bên
ngồi. Trong AmBC thì thẻ là thiết bị thụ động thu năng lượng từ các nguồn
sóng xung quanh nên thẻ có cơng suất rất thấp.
- Thiết bị đọc (máy thu tán xạ ngược): nhận tín hiệu tán xạ từ thẻ tag. Máy thu
gồm anten để nhận tín hiệu, một vi xử lý để xử lý và giải mã tín hiệu nhận từ
thẻ tag. Vấn đề của máy thu là xử lý nhiễu để thu đúng tín hiệu tán xạ ngược.