Xây dựng hệ thống tự động thu thập dữ liệu môi trường trong nhà kính

LỜI CẢM ƠN
Em xin gửi lời cảm ơn chân thành nhất đến thầy giáo Th.S Vũ Thành Vinh,
Bộ môn Công nghệ ô tô và hệ thống cảm biến, Trường Đại học Công nghệ thông
tin và Truyền thông đã dành nhiều thời gian quan tâm đôn đốc, định hướng và giúp
đỡ em trong quá trình nghiên cứu và hoàn thành đồ án.
Bên cạnh đó, em cũng xin được bày tỏ lòng cảm ơn sâu sắc đến các thầy cô
giáo trong Bộ môn Công nghệ ô tô và hệ thống cảm biến – Trường Đại học Công
Nghệ Thông Tin và Truyền Thông cùng các thầy cô giáo giảng dạy tại trường đã
giúp đỡ em tích lũy được nhiều kinh nghiệm cũng những kiến thức chuyên môn
trong cả quá trình dài học tập, nghiên cứu đồng thời tạo mọi điều kiện thuận lợi về
cơ sở vật chất cũng như động viên tinh thần, giúp đỡ cho em phát triển bản thân và
trang bị đủ vốn kiến thức để em có thể hoàn thành đồ án.
Cuối cùng, em xin chân thành cảm ơn sự quan tâm, sẻ chia và động viên từ
gia đình, bạn bè đã luôn ở bên ủng hộ, giúp đỡ em để em có thêm động lực phấn
đấu hoàn thành tốt đồ án.
Em xin chân thành cảm ơn !
Thái Nguyên, tháng 6 năm 2016
Sinh viên thực hiện đồ án
Đinh Thế Hùng

1


LỜI CAM ĐOAN
Em xin cam đoan nội dung của bài đồ án “ Xây dựng hệ thống tự động
thu thập dữ liệu môi trường trong nhà kính“ này là do em tự tìm hiểu nghiên
cứu dưới sự định hướng của thầy giáo hướng dẫn cùng với sự giúp đỡ tận tình của
thầy Th.S Vũ Thành Vinh và thầy Th.S Đặng Văn Ngọc. Nội dung báo cáo này đã
có sự cho phép sử dụng một số công trình nghiên cứu của các thầy giáo trong Bộ
môn Công nghệ ô tô và hệ thống cảm biến, ngoài ra không vi phạm các công trình
nghiên cứu nào khác.

Nếu những lời cam đoan trên không đúng, em xin chịu hoàn toàn trách
nhiệm trước pháp luật.
Thái Nguyên, tháng 6 năm 2016
Sinh viên thực hiện đồ án
Đinh Thế Hùng

2


MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
LỜI CAM ĐOAN. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
MỤC LỤC. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
DANH MỤC HÌNH ẢNH . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
DANH MỤC BẢNG. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
LỜI MỞ ĐẦU . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ MẠNG CẢM BIẾN KHÔNG DÂY . . . . . . . . . . 2
1.1 Tổng quan về hệ thống mạng cảm biến không dây . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2
1.1.1 Giới thiệu về mạng cảm biến không dây . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2
1.1.2 Mô tả về hệ thống mạng cảm biến không dây . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3
1.1.3 Các nhân tố ảnh hưởng đến mạng cảm biến không dây. . . . . . . . . . . . . . . . 5
1.1.4 Đặc điểm của mạng cảm biến không dây . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8
1.1.5 Kiến trúc và giao thức mạng cảm biến không dây. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
1.2 Các ứng dụng trong mạng cảm biến không dây . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
1.2.1 Giám sát và điều khiển công nghiệp . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
1.2.2 Tự động hoá gia đình và điện dân dụng. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
1.2.3 Cảm biến trong quân sự . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
1.2.4 Cảm biến môi trường và nông nghiệp thông minh . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
CHƯƠNG 2: PHÂN TÍCH VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG TỰ ĐỘNG THU THẬP
DỮ LIỆU MÔI TRƯỜNG TRONG NHÀ KÍNH . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19

2.1 Đặt vấn đề . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
2.2 Phân tích bài toán . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
2.2.1 Giải pháp thiết kế . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
2.2.2 Sơ đồ khối . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
2.3 Các linh kiện sử dụng trong hệ thống . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
2.3.1 Các linh kiện sử dụng trong khối xử lý và điều khiển . . . . . . . . . . . . . . . . 23
3


2.3.2 Linh kiện sử dụng trong khối nguồn . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28
2.3.3 Linh kiện sử dụng trong khối truyền nhận không dây . . . . . . . . . . . . . . . . 28
2.3.4 Các linh kiện sử dụng trong khối cảm biến . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30
2.4 Thiết kế phần cứng. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37
2.4.1 Node cảm biến 1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37
2.4.2 Node cảm biến 2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39
2.4.3 Node cảm biến số 3. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40
2.4.4 Node cảm biến số 4 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42
2.4.5 Node trung tâm . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44
2.5 Thiết kế phần mềm. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45
2.5.1 Arduino IDE và cổng giao tiếp ảo cho arduino nano . . . . . . . . . . . . . . . . 45
2.5.2 Cấu hình kit thu phát RF CC22530 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46
2.5.3 Giao diện hiển thị trên máy tính . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47
2.5.4 Lưu đồ thuật toán . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50
CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ ĐÁNH GIÁ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53
3.1 Kết quả phần cứng . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53
3.2 Kết quả thực nghiệm . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55
3.3 Đánh giá hệ thống. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58
KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60
TÀI LIỆU THAM KHẢO. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61

4


DANH MỤC HÌNH ẢNH
Hình 1.1: Mô hình triển khai các node trong cảm biến không dây . . . . . . . . . . . . . . . 3
Hình 1.2 : Các thành phần của một node cảm biến . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
Hình 1.3: Kiến trúc giao thức mạng cảm biến không dây . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
Hình 2.1: Sơ đồ khối tổng quát của toàn mạch . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
Hình 2.2: Sơ đồ khối tổng quát của node cảm biến. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
Hình 2.3: Sơ đồ khối tổng quát node trung tâm . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22
Hình 2.4 Arduino nano. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
Hình 2.5: Sơ đồ các chân của Arduino nano . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
Hình 2.6 Arduino mega . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26
Hình 2.7: Sơ đồ chân của Arduino mega. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27
Hình 2.8: Module CC2530 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28
Hình 2.9: Cấu tạo bên trong của CC2530 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
Hình 2.10: Cảm biến nhiệt độ LM 35. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30
Hình 2.11: Cảm biến HR 202. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31
Hình 2.12: Sơ đồ chân của module HR 202. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
Hình 2.13: Trở kháng của HR202 phụ thuộc vào độ ẩm. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33
Hình 2.14: Cảm biến cường độ ánh sáng BH1750 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33
Hình 2.15: Sơ đồ chân của cảm biến độ ẩm đất HR202 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35
Hình 2.16: Sơ đồ chân của cảm biến nhiệt độ đất DS18B20. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36
Hình 2.17: Sơ đồ nguyên lý của node cảm biến số 1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38
Hình 2.18: Sơ đồ mạch in của node cảm biến số 1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39
Hình 2.19: Sơ đồ nguyên lý của node cảm biến số 2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39
Hình 2.20: Sơ đồ mạch in của node cảm biến số 2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40
Hình 2.21: Sơ đồ nguyên lý của node cảm biến số 3 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41
Hình 2.22: Sơ đồ mạch in của node cảm biến số 3 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42
Hình 2.23: Sơ đồ nguyên lý của node cảm biến số 4 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43

Hình 2.24: Sơ đồ mạch in của node cảm biến số 4 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44
5


Hình 2.25: Sơ đồ nguyên lý của node trung tâm. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44
Hình 2.26: Giao diện của Arduino IDE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45
Hình 2.27: Giao diện cổng giao tiếp ảo cho arduino nano . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46
Hình 2.28: Mạch nạp SmartRF04EB cho CC2530 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46
Hình 2.29: Giao diện của mạch nạp CC2530 khi kết nối máy tính. . . . . . . . . . . . . . 47
Hình 2.30: Giao diện hiển thị thông số của cảm biến ngoài môi trường . . . . . . . . 48
Hình 2.31: Giao diện hiển thị thông số của cảm biến giá thể . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48
Hình 2.32: Giao diện cấu hình thiết bị . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49
Hình 2.33: Lưu đồ thuật toán của node cảm biến số 1. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50
Hình 2.34: Lưu đồ thuật toán của node cảm biến số 2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50
Hình 2.35: Lưu đồ thuật toán node cảm biến số 3 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51
Hình 2.36: Lưu đồ thuật toán node cảm biến số 4 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51
Hình 2.37: Lưu đồ thuật toán của node trung tâm . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52
Hình 3.1: Mạch thật của node cảm biến số 1. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53
Hình 3.2: Mạch thật của node cảm biến số 2. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53
Hình 3.3: Mạch thật của node cảm biến số 3. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54
Hình 3.4: Mạch thật của node cảm biến số 4. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54
Hình 3.5: Mạch thật của node trung tâm . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55
Hình 3.6: Khi công tắc nguồn của node cảm biến số 1 được bật. . . . . . . . . . . . . . . . 56
Hình 3.7: Kết quả hiển thị thông số của node số 1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56
Hình 3.8: Khi công tắc nguồn của node 1 và node 2 được bật . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57
Hình 3.9: Kết quả hiển thị thông số của node số 1 và số 2. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57
Hình 3.10: Khi công tắc nguồn của node cảm biến số 3 và số 4 được bật. . . . . . . 58
Hình 3.11: Kết quả hiển thị thông số của node số 3 và số 4 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58

6

DANH MỤC BẢNG
Bảng 1.1: Các dải tần dành cho các ứng dụng Công nghiệp, khoa học và y tế ISM
(Industrial, Scientific and Medical). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
Bảng 2.1 Thông số kĩ thuật của Arduino nano . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
Bảng 2.2: Thông số kĩ thuật của Arduino mega . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28
Bảng 2.3: Thông số kĩ thuật của CC2530 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
Bảng 2.4: Thông số kĩ thuật của LM35 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30
Bảng 2.5: Trở kháng của LM35 phụ thuộc vào nhiệt độ. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31
Bảng 2.6: Thông số của module HR202 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
Bảng 2.7: Thông số của cảm biến ánh sáng BH1750. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34
Bảng 2.8: Thông số kĩ thuật của cảm biến độ ẩm đât HR202. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36
Bảng 2.9: Thống số của cảm biến nhiệt độ đất DS18B20 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37

7


LỜI MỞ ĐẦU
Điều kiện môi trường thích hợp rất quan trọng cho sự tăng trưởng thực vật
và cải thiện năng suất cây trồng. Tự động hoá việc thu thập dữ liệu thông số của
đất và các thông số môi trường chi phối sự phát triển của thực vật cho phép thông
tin được thu thập ở tần suất cao với yêu cầu lao động ít hơn. Hiện nay đã có hệ
thống sử dụng hệ thống máy tính hoặc dựa trên tin nhắn cho người sử dụng liên tục
thông báo các điều kiện bên trong nhà kính, nhưng khả năng chi trả, cồng kềnh,
khó khăn để duy trì và ít được chấp nhận bởi các công nhân không có kỹ năng công
nghệ.
Dựa trên cơ sở đó, em đã chọn đề tài “Xây dựng hệ thống tự động
thu thập dữ liệu môi trường trong nhà kính”. Mục tiêu của dự án này là thiết kế
một mô hình dựa trên vi điều khiển để theo dõi và ghi lại các giá trị của nhiệt độ,

độ ẩm, và ánh sáng mặt trời của môi trường tự nhiên cũng như môi trường trong
đất để kiểm soát và đưa ra biện pháp tối ưu hóa chúng để cây có thể đạt được độ
tăng trưởng cần thiết và năng suất tối đa.
Nội dung báo cáo gồm ba chương chính:
 Chương 1 : Tổng quan về mạng cảm biến không dây.
 Chương 2 : Phân tích và thiết kế hệ thống thu thập dữ liệu môi trường
trong nhà kính.
 Chương 3 : Kết quả và đánh giá.
Mặc dù em đã cố gắng hết sức để hoàn thành song do thời gian có hạn và sự thiết
sót về kiến thức nên cũng không tránh khỏi những sai sót nhất định trong quá trình
nghiên cứu và làm báo cáo, do vậy em rất mong được sự đóng góp của thầy, cô giáo để
đồ án của em được hoàn thiện hơn.

8


CHƯƠNG 1:
TỔNG QUAN VỀ MẠNG CẢM BIẾN KHÔNG DÂY
1.1 Tổng quan về hệ thống mạng cảm biến không dây
1.1.1 Giới thiệu về mạng cảm biến không dây
Mạng cảm biến không dây (Wireless Sensor Network) bao gồm một tập hợp
các thiết bị cảm biến sử dụng các liên kết không dây (vô tuyến, hồng ngoại hoặc
quang học) để phối hợp thực hiện các nhiệm vụ cảm biến phân tán về đối tượng
mục tiêu. Mạng này có thể liên kết trực tiếp với node quản lý của giám sát viên hay
gián tiếp thông qua một điểm thu (Sink) và môi trường mạng công cộng như
Internet hay vệ tinh. Các node cảm biến không dây có thể được triển khai cho các
mục đích chuyên dụng như giám sát và an ninh; kiểm tra môi trường; tạo ra không
gian thông minh; khảo sát, chính xác hóa trong nông nghiệp; y tế;... Lợi thế chủ
yếu của chúng là khả năng triển khai hầu như trong bất kì loại hình địa lý nào kể cả
các môi trường nguy hiểm không thể sử dụng mạng cảm biến có dây truyền thống

được.
Việc kết hợp các bộ cảm biến thành mạng lưới ngày nay đã tạo ra nhiều khả
năng mới cho con người. Các bộ vi cảm biến với bộ xử lý gắn trong và các thiết bị
vô tuyến hoàn toàn có thể gắn trong một kích thước rất nhỏ. Chúng có thể hoạt
động trong một môi trường dày đặc với khả năng xử lý tốc độ cao. Do đó, với
mạng cảm biến không dây ngày nay, người ta đã có thể khám phá nhiều hiện tượng
rất khó thấy trước đây.
Ngày nay, các mạng cảm biến không dây được ứng dụng trong nhiều lĩnh
vực như các cấu trúc chống lại địa chấn, nghiên cứu vi sinh vật biển, giám sát việc
chuyên chở các chất gây ô nhiễm, kiểm tra hệ sinh thái và môi trường sinh vật
phức tạp, v.v...an về mạng cảm biến không dây.

9


1.1.2 Mô tả về hệ thống mạng cảm biến không dây
Các node cảm biến được triển khai trong một trường cảm biến (sensor field)
được minh họa trên hình 1.1. Mỗi node cảm biến được phát tán trong mạng có khả
năng thu thập thông số liệu, định tuyến số liệu về bộ thu nhận (Sink) để chuyển tới
người dùng (User) và định tuyến các bản tin mang theo lệnh hay yêu cầu từ node
Sink đến các node cảm biến. Số liệu được định tuyến về phía bộ thu nhận (Sink)
theo cấu trúc đa liên kết không có cơ sở hạ tầng nền tảng (Multihop
Infrastructureless Architecture), tức là không có các trạm thu phát gốc hay các
trung tâm điều khiển, như trong hình 1.1. Bộ thu nhận có thể liên lạc trực tiếp với
trạm điều hành (Task Manager Node) của người dùng hoặc gián tiếp thông qua
Internet hay vệ tinh (Satellite).

10

Hình 1.1: Mô hình triển khai các node trong cảm biến không dây
Một node cảm biến được tạo lên từ bốn thành phần cơ bản là: bộ cảm biến,
bộ xử lý, bộ thu phát không dây và nguồn. Tuỳ theo ứng dụng cụ thể, node cảm
biến còn có thể có các thành phần bổ xung như hệ thống tìm vị trí, bộ sinh năng
lượng và thiết bị di động. Các thành phần trong một node cảm biến được minh họa
trên hình 1.1.

Hình 1.2 : Các thành phần của một node cảm biến
Bộ cảm biến thường thường gồm hai đơn vị thành phần là thiết bị cảm biến
(Sensor) và bộ chuyển đổi tương tự/số (ADC). Các tín hiệu tương tự có được từ
các cảm biến trên cơ sở cảm biến các hiện tượng được chuyển sang tín hiệu số
bằng bộ chuyển đổi ADC, rồi mới được đưa tới bộ xử lý. Bộ xử lý, thường kết hợp
11


với một bộ nhớ nhỏ, phân tích thông tin cảm biến và quản lý các thủ tục cộng tác
với các node khác để phối hợp thực hiện nhiệm vụ. Bộ thu phát đảm bảo thông tin
giữa node cảm biến và mạng bằng kết nối không dây, có thể là vô tuyến, hồng
ngoại hoặc bằng tín hiệu quang. Một thành phần quan trọng của node cảm biến là
bộ nguồn. Bộ nguồn, có thể là pin hoặc acquy, cung cấp năng lượng cho node cảm
biến và không thay thế được nên nguồn năng lượng của node thường là giới hạn.
Bộ nguồn có thể được hỗ trợ bởi các thiết bị sinh năng lượng, ví dụ như các tấm
pin mặt trời nhỏ. Hầu hết các công nghệ định tuyến trong mạng cảm biến và các
nhiệm vụ cảm biến yêu cầu phải có sự nhận biết về vị trí với độ chính xác cao. Do
đó, các node cảm biến thường phải có hệ thống tìm vị trí. Các thiết bị di động đôi
khi cũng cần thiết để di chuyển các node cảm biến theo yêu cầu để đảm bảo các
nhiệm vụ được phân công.

12

1.1.3 Các nhân tố ảnh hưởng đến mạng cảm biến không dây
1.1.3.1 Tiêu thụ nguồn mức thấp
Các ứng dụng mạng cảm biến không dây điển hình yêu cầu các thành phần
với nguồn tiêu thụ trung bình, thực chất thấp hơn hiện tại được cung cấp trong các
bổ xung của các mạng không dây hiện tại giống như Bluetooth. Ví dụ các thiết bị
cho các kiểu cảm biến công nghiệp và y tế, các nhãn thông minh, các huy hiệu,
được cấp nguồn từ các nguồn pin nhỏ, thời gian tiêu thụ một vài tháng đến một vài
năm. Các ứng dụng bao gồm giám sát và điều khiển thiết bị công nghiệp yêu cầu
thời gian sống của nguồn pin dài để duy trì sự tồn tại đưa và vào thiết bị được giám
sát không được thỏa thuận. Các ứng dụng khác, giống như giám sát môi trường các
vùng rộng, có thể yêu cầu một số lượng lớn các thiết bị nên không thể thay đổi
nguồn thường xuyên. Hơn nữa, các ứng dụng nào đó không thể tận dụng một
nguồn cho tất cả; các node mạng trong các ứng dụng này phải nhận nguồn năng
lượng nhờ quá trình khai thác và lọc năng lượng từ môi trường.
1.1.3.2 Chi phí thấp
Vì mạng cảm biến bao gồm một số lượng lớn các node cảm biến nên chi phí
sản xuất một node rất quan trọng ảnh hưởng đến giá thành toàn mạng. Nếu chi phí
của mạng cao hơn so với việc phát triển các cảm biến truyền thống thì mạng cảm
biến là không chấp nhận được. Như vậy, giá thành một node cảm biến cần phải giữ
ở mức thấp. Hiện nay, chi phí sản xuất của một node cảm biến phải thấp hơn
1Dollar thì mạng mới có thể thực hiện được. Các node cảm biến ngoài các thành
phần chính là bộ cảm biến chuyên dụng, hệ thống thu phát vô tuyến, bộ xử lý,
nguồn nuôi, còn phải trang bị thêm các thiết bị khác để có khả năng tìm vị trí, di
động, tạo năng lượng, v.v... tuỳ theo ứng dụng cụ thể. Do đó, chi phí sản xuất trở
thành một thách thức khi một khối lượng các chức năng được giới hạn trong giá
thành thấp.
1.1.3.3 Mức độ khả dụng
13

Nhiều ứng dụng được đề xuất của mạng cảm biến không dây, giống như các
thẻ hành lý không dây và các hệ thống định vị container tàu hàng, yêu cầu mạng có
mức độ khả dụng cao. Hơn nữa, để tăng sản lượng, mức tiếp thị, mua bán, và hiệu
quả phân tán của sản phẩm mà có thể có các thiết bị mạng cảm biến không dây
được nhúng trong chúng, và để tránh quá trình hình thành những thay đổi trong
vùng khác nhau phải được giám sát riêng lẻ thông qua (có thể là riêng rẽ) dây
truyền phân tán, do đó mong muốn cung cấp các thiết bị mà có khả năng vận hành
trên khắp thế giới. Dù vậy, theo lý thuyết, khả năng này có thể được sử dụng bởi
việc tận dụng các bộ thu nhận GPS (Global Positioning System) hoặc GLONASS
(Global Navigation Satellite System) trong mỗi node mạng và điều chỉnh node
cách thức hoạt động theo vị trí của nó, chi phí để thêm một bộ thu nhận thứ hai,
cộng thêm tính mềm dẻo để thực thi bổ xung được yêu cầu để nhận các yêu cầu
khắp thế giới khác nhau, về phương diện kinh tế phương pháp này là không tồn tại.
Bởi vậy, mong muốn tận dụng một băng thông đơn - có ít trong các yêu cầu điều
luật cảu chính phủ từ quốc gia đến quốc gia - để tăng cực đại toàn bộ thị trường
tiêu thụ cho các mạng cảm biến không dây.
1.1.3.4 Kiểu mạng
Một mạng star thông thường tận dụng một thiết bị master đơn và một hoặc
nhiều hơn thiết bị slave có thể thoả mãn nhiều ứng dụng. Bởi vì công suất truyền
dẫn của các thiết bị mạng bị giới hạn bởi các điều luật chính phủ và các công ty
cung cấp nguồn nuôi battery-life, tuy nhiên, thiết kết mạng này sẽ hạn chế phạm vi
vật lý một mạng có thể phục vụ đến phạm vi của một thiết bị đơn (master). Khi
phạm vi bổ xung được yêu cầu, các kiểu mạng hỗ trợ định tuyến multi-hop (ví dụ
các kiểu mesh hoặc cluster) phải được tận dụng; bộ nhớ bổ xung và chi phí tính
toán cho các bảng hoặc thuật toán định tuyến, trong quá trình bổ xung overhead
bảo trì mạng, phải được hỗ trợ không cần chi phí thừa hoặc mức tiêu thụ nguồn.
Để được xác nhận cho nhiều ứng dụng, các mạng cảm biến có bậc tương đối lớn (>
256 node); mật độ thiết bị cũng có thể cao (ví dụ trong các ứng dụng thẻ báo giá
14

trong siêu thị).
1.1.3.5 Bảo mật
Bảo mật trong mạng cảm biến không dây có hai vấn đề có giá trị quan trọng
bảo mật thực tế mạng như thế nào và bảo mật mạng như thế nào được nhận biết do
người sử dụng và (đặc biệt) là người sử dụng tiềm năng. Việc nhận biết bảo mật là
vấn đề quan trọng bởi vì người sử dụng có một mối lo tự nhiên là khi dữ liệu của
họ (hoặc bất cứ thứ gì có thể) được truyền dẫn qua không khí cho bất cứ ai để
nhận. Thường, một ứng dụng tận dụng mạng cảm biến không dây thay thế một
phiên bản có dây mà người sử dụng có thể nhìn thấy tự nhiên các dây dẫn hoặc các
cấp tải thông tin, và biết, chắc chắn hợp lý, rằng không có ai cũng có thể nhận
được thông tin hoặc xen thông tin sai lệch vào chúng đến nơi nhận. Ứng dụng
không dây phải làm việc để chiếm lại độ tin cậy đã đảm bảo với thị trường rộng
lớn được yêu cầu với chi phí thấp hơn. Tuy nhiên, bảo mật hơn nữa là quá trình mã
hoá đúng bản tin. Thực tế, trong nhiều ứng dụng, quá trình mã hoá (quá trình giữ
một bí mật hoặc một riêng tư bản tin) không phải là một mục đích bảo mật quan
trọng của các mạng cảm biến không dây. Thường, các mục đích bảo mật quan
trọng là đảm bảo rằng nhiều bản tin được nhận không bị sửa đổi theo nhiều con
con đường từ người gửi nó với nội dung đó.
1.1.3.6 Thông lượng dữ liệu
Khi đề cập ngay đầu tiên, các mạng cảm biến không dây có giới hạn về các
yêu cầu thông lượng dữ liệu khi so sánh với Bluetooth (IEEE 802.15.1) và với các
mạng WPAN và WLAN khác.Với các mục đích thiết kế, tốc độ dữ liệu mong
muốn cực đại, khi tính toán trung bình qua mộ chu kỳ một giờ, có thể thiết lập là
512b/s (64 byte/s), dù vậy phác họa này có phần tuỳ tiện. Tốc độ dữ liệu điển hình
được mong đợi có ý nghĩa đáng kể dưới điều này; có thể 1 b/s hoặc thấp hơn trong
một vài ứng dụng. Chú ý rằng đây là thông lượng dữ liệu, không phải là tốc độ dữ
liệu ban đầu khi truyền phát qua kênh, có thể cao hơn đáng kể. Lượng thông lượng
dữ liệu được yêu cầu thấp này gợi ý rằng với nhiều số lượng overhead giao thức có

15


ích (ví dụ các header, trường địa chỉ,v.v…), hiệu quả truyền thông của mạng sẽ rất
thấp đặc biệt khi so sánh ngược lại với mạng gửi các gói TCP/IP có thể dài 1500
byte. Không có vấn đề gì khi thiết kế được lựa chọn, hiệu quả sẽ rất thấp, và trong
tình thế đó, có thể được nhìn thấy một cách rõ ràng: người thiết kế giao thức có
khả năng phác hoạ tự ý mối quan tâm hiệu quả truyền thông, thường là một tham
số quyết định trong thiết kế giao thức.
1.1.3.7 Trễ bản tin
Các mạng cảm biến có các yêu cầu QoS rất rộng, bởi vì, phổ biến, chúng
không hỗ trợ truyền thông đẳng thời hoặc đồng bộ, và có các giới hạn thông lượng
dữ liệu ngăn cản quá trình truyền phát video và voice thời gian thực, trong nhiều
ứng dụng. Yêu cầu trễ bản tin cho các mạng cảm biến không dây vì vậy rất thoải
mái trong sự so sánh nó với các mạng WPAN khác; trong nhiều ứng dụng, một độ
trễ và giây hoặc vài phút có thể chấp nhận tương đối.
1.1.3.8 Tính di động
Các ứng dụng mạng cảm biến không dây, phổ biến, không yêu cầu tính
động. Bởi vì mạng được giải phóng từ gánh nặng của quá trình nhận dạng các
đường định tuyến truyền thông mở, các mạng cảm biến không dây mang overhead
lưu lượng điều khiển ít hơn và có thể tận dụng các phương pháp định tuyến đơn
giản hơn so với mạng di động Ad hoc.
1.1.4 Đặc điểm của mạng cảm biến không dây
1.1.4.1 Kích thước vật lý nhỏ
Trong bất kỳ hướng phát triển công nghệ nào, kích thước và công suất tiêu
thụ luôn chi phối khả năng xử lý, lưu trữ và tương tác của các thiết bị cơ sở. Việc
thiết kế các phần cứng cho mạng cảm biến phải chú trọng đến giảm kích cỡ và
công suất tiêu thụ với yêu cầu nhất định về khả năng hoạt động. Việc sử dụng phần
mềm phải tạo ra các hiệu quả để bù lại các hạn chế của phần cứng.
1.1.4.2 Hoạt động đồng thời với độ tập trung cao

Phương thức hoạt động chính của các thiết bị trong mạng cảm biến là cảm
16


biến và vận chuyển các dòng thông tin với khối lượng xử lý thấp, gồm các hoạt
động nhận một lệnh, dừng, phân tích và đáp ứng lại. Ví dụ, thông tin cảm biến có
thể được thu nhận đồng thời bởi các cảm biến, được thao tác và truyền lên mạng.
Hoặc dữ liệu có thể được node cảm biến nhận từ các node cảm biến khác và được
hướng tới định tuyến đa liên kết hay liên kết cầu. Vì dung lượng bộ nhớ trong nhỏ
nên việc đệm một khối lượng lớn dữ liệu giữa dòng vào và dòng ra là không khả
thi. Hơn nữa, mỗi dòng lại tạo ra một số lượng lớn các sự kiện mức thấp xen vào
hoạt động xử lý mức cao. Một số hoạt động xử lý mức cao sẽ kéo dài trên nhiều sự
kiện thời gian thực. Do đó, các node mạng phải thực hiện nhiều công việc đồng
thời và cần phải có sự tập trung xử lý cao độ.
1.1.4.3 Khả năng liên kết vật lý và phân cấp điều khiển hạn chế
Số lượng các bộ điều khiển độc lập, các khả năng của bộ điều khiển, sự tinh
vi của liên kết xử lý - lưu trữ - chuyển mạch trong mạng cảm biến thấp hơn nhiều
trong các hệ thống thông thường. Điển hình, bộ cảm hay bộ truyền động (actuator)
cung cấp một giao diện đơn giản trực tiếp tới một bộ mạch chip đơn. Ngược lại,
các hệ thống thông thường, với các hoạt động xử lý phân tán, đồng thời kết hợp
với một loạt các thiết bị trên nhiều mức điều khiển được liên hệ bởi một cấu trúc
bus phức tạp. Các hạn chế về kích thước và công suất, khả năng định hình vật lý
trên vi mạch bị giới hạn có chiều hướng cần hỗ trợ quản lý dòng đồng thời, tập
trung nhờ bộ xử lý kết hợp.
1.1.4.4 Tính đa dạng trong thiết kế và sử dụng
Các thiết bị cảm biến được nối mạng có khuynh hướng dành riêng cho ứng
dụng cụ thể, tức là mỗi loại phần cứng chỉ hỗ trợ riêng cho ứng dụng của nó. Vì có
một phạm vi ứng dụng cảm biến rất rộng nên cũng có thể có rất nhiều kiểu thiết bị
vật lý khác nhau. Với mỗi thiết bị riêng, điều quan trọng là phải dễ dàng tập hợp
các thành phần phần mềm để có được ứng dụng từ các thành phần phần cứng. Như

vậy, các loại thiết bị này cần một sự điều chỉnh phần mềm ở một mức độ nào đó để
có được hiệu quả sử dụng phần cứng cao. Môi trường phát triển chung là cần thiết
17


để cho phép các ứng dụng riêng có thể xây dựng trên một tập các thiết bị mà không
cần giao diện phức tạp. Ngoài ra, cũng có thể chuyển đổi giữa phạm vi phần cứng
với phần mềm trong khả năng công nghệ.
1.1.4.5 Hoạt động tin cậy
Các thiết bị có số lượng lớn, được triển khai trong phạm vi rộng với một
ứng dụng cụ thể. Việc áp dụng các kỹ thuật mã hóa sửa lỗi truyền thống nhằm tăng
độ tin cậy của các đơn vị riêng lẻ bị giới hạn bởi kích thước và công suất. Việc
tăng độ tin cậy của các thiết bị lẻ là điều cốt yếu. Thêm vào đó, chúng ta có thể
tăng độ tin cậy của ứng dụng bằng khả năng chấp nhận và khắc phục được sự hỏng
hóc của thiết bị đơn lẻ. Như vậy, hệ thống hoạt động trên từng node đơn không
những mạnh mẽ mà còn dễ dàng phát triển các ứng dụng phân tán tin cậy.
1.1.5 Kiến trúc và giao thức mạng cảm biến không dây
Ngăn xếp giao thức được sử dụng trong bộ thu nhận (node Sink) và tất cả
các node cảm biến được minh họa trong hình 1.3. Ngăn xếp giao thức này phối
hợp các tính toán về định tuyến và năng lượng, kết hợp số liệu với các giao thức
mạng, truyền tin với hiệu quả về năng lượng thông qua môi trường không dây và
tăng cường sự hợp tác giữa các node cảm biến. Ngăn xếp giao thức bao gồm lớp
ứng dụng (Application Layer), lớp giao vận (Transport Layer), lớp mạng (Network
Layer), lớp liên kết số liệu (Datalink Layer), lớp vật lý (Physical Layer), mặt bằng
quản lý năng lượng (Power Management Plane), mặt bằng quản lý di động
(Mobility Management Plane) và mặt bằng quản lý nhiệm vụ (Task Management
Plane).

18

Hình 1.3: Kiến trúc giao thức mạng cảm biến không dây
Tuỳ theo nhiệm vụ cảm biến, các kiểu phần mềm ứng dụng có thể được xây
dựng và sử dụng trên lớp ứng dụng. Lớp giao vận giúp duy trì dòng số liệu khi các
ứng dụng của mạng cảm biến yêu cầu. Lớp mạng tập trung vào việc định tuyến số
liệu được cung cấp bởi lớp giao vận. Do môi trường có nhiễu và các node cảm
biến có thể di động được, giao thức MAC phải được tính toán về năng lượng và tối
thiểu hóa va chạm trong việc phát quảng bá với các node lân cận. Lớp vật lý sử
dụng các kỹ thuật điều chế, truyền và nhận cần thiết đơn giản nhưng mạnh mẽ.
Thêm vào đó, các mặt bằng quản lý năng lượng, di động và nhiệm vụ điều khiển
sự phân phối năng lượng, phối hợp di chuyển và nhiệm vụ giữa các node cảm biến.
19


Các mặt bằng này giúp cho các node cảm biến có thể phối hợp trong nhiệm vụ cảm
biến và giảm được tổng năng lượng tiêu thụ.
1.1.5.1 Lớp ứng dụng
Mặc dù nhiều lĩnh vực ứng dụng cho mạng cảm biến được vạch rõ và được
đề xuất, các giao thức lớp ứng dụng còn tiềm tàng cho mạng cảm biến vẫn còn là
một vùng rộng lớn chưa được khám phá. Trong phần này, chúng ta sẽ khảo sát ba
giao thức lớp ứng dụng quan trọng là giao thức quản lý cảm biến SMP (Sensor
Management Protocol), giao thức phân nhiệm vụ và quảng cáo số liệu TADAP
(Task Assignment and Data Advertisement Protocol), giao thức truy vấn cảm biến
và phổ biến số liệu SQDDP (Sensor Query and Data Dissemination Protocol), rất
cần thiết cho mạng cảm biến trên cơ sở những sơ đồ được đề xuất có liên quan tới
những lớp khác và các lĩnh vực ứng dụng mạng cảm biến. Tất cả các giao thức lớp
ứng dụng này đều là những vấn đề nghiên cứu có tính mở.
1.1.5.2 Lớp giao vận
Lớp giao vận cung cấp các dịch vụ tổ chức liên lạc đầu cuối từ các node
cảm biến có báo cáo cần chuyển tới node thu nhận (Sink) và node người sử dụng.

Lớp giao vận đặc biệt cần thiết khi hệ thống có kế hoạch truy nhập thông qua
Internet hoặc những mạng bên ngoài khác. Giao thức TCP với cơ chế cửa sổ
truyền dẫn chưa phù hợp với đặc trưng của môi trường mạng cảm biến hiện nay.
Do đó, việc thiết lập một liên kết đầu cuối từ các node cảm biến trực tiếp đến node
quản lý của người sử dụng là không hiệu quả. Phương pháp phân tách TCP là cần
thiết để mạng cảm biến tương tác với các mạng khác ví dụ như Internet. Trong
phương pháp này, kết nối TCP được sử dụng để liên lạc giữa node quản lý của
người sử dụng và node thu nhận (Sink) và một giao thức lớp giao vận phù hợp với
môi trường mạng cảm biến được sử dụng cho truyền thông giữa nodethu nhận và
các node cảm biến.
Kết quả là truyền thông giữa node người sử dụng và node thu nhận có thể
sử dụng giao UDP hoặc TCP thông qua Internet hoặc qua vệ tinh. Mặt khác, việc
20


truyền thông giữa node thu nhận và các node cảm biến chỉ sử dụng hoàn toàn các
giao thức kiểu như UDP, bởi vì các node cảm biến có bộ nhớ hạn chế. Không
giống các giao thức kiểu như TCP, các phương pháp truyền thông đầu cuối (end to
end) trong mạng cảm biến không địa chỉ toàn cục. Các phương pháp này dựa trên
việc đặt tên thuộc tính cơ sở để chỉ ra điểm đích của gói số liệu. Các nhân tố như
tiêu thụ năng lượng, khả năng mở rộng và các đặc trưng như định tuyến tập trung
số liệu khiến cho mạng cảm biến cần phải có những cơ chế khác trong lớp giao
vận. Yêu cầu này nhấn mạnh sự cần thiết của những loại giao thức mới ở lớp giao
vận.
1.1.5.3 Lớp mạng
Các node cảm biến được phân bố dày đặc trong một trường ở gần hoặc ở
ngay bên trong các hiện tượng mục tiêu như trong hình 1.1. Giao thức định tuyến
không dây đa bước phù hợp giữa node cảm biến và node Sink là cần thiết. Kỹ thuật
định tuyến trong mạng Ad hoc thông thường không phù hợp những yêu cầu của
mạng cảm biến. Lớp mạng của mạng cảm biến được thiết kế theo những nguyên

tắc sau :
- Hiệu suất năng lượng luôn là yếu tố quan trọng.
- Hầu hết các mạng cảm biến là số liệu tập trung.
- Việc tập hợp số liệu chỉ được thực thi khi nó không cản trở hoạt động hợp
tác của các node cảm biến.
- Một mạng cảm biến lý tưởng phải nhận biết được việc đánh địa chỉ thuộc
tính cơ sở và vị trí.

21


1.1.5.4 Lớp liên kết số liệu
Lớp liên kết số liệu chịu trách nhiệm ghép kênh cho các dòng số liệu và
tách khung số liệu, điều khiển truy nhập môi trường và sửa lỗi. Nó đảm bảo sự tin
cậy cho kết nối điểm - điểm (Point to Point) và điểm - đa điểm (Point to
Multipoint) trong mạng truyền thông. Hai phần dưới sẽ trình bày về chiến lược
truy nhập môi trường truyền dẫn và điều khiển sửa lỗi cho mạng cảm biến.
1.1.5.5 Lớp vật lý
Lớp vật lý chịu trách nhiệm lựa chọn tần số, tạo tần số mang, tách sóng,
điều chế và mã hoá số liệu. Kế hoạch chọn tần số đã được trình bày trong bảng 1.1.
Việc tạo tần số và tách sóng thuộc phạm vi thiết kế phần cứng và bộ thu phát nên
sẽ không được xem xét ở đây. Các phần tiếp theo sẽ chú trọng về các hiệu ứng
phát sóng, hiệu suất năng lượng và các phương pháp điều chế trong mạng cảm
biến. Hiển nhiên là truyền thông vô tuyến với khoảng cách xa là rất tốn kém xét cả
về năng lượng và độ phức tạp của hoạt động. Trong khi thiết kế lớp vật lý cho
mạng cảm biến, việc tối thiểu hoá năng lượng được coi là rất quan trọng, ngoài ra
còn các vấn đề về suy hao, phát tán, vật cản, phản xạ, nhiễu, các hiệu ứng fading
đa đường. Thông thường, công suất đầu ra tối thiểu để chuyển một tín hiệu qua
một khoảng cách d tỷ lệ với dn , trong đó 2 ≤ n < 4. Số mũ n gần 4 với antenna tầm
thấp và các kênh gần mặt đất điển hình trong mạng cảm biến. Nguyên nhân là do

sự triệt tiêu một phần tín hiệu bởi tia phản xạ mặt đất. Để giải quyết vấn đề này,
người thiết kế phải hiểu rõ các đặc tính đa dạng cố hữu và khai thác chúng một
cách triệt để. Ví dụ, truyền thông qua nhiều bước nhảy trong mạng cảm biến có thể
vượt qua một cách hiệu quả các vật chắn và các hiệu ứng suy hao đường truyền
nếu mật độ node mạng đủ lớn. Tương tự, trong khi suy hao đường truyền và dung
lượng kênh hạn chế độ tin cậy của số liệu thì nhờ đó ta có thể sử dụng lại tần số
theo không gian.

22


Bảng 1.1: Các dải tần dành cho các ứng dụng Công nghiệp, khoa học và y tế ISM
(Industrial, Scientific and Medical)

1.2 Các ứng dụng trong mạng cảm biến không dây
1.2.1 Giám sát và điều khiển công nghiệp
Một nhà máy công nghiệp, có quy mô rộng điển hình có một phòng điều
khiển tương đối nhỏ, xung quanh có các thiết máy móc tương đối lớn. Phòng điều
khiển có các đồng hồ chỉ báo và các máy hiển thị để mô tả trạng thái các thiết bị
(trạng thái các van, trạng thái thiết bị, nhiệt độ và áp suất của nguyên liệu được lưu
trữ, v.v…), đầu vào các thiết bị để điều khiển các bộ truyền động trong các máy
móc (các van, các bếp lò, v.v…) mà tác động đến trạng thái được theo dõi của máy
móc. Các cảm biến mô tả trạng thái các máy móc, các kết quả hiển thị của chúng

23


nằm trong phòng điều khiển, các thiết bị đầu vào điều khiển, và các bộ truyền động
trong các máy tất cả tương đối rẻ khi được so sánh với chi phí của các đường dây
bọc kim loại mà được sử dụng để truyền thông giữa chúng. Tiết kiệm chi phí đáng

kể được hoàn tất nếu một phương tiện không dây rẻ có sẵn để cung cấp kiểu truyền
thông này. Bởi vì thông tin được truyền thông là thông tin trạng thái, nó thường
thay đổi chậm. Vì vậy, trong chế độ vận hành bình thường, thông lượng dữ liệu
được yêu cầu của mạng tương đối chậm, nhưng độ tin cậy được yêu cầu của mạng
lại rất cao. Mạng cảm biến không dây của nhiều node, cung cấp nhiều đường dẫn
định tuyến bản tin của quá trình truyền thông multi-hop, có thể nhận được các yêu
cầu này.
1.2.2 Tự động hoá gia đình và điện dân dụng
Gia đình là không gian ứng dụng rất lớn cho các mạng cảm biến không dây.
Nhiều ứng dụng công nghiệp vừa được mô tả có mối liên hệ tương tự trong gia
đình. Ví dụ một hệ thống HVAC được trang bị với các bộ ổn nhiệt và chống rung
không dây có thể bảo vệ các phòng dưới ánh nắng mặt trời của ngôi nhà - sẽ hiệu
quả hơn một ngôi nhà chỉ trang bị một bộ ổn nhiệt đơn có dây. Một ứng dụng được
điều khiển chung từ xa, một PDA loại thiết bị có thể chỉ không điều khiển TV,
Máy nghe DVD, dàn âm thanh nổi và các thiết bị điện tử gia đình khác nhưng với
các bóng đèn, các cánh cửa, và các ổ khoá cũng được trang bị với một kết nối
mạng cảm biến không dây. Với điều khiển chung từ xa, một bộ có thể điều khiển
ngôi nhà từ tiện ích trên ghế. Tuy nhiên, khả năng hấp dẫn nhất đến từ sự kết hợp
nhiều dịch vụ, giống như các cánh cửa tự động đóng khi TV được bật, hoặc có thể
tự động ngưng hệ thống giải trí gia đình khi một cuộc được nhận trên máy điện
thoại hoặc chuông cửa kêu. Với chiếc cân và máy tính cá nhân cả hai được kết nối
với nhau thông qua một mạng cảm biến không dây, sức nặng của một vật có thể
được tự động ghi lại không cần yêu cầu sự can thiệp bằng tay.
1.2.3 Cảm biến trong quân sự
Các mạng cảm biến không dây là một phần không thể thiếu trong các ứng
24


dụng quân sự ngày nay với các hệ thống mệnh lệnh, điều khiển, thu thập tin tức
tình báo truyền thông, tính toán, theo dõi kẻ tình nghi, trinh sát và tìm mục tiêu.

Các đặc tính triển khai nhanh chóng, tự tổ chức và khả năng chịu đựng lỗi của các
mạng cảm biến cho thấy đây là một công nghệ đầy triển vọng trong lĩnh vực quân
sự. Vì các mạng cảm biến dựa trên cơ sở triển khai dày đặc với các node giá rẻ và
chỉ dùng một lần, việc bị địch phá huỷ một số node không ảnh hưởng tới hoạt động
chung như các cảm biến truyền thống nên chúng tiếp cận chiến trường tốt hơn.
Một số ứng dụng của mạng cảm biến là : kiểm tra lực lượng, trang bị, đạn dược,
giám sát chiến trường, trinh sát vùng và lực lượng địch, tìm mục tiêu, đánh giá
thiệt hại trận đánh, trinh sát và phát hiện các vũ khí hóa học sinh học - hạt nhân
(NCB).
- Kiểm tra lực lượng, trang bị, đạn dược
- Theo dõi chiến trường
- Trinh sát vùng và lực lượng đối phương
- Trinh sát vùng và lực lượng đối phương
- Tìm mục tiêu
- Đánh giá thiệt hại của trận đánh
- Trinh sát và phát hiện các vũ khí hóa học, sinh học, hạt nhân
1.2.4 Cảm biến môi trường và nông nghiệp thông minh
Một số các ứng dụng về môi trường của mạng cảm biến bao gồm theo dõi
sự di chuyển của các loài chim, loài thú nhỏ, côn trùng; kiểm tra các điều kiện môi
trường ảnh hưởng tới mùa màng và vật nuôi; tình trạng nước tưới; các công cụ vĩ
mô cho việc giám sát mặt đất ở phạm vi rộng và thám hiểm các hành tinh; phát
hiện hóa học, sinh học; tính toán trong nông nghiệp; kiểm tra môi trường không
khí,đất trồng, biển; phát hiện cháy rừng; nghiên cứu khí tượng và địa lý; phát hiện
lũ lụt; vẽ bản đồ sinh học phức tạp của môi trường và nghiên cứu ô nhiễm môi
trường.
- Phát hiện cháy rừng: Vì các node cảm biến có thể triển khai dày đặc, tự do
25