Thiết kế chế tạo, vận hành và đo thử nghiệm mạng cảm nhận không dây (wireless sensor network) trên cơ sở sử dụng chip vi điều khiển có mật độ tích hợp cao làm nút mạng

- -

1

MỞ ĐẦU
Một lĩnh vực nổi bật của mạng cảm nhận không dây (Wireless Sensor
Network- WSN) là sự kết hợp việc cảm nhận, tính toán và truyền thông vào một
thiết bị nhỏ. Thông qua mạng hình lưới (mesh networking protocols), những thiết bị
này tạo ra một sự kết nối rộng lớn trong thế giới vật lý. Trong khi khả năng của
từng thiết bị là rất nhỏ, sự kết hợp hàng trăm thiết bị như vậy yêu cầu là phải có
công nghệ mới.
Sức mạnh của WSN nằm ở chỗ khả năng triển khai một số lượng lớn các thiết
bị nhỏ có thể tự thiết lập cẩu hình hệ thống. Sử dụng những thiết bị này để theo dõi
theo thời gian thực, để giám sát điều kiện môi trường, để theo dõi cấu trúc hoặc tình
trạng thiết bị.
Hầu hết những ứng dụng của WSN là giám sát môi trường từ xa với tần số lấy
dữ liệu thấp. Ví dụ, có thể dễ dàng được giám sát sự rò rỉ của một nhà máy hoá học
bởi hàng trăm cảm biến tự động kết nối thành hệ thống mạng không dây để ngay lập
tức phát hiện và báo cáo sự rò rỉ. Không giống những hệ thống có dây truyền thống,
chi phí triển khai cho WSN được giảm thiểu. Thay vì hàng ngàn mét dây dẫn thông
qua các ống dẫn bảo vệ, người lắp đặt chỉ việc đơn giản là đặt thiết bị nhỏ gọn vào
nơi cần thiết. Mạng có thể được mở rộng chỉ bằng cách đơn giản là thêm các thiết
bị, không cần các thao tác phức tạp. Hệ thống cũng có khả năng hoạt động trong vài
năm chỉ với một nguồn pin duy nhất.
Để giảm thiểu chi phí lắp đặt, WSN cần phải có khả năng thay đổi linh hoạt
theo môi trường. Cơ chế thích nghi theo sự thay đổi mô hình mạng hay do mạng có
sự thay đổi giữa các chế độ làm việc. Ví dụ cùng một hệ thống mạng giám sát sự rò
rỉ trong một nhà máy hoá chất có thể được cấu hình lại thành một mạng được thiết
kế từ trước để khoanh vùng nguồn rò rỉ và tìm ra đúng chỗ. Mạng cũng có thể
hướng dẫn các công nhân đường đi an toàn nhất khi có sự cố khẩn cấp.
Nhìn chung, khi con người nghĩ đến mạng không dây họ sẽ nghĩ đến các thiết

bị di động, PDA hay laptop. Những thiết bị này có giá thành cao và theo một mục
đích cho trước và dựa trên cơ sở hạ tầng đã có trước. Ngược lại, WSN sử dụng các
- -

2

thiết bị nhúng nhỏ, giá thành thấp cho các ứng dụng đa dạng và không dựa trên bất
kỳ cơ sở hạ tầng đã có từ trước. Không giống các thiết bị không dây truyền thống,
các nút mạng WSN không cần truyền trực tiếp tới trạm gốc, mà chỉ cần truyền tới
trạm gần nó, rồi lần lượt truyền về trạm gốc theo dạng truyền thông multihop.
Một ví dụ về mạng được đưa ra trong hình 1. Nó minh hoạ một ứng dụng trong
nông nghiệp. Hàng trăm nút nằm rải rác trong cánh đồng liên kết với nhau, thiết lập
một mô hình định tuyến, và truyền dữ liệu cho một trung tâm. Ứng dụng đòi hỏi
phải thiết thực, uyển chuyển, chi phí thấp và dễ triển khai thành mạng WSN. Nếu
một trong các nút lỗi, một mô hình mạng mới được lựa chọn và toàn bộ mạng vẫn
tiếp tục truyền dữ liệu. Nếu có thêm nút mạng, chúng chỉ tạo nên nhiều cơ hội định
tuyến hơn.










Một thách thức cơ bản của WSN là đưa các ràng buộc khắt khe vào trong một
thiết bị đơn lẻ. Các hệ xử lý nhúng với bộ nhớ cỡ kilobytes phải thực hiện các giao
thức mạng phức tạp theo dạng adhoc. Rất nhiều ràng buộc đối với các thiết bị được

triển khai với số lượng lớn cần có kích thước nhỏ và giá thành thấp. Kích thước
giảm là điều chủ yếu dẫn đến giảm giá thành, cũng như khả năng cho phép các thiết
bị được sử dụng trong một dải rộng các ứng dụng.
Hình 1. Một ví dụ về ứng dụng của WSN trong nông nghiệp
- -

3

Một khó khăn lớn là năng lượng tiêu thụ. Khi kích thước vật lý giảm, cũng làm
giảm năng lượng tiêu thụ. Các ràng buộc về năng lượng sẽ tạo nên giới hạn về tính
toán và lưu trữ dẫn đến phải có kiến trúc mới. Nhiều thiết bị, như điện thoại di động
hay máy nhắn tin, giảm năng lượng tiêu thụ thông qua phần cứng truyền thông được
thiết kế đặc biệt. Một trạm WSN cần hỗ trợ cho một hệ các giao thức ứng dụng cụ
thể để làm giảm mạnh kích thước, chi phí và năng lượng tiêu thụ cho ứng dụng đó.
Bản luận văn “Thiết kế chế tạo, vận hành và đo thử nghiệm mạng cảm nhận
không dây (wireless sensor network) trên cơ sở sử dụng chip vi điều khiển có mật
độ tích hợp cao làm nút mạng và xây dựng phần mềm nhúng nạp trong các vi
điều khiển này” sẽ tổng quát hoá WSN, đưa ra các tiêu chí đánh giá đối với một
WSN cũng như tiêu chí đánh giá một nút mạng, đồng thời xây dựng một số thử
nghiệm mạng cảm nhận không dây dùng VĐK CC1010 của hãng Chipcon-Nauy.
Luận văn gồm 5 chương nội dung, phần mở đầu, phần kết luận, phần phụ lục
và tài liệu tham khảo.
Chương 1: Giới thiệu mạng cảm nhận không dây sẽ giới thiệu một cách tổng
quan về WSN, các dạng ứng dụng của WSN và đưa ra những tiêu chí đánh giá cho
WSN cũng như tiêu chí đánh giá một nút mạng cảm nhận.
Chương 2: Nút mạng sẽ đưa ra các tiêu chí đánh giá cho một nút mạng trong
WSN, đồng thời giới thiệu một vi điều khiển CC1010 để làm nút mạng.
Chương 3: Các phương pháp ghép nối CC1010 với các loại đầu đo và chương
trình thực hiện. Mục đích của chương này nêu các phương pháp ghép nối giữa vi
điều khiển CC1010 với các loại cảm biến bao gồm các loại cảm biến số nối tiếp và

cảm biến tương tự. Chương này cũng giới thiệu chi tiết về cách làm việc của
CC1010 với cảm biến áp suất MS5535 cũng là một dạng cảm biến số nối tiếp. Điều
này góp phần khẳng định khả năng ghép nối với nhiều loại cảm biến khác nhau của
CC1010.
Chương 4: Phần mềm nhúng. Mục đích của chương này giới thiệu các bước cơ
bản xây dựng một phần mềm nhúng và các phương pháp gỡ lỗi cho phần mềm
nhúng.
- -

4

Chương 5: Triển khai chức năng mạng và các thử nghiệm. Mục đích của
chương này là đưa ra một cách xây dựng một WSN dựa trên vi điều khiển CC1010.
Đa truy cập được xây dựng dưới dạng hỏi-đáp. Bảng định tuyến hình cây chứa
trong các nút mạng. Các thử nghiệm đã thực hiện theo các tiêu chí độ ổn định
truyền dữ liệu, khả năng tiết kiệm năng lượng của các nút mạng.
Phần kết luận tổng kết những công việc đã thực hiện và những kết quả đã đạt
được đồng thời cũng đề cập đến công việc và hướng nghiên cứu trong tương lai.
Tác giả luận văn này xin gửi lời cảm ơn sâu sắc nhất đến PGS TS. Vương Đạo
Vy, Khoa Điện tử viễn thông - Trường Đại học công nghệ - Đại học quốc gia Hà
nội, người đã hướng dẫn tận tình và giúp đỡ tôi rất nhiều trong quá trình thực hiện
luận văn này.
Tác giả

Nguyễn Thế Sơn

- -

5

CHƯƠNG I
GIỚI THIỆU MẠNG CẢM NHẬN KHÔNG DÂY
1.1 Mạng cảm nhận không dây
Khái niệm mạng cảm nhận không dây dựa trên công thức đơn giản sau:
Cảm nhận + CPU + Radio = WSN
Từ công thức đơn giản trên, rất nhiều ứng dụng xuất hiện. Tuy nhiên, việc kết
hợp các cảm biến, radios, và CPU vào một mạng cảm nhận không dây (wireless
sensor network-WSN) đòi hỏi hiểu biết chi tiết về khả năng và giới hạn của các
thành phần phần cứng, cũng như hiểu rõ các công nghệ mạng hiện đại, lý thuyết
phân bố hệ thống. Một thách thức là ánh xạ toàn bộ yêu cầu hệ thống vào một thiết
bị riêng lẻ. Để làm cho WSN trở nên thực tế, một kiến trúc cần được phát triển để
tổng hợp các ứng dụng dựa trên khả năng của phần cứng.
Để phát triển kiến trúc hệ thống cần đi từ yêu cầu ứng dụng mức cao xuống
các yêu cầu phần cứng mức thấp. Để giới hạn số các ứng dụng phải xem xét, cần
tập trung vào một tập các dạng ứng dụng được sử dụng nhiều trong thực tế. Sử dụng
các dạng ứng dụng này để tìm ra các yêu cầu mức hệ thống cho toàn bộ kiến trúc.
Từ các yêu cầu mức hệ thống này, có thể có các yêu cầu cho các nút mạng riêng lẻ.
1.1.1 Các dạng ứng dụng của mạng cảm nhận
Có ba dạng ứng dụng của mạng cảm nhận không dây: thu thập dữ liệu môi
trường, giám sát an ninh, và theo dõi đối tượng. Hầu hết các ứng dụng chủ yếu của
WSN đều thuộc ba dạng này.
1.1.1.1 Thu thập dữ liệu môi trường
Mạng cảm nhận không dây thu thập dữ liệu môi trường ra đời đáp ứng cho
nhu cầu thu thập thông tin về môi trường tại một tập hợp các điểm xác định trong
một khoảng thời gian nhất định nhằm phát hiện xu hướng hoặc quy luật vận động
của môi trường. Bài toán này được đặc trưng bởi một số lớn các nút mạng, thường
xuyên cung cấp thông số môi trường và gửi về một hoặc một tập trạm gốc (base
station) có kết nối với trung tâm xử lý (thường là hệ thống máy tính) phân tích, xử
- -

6

lý, đưa ra các phương án phù hợp hoặc cảnh báo hay đơn thuần chỉ là lưu trữ số
liệu. Yêu cầu đặt ra đối với các mạng kiểu này là thời gian sống phải dài hay nói
cách khác là các nút mạng phải tiêu thụ năng lượng ít. Mạng cho ứng dụng thu thập
dữ liệu môi trường thường sử dụng topology dạng cây, mỗi nút mạng có một nút
cha duy nhất. Trạm gốc sẽ là gốc của cây. Dữ liệu từ một nút bất kỳ sẽ được gửi đến
cho nút cha của nó, nút này lại tiếp tục chuyển đến cho nút cha tiếp theo (nút ông),
cứ như vậy, dữ liệu sẽ được chuyển về trạm gốc.
Những vấn đề nảy sinh với cấu hình mạng này là:
- Hiện tượng thắt cổ chai (bottleneck) khi số lượng nút mạng lớn.
- Một vài nút mạng, vì một số lý do nào đó, không hoạt động. Để mạng
tiếp tục hoạt động nó phải có khả năng tự cấu hình lại, nghĩa là phải phát hiện ra các
nút bị hỏng hoặc định kỳ thực hiện việc cấu hình lại mạng.
- Mạng phải có thời gian sống dài, từ vài tháng đến vài năm, cần giải
quyết vấn đề tiêu thụ năng lượng của các nút mạng tối ưu nhất.
- Phần mềm nhúng phải được thiết kế và lập trình sao cho phù hợp nhất
với bài toán truyền thông các thông số đo được như nhiệt độ, độ ẩm, ánh sáng
Phần mềm phải tương thích với phần cứng để hệ có khả năng hoạt động ổn định
theo thời gian.
1.1.1.2 Giám sát an ninh
Một ứng dụng thứ hai của mạng cảm nhận là giám sát an ninh. Các mạng giám
sát an ninh được tạo bởi các nút đặt ở những vị trí cố định trong môi trường liên tục
theo dõi một hay nhiều cảm biến để nhận biết sự bất thường. Sự khác nhau chủ yếu
giữa giám sát an ninh và giám sát môi trường là các mạng an ninh không thu thập
bất kỳ dữ liệu nào. Điều này có tác động lớn đến việc tối ưu kiến trúc mạng. Mỗi
nút thường xuyên kiểm tra trạng thái các cảm biến của chúng nhưng chỉ truyền dữ
liệu khi có sự vi phạm an ninh. Việc truyền tức thời và tin cậy của thông điệp cảnh
báo là yêu cầu chính của hệ thống.
- -

7

Thêm vào đó, nó cần được xác nhận là mỗi nút vẫn hiện diện và hoạt động.
Nếu một nút bị lỗi, nó sẽ thể hiện một sự vi phạm an ninh cần được thông báo. Đối
với các ứng dụng giám sát an ninh, mạng cần được cấu hình sao cho các nút chịu
trách nhiệm xác nhận trạng thái các nút khác. Một cách tiếp cận là mỗi nút ngang
hàng sẽ thông báo nếu một nút không hoạt động. Mô hình tối ưu của một mạng
giám sát an ninh sẽ hoàn toàn khác với mạng thu thập dữ liệu.
Trong cây thu thập số liệu, mỗi nút phải truyền dữ liệu của tất cả con cháu. Do
đó, tối ưu là cây ngắn và rộng. Ngược lại, với mạng an ninh cấu hình tối ưu sẽ có
mô hình mạng tuyến tính. Công suất tiêu thụ của mỗi nút chỉ tỷ lệ với số các con
của nó. Trong mạng tuyến tính, mỗi nút chỉ có 1 con. Điều này phân phối đều năng
lượng tiêu thụ của mạng.
Sự tiêu thụ năng lượng chủ yếu trong mạng an ninh là gặp các yêu cầu báo
hiệu cảnh báo khi có sự vi phạm an ninh. Mỗi khi nhận thấy, một sự vi phạm an
ninh cần được truyền tới trạm gốc ngay lập tức. Độ trễ của việc truyền dữ liệu qua
mạng tới trạm gốc có ảnh hưởng nhất định tới hiệu quả của ứng dụng. Các nút mạng
cần có khả năng trả lời nhanh chóng với các yêu cầu của các nút láng giềng để
chuyển tiếp dữ liệu.
Trong các mạng an ninh việc giảm thời gian trễ của việc truyền cảnh báo quan
trọng hơn việc giảm chi phí năng lượng khi truyền. Điều này do các sự kiện cảnh
báo rất hiếm khi xảy ra. Trong mạng phòng cháy các cảnh báo gần như không bao
giờ xảy ra. Đối với sự kiện xảy ra 1 lần năng lượng chủ yếu được dành cho việc
truyền. Giảm độ trễ truyền sẽ làm tăng năng lượng tiêu thụ vì các nút định tuyến
phải giám sát các kênh radio thường xuyên hơn.
Trong các mạng an ninh, phần lớn năng lượng tiêu thụ dành cho việc xác nhận
chức năng của các nút láng giềng và chuẩn bị chuyển tiếp thông báo cảnh báo. Việc
truyền dữ liệu hiện thời sẽ tốn một phần năng lượng của mạng.
1.1.1.3 Theo dõi đối tượng

Với các mạng cảm nhận không dây, các đối tượng có thể được theo dõi đơn
giản gắn chúng với một nút cảm biến nhỏ. Nút cảm biến này sẽ được theo dõi khi
- -

8

chúng đi qua một trường các nút cảm biến được triển khai tại những vị trí đã biết.
Thay vì cảm nhận dữ liệu môi trường, những nút này sẽ được triển khai để cảm
nhận các thông điệp RF của các nút gắn với các đối tượng. Những nút này có thể
được sử dụng như những thẻ để thông báo sự có mặt của một thiết bị. Một cơ sở dữ
liệu có thể được sử dụng để ghi lại vị trí tương đối của đối tượng với các nút mạng,
do đó có thể biết vị trí hiện thời của đối tượng.
Không như mạng cảm nhận hay mạng an ninh, các ứng dụng theo dõi sẽ liên
tục thay đổi topology khi các nút đi qua mạng. Trong khi sự kết nối giữa các nút tại
các vị trí cố định tương đối ổn định, sự kết nối tới các nút di động sẽ liên tục thay
đổi. Thêm vào đó tập hợp các nút bị theo dõi sẽ liên tục thay đổi khi các nút gia
nhập hay rời khỏi hệ thống. Điều chủ yếu là mạng có khả năng nhận biết một cách
hiệu quả sự có mặt của các nút mới đi vào mạng.
1.1.2 Các chỉ tiêu hệ thống
Sau đây là các chỉ tiêu để đánh giá một WSN. Các chỉ tiêu chủ yếu là thời gian
sống, độ bao phủ, chi phí và dễ triển khai, thời gian trả lời, độ chính xác thời gian,
bảo mật, và tốc độ lấy mẫu hiệu quả. Các chỉ tiêu này lại liên quan với nhau.
Thường thì khi tăng hiệu quả một tham số thì lại làm giảm hiệu quả của tham số
khác, ví dụ như tăng tốc độ lấy mẫu lại làm giảm thời gian sống. Mục đích ở phần
này hiểu rõ và cân bằng các chỉ tiêu với khả năng của hệ thống.
1.1.2.1 Thời gian sống
Có một giới hạn của mạng cảm nhận không dây đó là thời gian sống. Cả hai
ứng dụng giám sát môi trường và giám sát an ninh các nút đều được đặt ở ngoài môi
trường, không có người giám sát theo hàng tháng hay hàng năm.
Yếu tố chủ yếu giới hạn thời gian sống của mạng cảm nhận là năng lượng

cung cấp. Mỗi nút cần được thiết kế quản lý năng lượng cung cấp nội bộ để tối đa
thời gian sống của mạng. Trong trường hợp mạng an ninh, mỗi nút phải sống trong
nhiều năm. Một nút bị lỗi sẽ làm tổn thương hệ thống an ninh.
Trong vài tình huống có thể dùng nguồn năng lượng ngoài. Tuy nhiên, vì ưu
điểm chính của mạng không dây là tính linh hoạt dễ triển khai. Yêu cầu nguồn năng
- -

9

lượng ngoài cho tất cả các nút mạng lại mâu thuẫn với ưu điểm này. Một giải pháp
thoả hiệp là có một nhóm các nút đặc biệt được cấp nguồn ngoài.
Trong hầu hết các ứng dụng, đặc điểm chính của các nút là tự cấp nguồn.
Chúng sẽ có đủ năng lượng cho nhiều năm, hoặc có thể lấy năng lượng từ môi
trường thông qua thiết bị khác, như năng lượng mặt trời hay nguồn áp điện. Cả hai
sự lựa chọn đều yêu cầu năng lượng tiêu thụ trung bình của các nút càng ít càng tốt.
Yếu tố quan trọng quyết định thời gian sống là năng lượng tiêu thụ radio. Một
nút cảm nhận không dây khi truyền hoặc nhận tín hiệu radio sẽ tiêu thụ năng lượng
lớn. Năng lượng tiêu thụ này có thể giảm được bằng cách giảm năng lượng truyền,
tức là giảm chu trình làm việc của radio.
1.1.2.2 Độ bao phủ
Bên cạnh thời gian sống, độ bao phủ là cũng là tham số đánh giá cho mạng
không dây. Nó có thuận lợi là khả năng triển khai một mạng trên một vùng rộng
lớn. Điều này làm tăng giá trị hệ thống đối với người dùng cuối. Điều quan trọng là
độ bao phủ của mạng không tương đương với khoảng cách kết nối không dây được
sử dụng. Kỹ thuật truyền multi-hop có thể mở rộng độ bao phủ của mạng. Về mặt lý
thuyết chúng có khả năng mở rộng vô hạn. Tuy nhiên, trong một khoảng cách
truyền xác định, giao thức mạng multi-hop làm tăng năng lượng tiêu thụ của các
nút, và sẽ làm giảm thời gian sống của mạng. Hơn nữa, chúng đòi hỏi một mật độ
tối thiểu, và sẽ làm tăng chi phí triển khai.
Ràng buộc khoảng cách dẫn đến việc mở rộng một số lượng lớn các nút. Giá

trị chủ yếu của mạng cảm nhận là khả năng mở rộng. Một người dùng có thể triển
khai một mạng nhỏ ban đầu và sau đó tiếp tục thêm các nút. Tăng số lượng các nút
trong hệ thống sẽ ảnh hưởng tới thời gian sống. Càng nhiều điểm cảm nhận thì càng
có nhiều dữ liệu được truyền và sẽ làm tăng năng lượng tiêu thụ của mạng.
1.1.2.3 Chi phí và dễ triển khai
Ưu điểm mấu chốt của mạng cảm nhận không dây là dễ triển khai. Người sử
dụng không cần phải hiểu về mạng và cơ chế truyền thông khi làm việc với WSN.
- -

10

Để triển khai hệ thống thành công, WSN cần phải tự cấu hình. Các nút được đặt vào
môi trường và có thể hoạt động ngay.
Lý tưởng là, hệ thống cần phải tự cấu hình đối với sự sắp đặt nút vật lý. Tuy
nhiên, các hệ thống thực cần đặt các ràng buộc vào một sự sắp đặt nút hiện thời –
các nút không thể có khoảng cách vô hạn. WSN cần có khả năng phản hồi khi
những sự ràng buộc bị vi phạm. Mạng cần phải có khả năng đánh giá chất lượng
của việc triển khai mạng và chỉ rõ các vấn đề tiềm ẩn. Điều đó nghĩa là các nút
mạng cần có khả năng tìm kết nối và xác định chất lượng kết nối.
Thêm vào đó, hệ thống cần thích nghi đối với sự thay đổi điều kiện môi
trường. Trong suốt thời gian sống, sẽ có thể thay đổi vị trí hay các đối tượng lớn có
thể gây nhiễu tới sự truyền thông giữa hai nút. Mạng cần có khả năng tự cấu hình lại
để khắc phục những điều này.
Việc triển khai và thiết lập cấu hình ban đầu chỉ là bước đầu tiên trong chu kỳ
sống của mạng. Trong thời gian dài, tổng chi phí của hệ thống có thêm chi phí bảo
dưỡng. Ứng dụng an ninh còn có yêu cầu hệ thống phải rất mạnh. Để mở rộng khả
năng kiểm tra trước khi triển khai, hệ cảm nhận cần được xây dựng để có thể thực
hiện việc tự bảo trì. Khi cần, nó có thể tạo ra các yêu cầu bảo trì ngoài.
Trong thực tế, một phần năng lượng được dành cho kiểm tra và bảo trì hệ
thống. Việc tạo ra thông tin chẩn đoán và tái cấu hình sẽ làm giảm thời gian sống

của mạng, đồng thời cũng làm giảm tốc độ lấy mẫu.
1.1.2.4 Thời gian đáp ứng
Trong các ứng dụng cảnh báo, thời gian đáp ứng hệ thống là một thông số
quan trọng để đánh giá hệ thống. Một cảnh báo cần được tạo ra ngay lập tức khi
nhận thấy có một sự vi phạm. Dù hoạt động năng lượng thấp, các nút cần có khả
năng truyền tức thời các thông điệp qua mạng càng nhanh càng tốt. Trong khi
những sự kiện như vậy là không thường xuyên, chúng có thể xảy ra tại bất cứ thời
điểm nào mà không được báo trước. Thời gian đáp ứng cũng quan trọng khi điều
khiển máy móc trong nhà máy. Những hệ thống này chỉ thành hiện thực nếu đảm
bảo được thời gian đáp ứng.
- -

11

Khả năng có thời gian đáp ứng ngắn xung đột với các kỹ thuật làm tăng thời
gian sống của mạng. Thời gian sống của mạng có thể tăng bằng cách để các nút chỉ
hoạt động radio trong thời gian ngắn. Nếu một nút chỉ bật radio một lần trong một
phút để truyền hay nhận dữ liệu, nó không thể đáp ứng được đối với các ứng dụng
cho hệ thống an ninh.
Thời gian đáp ứng có thể cải thiện bằng cách cấp nguồn cho một số nút trong
toàn bộ thời gian. Những nút này có thể nghe các thông điệp cảnh báo và chuyển
tiếp chúng theo đường khi cần. Tuy nhiên điều này sẽ làm giảm tính dễ triển khai hệ
thống.
1.1.2.5 Độ chính xác về thời gian
Trong ứng dụng theo dõi đối tượng và giám sát môi trường các mẫu từ nhiều
nút có liên quan theo thời gian để xác định các hiện tượng khác thường được theo
dõi. Tính chính xác của cơ chế tương quan phụ thuộc vào tốc độ lan truyền của hiện
tượng được đo. Trong trường hợp xác định nhiệt độ trung bình của một toà nhà, các
mẫu chỉ được liên quan với nhau trong vòng cỡ hàng giây. Tuy nhiên, để xác định
cách phản ứng của toà nhà đối với một trận động đất thì đòi hỏi độ chính xác cỡ

mili giây.
Để đạt được độ chính xác theo thời gian, một mạng cần xây dựng và duy trì
một thời gian cơ sở toàn cục có thể được sử dụng để sắp xếp các mẫu và các sự kiện
theo thời gian. Trong một hệ phân tán, năng lượng cần được mở rộng để duy trì và
phân phát đồng hồ. Thông tin đồng bộ thời gian cần liên tục được truyền giữa các
nút. Tần số các thông điệp đồng bộ phụ thuộc vào yêu cầu độ chính xác của đồng hồ
thời gian.
1.1.2.6 Bảo mật
Các thông tin về nhiệt độ đối với ứng dụng giám sát môi trường đường như vô
hại nhưng việc giữ bí mật thông tin là rất quan trọng. Các hoạt động của một toà
nhà có thể thu thập được dễ dàng bằng cách lấy thông tin về nhiệt độ và ánh sáng
của toà nhà đó. Những thông tin này có thể được sử dụng để sắp xếp một kế hoạch
- -

12

tấn công vào một công ty. Do đó, WSN cần có khả năng giữ bí mật các thông tin
thu thập được.
Trong các ứng dụng an ninh, dữ liệu bảo mật trở nên rất quan trọng. Không chỉ
duy trì tính bí mật, nó còn phải có khả năng xác thực dữ liệu truyền. Sự kết hợp tính
bí mật và xác thực là yêu cầu cần thiết của cả ba dạng ứng dụng.
Việc sử dụng mã hoá và giải mã sẽ làm tăng chi phí về năng lượng và băng
thông. Dữ liệu mã hoá và giải mã cần được truyền cùng với mỗi gói tin. Điều đó
ảnh hưởng tới hiệu suất ứng dụng do giảm số lượng dữ liệu lấy từ mạng và thời gian
sống mong đợi.
1.1.2.7 Tốc độ thu thập thông tin hiệu quả
Trong một mạng thu thập dữ liệu, tốc độ thu thập thông tin hiệu quả là tham số
đánh giá hiệu suất của hệ thống. Tốc độ thu thập thông tin hiệu quả là số mẫu lấy
được từ mỗi nút riêng lẻ và truyền về điểm thu thập trung tâm. Thông thường, các
ứng dụng thu thập dữ liệu chỉ có tốc độ lấy mẫu là 1-2 mẫu trong 1 phút.

Trong một cây thu thập dữ liệu, một nút cần điều khiển dữ liệu của tất cả các
con cháu. Nếu mỗi nút con truyền một dữ liệu và một nút có 60 nút con cháu, nó
phải truyền 60 lần. Thêm vào đó nó còn phải nhận 60 lần trong một chu kỳ lấy mẫu.
Tốc độ và kích thước mạng ảnh hưởng tới tốc độ lấy mẫu hiệu quả.
Một cơ chế để tăng tốc độ lấy thông tin là truyền dữ liệu thô và xử lý dữ liệu
nội mạng (innetwork processing). Các dạng nén không gian và thời gian có thể
được sử dụng để giảm yêu cầu về băng thông trong khi vẫn duy trì được tốc độ lấy
mẫu hiệu quả. Xử lý dữ liệu nội mạng có thể được sử dụng để xác định khi một sự
kiện quan tâm xảy ra và tự động lưu trữ dữ liệu. Dữ liệu sau đó được truyền qua
mạng multi-hop khi băng thông cho phép.
1.1.3 Các chỉ tiêu nút mạng
Sau đây là những chỉ tiêu để đánh giá một nút mạng trong WSN. Mục đích là
qua các chỉ tiêu đánh giá đó để có thể lựa chọn loại VĐK thích hợp và cũng để xây
dựng hệ thống hiệu quả.
- -

13

1.1.3.1 Năng lượng
Để đạt được yêu cầu duy trì năng lượng hoạt động trong nhiều năm thì các nút
mạng cần phải tiêu thụ năng lượng rất thấp. Việc tiêu thụ năng lượng thấp chỉ đạt
được bằng cách kết hợp các thành phần phần cứng năng lượng thấp và chu trình
hoạt động ngắn. Trong thời gian hoạt động, truyền thông radio sẽ tiêu thụ một phần
năng lượng đáng kể trong tổng mức tiêu thụ năng lượng của nút mạng. Các thuật
toán và các giao thức cần được phát triển để giảm hoạt động truyền nhận radio.
Điều này có thể đạt được bằng cách sử dụng sự tính toán cục bộ để giảm luồng dữ
liệu nhận được từ cảm biến. Ví dụ, các sự kiện từ nhiều nút cảm biến có thể được
kết hợp cùng nhau thành một nhóm các nút trước khi truyền một kết quả đơn lẻ qua
mạng cảm nhận.
1.1.3.2 Tính mềm dẻo

Các nút mạng phải có khả năng thích nghi cao để thích hợp với các ngữ cảnh
khác nhau. Mỗi một ứng dụng sẽ yêu cầu về thời gian sống, tốc độ lấy mẫu, thời
gian đáp ứng và xử lý nội mạng khác nhau. Một kiến trúc WSN cần phải đủ mềm
dẻo để cung cấp một dải rộng các ứng dụng. Thêm vào đó, vì lý do chi phí mỗi thiết
bị sẽ chỉ có phần cứng và phần mềm cho một ứng dụng cụ thể. Kiến trúc cần phải
đơn giản để kết hợp giữa phần cứng và phần mềm. Vì vậy, những thiết bị này đòi
hỏi một mức độ cao về tính modul của phần cứng và phần mềm trong khi vẫn giữ
được tính hiệu quả.
1.1.3.3 Sức mạnh
Để hỗ trợ cho các yêu cầu về thời gian sống, mỗi nút cần phải càng mạnh càng
tốt. Trong sự thực tế, hàng trăm nút mạng sẽ hoạt động trong nhiều năm. Để đạt
được điều này, hệ thống cần được xây dựng để vẫn có thể hoạt động khi một nút bị
lỗi. Modul hoá hệ thống là một công cụ mạnh để phát triển hệ thống. Bằng cách
chia chức năng hệ thống thành các thành phần con độc lập, mỗi chức năng có thể
được kiểm tra đầy đủ trước khi kết hợp chúng thành một ứng dụng hoàn chỉnh. Để
làm điều này, các thành phần hệ thống phải độc lập đến mức có thể và có giao tiếp
chặt chẽ, để ngăn chặn các tương tác không mong đợi. Để tăng sức mạnh hệ thống
- -

14

khi nút bị lỗi, một WSN cũng cần có khả năng đối phó với nhiễu ngoài. Các mạng
thường cùng tồn tại cùng với các hệ thống không dây khác, chúng cần có khả năng
để thích nghi theo các hành động khác nhau. Nó cũng phải có khả năng hoạt động
trong môi trường đã có các thiết bị không dây khác hoạt động với một hay nhiều tần
số. Khả năng tránh tắc nghẽn tần số là điều cốt yếu để đảm bảo một sự triển khai
thành công.
1.1.3.4 Bảo mật
Để đạt được mức độ bảo mật mà ứng dụng yêu cầu, các nút riêng lẻ cần có khả
năng thực hiện sự mã hoá phức tạp và thuật toán xác thực. Truyền dữ liệu không

dây rất dễ bị chặn. Chỉ có một cách bảo mật dữ liệu là mã hoá toàn bộ dữ liệu
truyền. CPU cần có khả năng tự thực hiện các thao tác mật mã. Để bảo mật toàn bộ
dữ liệu truyền, các nút cần tự bảo mật dữ liệu của chúng. Trong khi chúng không có
lượng lớn dữ liệu lưu bên trong, chúng sẽ phải lưu các khoá mã hoá được sử dụng
trên mạng. Nếu những khoá này bị lộ, tính bảo mật của mạng sẽ mất. Để có được
tính bảo mật tốt, cần phải rất khó để lấy được khoá mã hóa từ một nút.
1.1.3.5 Truyền thông
Một chỉ tiêu đánh giá cho bất kỳ WSN là tốc độ truyền, năng lượng tiêu thụ và
khoảng cách. Trong khi độ bao phủ của mạng không bị giới hạn bởi khoảng cách
truyền của các nút riêng biệt, khoảng cách truyền có một ảnh hưởng quan trọng tới
mật độ tối thiểu có thể chấp nhận được. Nếu các nút được đặt rất xa nó không thể
tạo được kết nối với mạng liên kết hoặc với một nút dự trữ để có được độ tin cậy
cao. Nếu khoảng cách truyền radio thoả mãn một mật độ nút cao, các nút thêm vào
sẽ làm tăng mật độ hệ thống tới một mức độ nào đó cho phép. Tốc độ truyền cũng
có ảnh hưởng lớn đến hiệu suất của nút mạng. Tốc độ truyền cao hơn làm cho khả
năng lấy mẫu hiệu quả hơn và năng lượng tiêu thụ của mạng ít hơn. Khi tốc độ tăng,
việc truyền mất ít thời gian hơn và do đó đòi hỏi ít năng lượng hơn. Tuy nhiên, khi
tăng tốc độ cũng thường làm tăng năng lượng tiêu thụ radio. Mọi thứ trở nên bằng
nhau, một tốc độ cao sẽ tăng hiệu suất hệ thống. Tuy nhiên, tăng tốc độ có ảnh
- -

15

hưởng lớn tới năng lượng tiêu thụ và yêu cầu tính toán của nút. Tổng thể, lợi ích của
việc tăng tốc độ có thể được bù lại bởi các yếu tố khác.
1.1.3.6 Tính toán
Hai việc tính toán cho nút mạng tập trung chủ yếu vào xử lý dữ liệu nội mạng
và quản lý các giao thức truyền thông không dây mức thấp. Có những yêu cầu giới
hạn về mặt thời gian thực đối với truyền thông và cảm biến. Khi dữ liệu tới trên
mạng, CPU cần điều khiển đồng thời radio và ghi lại/giải mã (record/decode) dữ

liệu tới. Tốc độ truyền cao hơn đòi hỏi tính toán nhanh hơn. Điều tương tự cũng
đúng đối với xử lý dữ liệu cảm biến. Các cảm biến tương tự có thể phát ra hàng
ngàn mẫu trong một giây. Các thao tác xử lý cảm biến nói chung bao gồm lọc số,
trung bình hoá, nhận biết ngưỡng, phân tích phổ… Để tăng khả năng xử lý cục bộ,
các nút láng giềng có thể kết hợp dữ liệu với nhau trước khi truyền đi trên mạng.
Các kết quả từ nhiều nút mạng có thể được tổng hợp cùng nhau. Xử lý nội mạng
này đòi hỏi thêm tài nguyên tính toán. Ngoài ra, ứng dụng xử lý dữ liệu có thể tiêu
thụ một lượng tính toán phụ thuộc vào các phép toán được thực hiện.
1.1.3.7 Đồng bộ thời gian
Để hỗ trợ sự tương quan thời gian đọc cảm biến và chu trình hoạt động ngắn
của ứng dụng thu thập dữ liệu, các nút cần duy trì đồng bộ thời gian chính xác với
các thành viên khác trong mạng. Các nút cần ngủ và thức dậy cùng nhau để chúng
có thể định kỳ truyền thông cho nhau. Các lỗi trong cơ chế tính thời gian sẽ tạo nên
sự không hiệu quả dẫn đến làm tăng chu trình làm việc. Trong các hệ phân tán, việc
trôi clocks theo thời gian là do cơ chế tính thời gian không chính xác. Phụ thuộc vào
nhiệt độ, điện áp, độ ẩm, thời gian dựa theo dao động sẽ không như nhau. Cần có cơ
chế đồng bộ hoá cao để bù lại những sự không chính xác như vậy.
1.1.3.8 Kích thước và chi phí
Kích thước vật lý và giá thành của mỗi nút riêng lẻ có ảnh hưởng tới sự dễ
dàng và chi phí khi triển khai. Tổng chi phí vật tư và chi phí triển khai ban đầu là
hai yếu tố chủ chốt dẫn đến việc chấp nhận các công nghệ WSN. Với một ngân sách
cố định, việc giảm giá thành trên mỗi nút sẽ làm cho có khả năng mua thêm nhiều
- -

16

nút, triển khai một mạng thu thập với mật độ cao hơn, và thu thập được nhiều dữ
liệu hơn. Kích thước vật lý cũng ảnh hưởng tới sự dễ dàng khi triển khai mạng. Các
nút nhỏ hơn có thể được đặt ở nhiều vị trí hơn và được sử dụng trong nhiều tình
huống hơn. Trong tình huống theo dõi nút đối tượng, các nút nhỏ hơn, rẻ hơn sẽ

tăng khả năng theo dõi nhiều đối tượng hơn.
1.2 Một số hướng phát triển trong lĩnh vực WSN
1.2.1 Hệ điều hành nhỏ TinyOS









TinyOS là hệ điều hành sử dụng trong WSN do Trường đại học Berkeley
nghiên cứu và phát triển. TinyOS sử dụng cơ chế đa truy cập S-MAC [18], sử dụng
ngôn ngữ nesC [8]. Truyền thông trong mạng sử dụng TinyOS là dạng multihop.
TinyOS có kích thước nhỏ, mã nguồn mở, dùng mô hình hướng sự kiện, với bộ lập
lịch đơn giản cho phép vi điều khiển xử lý nhiều tác vụ song song trong sự hạn chế
về tài nguyên tính toán và không gian nhớ. TinyOS sử dụng bộ lập lịch thao tác kiểu
FIFO kết nối mềm dẻo giữa phần cứng và các ứng dụng. TinyOS cung cấp giao
diện mạng tiện dụng, dùng mô hình truyền thông Active Message (AM), phổ biến
và hiệu quả trong tính toán song song hiệu năng cao. TinyOS do vậy, đã tạo ra khả
năng giao tiếp mạnh cho các nút mạng trong WSN.
Hình 1.1 Kiến trúc thành phần của TinyOS

- -

17

TinyOS tạo ra khả năng giao tiếp mạnh cho các nút mạng trong WSN. Hiện
tại TinyOS đang được nghiên cứu, chuyển đổi để làm việc với VĐK CC1010, là

loại VĐK sẽ được dùng để xây dựng các thử nghiệm trong khuôn khổ luận văn.






Dựa trên TinyOS và các đặc trưng của CC1010, kiến trúc phần mềm nhúng
cho WSN được đề xuất như biểu diễn ở hình 1.2. Tầng trung gian giữa TinyOS và
CC1010 là thư viện HAL (Hardware Abstraction Library), cho phép TinyOS tương
tác với phần cứng.
Tầng phía trên TinyOS là giao thức dẫn đường trong WSN. Nó vừa cho phép
truyền dữ liệu an toàn vừa hạn chế hiện tượng thắt cổ chai. Tầng trên cùng là các
ứng dụng đặc thù cho WSN bao gồm: module tự cấu hình mạng và tự cầu hình lại
mạng, module thực hiện việc đo các thông số môi trường và chuyển về cho trạm
gốc. Hai module này hoạt động theo chế độ định kỳ: sau một khoảng thời gian nhất
định, nó được bộ định thời của CC1010 đánh thức và chuyển sang hoạt động; thực
hiện xong nhiệm vụ, lại chuyển về nghỉ. Thời gian cấu hình lại hệ thống và đo dữ
liệu không giống nhau và phụ thuộc vào từng ứng dụng cụ thể.
Mô hình mạng sử dụng TinyOS là mạng hình cây có dạng sau:





Hình 1.2 Kiến trúc phần mềm nhúng sử dụng TinyOS và VĐK CC1010

- -

18

1.2.2 Zigbee
Zigbee là hiệp hội được sáng lập bởi các công ty: Chipcon, Ember, Freescale,
Honeywell, Mitsubishi, Motorola, Philips và Samsung. Chuẩn Zigbee ra đời nhằm
thiết lập một tiêu chuẩn mới cho mạng không dây với mục đích tiết kiệm năng
lượng cho nút mạng.
1.2.2.1 Ngăn xếp Zigbee







Zigbee phát triển lớp mạng và lớp ứng dụng trên cơ sở lớp MAC và lớp vật
lý của chuẩn IEEE 802.11.4. Lớp mạng hỗ trợ ba mô hình mạng: Mạng hình sao,
Mạng lưới và Mạng hình cây
Lớp Vật lý
Lớp Vật lý được thiết kế có sự tích hợp cao với chi phí thấp.
Hình 1.3 Mô hình mạng hình cây sử dụng TinyOS
- -

19

Lớp MAC
Lớp MAC được thiết kế để hoạt động với nhiều dạng topology. MAC cho
phép các thiết bị ít chức năng (reduced functionality device - RFD) không cần nhiều
ROM hay RAM. Lớp MAC được thiết kế để kiểm soát số lượng lớn các thiết bị.
Lớp mạng
Lớp mạng được thiết kế cho phép mở rộng không gian mạng mà không đòi hỏi
năng lượng truyền cao. Lớp mạng cũng có thể kiểm soát lượng lớn các nút mạng.
Các chức năng của nút mạng là:
•
Khởi tạo mạng.
•
Gia nhập hay rời khỏi mạng
•
Cấu hình nút mạng mới
•
Cấp địa chỉ: khả năng của bộ điều phối để gán địa chỉ nút mới gia nhập
•
Đồng bộ hoá trong một mạng: khả năng đồng bộ hóa giữa các nút mạng thông
qua theo dõi thông tin dẫn đường beacons hay thăm dò (polling).
•
Bảo mật
•
Định tuyến: Sử dụng thuật toán định tuyến Adhoc On-demand Vector (AODV)
1.2.2.2 Các mô hình mạng của Zigbee:

Mạng hình sao
Mạng lưới
- -

20








Trong đó:
ZigBee Coordinator: luôn phải có một thiết bị này trong mạng Zigbee. Nhiệm
vụ chủ yếu là:
- Thiết lập mạng
- Quản lý các nút mạng
- Truyền beacon
- Lưu trữ thông tin nút mạng
- Thường hoạt động ở trạng thái nhận
- Không cần khả năng tiết kiệm năng lượng
ZigBee Router: thiết bị định tuyến trong mạng. Không cần khả năng tiết kiệm
năng lượng
ZigBee End Device: nút mạng
- Được thiết kế để dùng nguồn acquy, tiết kiệm năng lượng.
- Tìm một mạng có sẵn

- Truyền nhận dữ liệu
- Có thể ngủ trong một khoảng thời gian


ZigBee Coordinator

ZigBee Router

ZigBee End Device

Mạng hình cây
- -

21

1.3 Kết luận
Chương 1 khái quát các khái niệm và các dạng ứng dụng mạng cảm nhận
không dây. Có ba dạng ứng dụng của mạng cảm nhận không dây, đó là: Thu thập
dữ liệu môi trường, Giám sát an ninh và Theo dõi đối tượng. Hầu hết ứng dụng
mạng cảm nhận không dây đều rơi vào một trong ba dạng ứng dụng này. Mỗi dạng
ứng dụng đều có những mục đích và nguyên tắc làm việc khác nhau, qua đó đòi hỏi
phải có thiết kế hệ thống khác nhau. Tuy nhiên các dạng ứng dụng khác nhau đó
đều có các chỉ tiêu đánh giá hệ thống như đã nói ở trên, đó là: thời gian sống, độ
bao phủ, giá thành và tính dễ triển khai, thời gian đáp ứng, độ chính xác về thời
gian, bảo mật và tốc độ thu thập thông tin hiệu quả. Tuỳ từng ứng dụng cụ thể mà
các chỉ tiêu trên có các cách đánh giá khác nhau.
- -

22

CHƯƠNG 2
NÚT MẠNG

2.1 Giới thiệu một số VĐK có thể làm nút mạng cảm nhận
Vấn đề lựa chọn VĐK để xây dựng nút mạng là một vấn đề quan trọng. Việc
chọn VĐK hợp lý sẽ làm cho qúa trình xây dựng hệ thống được rút ngắn, hệ thống
hoạt động ổn định, tin cậy và đạt các chỉ tiêu đề ra.
Từ các chỉ tiêu nút mạng đã nói ở Chương 1, các tiêu chí quan trọng để chọn
VĐK như sau:
o Tiêu thụ năng lượng thấp.
o Tích hợp ADC để có thể ghép nối với cảm biến tương tự.
o Bộ nhớ chương trình cũng như bộ nhớ dữ liệu có kích thước hợp lý.
o Kích thước vật lý nhỏ.
o Có công cụ phát triển giúp người phát triển xây dựng hệ thống dễ
dàng và thuận tiện như: sử dụng ngôn ngữ cấp cao, có các thư viện hỗ
trợ cho việc cảm nhận cũng như truyền nhận không dây, hỗ trợ gỡ
lỗi…
o Giá thành rẻ.
Hiện giờ có 3 họ VĐK trên thị trường có thể thoả mãn các tiêu chí trên:
- Họ VĐK MSP430 của Texas.
- Họ VĐK ATMEGA của Atmel.
- VĐK CC1010 của hãng Chipcon.
Các VĐK nói trên đều thỏa mãn các tiêu chí đề ra. Tuy nhiên, hai họ VĐK đầu
tiên không có tích hợp truyền nhận không dây, vì thế nếu sử dụng những VĐK như
vậy sẽ phải có thêm mạch truyền nhận không dây bên ngoài, quá trình xây dựng hệ
thống sẽ phức tạp. VĐK CC1010 được lựa chọn nhờ có tích hợp truyền nhận không
dây, do đó việc chọn VĐK CC1010 làm nút mạng hợp lý hơn chọn các VĐK khác.
- -

23

2.2 Giới thiệu Vi điều khiển CC1010
2.2.1 Các đặc điểm chính:
- Thu phát không dây 300-1000 MHz.
- Dòng tiêu thụ rất thấp (9,1 mA trong chế độ nhận).
- Độ nhạy cao (-107 dBm).
- Có thể lập trình cho công suất đầu ra tới +10 dBm.
- Tốc độ truyền RF có thể đạt 76.8 kbit/s.
- Cần rất ít thành phần ngoài
- Đo được cường độ RF (RSSI)
- Tương thích họ VĐK 8051
- 32 kB Flash, 2048 + 128 Byte SRAM
- 3 kênh ADC 10 bit, 4 timers / 2PWMs, 2 UARTs, RTC, Watchdog, SPI, mã
hoá DES, 26 cổng I/O
- Có khả năng gỡ lỗi sử dụng chương trình dịch Keil μVision2 IDE qua cổng
nối tiếp
- Điện áp 2.7 - 3.6 V
- 64-lead TQFP (Thin Quad Flat Pack)
2.2.2 Cổng
Có 4 cổng I/O P0, P1, P2, P3 với 26 chân cổng. Mỗi cổng có 2 thanh ghi tương
ứng: thanh ghi cổng P0, P1, P2, P3 và thanh ghi hướng (P0DIR, P1DIR, P2DIR,
P3DIR). Mỗi bit trong thanh ghi Px có một bit hướng tương ứng trong thanh ghi
PxDIR.y. Đặt PxDIR.y = 1 sẽ làm cho Px.y là cổng nhận dữ liệu (input) và đặt
PxDIR.y = 1 sẽ làm cho Px.y là cổng xuất dữ liệu (output)
2.2.3 Ngắt
CC1010 có tổng cộng 15 nguồn ngắt, chia sẻ 12 đường ngắt. Mỗi ngắt có một
mức ưu tiên, vector ngắt, cờ cho phép ngắt và cờ báo ngắt.
- -

24

Bảng 1. Ngắt và các tham số
Ngắt Mức ưu
tiên tự
nhiên
Điều khiển
mức ưu
tiên
Vector
ngắt
Cờ cho phép
ngắt
Cờ ngắt
Ngắt Flash/debug 0 - 0x33 EICON.PDIE EICON.PDIF
Ngắt ngoài 0 1 IP.PX0 0x03 IE.EX0 TCON.IE0
Ngắt Timer 0 2 IP.PT0 0x0B IE.ET0 TCON.TF0
Ngắt ngoài 1 3 IP.PX1 0x13 IE.EX1 TCON.IE1
Ngắt Timer 1 4 IP.PT1 0x1B IE.ET1 TCON.TF1
Ngắt truyền nối tiếp 0 5

IP.PS0 0x23 IE.ES0 SCON0.TI 0
Ngắt nhận nối tiếp 0 SCON0.RI 0
Ngắt truyền nối tiếp 1 6

IP.PS1 0x3B IE.ES1 SCON1.TI 1
Ngắt nhận nối tiếp 1 SCON1.RI 1
Ngắt truyền/nhận RF 7 EIP.PRF 0x43 EIE.RFIE EXIF.RFIF
Ngắt Timer 2 8 EIP.PT2 0x4B EIE.ET2 EXIF.TF2
Ngắt ADC 9 EIP.PAD 0x53 EIE.ADIE
và ADCON2.

ADCIE
EXIF.ADIF
và
ADCON2.
ADCIF
- -

25

Ngắt mã hoá/giải mã
DES
EIE.ADIE
và
CRPCON.
CRPIE
EXIF.ADIF
và
CRPCON.
CRPIF
Ngắt Timer 3 10 EIP.PT3 0x5B EIE.ET3 EXIF.TF3
Ngắt thời gian thực 11 EIP.PRTC 0x63 EIE.RTCIE EICON.RTCIF

2.2.3.1 Mặt nạ ngắt
IE.EA là cờ cho phép ngắt toàn bộ các ngắt, ngoại trừ ngắt Flash/Debug. Khi
cờ IE.EA được thiết lập, mỗi ngắt bị che bởi cờ cho phép ngắt được liệt kê ở bảng
1. Khi cờ IE.EA bị xoá, tất cả các ngắt bị che, ngoại trừ ngắt Flash/Debug, có bit
che ngắt riêng, EICON.FDIE.
2.2.3.2 Xử lý ngắt
Khi một ngắt được cho phép xảy ra, CPU nhảy tới địa chỉ phục vụ ngắt tương
ứng với ngắt đó (ISR), như chỉ ra ở bảng 1. CC1010 thực hiện ISR để hoàn thành

trừ khi một ngắt khác có mức ưu tiên cao hơn xảy ra. Mỗi ISR kết thúc với lệnh
RETI. Sau khi thực hiện lệnh RETI, CC1010 quay trở lại lệnh tiếp theo sau lệnh đã
được thực hiện trước khi xảy ra ngắt. Nếu lệnh đang thực hiện là RETI, hay đang
ghi vào các thanh ghi IP, IE, EIP, EIE, CC1010 hoàn thành thêm một lệnh trước
khi phục vụ ngắt.
2.2.3.3 Thứ tự ưu tiên
Các ngắt có 2 giai đoạn ưu tiên: mức ngắt và mức tự nhiên. Mức ngắt được ưu
tiên trước mức tự nhiên.
Mức ngắt có 2 mức: thấp và cao. Ngắt có mức ưu tiên là cao sẽ có thể ngắt
ngang chương trình phục vụ ngắt có mức ưu tiên thấp hơn. Nếu các ngắt có cùng