Lưu và cập nhật động dữ liệu lên website cho mạng cảm biến không dây

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ
  








TRẦN HỒ TẤT ĐẠT





LƯU VÀ CẬP NHẬT ĐỘNG DỮ LIỆU
LÊN WEBSITE CHO MẠNG CẢM
BIẾN KHÔNG DÂY






LUẬN VĂN THẠC SĨ

Hà nội – 2011
ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ
  






TRẦN HỒ TẤT ĐẠT





LƯU VÀ CẬP NHẬT ĐỘNG DỮ LIỆU
LÊN WEBSITE CHO MẠNG CẢM
BIẾN KHÔNG DÂY


Ngành: Công nghệ Điện tử - Viễn Thông
Chuyên ngành: Kỹ thuật Điện tử
Mã số: 60 52 70

LUẬN VĂN THẠC SĨ



NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS. VƯƠNG ĐẠO VY






Hà nội – 2011
Luận văn thạc sĩ Đạ i họ c Công nghệ - ĐHQGHN
Trần Hồ Tất Đạt - K16Đ2
-iii-
MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN i
LỜI CẢM ƠN ii
MỤC LỤC iii
BẢNG VIẾT TẮT v
DANH MỤC HÌNH VẼ vi
MỞ ĐẦU 1
CHƢƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ MẠNG CẢM BIẾN KHÔNG DÂY 2
1.1. Giới thiệu mạng cảm biến: 2
1.2. Thiết bị mạng cảm biến: 2
1.3. Topo mạng WSN: 4

1.4. Một số chuẩn WSN: 6
1.5. Kiến trúc giao thức mạng: 6
1.6. Các ứng dụng WSN: 7
1.7. Yêu cầu trong thiết kế mạng cảm biến: 9
CHƢƠNG 2 KHUNG DỮ LIỆU VÀ CƠ SỞ DỮ LIỆU CỦA MẠ NG CẢ M BIẾ N
KHÔNG DÂY 12
2.1. Giao thƣ́ c lậ p lịch tậ p trung 12
2.1.1. Thủ tục thâm nhập môi trƣng MAC: 12
2.1.2. Giao thƣ́ c lậ p lị ch tậ p trung: 13
2.2. Khung truyề n mạ ng WSN: 14
2.3. Cơ sở dữ liệu mạng cảm biến không dây 16
2.3.1. Cơ sở dữ liệu 16
2.3.2. Sự cần thiết của cơ sở dữ liệu của mạng WSN 18
2.4. Lƣu và cập nhật động cơ sở dữ liệu lên Website 18
2.4.1. Công nghệ Website 18
2.4.2 Triển khai ứng dụng trên Website cho hệ thống mạng WSN 20
CHƢƠNG 3 XÂY DỰNG HỆ THỐNG CƠ SỞ DỮ LIỆU VÀ CẬP NHẬT ĐỘNG
DỮ LIỆU MẠNG CẢ M BIẾ N KHÔNG DÂY LÊN WEBSITE 22
3.1. Lựa chọn vi điề u khiể n và các cảm biến: 22
3.1.1. Giới thiệu VDK CC1010: 22
3.1.2. Module CC1010EM (Evaluation Module): 28
3.1.3. Cảm biến và phƣơng pháp ghép nối cảm biến trên module CC1010EM: 30
3.1.4. Gỡ lỗi cho CC1010: 31
3.2. Chƣơng trình nhúng cho các nút mạng 31
Luận văn thạc sĩ Đạ i họ c Công nghệ - ĐHQGHN
Trần Hồ Tất Đạt - K16Đ2
-iv-
3.3. Thu thập dữ liệu từ các nú t mạng về nút chủ và truyền thông qua cổng nối tiếp
lên PC 36
3.3.1. Truyền thông qua cổng COM 36

3.3.2. Chƣơng trình giao diện cảnh báo 43
3.4. Cập nhật động dữ liệu mạng WSN vào hệ cơ sở dữ liệu MSSQL 50
3.4.1. Giới thiệu hệ CSDL MS SQL 50
3.4.2. Xây dựng các bảng và mối quan hệ các bảng 51
3.4.3. Chƣơng trình tự động cập nhật dữ liệu 52
3.5. Tự động quảng bá dữ liệu thu đƣợc từ mạng WSN lên Website 53
3.5.1. Giới thiệu công nghệ ASP.NET 53
3.5.2. Tự động quảng bá dữ liệu 55
3.5.3. Xây dựng Website 57
PHỤ LỤC 62
Phụ lục 1: Chƣơng trình nhúng của các nút mạng 62
Phụ lục 2: Chƣơng trình giao diện ngƣi dùng trên PC 69
Phụ lục 3: Webservice dùng để tự động update dữ liệu InsertData 80
Phụ lục 4: Chƣơng trình Web 82
TÀI LIỆU THAM KHẢO 85

Luận văn thạc sĩ Đạ i họ c Công nghệ - ĐHQGHN
Trần Hồ Tất Đạt - K16Đ2
-v-
BẢNG VIẾT TẮT


ACK
Acknowledge
Tin báo nhận
ADC
Analog Digital Converter
Bộ chuyển đổi tƣơng tự/số
sang số/tƣơng tự
CRC

Cyclic Redundancy Check
Kiểm tra độ dƣ vòng
CSDL
Database
Cơ sở dữ liệu
CSMA-
CA
Carrier Sense Multiple Access
Đa truy cập nhận biết sóng
with Collision Avoidance
mang tránh xung đột
GPS
Geopositioning System
Hệ thống định vị địa lý
HTML
HyperText Markup Language
Ngôn ngƣ̃ đá nh dấ u siêu văn bả n
HTTP
HyperText Transfer Protocol
Giao thƣ́ c truyề n tả i siêu văn bả n
IEEE
Institute of Electrical and
Tổ chức kỹ nghệ Điện và Điện Tử
Electronic Engineering
MAC
Medium Access Control
Điều khiển truy cập môi trƣng
OSI
Open Systems Interconnection
Mô hình tham chiếu kết nối

Reference Model
các hệ thống mở
RF
Radio Frequency
Sóng radio
RSSI
Received Signal Strength
Indication
Năng lƣợng nhận đƣợc tại angten
thu
Luận văn thạc sĩ Đạ i họ c Công nghệ - ĐHQGHN
Trần Hồ Tất Đạt - K16Đ2
-vi-
DANH MỤC HÌNH VẼ
Hình 1.1: Mô hình mạng cảm biến 2
Hình 1.2: Sơ đồ của một thiết bị WSN đơn giản 3
Hình 1.3a: Topo hình sao 5
Hình 1.3b: Topo dạ ng cây 5
Hình 1.3c: Topo kết hợp cây và tuyến tính 5
Hình 1.4: Kiến trúc giao thức mạng 6
Hình 2.1: Thời gian truyền cho thăm dò 13
Hình 2.2: Khung dẫ n đƣờ ng truyề n thng trong mạng WSN 15
Hình 2.3: Bảng cấu trúc khung dữ liệu có ích 15
Hình 2.4: Sự thông sut giữa mạng WSN và Internet 20
Hình 2.5: Sơ đồ hệ thng mạng WSN kết ni Internet trong luận văn 21
Hình 3.1: Sơ đồ khi của CC1010. 23
Hình 3.2: Sơ đồ khi của bộ thu phát RF. 24
Hình 3.3: Tuần tự bật thu phát RF. 25
Hình 3.4: Bộ đệm dữ liệu RF. Đƣờng đứt nét biễu diễn bitmode. 26
Hình 3.5: Mạch RSSI. R281 = 27 kΩ, C281 = 1nF. 27

Hình 3.6: Bảng thiết đặt công suất phát và dòng tiêu thụ tiêu biểu 28
Hình 3.7: Module CC1010EM. 29
Hình 3.8: Nt chủ. 29
Hình 3.9: Nt cảm nhận. 30
Hình 3.10: Cảm biến tích hợp. 30
Hình 3.11: Module CC1010EB. 31
Hình 3.12: Sơ đồ giải thuật đơn giả n cho phầ n mề m nhú ng trên CC1010 33
Hình 3.13: Sơ đồ giải thuật nú t chủ 34
Hình 3.14: Sơ đồ giải thuật nú t cảm nhận 35
Hình 3.15: Sở đồ các chân của DB9 37
Hình 3.16: Thiết đặt thông s cho Comport 41
Hình 3.17: Mô tả các thành phần trong .NET Framework. 43
Hình 3.18: Giao diện chính của chƣơng trình 45
Hình 3.19: GroupBox chứa các tham s cài đặt ComPort 45
Hình 3.20: GroupBox chứa các tham s cài đặt mức ngƣỡng 46
Hình 3.21: GroupBox ngắt ni cổng COM 46
Hình 3.22: GroupBox ngắt ni cổng COM 47
Hình 3.23: Hiển thị kết quả 47
Hình 3.24: Đồ thị thời gian thực 47
Hình 3.25: Kết quả truyền về 48
Hình 3.26: Truy xuất kết quả theo ngày 48
Hình 3.27: Thông báo cảnh báo vƣợt ngƣỡng 49
Hình 3.28: Bảng Frame 51
Luận văn thạc sĩ Đạ i họ c Công nghệ - ĐHQGHN
Trần Hồ Tất Đạt - K16Đ2
-vii-
Hình 3.29: Bảng DataType 51
Hình 3.30: Bảng ID 51
Hình 3.31: Mi quan hệ các bảng 52
Hình 3.32: Sơ đồ xử lý trang của ASP.NET 54

Hình 3.33: Giao diệ n WEBSITE 58
Hình 3.34: Đăng ký tên miề n 59
Hình 3.35: Cấ u hì nh NAT cho modem 59
Hình 3.36: Cấ u hì nh cho phầ n mề m DYN update 59
Hình 3.37: Sơ đồ xử lý trang của ASP.NET 60
Hình 3.38: Truy cậ p website tƣ̀ internet 60

Luận văn thạc sĩ Đạ i họ c Công nghệ - ĐHQGHN
Trần Hồ Tất Đạt - K16Đ2
-1-
MỞ ĐẦU

Mục tiêu chính của luận văn tốt nghiệp là xây dựng một hệ thống lƣu và cập
nhật động dữ liệu của mạng cảm biến không dây lên website dựa trên cơ sở nghiên cứu
về các khung truyền trong mạng cảm biến không dây và phƣơng thức lƣu trữ dữ liệu
mạng cảm biến không dây.
Bố cục của luận văn đƣợc chia làm hai phần chính: Phần lý thuyết và phần thực
nghiệm trên các nút mạng sử dụng vi điều khiển CC1010. Nội dung chính của luận
văn gồm 3 chƣơng.
Chƣơng 1: Tổ ng quan về mạ ng cả m biế n không dây.
Chƣơng 2: Cấ u trú c khung mạ ng cả m biế n không dây và Cơ sở dƣ̃ liệ u mạ ng
cảm biến không dây.
Chƣơng 3: Xây dƣ̣ ng hệ thố ng cơ sở dƣ̃ liệ u và cậ p nhậ t độ ng dƣ̃ liệ u mạng cảm
biế n không dây lên website.
Hai chƣơng đầ u trì nh bà y về tổ ng quan mạ ng cả m biế n không dây và khung dƣ̃
liệ u mạ ng cả m biế n cũ ng nhƣ cá ch lƣu trƣ̃ dƣ̃ liệ u mạ ng cả m biế n , đây là phầ n lý
thuyế t nề n tả ng quan trong cho phầ n thƣ̣ c nghiệ m chƣơng 3.
Trong phần thực nghiệm, các kết quả đã đạt đƣợc bao gồm việc viết phần mềm
nhúng cho nút mạng thực hiện thu thập dữ liệu và xây dựng cơ sở dữ liệu của mạng
đồng thi viết chƣơng trình giao tiế p và cập nhật động dữ liệu lên website. Trên cơ sở

đấy đƣa ra các phân tích đánh giá kết quả đạt đƣợc của mạng cảm biến không dây so
với trƣớc đây.
Luận văn thạc sĩ Đạ i họ c Công nghệ - ĐHQGHN
Trần Hồ Tất Đạt - K16Đ2
-2-
CHƢƠNG 1
TỔNG QUAN VỀ MẠNG CẢM BIẾN KHÔNG DÂY
1.1. Giới thiệu mạng cảm biến:
Mạng cảm biến không dây có thể hiểu là mạng liên kết các nút với nhau bằng
kết nối sóng vô tuyến trong đó các nút mạng thƣng là các thiết bị đơn giản, nhỏ gọn,
giá thành thấp… và có số lƣợng lớn đƣợc phân phối một cấ u trú c không cố đị nh có
khả năng tự định tuyến trên một diện tích rộng, phạm vi hoạt động rộng, sử dụng
nguồn năng lƣợng hạn chế, có thi gian sống lâu dài và có thể hoạt động trong môi
trƣng khắc nhiệt nhƣ chất độc, ô nhiễm, nhiệt độ không ổn định …










Hình 1.1: Mô hình mạng cảm biến
WSN là một trong những lĩnh vực công nghệ mạng truyền thông mới phát triển
nhanh chóng, với những ứng dụng trong nhiều lĩnh vực nhƣ điều khiển quá trình công
nghiệp, bảo mật và giám sát, cảm biến môi trƣng, kiểm tra sức khỏe…
Các nút mạng thƣng có chức năng cả m nhậ n : cảm ứng, quan sát môi trƣng
xung quanh nhƣ nhiệt độ, độ ẩm, ánh sáng… theo dõi hay định vị các mục tiêu cố định

hay di động. Các nút giao tiếp với nhau và truyền dữ liệu về trung tâm một cách gián
tiếp bằng kỹ thuật đa bƣớ c.
1.2. Thiết bị mạng cảm biến:
Số lƣợng thiết bị (các nút mạng) trong WSN thông thƣờ ng là rất lớn. Các nút
này tùy vào chức năng và nhiệm vụ mà sẽ có nhƣng cấu trúc riêng. Nhƣng nhìn chung
các nút phải phải thiết kế nhỏ gọn, giá thành hợp lý và có khả năng hoạt động đƣợc
Luận văn thạc sĩ Đạ i họ c Công nghệ - ĐHQGHN
Trần Hồ Tất Đạt - K16Đ2
-3-
trong thi gian dài. Hình 1.2 sẽ cho chúng ta thấy các thành phần cơ bản làm nên một
thiết bị WSN.









Hình 1.2: Sơ đồ của một thiết bị WSN đơn giản
1.2.1. Bộ xử lý nhúng năng lƣợng thấp:
Nhiệm vụ của bộ xử lý bao gồm: xử lý thông tin cảm biến cục bộ và thông tin
truyền bởi các bộ cảm biến khác. Các bộ xử lý gắn vào thiết bị thƣng bị hạn chế về
công suất nên đƣợc chạy trên các hệ điều hành có các thành phần cơ bản đặc biệt, nhƣ
hệ điều hành TinyOS.
1.2.2. Bộ nhớ/Lƣu trữ (Memory/Storage):
Lƣu trữ dƣới dạng ROM và RAM cả bộ nhớ chƣơng trình (các lệnh đƣợc thực
hiện bởi bộ xử lý) và bộ nhớ dữ liệu (lƣu các kết quả đo chƣa qua xử lý và đã qua xử
lý bởi bộ cảm biến, lƣu các thông tin cục bộ khác). Chất lƣợng bộ nhớ và lƣu trữ trên

bo mạch của thiết bị WSN thƣng bị giới hạn đáng kể do giá thành thiết bị thấp.
1.2.3. Bộ thu phát sóng vô tuyến:
Thiết bị WSN thƣờ ng có tốc độ thấp (10100kbps) và là thiết bị vô tuyến
không dây dải ngắn (nhỏ hơn 100m). Trong WSN thì truyền vô tuyến là một quá trình
sử dụng năng lƣợ ng nhiề u nhất, do đó nó cần phải kết hợp có hiệu quả năng lƣợ ng
giữa các chế độ ngủ và chế độ hoạt động.


Luận văn thạc sĩ Đạ i họ c Công nghệ - ĐHQGHN
Trần Hồ Tất Đạt - K16Đ2
-4-
1.2.4. Cảm biến:
Do giới hạn băng thông và nguồn, các thiết bị WSN chỉ hỗ trợ bộ cảm biến tốc
độ dữ liệu thấp. Với các ứng dụng bộ cảm biến đa chức năng, mỗi thiết bị có một vài
loại cảm biến trên bo mạch. Tùy theo mỗi ứng dụng sẽ có một loại cảm biến riêng :
cảm biến nhiệt độ, cảm biến khí, cảm biến ánh sáng, cảm biến độ ẩm, cảm biến áp
suất, cảm biến gia tốc, cảm biến từ, cảm biến âm thanh, hay thậm chí là cả m biế n hình
ảnh có độ phân giải thấp…
1.2.5. Hệ thống định vị toàn cầu GPS:
Trong nhiều ứng dụng của WSN, ứng dụng cho các phép đo sensor để đánh dấu
vị trí là quan trọng nhất. Cách đơn giản nhất để định vị là tiền cấu hình cho sensor ở vị
trí triển khai, tuy nhiên nó chỉ mang tính khả thi trong một số điều kiện triển khai nhất
định.
Ví dụ cụ thể đối với hệ thống bên ngoài tòa nhà: Khi một mạng đƣợc triển khai,
thông tin dễ dàng thu đƣợc qua vệ tinh gốc GPS. Tuy nhiên, tại các ứng dụng, do hạn
chế của môi trƣng và kinh phí, chỉ một phần nhỏ các nút đƣợc trang bị GPS. Trong
trƣng hợp này, các nút khác nhau (nhƣng vẫn trong cùng mạng) chỉ thu đƣợc vị trí
của nhau một cách gián tiếp qua giao thức định vị mạng.
1.2.6. Nguồn nuôi:
Để tạo sự linh hoạt cho việc triển khai mạng cảm biến, các thiết bị trong mạng

thƣng đƣợc cấp nguồn bằng pin. Cũng có một số nút đƣợc nối trực tiếp vào nguồn
điện liên tục. Công nghệ tiết kiệm năng lƣợng hiện nay có thể cung cấp mức năng
lƣợng thấp hơn mà vẫn duy trì đƣợc nút hoạt động bình thƣng, vì vậy có thể kéo dài
tuổi thọ của nút. Hạn chế về mặt năng lƣợng của pin là trở ngại quan trọng nhất trong
hầu hết các ứng dụng của WSN.
1.3. Topo mạng WSN:
WSN thƣng đƣợc triển khai trên một phạm vi rộng, số lƣợng nút mạng lớn và
đƣợc phân bố một cách tƣơng đối ngẫu nhiên, các nút mạng có thể di chuyển làm thay
đổi sơ đồ mạng Do vậy WSN đòi hỏi 1 cấ u trú c mạng linh động (ad-hoc, mesh, star
) và các nút mạng có khả năng tự điều chỉnh, tự cấu hình.



Luận văn thạc sĩ Đạ i họ c Công nghệ - ĐHQGHN
Trần Hồ Tất Đạt - K16Đ2
-5-






Hình 1.3a: Topo hình sao

Hình 1.3b: Topo dạ ng cây

Hình 1.3c: Topo kết hợp cây và tuyến tính
WSN tiến hành phân chia mạng diện rộng (hàng trăm, hàng ngàn nút) thành các
cụm (cluster) để ổn định topo của mạng, đơn giản hóa giải thuật định tuyến, giảm xung
đột khi truy cập vào kênh truyền nên giảm đƣợc năng lƣợng tiêu thụ, đơn giản hóa việc
quản lý mạng và cấp phát địa chỉ cho từng nút mạng (theo cluster).
Tùy thuộc vào các ứng dụng cụ thể mà các nút liên kết với cùng mạng với các
cách khác nhau. Trong ứng dụng thu thập dữ liệu cơ sở có một nút gọi nút đầu ra (sink
node), nó có nhiệm vụ chỉ dẫn định hƣớng cho tất cả các dữ liệu từ các nút nguồn cảm
biến. Topo logic đơn giản cho kết nối tập hợp các dữ liệu là đơn bƣớc nhảy topy hình
sao, ở đây tất cả các nút gửi dữ liệu của nó trực tiếp đến nú t đầ u ra.
Trong các mạng lƣới thiết đặt truyền tải điện năng thấp hơn hoặc nơi mà các nút
đƣợc triển khai trên một vùng rộng lớn, cấu trúc cây đa bƣớc nhảy có thể đƣợc sử
dụng cho việc thu thập các dữ liệu. Trong trƣng hợp này, một số nút có thể xem nhƣ
là nguồn chính và định tuyến cho các nguồn khác. Một trong những đặc điểm thú vị
của WSN là cho phép khả năng xử lý thông minh trong mạng. Các nút trung gian dọc
theo đƣng không chỉ hoạt động nhƣ chuyển gói mà còn có thể kiểm tra và xử lý nội
dung của gói tin đi qua chúng. Điều này thƣng đƣợc thực hiện cho các mục đích của
nén dữ liệu hoặc cho việc xử lý tín hiệu nhằm nâng cao chất lƣợng thu thập thông tin.
Luận văn thạc sĩ Đạ i họ c Công nghệ - ĐHQGHN
Trần Hồ Tất Đạt - K16Đ2
-6-
1.4. Một số chuẩn WSN:
Do phạm vi ứng dụng của WSN rất rộng lớn, tính chất, đặc trƣng của mạng phụ
thuộc vào ứng dụng triển khai cụ thể. Do vậy, các công ty, các phòng thí nghiệm vẫn
thƣng phát triển, triển khai các giao thức riêng (MAC, đị nh tuyế n, đồ ng bộ ) phù
hợp cho từng ứng dụng cụ thể dựa trên các thiết bị phần cứng (transceiver chip) trên
thị trƣng. Một số chuẩn WSN phổ dụ ng bao gồ m:
- ALOHA system (U. of Hawaii)
- PRNET system (U.S. Defense)

- WINS (U. of California)
- PicoRadio (U. of California)
- MicroAMPS (M.I.T)
- MANET (Mobile ad-hoc Network)
- Zigbee: dựa trên tầng Vật lý và tầng MAC của chuẩn WPAN 802.15.4
1.5. Kiến trúc giao thức mạng:
Kiến trúc giao thức áp dụng cho mạng cảm biến đƣợc trình bày trong hình 1.4.
Kiến trúc này bao gồm các lớp và các mặt phẳng quản lý. Các mặt phẳng quản lý này
làm cho các nút có thể làm việc cùng nhau theo cách có hiệu quả nhất, định tuyến dữ
liệu trong mạng cảm biến di động và chia sẻ tài nguyên giữa các nút cảm biến.

Hình 1.4: Kiến trc giao thức mạng
- Mặt phẳng quản lý công suất: Quản lý cách cảm biến sử dụng
nguồn năng lƣợng của nó. Ví dụ: nút cảm biến có thể tắt bộ thu sau khi nhận
đƣợc một bản tin. Khi mức công suất của cảm biến thấp, nó sẽ quảng bá sang
Luận văn thạc sĩ Đạ i họ c Công nghệ - ĐHQGHN
Trần Hồ Tất Đạt - K16Đ2
-7-
nút cảm biến bên cạnh thông báo rằng mức năng lƣợng của nó thấp và nó không
thể tham gia vào quá trình định tuyến.
- Mặt phẳng quản lý di động: có nhiệm vụ phát hiện và đăng ký sự
chuyển động của các nút. Các nút giữ việc theo dõi xem ai là nút hàng xóm của
chúng.
- Mặt phẳng quản lý: Cân bằng và sắp xếp nhiệm vụ cảm biến giữa
các nút trong một vùng quan tâm. Không phải tất cả các nút cảm biến đều thực
hiện nhiệm vụ cảm nhận ở cùng một thi điểm.
- Mô hình ngăn xếp giao thức mạng WSN có 5 lớp bao gồm các
lớp: lớp ứng dụng, lớp truyền tải, lớp mạng, lớp liên kết dữ liệu và lớp vật lý.
Mỗi lớp có một chức năng và nhiệm vụ khác nhau. Ở chƣơng sau ta sẽ đi ta sẽ
phân tích cụ thể ở mô hình giao thức Zigbee.

1.6. Các ứng dụng WSN:
WSN có thể sử dụng nhiều loại cảm biến khác nhau nhƣ cảm biến từ trƣng tốc
độ lấy mẫu thấp, cảm biến thị giác, cảm biến hồng ngoại, cảm biến âm thanh, radar…
mà có thể quan sát vùng rộng các điều kiện xung quanh đa dạng bao gồm: nhiệt độ, độ
ẩm, sự chuyển động của xe cộ, điều kiện ánh sáng, áp suất, sự hình thành đất, mức
nhiễu. Tùy vào từng ứng dụng cụ thể mà các cảm biến đƣợc lắp đặt với mục đích khác
nhau. Ta có thể phân ra hai loại thông tin mà mạng WSN thu thập về. Đó là:
- Thu thập dữ liệu thi gian thực mang tính chất cảnh báo các sự cố hoặc sự kiện.
(cảnh báo cháy rừng, lũ lụt, mức độ ô nhiễm…)
- Thu thập các dữ liệu dài ngày mang tính chất thống kê (điều tra khảo sát nhiệt
độ trong mùa hạn hán của một vùng, mức độ lên xuống mức nƣớc từng mùa của
một dòng sông, …)
Có ba dạng ứng dụng của mạng cảm nhận không dây: thu thập dữ liệu môi
trƣng, giám sát an ninh, và theo dõi đối tƣợng. Hầu hết các ứng dụng chủ yếu của
WSN đều thuộc ba dạng này.
WSN đƣợc ứng dụng rộng rãi trong cuộc sống từ những ứng dụng về bảo vệ
môi trƣng sinh thái, nông nghiệp, quân đội, giám sát nhà máy, nhà thông minh, chăm
sóc sức khỏe con ngƣi…
1.6.1. Ứng dụng trong quân đội:
Mạng cảm biến không dây có thể là một phần tích hợp trong hệ thống điều
khiển quân đội, giám sát, giao tiếp, tính toán thông minh, trinh sát, theo dõi mục tiêu.
Đặc tính triển khai nhanh, tự tổ chức và có thể bị lỗi của mạng cảm biến làm cho
Luận văn thạc sĩ Đạ i họ c Công nghệ - ĐHQGHN
Trần Hồ Tất Đạt - K16Đ2
-8-
chúng hứa hẹn kỹ thuật cảm biến cho hệ thống trong quân đội. Vì mạng cảm biến dựa
trên sự triển khai dày đặc của các nút cảm biến có sẵn, chi phí thấp và sự phá hủy của
một vài nút bởi quân địch không ảnh hƣởng đến hoạt động của quân đội cũng nhƣ sự
phá hủy các cảm biến truyền thống làm cho khái niệm mạng cảm biến là ứng dụng tốt

đối với chiến trƣng. Một vài ứng dụng quân đội của mạng cảm biến là quan sát lực
lƣợng, trang thiết bị, đạn dƣợc, theo dõi chiến trƣng do thám địa hình và lực lƣợng
quân địch, mục tiêu, việc đánh giá mức độ nguy hiểm của chiến trƣng, phát hiện và
do thám việc tấn công bằng hóa học, sinh học, hạt nhân.
- Giám sát lực lƣợng, trang thiết bị và đạn dƣợc
- Giám sát chiến trƣng
- Giám sát địa hình và lực lƣợng quân địch
- Đánh giá sự nguy hiểm của chiến trƣng
1.6.2. Ứng dụng trong môi trƣng:
Đây là một trong những thế mạnh của WSN. Một vài ứng dụng môi trƣng của
mạng cảm biến nhƣ theo dõi sự di cƣ của các loài chim, các động vật nhỏ, các loại côn
trùng, theo dõi điều kiện môi trƣng mà ảnh hƣởng đến mùa màng và vật nuôi, việc
tƣới tiêu, các thiết bị đo đạc lớn đối với việc quan sát diện tích lớn trên trái đất, sự
thăm dò các hành tinh, phát hiện sinh-hóa, nông nghiệp chính xác, quan sát môi
trƣng, trái đất, môi trƣng vùng biển và bầu khí quyển, phát hiện cháy rừng, nghiên
cứu khí tƣợng học và địa lý, phát hiện lũ lụt, sắp đặt sự phức tạp về sinh học của môi
trƣng và nghiên cứu sự ô nhiễm.
1.6.3. Ứng dụng trong chăm sóc sức khỏe:
Một vài ứng dụng về sức khỏe đối với mạng cảm biến là giám sát bệnh nhân,
các triệu chứng, quản lý thuốc trong bệnh viện, giám sát sự chuyển động và xử lý bên
trong của côn trùng hoặc các động vật nhỏ khác, theo dõi và kiểm tra bác sĩ và bệnh
nhân trong bệnh viện.
Theo dõi bác sĩ và bệnh nhân trong bệnh viện: mỗi bệnh nhân đƣợc gắn một
nút cảm biến nhỏ và nhẹ, mỗi một nút cảm biến này có nhiệm vụ riêng, ví dụ có nút
cảm biến xác định nhịp tim trong khi con cảm biến khác phát hiện áp suất máu, bác sĩ
cũng có thể mang nút cảm biến để cho các bác sĩ khác xác định đƣợc vị trí của họ
trong bệnh viện.
1.6.4. Ứng dụng trong gia đình:
Trong lĩnh vực tự động hóa gia đình, các nút cảm biến đƣợc đặt ở các phòng để
đo nhiệt độ. Không những thế, chúng còn đƣợc dùng để phát hiện những sự dịch

chuyển trong phòng và thông báo lại thông tin này đến thiết bị báo động trong trƣng
hợp không có ai ở nhà (Nhà thông minh)
Luận văn thạc sĩ Đạ i họ c Công nghệ - ĐHQGHN
Trần Hồ Tất Đạt - K16Đ2
-9-
1.6.5. Ứng dụng trong công nghiệp và thƣơng mại:
Ngày nay đây cũng đang là một ứng dụng trọng điểm của WSN. Chúng ta có
thể gắn mạng cảm biến để có thể kiểm soát các hệ thống chiếu sáng, kiể m soá t độ ẩm,
phòng cháy, chống rò rỉ, chất lƣợng các sản phẩm hoặc dùng cảm biến cảm nhận rồi
điều khiển một cách tự động các thiết bị, robot … trong các nhà máy khu công nghiệp,
khu thƣơng mại.
1.7. Yêu cầu trong thiết kế mạng cảm biến:
Mạng cảm biến quan tầm rất nhiều về khía cạnh kĩ thuật. Các kĩ thuật mới tiên
tiến đƣợc áp dụng vào mạng WSN nhằm thiết kế thỏa mãn các yêu cầu của mạng.
1.7.1. Thi gian sống bên ngoài:
Các nút WSN với nguồn năng lƣợng pin bị giới hạn. Ví dụ: một loại pin kiềm
cung cấp 50Wh năng lƣợng, nó có thể truyền cho mỗi nút mạng ở chế độ tích cực gần
một tháng hoạt động. Trong thực tế, pin rất cần thiết trong rất nhiều ứng dụng để bảo
đảm mạng WSN có thể tự động sử dụng không cần thay thế trong vài năm. Sự cải
thiện của phần cứng trong thiết kế pin và kĩ thuật thu năng lƣợng sẽ giúp ta một phần
trong việc tiết kiệm pin.
1.7.2. Khả năng đáp ứng của bộ cảm biến:
Giải pháp đơn giản để kéo dài thi gian sống bên ngoài là điều khiển các nút
cùng một loại chu kỳ hoạt động với chu kỳ chuyển mạch giữa hai chế độ: chế độ ngủ
và chế độ hoạt động.
Trong khi quá trình đồng bộ ở chế độ ngủ là một thử thách năng lực của WSN,
thì một vấn đề lớn liên quan nữa đó là chu trình ngủ một cách tùy tiện có thể làm giảm
khả năng đáp ứng cũng nhƣ hiệu suất của các cả m biế n.
Trong một số ứng dụng, để các sự kiện trong tự nhiên đƣợc tìm thấy và tƣng
thuật nhanh, thì sự trễ bởi lịch ngủ phải đƣợc giữ ở giới hạn chính xác, ngay cả trong

sự tồn tại của nghẽn mạng.

1.7.3. Sức mạnh:
Mục tiêu của WSN là có thể phủ sóng trên mộ t phạm vi rộng lớn. Mục tiêu này
sẽ đƣợc phổ biến trên các thiết bị không đắt tiền. Tuy nhiên, các thiết bị rẻ thƣng có
độ tin cậy thấ p và thƣng dễ xảy ra lỗi. Tốc độ lỗi cũng sẽ cao khi các thiết bị cảm ứng
đƣợc triển khai trong các môi trƣng khắc khe và trong vùng hoạt động của kẻ địch.
Giao thức thiết kế do đó cũng phải xây dựng có kỹ thuật, kỹ xảo để có thể đáp ứng
đƣợc các yêu cầu đó.

Luận văn thạc sĩ Đạ i họ c Công nghệ - ĐHQGHN
Trần Hồ Tất Đạt - K16Đ2
-10-
1.7.4. Bổ trợ:
Các cải tiến của luật Moore trong công nghệ bảo đảm dung năng của thiết bị về
các mặt: xử lý nguồn, bộ nhớ-lƣu trữ, thực hiện truyền nhận vô tuyến, cải thiện nhanh
chóng sự chính xác của bộ cảm biến. Tuy nhiên, nếu vấn đề kinh tế đƣợc đặt ra ở đây
là giá cả trên mỗi nút giảm mạnh, thì nó có thể làm cho dung năng của nút sẽ bị hạn
chế ở một mức độ nhất định. Đó là lý do để thiết kế các giao thức Synery, các giao
thức này bảo đảm rằng hệ thống tổng thể sẽ có dung năng lớn hơn so với dung năng
của các đơn thành phần trong nó gộp lại. Các giao thức cung cấp khả năng hợp tác
giữa lƣu trữ, máy móc và các tài nguyên thông tin.
1.7.5. Khả năng mở rộng:
Mạng WSN có khả năng mở rộng trên phạm vi vô cùng lớn (có thể lên tới hàng
triệ u nú t ). Tuy nhiên, có một vài hạn chế về thông lƣợng và dung lƣợng làm ảnh
hƣởng đến khả năng mở rộng của hoạt động mạng cảm biến.
1.7.6. Tính không đồng nhất:
Tồn tại sự không đồng nhất trong dung năng của thiết bị khi tiến hành cài đặt
trên thực tế (cụ thể là máy móc, thông tin dữ liệu và cảm biến). Sự không đồng nhất sẽ
có ảnh hƣởng quan trọng đến thiết kế. Chìa khóa cho vấn đề này là tìm ra sự cộng tác

tốt của các thiết bị có khả năng đồng nhất để đƣa vào các ứng dụng.
1.7.7. Tự cấu hình:
Do tính mở rộng và hầu hết là các ứng dụng trong thiên nhiên nên WSN là các
hệ thống phân phối không cần chủ. Hoạt động tự động là vấn đề chính đƣợc đặt ra
trong thiết kế. Ngay từ đầu, các nút trong WSN có thể đƣợc cấu hình theo topo mạng
của chúng; tự đồng bộ, tự kiểm tra và tự quyết định các thông số hoạt động khác.
1.7.8. Tự tối ƣu và thích nghi:
Trong WSN, thƣng có những tín hiệu không chắc chắn về điều kiện hoạt động
trƣớc khi triển khai. Đối với những trƣng hợp đó, việc xây dựng những máy móc để
có thể tự đọc từ sensor và thu thâp các phép đo mạng; sử dụng những cái đọc đƣợc đó
để tiếp tục hoạt động cải tiến là điều rất quan trọng.
Ngoài ra, môi trƣng hoạt động của WSN có thể thay đổi mạnh mẽ qua thi
gian. Các giao thức WSN sẽ làm cho thiết bị có thể thích nghi với môi trƣng hoạt
động động (dynamic) trong khi thiết bị đang trực tuyến.
1.7.9. Thiết kế có tính hệ thống:
Nhƣ chúng ta đã thấy, WSN thƣng có thể là một ứng dụng cao cho từng chức
năng riêng nên cần có sự cân bằng giữa 2 yếu tố:
Luận văn thạc sĩ Đạ i họ c Công nghệ - ĐHQGHN
Trần Hồ Tất Đạt - K16Đ2
-11-
- Ad hoc: mỗi ứng dụng cần có những đặc điểm khai thác ứng dụng
riêng để cung cấp những hoạt động có tính phát triển cao.
- Tính linh hoạt: các phƣơng pháp thiết kế phải dễ dàng phổ biến cho các
hoạt động thực thi.
1.7.10. Cách biệt và bảo mật:
Tính mở rộng, phổ biến rộng, nhạy của thông tin thu đƣợc bởi WSN làm tăng
yêu cầu chính cuối cùng trong thiết kế đó là phải làm sao để cách biệt và bảo mật
thông tin.
Luận văn thạc sĩ Đạ i họ c Công nghệ - ĐHQGHN
Trần Hồ Tất Đạt - K16Đ2

-12-
CHƢƠNG 2
KHUNG DỮ LIỆU VÀ CƠ SỞ DỮ LIỆU CỦA
MẠNG CẢM BIẾN KHÔNG DÂY
2.1. Giao thƣ́ c lậ p lị ch tậ p trung
Muốn lƣu trữ dữ liệu mạng cảm biến không dây thành cơ sở dữ liệu là một tập
hợp thông tin có cấu trúc, chúng ta phải nghiên cứu các trƣng thông tin có ích trong
một khung truyền về từ các nút mạng để lƣu lại và loại bỏ các trƣng tiêu đề không
cần thiết. Để nghiên cứu về khung dữ liệu của mạng WSN ta cầ n biế t khung truyề n
này sẽ đi nhƣ thế nào trong mạng WSN . Phầ n tiế p the o ta sẽ nghiên cƣ́ u về thủ tụ c
điề u khiể n thâm nhậ p môi trƣờ ng đƣợ c sƣ̉ dụ ng trong luậ n văn – giao thƣ́ c lậ p lịch tậ p
trung.
2.1.1. Thủ tục thâm nhập môi trƣng MAC:
MAC nằ m ở lớp liên kết dữ liệu trong mô hình OSI. Lớp này có nhiệm vụ ghép
các luồng dữ liệu, phát hiện các khung (frame) dữ liệu, cách truy nhập đƣng truyền
và điều khiển lỗi. Vì môi trƣng có tạp âm và các nút cảm biến có thể di động, giao
thức điều khiển truy nhập môi trƣng (MAC) phải xét đến vấn đề công suất và phải có
khả năng tối thiểu hoá việc va chạm với thông tin quảng bá của các nút lân cận. Tóm
lại MAC có 2 nhiệm vụ chính là:
- Tạo khung dữ liệu để truy cập môi trƣng.
- Truy cập môi trƣng và dò lỗi, nhằm thực việc truyền và nhận đúng dữ
liệu.
Thủ tục MAC đƣợc thiết kế cho mạng WSN có thêm mụ c đí ch là quản lý hoạt
động của sóng vô tuyến để chuyển đổi năng lƣợng . Có rất nhiều thủ tục MAC cho
mạng cảm biến không dây, nhƣng có thể chia ra bố n loạ i chí nh là :
- Thủ tục MAC theo chuẩn IEEE 802.15.4
- Thủ tục lập lịch với các chuẩn nhƣ : Lậ p lị ch tậ p trung , D-MAC,
WiseMAC, LEACH
- Thủ tục truy cập có cạnh tranh : CSMA/CA, CSMA sƣ̉ dụ ng backoff ,
PAMAS

- Thủ tục chu kỳ công suất thấp: S-MAC, T-MAC

Luận văn thạc sĩ Đạ i họ c Công nghệ - ĐHQGHN
Trần Hồ Tất Đạt - K16Đ2
-13-
2.1.2. Giao thƣ́ c lậ p lị ch tậ p trung:
Trong giao thƣ́ c đa truy cậ p cả m nhậ n só ng mang (CSMA), một nút muốn
truyền trƣớc hết phải lắng nghe kênh để đánh giá nó có rỗi không. Nếu kênh nhàn rỗi,
nút sẽ tiến tới việc truyền. Nếu kênh bận, nút sẽ đợi một chu kỳ back-off ngẫu nhiên để
cố truyền lại. Giao thƣ́ c lậ p lịch tậ p trung sƣ̉ dụ ng công nghệ TDMA , có sự biến đổi
đố i vớ i truy cậ p kênh không dây là có thêm thăm dò .
Trong thuật toán thăm dò , các nút mạng có thể truyền chỉ trên một kênh sau khi
nhận đƣợc sự cho phép của nút chủ trên mạng. Ban đầu nút chủ gửi thông điệp đến các
nút không phải nút chủ (nút cảm nhận ), một cách đều đặn thăm dò tất cả các nút, hỏi
xem chúng có mong muốn truyền không. Mỗi nút cảm nhận phản hồi lần lƣợt lại truy
vấn này. Một nút chỉ ra sự mong muốn truyền sau khi đƣợc nút chủ cho phép. Theo
cách này, nút chủ có thể điều khiển truy cập môi trƣng.
Mỗi gói tin thăm dò tồn tại riêng biệt với một gói dữ liệu bởi t
ta
là thi gian
đƣợc yêu cầu để sink thay đổi trạng thái. Đối với một thăm dò không thành công, có
một sự phân chia tối thiểu 2t
ta
+t
cca
giữa 2 gói tin thăm dò thành công ,đây là thi gian
đƣợc yêu cầu để xác định có hay không bất kỳ đáp ứng từ nú t chủ trƣớc khi một gói
thăm dò khác đƣợc gửi.

Hình 2.1: Thời gian truyền cho thăm dò

Trong đó:
t
tx
: thi gian truyền một gói dữ liệu
t
ta
: thi gian từ trạng thái nhận sang truyền hoặc từ truyền sang nhận
t
cca
: thi gian để quyết định liệu có dữ liệu đang truyền hay không bằng
việc nhận biết kênh là trống hay không
Thăm dò cung cấp nhiều thuận lợi hơn CSMA. Thứ nhất, thi gian truy cập
kênh có thể theo thuyết tiền định và không phải chịu trễ ngẫu nhiên từ thuật toán
Luận văn thạc sĩ Đạ i họ c Công nghệ - ĐHQGHN
Trần Hồ Tất Đạt - K16Đ2
-14-
CSMA. Điều này có thể là một thuận lợi quan trọng đối với những ứng dụng yêu cầu
trễ thông điệp thấp và những ứng dụng cần đƣợc xử lý hết sức thận trọng trong những
thông điệp khẩn cấp. Hơn nữa, bởi vì truy cập kênh đƣợc điều khiển bởi một thực thể
đơn (nút chủ), chính sách của nút chủ có thể điều chỉnh dễ dàng để cung cấp các mức
độ khác nhau về việc truy cập kênh đối với nút cơ sở . Trong cách này, mỗi nút có thể
đƣa ra chất lƣợng dịch vụ cần thiết đối với ứng dụng nó phục vụ. Những nút yêu cầu
băng thông dữ liệu cao hoặc trễ bản tin thấp có thể đƣợc thăm dò nhiều lần hơn các nút
khác. Thêm vào đó, bởi vì nó đƣợc điều khiển bởi nút chủ, kênh truy cập cũng có thể
đƣợc đảm bảo tốt hơn. Cuối cùng, vấn để đầu cuối ẩn nhƣ CSMA là tránh đƣợc.
Những điểm không thuật lợi của thuật toán thăm dò trong mạng cảm nhận
không dây:
- Thứ nhất, bởi vì nút chủ phải truyền và nhận liên tục, nó không thể tƣơng xứng
giữa chu kỳ công suất thấp với thi gian sống pin dài. Các cảm nhận cũng phải
chịu tải của việc nhận thăm dò liên tục của nút chủ mong dành cho các nút cảm

nhậ n khác. Và thỉnh thoảng lại đáp lại nút chủ nếu đúng địa chỉ của nó
- Thứ hai, khi số lƣợng thiết bị trong mạng tăng lên, tổng số thi gian mạng mất
cho việc thăm dò các nút mạng cũng tăng theo. Rấ t khó thiế t lậ p một thuật toán
thăm dò đối với hàng trăm tới hàng nghìn nút.
- Cuối cùng, phƣơng thức truy cập kênh thăm dò thƣng yêu cầu một mạng đơn
bƣớ c. Các nút phải nằm trong phạm vi của nút chủ để có đƣợc truy cập kênh.
Thuậ t toá n lậ p lị ch tậ p trung và phần mềm nhúng cho mỗi nút sẽ đƣợc trình bày
ở chƣơng 3 của luận văn và trong phần phụ lục.
2.2. Khung truyề n mạ ng WSN :
Cần xác định dạng khung dữ liệu chính xác cho quá trình truyền nhận để dựa
vào đó lập trình phù hợp cho mỗi nút mạng. Nghĩa là phải thiết lập khung dữ liệu với
đầy đủ các trƣng, đảm bảo cung cấp đầy đủ thông tin để nút nhận có thể xử lý tốt các
thông tin cần thiết. Các dữ liệu từ sensor cùng các thông tin chung của nút mạng sẽ
đƣợc đóng gói thành khung dữ liệu. Khung dữ liệu đƣợc nạp vào bộ đệm dữ liệu (RF
Data Buffer) trong bộ thu phát vô tuyến tích hợp sắn trong vi điều khiển CC1010. Dữ
liệu trƣớc khi truyền và sau khi nhận đƣợc đặt vào trong bộ đệm. Chính vì vậy, kích
thƣớc của bộ đệm RF cũng chính là kích thƣớc tối đa của khung dữ liệu cho mỗi lần
truyền. Kích thƣớc bộ đệm trong vi điều khiển CC1010 là 253bytes.



Luận văn thạc sĩ Đạ i họ c Công nghệ - ĐHQGHN
Trần Hồ Tất Đạt - K16Đ2
-15-
Xét một cấu trúc khung dẫn đƣng đầy đủ trong mạng cảm biến không dây :

Hình 2.2: Khung dẫ n đƣờ ng truyề n thố ng trong mạ ng WSN

Trong đó :
- Preamble: (4bytes) trƣng dẫn đƣng

- SFD(Start-of-frame delimiter): (1byte) trƣờ ng bắ t đầ u dấ u phân
cách
- FLI(Frame Length Indicator): (1byte) trƣờ ng chỉ thị độ dài khung
- FSC(Frame check sequence): (2bytes) trình tự kiểm tra khung
Payload chính là phầ n dƣ̃ liệ u thông tin có ích truyề n giƣ̃ a cá c nú t bao gồ m:
- Type: (1byte) Loại khung đƣợc nhận. Để phân biệt các loại khung
khác nhau: ACK, dẫn đƣng, dữ liệu …
- Dest. address: (2bytes) Địa chỉ nơi nhận. Lọc ra những khung
không liên quan
- seq_num: (1byte) chỉ ra số khung dẫn đƣng đƣợc truyền trƣớc
khung dữ liệu.
- Data: (3bytes) thông tin dƣ̃ liệu cảm biến
Vớ i nộ i dung củ a luậ n văn đã đặ t ra, ta sẽ xây dƣ̣ ng chƣơng trì nh nhú ng vớ i cá c
trƣờ ng đƣợ c định dạ ng khung dƣ̃ liệ u nhƣ sau:


2bytes
8bytes
2bytes
1bytes
2bytes
1bytes
1bytes
ID của nú t tại
điểm đo
Tên điểm đo
(IDSource)
ID node đến
(IDDestine)
Kiểu dữ liệu

(DataType)
Dữ liệu
(Data)
Năng lƣợng
(Bat)
Kết thúc gói
tin (END)

Hình 2.3: Bảng cấu trc khung dữ liệu c ích

Luận văn thạc sĩ Đạ i họ c Công nghệ - ĐHQGHN
Trần Hồ Tất Đạt - K16Đ2
-16-
Trong đó:
 ID: Thông tin về Node gửi dữ liệu
 IDSource: Nơi gửi dữ liệu
 IDDestine: Điểm đến
 NodeName: Tên node gửi
 DataType: Loại dữ liệu
 Data: Dữ liệu
 Bat: Giá trị còn lại của Pin
 Date: Thờ i gian truyề n
Tại các nút cảm nhận, khung dữ liệu đƣợc xóa trống trong lần khởi tạo đầu tiên.
Các byte đƣợc đƣa vào bộ đệm lần lƣợt từ byte cao về byte thấp. Để đảm bảo các
trƣng dữ liệu đƣợc đƣa vào đúng vị trí của nó trong khung ta tiến hành nạp dữ liệu
của các trƣng theo thứ tự trong khung, các trƣng đứng đầu khung thì đƣợc nạp
trƣớc, các trƣng đứng sau thì sẽ nạp sau. Ngoài ra, để cho thuận tiện cũng nhƣ chính
xác trong quá trình xử lý ta cần xác định chính xác offset từng trƣng dữ liệu trong
khung.
Ví dụ quá trình nạp NodeID vào khung (chƣơng trình viết bằng ngôn ngữ C):

txDataBuffer[0] = (NodeID >> 8) & 0xFF; //Nạp byte cao
txDataBuffer[1] = NodeID & 0xFF; //Nạp byte thấp
2.3. Cơ sở dữ liệu mạng cảm biến không dây
2.3.1. Cơ sở dữ liệu
- Cơ sở dữ liệu (CSDL) là một tập hợp thông tin có cấu trúc hay một tập
hợp liên kết các dữ liệu đƣợc lƣu trên một thiết bị lƣu trữ nhƣ đĩa hay băng. Dữ liệu
này đƣợc duy trì dƣới dạng một tập hợp các tập tin trong hệ điều hành hay đƣợc lƣu
trữ trong các hệ quản trị cơ sở dữ liệu.
- Có một số ƣu điểm mà CSDL mang lại:
o Giảm sự trùng lặp thông tin xuống mức thấp nhất. Do đó đảm bảo
thông tin có tính nhất quán và toàn vẹn dữ liệu.
o Đảm bảo dữ liệu có thẻ đƣợc truy suất theo nhiều cách khác nhau
o Nhiều ngƣi có thể sử dụng một cơ sở dữ liệu.
- Những vấn đề mà CSDL cần phải giải quyết:
o Tính chủ quyền của dữ liệu.
 Thể hiện ở phƣơng diện an toàn dữ liệu.
Luận văn thạc sĩ Đạ i họ c Công nghệ - ĐHQGHN
Trần Hồ Tất Đạt - K16Đ2
-17-
 Khả năng biểu diễn mỗi liên hệ ngữ nghĩa của dữ liệu và tính
chính xác của dữ liệu.
 Ngƣi khai thác cơ sở dữ liệu phải cập nhật cho CSDL những
thông tin mới nhất.
o Tính bảo mật và quyền khai thác thông tin của ngƣi sử dung.
 Do ƣu điểm CSDL có thể cho nhiều ngƣi khai thác đồng thi,
nên cần phải có một cơ chế bảo mật phân quyền khai thác CSDL.
 Các hệ điều hành nhiều ngƣi sử dụng hay cục bộ đều cung cấp
cơ chế này.
o Tranh chấp dữ liệu.
 Khi nhiều ngƣi cùng truy nhập CSDL với các mục đích khác

nhau. Rất có thể sẽ xảy ra hiện tƣợng tranh chấp dữ liệu.
 Cần có cơ chế ƣu tiên khi truy cập CSDL. Ví dụ: admin luôn có
thể truy cập cơ sở dữ liệu.
 Cấp quyền ƣu tiên cho từng ngƣi khai thác.
o Đảm bảo an toàn dữ liệu khi có sự cố.
 Khi CSDL nhiều và đƣợc quản lý tập trung. Khả năng rủi ro mất
dữ liệu rất cao. Các nguyên nhân chính là mất điện đột ngột hoặc hỏng thiết
bị lƣu trữ.
 Hiện tại có một số hệ điều hành đã có cơ chế tự động sao lƣu ổ
cúng và sƣ̉ a lỗ i lỗi khi có sự cố xảy ra.
 Tuy nhiên: Nên sao lƣu dự phòng cho dữ liệu đề phòng trƣng
hợp xấu xảy ra.
- Phân loại:
o Cơ sở dữ liệu dạng file: dữ liệu đƣợc lƣu trữ dƣới dạng các file có
thể là text, asrcii, *.dbf. Tiêu biểu cho cơ sở dữ liệu dạng file là*.mbd Foxpro
o Cơ sở dữ liệu quan hệ: dữ liệu đƣợc lƣu trữ trong các bảng dữ liệu
gọi là các thực thể, giữa các thực thể này có mối liên hệ với nhau gọi là
các quan hệ, mỗi quan hệ có các thuộc tính, trong đó có một thuộc tính là khóa
chính. Các hệ quản trị hỗ trợ cơ sở dữ liệu quan hệ nhƣ: MS SQL
server, Oracle, MySQL
Luận văn thạc sĩ Đạ i họ c Công nghệ - ĐHQGHN
Trần Hồ Tất Đạt - K16Đ2
-18-
o Cơ sở dữ liệu hƣớng đối tƣợng: dữ liệu cũng đƣợc lƣu trữ trong
các bản dữ liệu nhƣng các bảng có bổ sung thêm các tính năng hƣớng đối tƣợng
nhƣ lƣu trữ thêm các hành vi, nhằm thể hiện hành vi của đối tƣợng. Mỗi bảng
xem nhƣ một lớp dữ liệu, một dòng dữ liệu trong bảng là một đối tƣợng. Các hệ
quản trị có hỗ trợ cơ sở dữ liệu quan hệ nhƣ: MS SQL server, Oracle, Postgres.
o Cơ sở dữ liệu bán cấu trúc: dữ liệu đƣợc lƣu dƣới dạng XML, với
định dạng này thông tin mô tả về đối tƣợng thể hiện trong các tag. Đây là cơ sở

dữ liệu có nhiều ƣu điểm do lƣu trữ đƣợc hầu hết các loại dữ liệu khác nhau nên
cơ sở dữ liệu bán cấu trúc là hƣớng mới trong nghiên cứu và ứng dụng.
2.3.2. Sự cần thiết của cơ sở dữ liệu của mạng WSN
Bên cạnh khả năng thu thập dữ liệu thi gian thực cảnh báo các sự cố một cách
nhanh chóng hiệu quả, mạng WSN còn có khả năng thu thập đƣợc các dữ liệu trong
thi gian dài dùng làm số liệu nghiên cứu và khảo sát.
Ví dụ nhƣ dữ liệu nhiệt độ khí hậu của một khu rừng trong một năm, sự lên
xuống mức nƣớc của một dòng sông, vùng biển… Cứ một nút mạng sau một chu kỳ
lại cho về một dữ liệu về nú t trung tâm, trong mạng WSN thì lại có rất nhiều nốt
mạng, vì thế số liệu thu về trong thi gian dài là rất lớn. Nếu đơn thuần chỉ lƣu vào file
dƣ̃ liệ u văn bả n thì sẽ rất khó kiểm soát và theo dõi đƣợc thông tin mang về.
Cơ sở dữ liệu còn là nguyên liệu cho chúng ta xây dựng Website động cho
mạng WSN. Vì vậy chúng ta cần lƣu kết quả thu thập vào một hệ cơ sở dữ liệu, nhằm
thuận lợi cho việc lƣu trữ và truy xuất những dữ liệu này một cách khoa học. Trong
khuôn khổ luận văn này sẽ có phần sử dụng MS SQL Server để cập nhật các thông tin
mạng WSN. Chúng ta sẽ tìm hiểu kỹ hơn về hệ cơ sở dữ liệu MS SQL Server ở phần
sau.
2.4. Lƣu và cập nhật động cơ sở dữ liệu lên Website
2.4.1. Công nghệ Website
Tiền thân của mạng Internet ngày nay là mạng ARPANET. Vào năm 1960 khi
một cơ quan của Bộ Quốc phòng Mỹ, cơ quan quản lý dự án nghiên cứu phát triển
(ARPA) đề nghị liên kết 4 địa điểm đầu tiên vào tháng 7 năm 1968. Bốn địa điểm đầu
tiên đó là Viện Nghiên cứu Stanford, Trƣng Đại học tổng hợp California ở Los
Angeles, Úc - Santa Barbara và trƣng Đại học tổng hợp Utah. Đó là mạng liên khu
vực (Wide area Network) hay mạng Wan đầu tiên đƣợc xây dựng (mặc dù nó nhỏ hơn
nhiều so với các mạng WAN ngày nay). Bốn địa điểm trên đƣợc nối thành mạng vào
năm 1969 đó đánh dấu sự ra đi của Internet ngày nay: mạng đƣợc biết đến dƣới cái
tên ARPANET đó hình thành.