TÌM HIỂU CÁC GIAO THỨC ĐỊNH TUYẾN TRONG MẠNG CẢM BIẾN KHÔNG DÂY

BỘ CÔNG THƯƠNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
CƠ SỞ PHÍA BẮC.
KHOA CÔNG NGHỆ

ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH

TÌM HIỂU CÁC GIAO THỨC ĐỊNH TUYẾN TRONG
MẠNG CẢM BIẾN KHÔNG DÂY
CHUYÊN NGÀNH : CÔNG NGHỆ THÔNG TIN –NET.

GVHD

: ThS TỐNG ĐỨC THUẬN

SVTH

: NGUYỄN THỊ NIÊN

09007914

: NGUYỄN VĂN THUẦN

09010654

LỚP

: DHTH5TB

KHÓA

:2009-2013

Thái bình, tháng 6/2013.


NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH
(CHÚ Ý: SV phải đóng tờ này vào trang thứ nhất của bản thuyết minh)
Họ và tên sinh viên:…………………………………. MSSV:…………
…………………………………. MSSV:…………
…………………………………. MSSV:…………
…………………………………. MSSV:…………
…………………………………. MSSV:…………
Ngành:……………………………….. ……... Lớp:……………
1.
Tên đồ án chuyên ngành:
………………………………………………………………………………….
………………………………………………………………………………….
2.
Nhiệm vụ (Nêu nội dung và dữ liệu ban đầu):
………………………………………………………………………………….
………………………………………………………………………………….
………………………………………………………………………………….
………………………………………………………………………………….
………………………………………………………………………………….
3.
4.
5.

Ngày giao: ngày tháng năm
Ngày hoàn thành: ngày tháng năm

Họ tên giáo viên hướng dẫn:
Thái Bình, ngày
TRƯỞNG BỘ MÔN
(Ký và ghi rõ họ tên)

tháng năm

GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN
(Ký và ghi rõ họ tên)


NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN
(Giáo viên ghi nhận xét của mình, bằng tay, vào phần này)
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………………
Phần đánh giá:
• Ý thức thực hiện:
………………………………………………………………………………………............
………………………………………………………………………………………............
• Nội dụng thực hiện:
………………………………………………………………………………………...........
………………………………………………………………………………………...........
• Hình thức trình bày:
………………………………………………………………………………………...........
………………………………………………………………………………………............
• Tổng hợp kết quả:
Điểm bằng số:

Điểm bằng chữ:

(Quy định về thang điểm và lấy điểm tròn theo quy định của trường)
[…] Được bảo vệ
[…] Được bảo vệ có chỉnh sửa bổ sung
[…] Không được bảo vệ
Thái Bình, ngày tháng năm 2013
GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN
(Ghi rõ họ, tên)


NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN
(Giáo viên ghi nhận xét của mình, bằng tay, vào phần này)
………………………………………………………………………………………...........
………………………………………………………………………………………............
………………………………………………………………………………………............
………………………………………………………………………………………............
Phần đánh giá:
• Ý thức thực hiện:
………………………………………………………………………………………............
………………………………………………………………………………………............
• Nội dụng thực hiện:
………………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………........................
• Hình thức trình bày:
………………………………………………………………………………………............
………………………………………………………………………………………............
• Tổng hợp kết quả:
Điểm bằng số:

Điểm bằng chữ:

(Quy định về thang điểm và lấy điểm tròn theo quy định của trường)
[…] Được bảo vệ
[…] Được bảo vệ có chỉnh sửa bổ sung
[…] Không được bảo vệ
Thái Bình, ngày tháng năm 2013
GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN
(Ghi rõ họ, tên)


LỜI NÓI ĐẦU
Thế giới ngày nay đã có nhiều tiến bộ mãnh mẽ về công nghệ thông tin (CNTT),
từ một tiềm năng thông tin đã trở thành một tài nguyên thực sự, trở thành sản phẩm hàng
hóa trong xã hội, tạo ra sự thay đổi lớn trong lực lượng quản lý, trong các lĩnh vực của xã
hội.
Cùng với việc phát triển mạnh mẽ của mạng máy tính, với sự tiến bộ lớn của công
nghệ không dây (Wireless) mạng cảm biến không dây ngày nay đang dần được áp dụng
vào trong thực tiễn với những đặc điểm nổi bật của nó.
Đứng trước sự phát triển không ngừng của khoa học, công nghệ, truyền thông,
mạng cảm biến không dây ra đời với việc sử dụng các thiết bị cảm biến nhỏ và chi phí
thấp đã trở nên khả thi về mặt kỹ thuật cũng như về mặt kinh tế.
Xuất phát từ những phát từ những yêu cầu thực tế đó, đề tài “Tìm hiểu các giao
thức định tuyến trong mạng cảm biến không dây” thực hiện việc giới thiệu một cách
tổng quan về mạng cảm biến không dây, các giao thức trong mạng cảm biến không dây
cũng như mô phỏng, đánh giá một giao thức định tuyến trong mạng cảm biến không dây,
cùng với đó là hướng phát triển của một công nghệ.
Trong tài liệu này, chúng em xin giới thiệu những nét tổng quát nhất về mạng cảm
biến không dây, các giao thức. Để có thể hiểu sơ qua về vấn đề, nội dung sẽ được chia
thành các chương như sau:

Chương I : Giới thiệu tổng quan về mạng cảm biến không dây.
Chương II : Định tuyến trong mạng cảm biến không dây.
Chương III : Mô phỏng giao thức định tuyến, đánh giá kết quả, hướng phát triển.
Mạng cảm biến không dây (WSN) là một công nghệ mới, vì vậy đòi hỏi sự nghiên
cứu và tìm tòi kỹ lưỡng. Những nội dung và kiến thức trong tài liệu này là tổng hợp
những nghiên cứu mà chúng em tìm hiểu và đúc rút sau thời gian làm đồ án.Vì thời gian
không cho phép và kiến thức còn nhiều hạn chế nên chắc rằng không thể tránh khỏi
những thiếu sót. Rất mong được sự góp ý từ các thầy cô và các bạn

5


LỜI CẢM ƠN

Chúng em xin chân thành cảm ơn trường đại học công nghiệp thành phố Hồ Chí
Minh Cơ sở Thái Bình đã tạo điều kiện thuận lợi cho chúng em và đặc biệt chúng em xin
cảm ơn thầy Tống Đức Thuận đã tận tình chỉ bảo, động viên, chia sẻ khó khăn và giúp đỡ
chúng em trong quá trình thực hiện đề tài.
Chúng em cũng xin chân thành cảm ơn các thầy cô trong khoa Công Nghệ đã tận
tình giảng dậy, trang bị cho chúng em những kiến thức cần thiết trong thời gian vừa qua.
Chúng em cũng xin gửi lời cảm ơn tới tất cả bạn bè, gia đình đã ủng hộ và giúp đỡ
chúng em trong suất quá trình thực hiện đề tài.
Mặc dù đã cố gắng hoàn thành đề tài báo cáo tốt nghiệp với tất cả sự nỗ lực và
kiến thức nhưng do thời gian và kiến thức còn nhiều hạn chế nên đồ án không thể tránh
khỏi những thiếu sót nhất định, kính mong nhận được sự thông cảm và chỉ bảo tận tình
của các thầy cô giáo, sự góp ý của các bạn để đề tài được hoàn thiện hơn.
Thái bình, ngày 18 tháng 06 năm 2013
Sinh viên
Nguyễn Thị Niên
Nguyễn Văn Thuần

6


MỤC LỤC
Trang

LỜI NÓI ĐẦU.................................................................................................................. 5
LỜI CẢM ƠN................................................................................................................... 6
.................................................................................................................................. 14
CHƯƠNG 3: MÔ PHỎNG GIAO THỨC ĐỊNH TUYẾN..........................................48
3.1.PHẦN MỀM MÔ PHỎNG MẠNG NS-2
48
3.1.1.Giới thiệu về NS-2............................................................................................48
3.1.2.C++ và OTcl....................................................................................................51
3.1.3.Các đặc tính của NS-2......................................................................................53
3.1.4.Mô phỏng mạng cảm biến không dây bằng NS-2.............................................54
Bài toán mô phỏng....................................................................................................54
3.2.CÁC GIAO THỨC MÔ PHỎNG.
54
3.2.1.LEACH.............................................................................................................54
3.3.1.3.Ý nghĩa một số câu lệnh – leach...................................................................63
TÀI LIỆU THAM KHẢO.............................................................................................77

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT

Chữ viết tắt

Chữ đầy đủ

Nghĩa tiếng Việt

ADC

Analog-to-Digital Converter

Bộ chuyển đổi tương tự - Số

ADV

Advertise

Bản tin quảng bá

BS

Base Station (Sink)

Trạm gốc

CDMA

Code Division Multiple Access

Đa truy nhập phân chia theo mã

GAF

Geographic adaptive fidelity

Giải thuật chính xác theo địa lý

GEAR

Geographic and Energy-Aware

Định tuyến theo vùng địa lý sử
7


Routing

dụng hiệu quả năng lượng

GPS

Global Positioning System

Hệ thống định vị toàn cầu

LEACH

Low-energy adaptive clustering
hierarchy

Giao thức phân cấp theo cụm
thích ứng năng lượng thấp

LEACH-C

Low-energy adaptive clustering
hierarchy - Centralized

Giao thức phân cấp theo cụm
thích ứng năng lượng thấp tập
trung.

MAC

Media Access Control

Điều khiển truy nhập môi trường

PEGASIS

Power-efficient Gathering in
Sensor Information Systems

Tổng hợp năng lượng trong các
hệ thống thông tin cảm biến

REQ

Request

Bản tin yêu cầu

SPIN

Sensor protocols for information Giao thức cho thông tin dữ liệu

via negotiation
thông qua đàm phán

TCP

Transmission Control Protocol

Giao thức điều khiển truyền dẫn

TDMA

Time Division Multiple Access

Đa truy nhập phân chia theo thời
gian

TEEN

Threshold sensitive Energy
Giao thức hiệu quả về năng lượng
Efficient sensor Network protocol nhạy cảm với mức ngưỡng

UDP

User Datagram Protocol

Giao thức gói dữ liệu người dùng

WSN

Wireless Sensor Network

Mạng cảm biến không dây

RPL

Routing protocol for low power Giao thức định tuyến cho mạng
and lossy network
tổn hao năng lượng thấp.

DAG

Directed Acyclic Graph

Đồ thị hướng mạch hở.

DAG ROOT

Directed Acyclic Graph Root

Đồ thị hướng mạch hở trung tâm

DIS

DAG Information Solicitation

Đồ thị hướng mạch hở lấy thông
8

tin
DIO

DAG Information Object

Đồ thị hướng mạch hở lấy đối
tượng

DANH MỤC HÌNH ẢNH
HÌNH 1.1 CẤU TRÚC MẠNG CẢM BIẾN KHÔNG DÂY.......................................14
HÌNH 1.2 CẤU TẠO NÚT CẢM BIẾN.......................................................................15
HÌNH 1.3 KIẾN TRÚC GIAO THỨC MẠNG CẢM BIẾN KHÔNG DÂY.............18
HÌNH 1.4 CẤU TRÚC PHẲNG CỦA MẠNG CẢM BIẾN KHÔNG DÂY..............20
HÌNH 1.5 CẤU TRÚC PHÂN CẤP MẠNG CẢM BIẾN KHÔNG DÂY..................21
HÌNH 1.6 CẤU TRÚC MẠNG PHÂN CẤP CHỨC NĂNG THEO LỚP..................21
HÌNH 1.7 ỨNG DỤNG TRONG QUÂN ĐỘI..............................................................27
HÌNH 1.8 ỨNG DỤNG TRONG MÔI TRƯỜNG.......................................................28
HÌNH 1.9 ỨNG DỤNG TRONG CHĂM SÓC SỨC KHỎE......................................29
HÌNH 2.1 MÔ HÌNH TRUYỀN DỮ LIỆU GIỮA SINK VÀ CÁC NÚT...................32
HÌNH 2.2 TRUYỀN GÓI TRONG FLOODING.........................................................34
HÌNH 2.3 BA TÍN HIỆU BẮT TAY CỦA SPIN.........................................................35
9


HÌNH 2.4 HOẠT ĐỘNG CỦA SPIN............................................................................36
HÌNH 2.5 MIÊU TẢ INTEREST SỬ DỤNG CÁC CẶP THUỘC TÍNH – GIÁ TRỊ.
......................................................................................................................................... 37
HÌNH 2.7 MÔ HÌNH MẠNG LEACH.........................................................................41
HÌNH 2.8 CHUỖI TRONG PEGASIS.........................................................................43
HÌNH 2.9 VÍ DỤ VỀ LƯỚI ẢO TRONG GAF...........................................................45

HÌNH 2.10 SỰ CHUYỂN TRẠNG THÁI TRONG GAF...........................................45
HÌNH 2.11 CHUYỂN TIẾP ĐỊA LÝ ĐỆ QUY TRONG GEAR................................47
HÌNH 3.1 TỔNG QUAN VỀ NS DƯỚI GÓC ĐỘ NGƯỜI DÙNG............................49
HÌNH 3.2 LUỒNG CÁC SỰ KIỆN CHO FILE TCL CHẠY TRONG NS...............50
HÌNH 3.3 KIẾN TRÚC CỦA NS-2...............................................................................51
HÌNH 3.4 C++ VÀ OTCL : SỰ ĐỐI NGẪU................................................................52
HÌNH 3.5 TCLCL HOẠT ĐỘNG NHƯ LIÊN KẾT GIỮA A VÀ B.........................52
HÌNH 3.6 GIAO THỨC LEACH..................................................................................55
HÌNH 3.7 TIME –LINE HOẠT ĐỘNG CỦA LEACH...............................................55
HÌNH 3.8 GIẢI THUẬT HÌNH THÀNH CLUSTER TRONG LEACH...................57
HÌNH 3.9 MÔ HÌNH LEACH SAU KHI ĐÃ ỔN ĐỊNH TRẠNG THÁI..................59
HÌNH 3.10 HOẠT ĐỘNG CỦA PHA ỔN ĐỊNH TRONG LEACH..........................59
HÌNH 3.11 TIME-LINE HOẠT ĐỘNG CỦA LEACH TRONG MỘT VÒNG........60
HÌNH 3.12 SỰ ẢNH HƯỞNG CỦA KÊNH PHÁT SÓNG........................................60
HÌNH 3.13 PHA THIẾT LẬP CỦA LEACH-C...........................................................62
HÌNH 3.14 CÂU LỆNH LEACH..................................................................................64
HÌNH 3.15 KẾT QUẢ THU ĐƯỢC.............................................................................64
HÌNH 3.16 CÁC FILE ĐẦU RA...................................................................................65
HÌNH 3.17 KẾT QUẢ MÔ PHỎNG.............................................................................65
HÌNH 3.18 KẾT QUẢ MÔ PHỎNG LEACH-C.........................................................66
HÌNH 3.19 RPL..............................................................................................................67
HÌNH 3.20 QUÁ TRÌNH KHỞI TẠO TRONG MẠNG RPL....................................69
HÌNH 3.21 QUÁ TRÌNH KHỞI TẠO..........................................................................70
HÌNH 3.22 KHỞI TẠO THÀNH CÔNG....................................................................70
10


HÌNH 3.23 CÁC ĐƯỜNG NỐI GIỮA CÁC NÚT BẮT ĐẦU HÌNH THÀNH.........71
HÌNH 3.24 KẾT QUẢ THU ĐƯỢC.............................................................................71
HÌNH 3.25 CÁCH TRUYỀN DỮ LIỆU GIỮA CÁC NÚT.........................................72

HÌNH 3.26 NHIỆT ĐỘ..................................................................................................73
HÌNH 3.27 MỨC TIÊU THỤ NĂNG LƯỢNG TRUNG BÌNH.................................73
HÌNH 3.28 GÓI TIN NHẬN MỖI NÚT.......................................................................74
HÌNH 3.29 MẠNG LƯỚI BƯỚC NHẢY.....................................................................74
HÌNH 3.30 BẢN ĐỒ CẢM BIẾN..................................................................................75

Chương 1 :Giới thiệu tổng quan về mạng cảm biến không dây.
1.1.

Giới thiệu chung.

Nhờ những tiến bộ trong lĩnh vực truyền thông mà trong những năm gần đây
mạng cảm biến không dây (Wireless Sensor Network) với giá thành rẻ, tiêu thụ ít năng
lượng và đa chức năng nên rất được chú ý trong lĩnh vực thông tin. Hiện nay, người ta
đang tập trung triển khai các mạng cảm biến không dây để áp dụng trong cuộc sống hàng
ngày. Mạng cảm ứng được sử dụng rất nhiều trong đời sống hàng ngày, y tế, quân sự ,
môi trường....Tuy nhiên, mạng cảm ứng không dây đang phải đối mặt với rất nhiều thách
thức, một trong những thách thức lớn nhất của mạng cảm biến không dây đó là nguồn
năng lượng bị giới hạn. Rất nhiều nghiên cứu đang tập trung vào việc cải thiện khả năng
sử dụng năng lượng hiệu quả trong từng lĩnh vực khác nhau. Trong tương lai các ứng
dụng của mạng cảm biến không dây sẽ trở thành một phần không thể thiếu trong cuộc
sống.
11


Trong phạm vi của đồ án này, chúng em sẽ giới thiệu một cách tổng quan về mạng
cảm biến không dây, các giao thức định tuyến phổ biến, đồng thời sử dụng phần mềm để
mô phỏng và đánh giá một giao thức cơ bản, sau đó nêu ra hướng phát triển của các giao
thức mạng , xem xét giao thức đó.
1.2.

Định nghĩa mạng cảm biến không dây.

Mạng cảm biến không dây (Wireless Sensor Network – WSN) là một mạng không
dây mà các nút của nó sử dụng các vi điều khiển, cảm biến, bộ truyền RF... với các đặc
trưng: kích thước nhỏ, tiêu thụ điện năng thấp, tự tổ chức, tự bảo trì, giá thành thấp và
các chu trình tác vụ thâp dùng để đo đạc dữ liệu và truyền thông không dây giữa các nút.
Các mạng cảm biến không dây bao gồm một tập hợp các nút mạng kết nối không
dây bằng sóng điện từ, mà mỗi nút trong đó được trang bị với một hoặc nhiều đầu cảm
nhận, các hệ thống truyền thông, lưu trữ và xử lý tài nguyên...Các đầu cảm nhận trong
các nút có thể quan sát các hiện tượng như nhiệt, quang, âm thanh, địa chấn và các sự
kiện gia tốc, để xử lý, phân tích dữ liệu thô và trả về các yêu cầu cụ thể của người dùng.
Với sự tiến bộ trong công nghệ gần đây đã mở đường cho các thiết kế và thi hành của các
hệ thống nút mạng cảm biến mới, có kích thước rất nhỏ và giá thành thấp với các nhân tố
có khả năng giao tiếp không dây và tính toán hết sức tinh vi. Mặc dù mới được phát triển,
các mạng cảm biến không dây cho thấy sẽ đem lại một tiềm năng lớn và nhiều ứng dụng
trong tất cả các lĩnh vực của đời sống.
Khi nghiên cứu về mạng cảm biến không dây, một trong những đặc điểm quan
trọng và then chốt đó là thời gian sống của các con cảm biến hay chính là sự giới hạn về
năng lượng của chúng. Các nút cảm biến này yêu cầu tiêu thụ công suất thấp. Các nút
cảm biến hoạt động có giới hạn và nói chung là không thể thay thế được nguồn cung cấp.
Do đó, trong khi mạng truyền thông tập trung vào đạt được các dịch vụ chất lượng cao,
thì các giao thức mạng cảm biến phải tập trung đầu tiên vào bảo toàn công suất.
1.3.
-

Đặc điểm của mạng cảm biến không dây.
Có khả năng tự tổ chức, yêu cầu ít hoặc không có sự can thiệp của con

người.

mutihop.
các nút.

Truyền thông không tin cậy, quảng bá trong phạm vi hẹp, và định tuyến
Triển khai dày đặc và khả năng kết hợp giữa các nút cảm biến.
Cấu hình mạng thay đổi thường xuyên phụ thuộc vào fading và hư hỏng ở

12


1.4.

Các giới hạn về năng lượng, công suất phát, bộ nhớ và công suất tính toán.
Chức năng của mạng cảm biến không dây.

Mạng cảm biến không dây là mạng có hai chức năng :mạng và cảm nhận thông tin
từ môi trường.
Mạng WSN có đặc điểm là các nút liên kết với nhau bằng kết nối sóng vô
tuyến trong đó các nút mạng thường là các thiết bị đơn giản, nhỏ gọn, giá thành
thấp....Mạng này có thể có số lượng lớn, được phân bố một cách không có hệ thống trên
một diện tích, sử dụng nguồn năng lượng hạn chế, có thời gian hoạt động lâu dài từ vài
tháng đến vài năm, có thể hoạt động trong môi trường khắc nghiệt như chất độc, ô nhiễm
môi trường, nhiệt độ cao....
Các nút mạng thường có chức năng cảm nhận, quan sát môi trường xung
quanh như nhiệt độ, độ ẩm, ánh sáng...theo dõi hay định vị các mục tiêu cố định hoặc di
động....Các nút giao tiếp với nhau và truyền dữ liệu về trung tâm (base station) một cách
gián tiếp bằng kỹ thuật đa chặng (muti-hop).
1.5.
Cấu trúc của mạng cảm biến không dây.
1.5.1. Các yếu tố ảnh hưởng tới cấu trúc mạng cảm biến không dây.

Các cấu trúc hiện nay cho mạng Internet và mạng ad hoc không dây không dùng
được cho mạng cảm biến không dây do có một số lý do cơ bản sau:
Số lượng các nút cảm biến trong mạng cảm biến có thể lớn gấp nhiều lần số
lượng nút trong mạng ad hoc.
Các nút cảm biến dễ bị lỗi.
Cấu trúc mạng cảm biến thay đổi khá thường xuyên.
Các nút cảm biến chủ yếu sử dựng truyền thông kiểu quảng bá, trong khi
hầu hết các mạng ad hoc đều dựa trên việc truyền điểm – điểm.
Các nút cảm biến bị giới hạn về năng lượng, khả năng tính toán và bộ nhớ.
Các nút cảm biến không có số nhận dạng toàn cầu (global identification ID)
vì chúng có một số lượng lớn các nút cảm biến.
Cấu trúc mạng cảm biến không dây cần phải thiết kế sao cho sử dụng có hiệu quả
nguồn tài nguyên hạn chế của mạng, kéo dài thời gian sống của mạng. Vì vậy thiết kế cấu
trúc mạng và kiến trúc mạng cần phải quan tâm tới các yếu tố sau.
Giao tiếp không dây đa chặng: Khi giao tiếp không dây là kĩ thuật chính, thì
giao tiếp trực tiếp giữa hai nút sẽ có nhiều hạn chế do khoảng cách hay các vật cản. Đặc
biệt là khi nút phát và nút thu cách xa nhau thì cần công suất phát lớn.Vì vậy cần các nút
13


trung gian làm nút chuyển tiếp để giảm công suất tổng thể. Do vậy các mạng cảm biến
không dây cần phải dùng giao tiếp đa chặng.
Sử dụng hiệu quả năng lượng: để hỗ trợ kéo dài thời gian sống của toàn
mạng, sử dụng hiệu quả năng lượng là kĩ thuật quan trọng mạng cảm biến không dây.
Tự động cấu hình: Mạng cảm biến không dây cần phải cấu hình các thông
số một các tự động. Chẳng hạn như các nút có thể xác định vị trí địa lý của nó thông qua
các nút khác (gọi là tự định vị).
Cộng tác, xử lý trong mạng và tập trung dữ liệu: Trong một số ứng dụng
một nút cảm biến không thu thập đủ dữ liệu mà cần phải có nhiều nút cùng cộng tác hoạt
động thì mới thu thập đủ dữ liệu, khi đó mà từng nút thu dữ liệu gửi ngay đến trạm gốc

thì sẽ rất tốn băng thông và năng lượng. Cần phải kết hợp các dữ liệu của nhiều nút trong
một vùng rồi mới gửi tới trạm gốc thì sẽ tiết kiệm băng thông và năng lượng. Chẳng hạn
như khi xác định nhiệt độ trung bình, hay cao nhất của một vùng.
Do vậy, cấu trúc mạng được thiết kế sẽ phải thỏa mãn :
-

Kết hợp vấn đề năng lượng và khả năng định tuyến.
Tích hợp dữ liệu và giao thức mạng.
Truyền năng lượng hiệu quả qua các phương tiện không dây.
Chia sẻ nhiệm vụ giữa các nút lân cận.

1.5.2. Nút trong mạng cảm biến không dây.
Các nút cảm biến được phân bố trong một vùng cảm biến. Mỗi một nút cảm biến
có khả năng thu thập dữ liệu và định tuyến lại đến các trạm gốc. Dữ liệu được định tuyến
lại đến các trạm gốc bởi một cấu trúc đa điểm như hình vẽ trên. Các trạm gốc có thể giao
tiếp với các nút quản lý nhiệm vụ (task manager node) qua mạng Internet hoặc vệ tinh.

Hình 1.1 Cấu trúc mạng cảm biến không dây.

14


Sink là một thực thể, tại đó thông tin được yêu cầu. Sink có thể là thực thể bên
trong mạng (là một nút cảm biến ) hoặc ngoài mạng. Thực thể ngoài mạng có thể là một
thiết bị thực sự ví dụ như máy tính xách tay mà tương tác với mạng cảm biến, hoặc cũng
đơn thuần chỉ là một gateway mà nối với mạng khác lớn hơn như Internet nơi mà các yêu
cầu thực sự đối với các thông tin lấy từ một vài nút cảm biến trong mạng.
Giới thiệu về nút cảm biến: Các nút cảm biến có cấu tạo như sau:
+
Mỗi nút cảm biến được cấu thành bởi 4 thành phần cơ bản : Đơn vị cảm

biến (a sensing unit), đơn vị xử lý (a processing unit), đơn vị truyền dẫn ( a transceiver
unit) và bộ nguồn (a power unit). Ngoài ra có thể có thêm các thành phần khác tùy thuộc
vào từng ứng dụng như là hệ thống định vị (location finding system), bộ phát nguồn
(power generator) và bộ phận di động (mobilizer)( Hình 1.2).

Hình 1.2 Cấu tạo nút cảm biến.

+
Các đơn vị cảm biến (sensing units) bao gồm cảm biến và bộ chuyển đổi
tương tự-số. Dựa trên những hiện tượng quan sát được, tín hiệu tương tự tạo ra bởi sensor
được chuyển sang tín hiệu số bằng bộ ADC, sau đó được đưa vào bộ xử lý.
+
Đơn vị xử lý thường được kết hợp với bộ lưu trữ nhỏ (storage unit), quyết
định các thủ tục làm cho các nút kết hợp với nhau để thực hiện các nhiệm vụ định sẵn.
Phần thu phát vô tuyến kết nối các nút vào mạng.
+
Một trong số các phần quan trọng nhất của một nút mạng cảm biến là bộ
nguồn. Các bộ nguồn thường được hỗ trợ bởi các bộ phận lọc như là tế bào năng lượng
mặt trời. Ngoài ra cũng có những thành phần phụ khác phụ thuộc vào từng ứng dụng.
15


Hầu hết các kĩ thuật định tuyến và các nhiệm vụ cảm biến của mạng đều yêu cầu có độ
chính xác cao về vị trí. Các bộ phận di động đôi lúc cần phải dịch chuyển các nút cảm
biến khi cần thiết để thực hiện các nhiệm vụ đă ấn định. Tất cả những thành phần này cần
phải phù hợp với kích cỡ từng module. Ngoài kích cỡ ra các nút cảm biến có một số ràng
buộc nghiêm ngặt khác, như là phải tiêu thụ rất ít năng lượng, hoạt động ở mật độ cao,
có giá thành thấp, có thể tự hoạt động, và thích biến với sự biến đổi của môi trường.
1.5.3. Đặc điểm của cấu trúc mạng cảm biến không dây.
Như trên ta đã biết đặc điểm của mạng cảm biến là bao gồm một số lượng lớn các

nút cảm biến, các nút cảm biến có giới hạn và ràng buộc về tài nguyên đặc biệt là năng
lượng rất khắt khe. Do đó, cấu trúc mạng mới có đặc điểm rất khác với các mạng truyền
thống. Sau đây ta sẽ phân tích một số đặc điểm nổi bật trong mạng cảm biến như sau:
Khả năng chịu lỗi (fault tolerance): Một số các nút cảm biến có thể không
hoạt động nữa do thiếu năng lượng, do những hư hỏng vật lý hoặc do ảnh hưởng của môi
trường. Khả năng chịu lỗi thể hiện ở việc mạng vẫn hoạt động bình thường, duy trì những
chức năng của nó ngay cả khi một số nút mạng không hoạt động.
Khả năng mở rộng: Khi nghiên cứu một hiện tượng, số lượng các nút cảm
biến được triển khai có thể đến hàng trăm nghìn nút, phụ thuộc vào từng ứng dụng con số
này có thể vượt quá hàng triệu. Do đó cấu trúc mạng mới phải có khả năng mở rộng để
có thể làm việc với số lượng lớn các nút này.
Giá thành sản xuất : Vì các mạng cảm biến bao gồm một số lượng lớn các
nút cảm biến nên chi phí của mỗi nút rất quan trọng trong việc điều chỉnh chi phí của
toàn mạng. Nếu chi phí của toàn mạng đắt hơn việc triển khai sensor theo kiểu truyền
thống, như vậy mạng không có giá thành hợp lý. Do vậy, chi phí của mỗi nút cảm biến
phải giữ ở mức thấp.
Ràng buộc về phần cứng : Vì số lượng các nút trong mạng rất nhiều nên
các nút cảm biến cần phải có các ràng buộc về phần cứng như sau : Kích thước phải nhỏ,
tiêu thụ năng lượng thấp, có khả nằng hoạt động ở những nơi có mật độ cao, chi phí sản
xuất thấp, có khả năng tự trị và hoạt động không cần có người kiểm soát, thích nghi với
môi trường.
Môi trường hoạt động: Các nút cảm biến được thiết lập dày đặc, rất gần
hoặc trực tiếp bên trong các hiện tượng để quan sát. Vì thế, chúng thường làm việc mà
không cần giám sát ở những vùng xa xôi. Chúng có thể làm việc ở bên trong các máy
móc lớn, ở dưới đáy biển, hoặc trong những vùng ô nhiễm hóa học hoặc sinh học, ở gia
đình hoặc những tòa nhà lớn.
16


Phương tiện truyền dẫn : Ở những mạng cảm biến multihop, các nút được

kết nối bằng những phương tiện không dây. Các đường kết nối này có thể tạo nên bởi
sóng vô tuyến, hồng ngoại hoặc những phương tiện quang học. Để thiết lập sự hoạt động
thống nhất của những mạng này, các phương tiện truyền dẫn phải được chọn phải phù
hợp trên toàn thế giới. Hiện tại nhiều phần cứng của các nút cảm biến dựa vào thiết kế
mạch RF. Những thiết bị cảm biến năng lượng thấp dùng bộ thu phát vô tuyến 1 kênh RF
hoạt động ở tần số 916MHz. Một cách khác mà các nút trong mạng giao tiếp với nhau là
bằng hồng ngoại. Thiết kế máy thu phát vô tuyến dùng hồng ngoại thh ì giá thành rẻ và dễ
dàng hơn. Cả hai loại hồng ngoại và quang đều yêu cầu bộ phát và thu nằm trong phạm vi
nhìn thấy, tức là có thể truyền ánh sáng cho nhau được.
Cấu hình mạng cảm biến (network topology): Trong mạng cảm biến, hàng
trăm đến hàng nghìn nút được triển khai trên trường cảm biến. Chúng được triển khai
trong vòng hàng chục feet của mỗi nút. Mật độ các nút có thể lên tới 20 nút/m3. Do số
lượng các nút cảm biến rất lớn nên cần phải thiết lâp một cấu hình ổn định. Ta có thể thể
kiểm tra các vấn đề liên quan đến việc duy trì và thay đổi cấu hình ở 3 pha sau:
+
Pha tiền triển khai và triển khai: các nút cảm biến có thể đặt lộn xộn
hoặc xếp theo trật tự trên trường cảm biến. Chúng có thể được triển khai bằng cách thả
từ máy bay xuống, tên lửa, hoặc có thể do con người hoặc robot đặt từng cái một.
Pha hậu triển khai: sau khi triển khai, những sự thay đổi cấu hình phụ
thuộc vào việc thay đổi vị trí các nút cảm biến, khả năng đạt trạng thái không kết nối
(phụ thuộc vào nhiễu, việc di chuyển các vật cản…), năng lượng thích hợp, những sự cố,
và nhiệm vụ cụ thể.
+

Pha triển khai lại: Sau khi triển khai cấu hình, ta vẫn có thể thêm vào các
nút cảm biến khác để thay thế các nút gặp sự cố hoặc tùy thuộc vào sự thay đổi chức
năng.
+

Sự tiêu thụ năng lượng (power consumption) : Các nút cảm biến không

dây, có thể coi là một thiết bị vi điện tử chỉ có thể được trang bị nguồn năng lượng giới
hạn (<0,5Ah, 1.2V). Trong một số ứng dụng, việc bổ sung nguồn năng lượng không thể
thực hiện được. Vì thế khoảng thời gian sống của các nút cảm biến phụ thuộc mạnh vào
thời gian sống của pin. Ở mạng cảm biến multihop ad hoc, mỗi một nút đóng một vai trò
kép vừa khởi tạo vừa định tuyến dữ liệu. Sự trục trặc của một vài nút cảm biến có thể gây
ra những thay đổi đáng kể trong cấu hình và yêu cầu định tuyến lại các gói và tổ chức lại
mạng. Vì vậy, việc duy trì và quản lý nguồn năng lượng đóng một vai trò quan trọng. Đó
là lý do vhì sao mà hiện nay người ta đang tập trung nghiên cứu về các giải thuật và giao
17


thức để thiết kế nguồn cho mạng cảm biến. Nhiệm vụ chính của các nút cảm biến trong
trường cảm biến là phát hiện ra các sự kiện, thực hiện xử lý dữ liệu cục bộ nhanh chóng,
và sau đó truyền dữ liệu đi. Vì thế sự tiêu thụ năng lượng được chia ra làm 3 vùng: cảm
nhận (sensing), giao tiếp (communicating), và xử lý dữ liệu (data processing).
1.6. Kiến trúc giao thức mạng.
Kiến trúc này bao gồm các lớp và các mặt phẳng quản lý.( hình 3.1). Các mặt
phẳng quản lý này 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 1.3 Kiến trúc giao thức mạng cảm biến không dây.

Mặt phẳng quản lý công suất : Quản lý cách cảm biến sử dụng nguồn
năng lượng của nó. Ví dụ : Nút cảm biến có thể tắt bộ thu sau khi nhận được một bản tin.
Khi mức công suất của con cảm biến thấp, nó sẽ broadcast sang nút cảm biến bên cạnh
thông báo rằng mức năng lượng 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
18


cảm nhận ở cùng một thời điểm.
Lớp vật lý : có nhiệm vụ lựa chọn tần số, tạo ra tần số sóng mang, phát hiện
tín hiệu, điều chế và mă hóa tín hiệu. Băng tần ISM 915 MHZ được sử dụng rộng răi
trong mạng cảm biến. Vấn đề hiệu quả năng lượng cũng cần phải được xem xét ở lớp vật
lý, ví dụ : điều biến M hoặc điều biến nhị phân.
Lớp liên kết dữ liệu : lớp này có nhiệm vụ ghép các luồng dữ liệu, phát
hiện các khung (frame) dữ liệu, cách truy nhập đường truyền và điều khiển lỗi. Vì môi
trường có tạp âm và các nút cảm biến có thể di động, giao thức điều khiển truy nhập môi
trường (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.
tắc sau :

Lớp mạng : Lớp mạng của mạng cảm biến được thiết kế tuân theo nguyên

+
Hiệu quả năng lượng luôn luôn được coi là vấn đề quan trọng.
+
Mạng cảm biến chủ yếu là tập trung dữ liệu.
+
Tích hợp dữ liệu chỉ được sử dụng khi nó không cản trở sự cộng tác có hiệu
quả của các nút cảm biến.
Lớp truyền tải : Chỉ cần thiết khi hệ thống có kế hoạch được truy cập thông
qua mạng Internet hoặc các mạng bên ngoài khác.
Lớp ứng dụng : Tuỳ theo nhiệm vụ cảm biến, các loại phần mềm ứng dụng
khác nhau có thể được xây dựng và sử dụng ở lớp ứng dụng.

1.7. Các cấu trúc đặc trưng của mạng cảm biến không dây.
1.7.1. Cấu trúc phẳng
Trong cấu trúc phẳng, tất cả các nút đều ngang hàng và đồng nhất về hình dạng và
chức năng. Các nút giao tiếp với trạm gốc qua đa chặng sử dụng các nút ngang hàng làm
bộ tiếp sóng. Với phạm vi truyền cố định, các nút gần trạm gốc hơn sẽ đảm bảo vai trò
của bộ tiếp sóng đối với một số lượng lớn nguồn. Giả thiết rằng tất cả các nguồn đều
dùng cùng một tần số để truyền dữ liệu, vì vậy có thể chia sẻ thời gian. Tuy nhiên cách
này chỉ có hiệu quả với điều kiện là có nguồn chia sẻ đơn lẻ, ví dụ như thời gian, tần số…

19


Hình 1.4 Cấu trúc phẳng của mạng cảm biến không dây.

Ưu điểm:
-

Đơn giản, dễ cấu hình và thực hiện.
Tốc độ thực hiện nhanh.

Nhược điểm:
Khó xác định được nút truyền thông kế tiếp.
Nhanh tiêu hao năng lượng tại các nút.
1.7.2. Cấu trúc phân cấp.
Trong cấu trúc phân cấp, mạng phân thành các cụm, mỗi cụm có nút chủ cụm
(cluster head). Các nút trong cụm thu thập dữ liệu, rồi gửi đơn chặng hay đa chặng tới nút
chủ cụm (tùy theo kích thước của cụm).

20

Hình 1.5 Cấu trúc phân cấp mạng cảm biến không dây.

Trong cấu trúc này các nút tạo thành một hệ thống cấp bậc mà ở đó mỗi nút ở một
mức xác định thực hiện các nhiệm vụ đã định sẵn. Trong cấu trúc phân cấp thì chức năng
cảm nhận, tính toán và phân phối dữ liệu không đồng đều giữa các nút. Những chức năng
này có thể phân theo cấp, cấp thấp nhất thực hiện tất cả nhiệm vụ cảm nhận, cấp giữa
thực hiện tính toán, và cấp trên cùng thực hiện phân phối dữ liệu.

Hình 1.6 Cấu trúc mạng phân cấp chức năng theo lớp.

Các nhiệm vụ xác định có thể được chia không đồng đều giữa các lớp, ví dụ mỗi
lớp có thể thực hiện một nhiệm vụ xác định trong tính toán. Trong trường hợp này, các
nút ở cấp thấp nhất đóng vai trò một bộ lọc thông dải đơn giản để tách nhiễu ra khỏi dữ
liệu, trong khi đó các nút ở cấp cao hơn ngừng việc lọc dữ liệu này, và thực hiện các
nhiệm vụ khác như tính toán, phân phối dữ liệu.
Mạng cảm biến xây dựng theo cấu trúc phân cấp hoạt động hiệu quả hơn cấu trúc
phẳng, do các lý do sau:
Cấu trúc phân cấp có thể giảm chi phí cho mạng cảm biến bằng việc định vị
các tài nguyên ở vị trí mà chúng hoạt động hiệu quả nhất. Rõ ràng là nếu triển khai các
phần cứng thống nhất, mỗi nút chỉ cần một lượng tài nguyên tối thiểu để thực hiện tất cả
các nhiệm vụ. Vì số lượng các nút cần thiết phụ thuộc vào vùng phủ sóng xác định, chi
phí của toàn mạng vì thế sẽ không cao. Thay vào đó, nếu một số lượng lớn các nút có chi
phí thấp được chỉ định làm nhiệm vụ cảm nhận, một số lượng nhỏ hơn các nút có chi phí
21


cao hơn được chỉ định để phân tích dữ liệu, định vị và đồng bộ thời gian, chi phí cho toàn
mạng sẽ giảm đi.
Mạng cấu trúc phân cấp sẽ có tuổi thọ cao hơn mạng phẳng. Khi cần phải

tính toán nhiều thì một bộ xử lý nhanh sẽ hiệu quả hơn, phụ thuộc vào thời gian yêu cầu
thực hiện tính toán. Tuy nhiên, với các nhiệm vụ cảm nhận cần hoạt động trong khoảng
thời gian dài, các nút tiêu thụ ít năng lượng phù hợp với yêu cầu xử lý tối thiểu sẽ hoạt
động hiệu quả hơn. Do vậy với cấu trúc phân cấp mà các chức năng mạng phân chia giữa
các phần cứng đã được thiết kế riêng cho từng chức năng sẽ làm tăng tuổi thọ của mạng.
Về độ tin cậy: mỗi mạng cảm biến phải phù hợp với với số lượng các nút
yêu cầu thỏa mãn điều kiện về băng thông và thời gian sống. Với mạng cấu trúc phẳng,
qua phân tích người ta đã xác định thông lượng tối ưu của mỗi nút trong mạng có n nút là
(W/ n ) trong đó W là độ rộng băng tần của kênh chia sẻ. Do đó khi kích cỡ mạng tăng
lên thì thông lượng của mỗi nút sẽ giảm về 0.
Việc nghiên cứu các mạng cấu trúc tầng đem lại nhiều triển vọng để khắc
phục vấn đề này. Một cách tiếp cận là dùng một kênh đơn lẻ trong cấu trúc phân cấp,
trong đó các nút ở cấp thấp hơn tạo thành một cụm xung quanh trạm gốc. Mỗi một trạm
gốc đóng vai tṛò là cầu nối với cấp cao hơn, cấp này đảm bảo việc giao tiếp trong cụm
thông qua các bộ phận hữu tuyến. Trong trường hợp này, dung lượng của mạng tăng
tuyến tính với số lượng các cụm, với điều kiện là số lượng các cụm tăng ít nhất phải
nhanh bằng n . Các nghiên cứu khác đã thử cách dùng các kênh khác nhau ở các mức
khác nhau của cấu trúc phân cấp. Trong trường hợp này, dung lượng của mỗi lớp trong
cấu trúc phân cấp và dung lượng của mỗi cụm trong mỗi lớp xác định là độc lập với
nhau.
1.8. Các đặc trưng của mạng cảm biến không dây.
1.8.1. Năng lượng tiêu thụ.
Các ứng dụng trong mạng cảm biến không dây thường đòi hỏi các thành phần có
công suất tiêu thụ thấp hơn rất nhiều so với các công nghệ không dây hiện tại (như
Bluetooth). Ví dụ như các cảm biến dùng trong công nghiệp và y tế được cung cấp năng
lượng từ những cục pin nhỏ, có thể sống được vài tháng đến vài năm. Với các ứng dụng
theo dõi môi trường, khi mà số lượng lớn cảm biến được rải trên diện tích rất rộng thì
việc thường xuyên phải thay pin để cung cấp nguồn năng lượng là điều không khả thi.
Chính vì thế trong mạng cảm biến không dây, ngoài việc quản lý năng lượng để sử dụng
một cách hiệu quả nhất cần kết hợp các thuật toán định tuyến tối ưu.

1.8.2. Chi phí.
22


Khi thiết kế một ứng dụng không dây thì giá thành cũng là một yếu tố chính cần
được quan tâm. Để có thể đạt được mục tiêu này thì khi thiết kế cấu hình mạng và giao
thức truyền thông cần tránh sử dụng các thành phần đắt tiền và tối thiểu hóa độ phức tạp
của giao thức truyền thông. Trong mạng cảm biến, số lượng các nút mạng sử dụng là khá
lớn và khi chi phí để sản xuất từng nút con được giảm đi thì giá thành của toàn bộ hệ
thống giảm đi đáng kể. Hiện nay trong các ứng dụng cơ bản các nút mạng có giá khoảng
5-10USD.
Ngoài các yếu tố trên thì một phần khá lớn tác động tới giá thành đó là chi phí
quản trị và bảo trì hệ thống. Mạng cảm biến không dây đã làm tốt hai chức năng cơ bản
đó là tự cấu hình và tự bảo trì. Tự cấu hình có nghĩa là tự động dò tìm vị trí các nút lân
cận và tổ chức thành một cấu trúc xác định. Tự bảo trì có nghĩa là tự động phát hiện và
sửa lỗi nếu phát sinh trong hệ thống (ở các nút mạng hoặc các liên kết giữa các nút) mà
không cần sự tác động của con người. Với các tính năng ưu việt này thì mạng cảm biến
không dây ngày càng tỏ rõ những ưu việt của mình.
1.8.3. Loại hình mạng.
Với một số ứng dụng đơn giản trong phạm vi hẹp thì mạng hình sao (star network)
có thể đáp ứng được các yêu cầu truyền nhận và xử lý dữ liệu. Trong mạng hình sao, 1
nút sẽ đóng vai trò nút chủ các nút còn lại là nút con kết nối tới nút chủ. Tuy nhiên khi
mạng được mở rộng thì cấu trúc hình sao đơn thuần sẽ không đáp ứng được, mạng sẽ
phải có cấu hình đa chặng (multi-hop). Cấu hình này sẽ đòi hỏi nhiều tài nguyên bộ nhớ
và xử lý tính toán hơn do mật độ của các nút mạng tăng và diện tích của mạng được phủ
trên một phạm vi lớn.
1.8.4. Tính bảo mật.
Trong các ứng dụng của mạng cảm biến không dây thì tính bảo mật rất quan trọng,
đặc biệt là các ứng dụng trong quân sự. Không giống như các mạng có dây rất khó có thể
lấy được thông tin khi truyền đi giữa 2 đối tượng, khi truyền tín hiệu không dây được

truyền đi trong không gian và có thể được thu lại bởi bất kỳ ai. Những mối hiểm họa
không chỉ là việc đánh cắp thông tin mà còn ở chỗ những thông tin đó có thể bị chỉnh sửa
và phát lại để phía thu nhận được những thông tin không chính xác.
Như vậy bảo mật trong mạng cảm biến không dây cần đảm bảo các yếu tố: dữ liệu
được mã hóa, có mã xác thực và nhận dạng giữa người gửi và người nhận. Việc này sẽ
được thực hiện kết hợp giữa cả phần mềm và phần cứng bằng việc mã hóa các tập tin,
điều chỉnh các bít thông tin, thêm các bít xác thực…
23


Các chức năng này sẽ làm tiêu tốn thêm tài nguyên của hệ thống về mặt năng
lượng và băng thông tuy nhiên bảo mật là một yếu tố bắt buộc trong truyền tin. Do vậy
cần đạt được sự cân bằng giữa 2 yếu tố này để đảm bảo cho hệ thống tối ưu nhất.
1.8.5. Độ trễ.
Các ứng dụng thông thường của mạng cảm biến không có yêu cầu cao về thời gian
thực khi truyền mà chủ yếu chú trọng vào chất lượng nguồn tin (trừ một số trường hợp
đặc biệt như hệ thống báo cháy). Tuy nhiên trong một mạng lưới khá lớn, các thông tin
của các nút con được tập hợp ở một nút chủ để xử lý và đưa về trạm trung tâm thì yếu tố
đồng bộ hóa là rất quan trọng.
1.8.6. Tính di động.
Nhìn chung các ứng dụng trong mạng cảm biến không dây không đòi hỏi tính di
động nhiều vì khi triển khai các nút mạng thường ở các vị trí cố định. Các phương thức
định tuyến trong mạng cảm biến không dây cũng đơn giản hơn so với các mạng ad-hoc
khác (như MANET).
1.9.

Những khó khăn trong việc phát triển mạng cảm biến không dây.

Tuy rằng mạng cảm biến không dây có rất nhiều ưu điểm và ứng dụng hữu ích,
nhưng khi triển khai trên thực tế sẽ gặp phải một số hạn chế và khó khăn về mặt kỹ thuật.

Khi nắm rõ được những khó khăn này chúng ta sẽ có điều kiện để cải tạo nhằm tối ưu
hơn nữa.
1.9.1. Giới hạn về năng lượng.
Thông thường, các thiết bị trong mạng cảm biến không dây thường sử dụng các
nguồn năng lượng có sẵn (pin). Khi số lượng nút mạng là lớn, yêu cầu tính toán là nhiều,
khoảng cách truyền lớn thì sự tiêu thụ năng lượng là rất lớn. Chính vì vậy cần tìm các
giải pháp để có thể tối ưu việc xử lý & truyền dữ liệu với một năng lượng ban đầu của
các nút nhằm kéo dài thời gian sống cho mạng.
1.9.2. Giới hạn về băng thông.
Hiện nay tốc độ truyền thông vô tuyến bị giới hạn trong tốc độ khoảng 10-100
Kbits/s. Sự giới hạn về dải thông này ảnh hưởng trực tiếp đến việc truyền thông tin giữa
các nút.
1.9.3. Giới hạn về phần cứng.

24


Yêu cầu của mạng cảm biến không dây là kích thước của các nút phải nhỏ vì có một
số ứng dụng đòi hỏi phải triển khai một số lượng lớn các nút trên một phạm vi hẹp. Điều này
đã hạn chế về năng lực tính toán cũng như không gian lưu trữ trên mỗi nút.
1.9.4. Ảnh hưởng của nhiễu bên ngoài.
Do trong mạng cảm biến không dây sử dụng đường truyền vô tuyến nên bị ảnh
hưởng bởi những can nhiễu bên ngoài, có thể bị mất mát hoặc sai lệch thông tin khi
truyền từ nút về trạm gốc.
1.10. Ứng dụng của mạng cảm biến không dây.
Như trên ta đã đề cập đến các lĩnh vực ứng dụng mạng cảm biến không dây.Cụ thể
ta sẽ xem xét kỹ một số ứng dụng như sau để hiểu rõ sự cần thiết của mạng cảm biến
không dây. Các mạng cảm biến có thể bao gồm nhiều loại cảm biến khác nhau như cảm
biến động đất, cảm biến từ trường 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.
Sự có hay vắng mặt của một đối tượng nào đó.
Mức áp suất trên các đối tượng bị gắn.
Đặc tính hiện tại như tốc độ, chiều và kích thước của đối tượng.

Các nút cảm biến có thể được sử dụng để cảm biến liên tục hoặc là phát hiện sự
kiện, số nhận dạng sự kiện, cảm biến vị trí và điều khiển cục bộ bộ phận phát động. Khái
niệm vi cảm biến và kết nối không dây của những nút này hứa hẹn nhiều vùng ứng dụng
mới. Chúng ta phân loại các ứng dụng này trong quân đội, môi trường, sức khỏe, gia đình
và các lĩnh vực thương mại khác.
1.10.1.Ứng dụng trong quân đội.
Mạng cảm biến không dây có thể tích 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 chúng hứa
25