tìm hiểu mạng cảm biến và ứng dụng

Duytan University
Faculty of Electronics and Telecommunications
1
Tìm Hiểu Mạng Cảm Biến Và Ứng Dụng
GVHD: Nguyễn Lê Mai Duyên
SVTH : Phan Minh Vĩnh An
Đoàn Văn Quốc
Trần Công Khánh
Kỹ thuật truyền số liệu
Duytan University
Faculty of Electronics and Telecommunications
2
1.Tổng quang mạng cảm biến.
2.Kỹ thuật mạng cảm biến.
3.Phân loại mạng cảm biến.
4.Ứng dụng mạng cảm biến
Tìm Hiểu Mạng Cảm Biến Và Ứng Dụng
Duytan University
Faculty of Electronics and Telecommunications
3
1. Tổng quang mạng cảm biến.
Tìm Hiểu Mạng Cảm Biến Và Ứng Dụng
Mạng cảm biến hay còn gọi là mạng cảm biến không
dây (Wireless Sensor Network) là sự kết hợp các khả năng
cảm biến, xử lý thông tin và các thành phần lien lạc để tạo
khả năng quan sát, phân tích và phản ứng lại với các sự kiện,
hiên tượng xảy ra trong môi trường cụ thể nào đó.
Duytan University
Faculty of Electronics and Telecommunications
4
1. Tổng quang mạng cảm biến.

Tìm Hiểu Mạng Cảm Biến Và Ứng Dụng
Có 4 thành phần cơ bản tạo nên 1 mạng cảm biến:
-Các cảm biến được phân bố theo mô hình tập trung hay
phân bố rải.
-Mạng lưới liên kết giữa các cảm biến (có dây hoặc vô tuyến).
-Điểm trung tâm tập hợp dữ liệu .
-Bộ phận xử lý dữ liệu ở trung tâm.
Hiệu quả sử dụng công suất của WSN dựa trên 3 yếu tố:
-Chu kỳ hoạt động ngắn.
-Xử lý tín hiệu nội bộ tại các node để giảm thời gian truyền.
-Mô hình dạng multihop làm giảm chiều dài đường truyền .
Một vài đặc điểm của mạng cảm biến:
-Các node phân bố dày đặc.
-Các node dễ hỏng.
-Giao thức mạng thay đổi thường xuyên.
-Node bị giới hạn về khả năng tính toán,công suốt, bộ nhớ.
Duytan University
Faculty of Electronics and Telecommunications
5
Tìm Hiểu Mạng Cảm Biến Và Ứng Dụng
2. Kỹ thuật mạng cảm biến.
a/ Node:
Duytan University
Faculty of Electronics and Telecommunications
6
Tìm Hiểu Mạng Cảm Biến Và Ứng Dụng
2. Kỹ thuật mạng cảm biến.
a/ Node:
Duytan University
Faculty of Electronics and Telecommunications

7
Tìm Hiểu Mạng Cảm Biến Và Ứng Dụng
2. Kỹ thuật mạng cảm biến.
a/ Node:
- Phần cứng:
Duytan University
Faculty of Electronics and Telecommunications
8
Tìm Hiểu Mạng Cảm Biến Và Ứng Dụng
2. Kỹ thuật mạng cảm biến.
a/ Node:
- Phần mềm:
Duytan University
Faculty of Electronics and Telecommunications
9
Duytan University
Faculty of Electronics and Telecommunications
10
2. Kỹ thuật mạng cảm biến.
a/ Giao thức điều khiển truy cập.
Mô hình tham khảo OSI và cấu trúc lớp liên kết dữ liệu
Duytan University
Faculty of Electronics and Telecommunications
11
Tìm Hiểu Mạng Cảm Biến Và Ứng Dụng
2. Kỹ thuật mạng cảm biến.
b/ Giao thức điều khiển truy cập.
Các giao thức MAC cho mạng WSNs.

Giao thức phân chia cố định.

(Fixed-Assignment Protocols).

Giao thức phân chia theo nhu cầu.
(Demand Assignment Protocols).

Giao thức phân chia ngẫu nhiên.
(Random Assignment Protocols).
Duytan University
Faculty of Electronics and Telecommunications
12
Tìm Hiểu Mạng Cảm Biến Và Ứng Dụng
2. Kỹ thuật mạng cảm biến.
b/ Giao thức điều khiển truy cập.
Giao thức phân chia cố định
(Fixed-Assignment Protocols).
Mỗi node được chia một lượng cố định xác định
trước tài nguyên kênh truyền.
Dùng tài nguyên này một cách riêng biệt mà không
bị tranh chấp với các node khác. Các giao thức
thường dùng là đa truy cập chia theo tần số (FDMA),
đa truy cập chia theo thời gian (TDMA), và đa truy
cập chia theo mã (CDMA).
Duytan University
Faculty of Electronics and Telecommunications
13
Tìm Hiểu Mạng Cảm Biến Và Ứng Dụng
2. Kỹ thuật mạng cảm biến.
b/ Giao thức điều khiển truy cập.
Giao thức phân chia theo nhu cầu
(Demand Assignment Protocols).

Mục tiêu chính của các giao thức phân chia theo nhu
cầu là cải thiện việc sử dụng kênh truyền bằng cách
chia dung lượng kênh cho các node theo cách tối ưu
hay gần như tối ưu. Dung lượng kênh truyền được
chia độc quyền cho một node nào đó mà không cần
xác định trước nhu cầu thông tin hiện tại của node.
Duytan University
Faculty of Electronics and Telecommunications
14
Tìm Hiểu Mạng Cảm Biến Và Ứng Dụng
2. Kỹ thuật mạng cảm biến.
b/ Giao thức điều khiển truy cập.
Giao thức phân chia ngẫu nhiên
(Random Assignment Protocols):
Giao thức phân chia ngẫu nhiên không thực hiện bất
cứ điều khiển nào để xác định node nào có thể truy
cập kế tiếp.
Giao thức truy xuất ngẫu nhiên ban đầu được phát
triển cho vô tuyến đường dài và thông tin vệ tinh.
ALOHA là giao thức đầu tiên thuộc dạng này, còn gọi
là pure ALOHA. Từ ALOHA phát triển thành nhiều
giao thức khác như CSMA, CSMA/CD, CSMA/CA…
Duytan University
Faculty of Electronics and Telecommunications
15
Tìm Hiểu Mạng Cảm Biến Và Ứng Dụng
2. Kỹ thuật mạng cảm biến.
c/ Định tuyến:
Mô hình định tuyến.
Trong Multihop(truyền đa chặng) các node trung gian

phải tham gia vào việc truyền tải các gói dữ liệu giữa
nguồn và đích. Xác định node trung chuyển là vấn
đề lớn trong giải thuật đinh tuyến bảo đảm sự chính
xác tính ổn định và khả năng tối ưu.
Duytan University
Faculty of Electronics and Telecommunications
16
Tìm Hiểu Mạng Cảm Biến Và Ứng Dụng
2. Kỹ thuật mạng cảm biến.
c/ Định tuyến
Các giải thuật định tuyến cho mạng.
-Proactive(khởi tạo trước): dựa trên sự phân phát theo chu kỳ
thông tin để đạt được bản định tuyến nhất quán và chính xác
đến tất cã các node của mạng. Cấu trúc mạng có thể bằng
phẳng hay phân cấp. Trong phương pháp này cấu trúc phẳng
thì tìm đường đi tối ưu hơn.
-Reactive(phản ứng): xây dựng tuyến đến một đích nào đó
theo nhu cầu. Giải thuật này thường không chuyển tài thông tin
qua tất cã các node của mạng. Do đó chúng dựa trên định
tuyến động để tìm ra đường đi.
-Hybrid(hỗn hợp): dựa trên cấu trúc mạng để tạo nên tính ổn
định và khả năng mở rộng cho các mạng có kích thước lớn.
Giải thuật này chia mạng ra thành các cluster, do số lượng lớn
và tính di động khi các node vào hay ra khỏi các cluster
Duytan University
Faculty of Electronics and Telecommunications
17
Giao thức định tuyến thông tin qua sự thỏa thuận
Giao thức thông tin qua sự thỏa thuận giữa
các node (SPIN) là họ các giao thức dựa

trên sự thỏa thuận để phát thông tin trong
mạng WSN. Đối tượng chính của các giao
thức này là tính hiệu quả của việc phát
thông tin từ một node nào đó đến tất cả
các node khác trong mạng. Các giao thức
đơn giản nhất là flooding và gossiping.
Duytan University
Faculty of Electronics and Telecommunications
18
Hoạt động cơ bản của giao thức SPIN
Duytan University
Faculty of Electronics and Telecommunications
19
Thủ tục bắt tay trong giao thức SPIN - PP
Duytan University
Faculty of Electronics and Telecommunications
20
Giao thức SPIN-EC
Kết hợp kỹ thuật quan sát nguồn năng lượng dựa trên
mức ngưỡng. Một node chỉ tham gia vào hoạt động giao
thức nếu node có thể hoàn thành taatf cả các hoạt động
mà không làm giảm năng lượng dưới mức cho phép.
Khi node nhận dược một gói quảng cáo, nó không gửi
thông điệp REQ nếu nó xác định nguồn năng lượng
không đủ để gửi gói REQ và nhận gói DATA

Cả SPIN-PP và SPIN-EC đều được thiết kế cho liên
lạc điểm-điểm
Duytan University
Faculty of Electronics and Telecommunications

21
Mô hình giao thức SPIN-BC
Giao thức SPIN-BC
Duytan University
Faculty of Electronics and Telecommunications
22
Duytan University
Faculty of Electronics and Telecommunications
23
Tìm Hiểu Mạng Cảm Biến Và Ứng Dụng
3. Phân loại
a. Category 1 WSN (C1WSN)
- Hệ thống lưới kết nối đa đường giữa các node
qua kênh truyền vô tuyến sử dụng giao thức định
tuyến động,các node tìm đường đi tôt nhất đến
đích.
- Vai trò của các node như các trạm lặp với khoảng
cách rất lớn.
- Xử lý dữ liệu ở các node chuyển tiếp.
Mạng phức tạp.
Duytan University
Faculty of Electronics and Telecommunications
24
a. Mô hình Category 1 WSN (C1WSN)
Duytan University
Faculty of Electronics and Telecommunications
25
3. Phân loại
b. Category 2 WSN (C2WSN)
- Mô hình điểm-điểm hay đa điểm-điểm, chủ yếu là các

liên kết đơn giữa các node (single hop),
dùng giao thức định tuyến tĩnh.
- Một node không cung cấp thông tin cho các node khác.
- Node chuyển tiếp không có khả năng xử lý dữ liệu cho
node khác.
- Khoảng cách vài trăm mét.
Mạng đơn giản.