NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP QUẢN LÝ NĂNG LƯỢNG CHO MẠNG CẢM BIẾN KHÔNG DÂY

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
----------------

TRẦN THANH

NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP QUẢN LÝ NĂNG LƢỢNG
CHO MẠNG CẢM BIẾN KHÔNG DÂY

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

Hà Nội – 2017


ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
----------------

TRẦN THANH

NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP QUẢN LÝ NĂNG LƢỢNG
CHO MẠNG CẢM BIẾN KHÔNG DÂY

Chuyên ngành

: Vật lý vô tuyến điện tử

Mã số

: 60440105
LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC:
TS. LÊ QUANG THẢO

Hà Nội - 2017


LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan nội dung luận văn:
“Nghiên cứu giải pháp quản lý năng lƣợng cho mạng cảm biến không dây”
Là do bản thân tôi thực hiện dƣới sự hƣớng dẫn của TS. Lê Quang Thảo. Các
số liệu, kết quả đƣợc trình bày trong luận văn là trung thực và chƣa từng đƣợc công bố
trong bất kỳ công trình nào khác.
Tác giả

Trần Thanh


LỜI CẢM ƠN
Để hoàn thiện luận văn, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến thầy hƣớng dẫn
của tôi, TS.Lê Quang Thảo.Trong suốt quá trình thực hiện luận văn, thầy đã tận
tìnhhƣớng dẫn, giúp đỡ để tôi có thể hoàn thành luận văn của mình.
Tôi xin chân thành cảm ơn các Thầy cô giáo trong Bộ môn Vật lý Vô tuyến,
Khoa Vật lý, Trƣờng Đại học Khoa học Tự nhiên - Đại học Quốc gia Hà Nội đã truyền
đạt cho tôi những kiến thức và kinh nghiệm quí báu trong quá trình học tập và nghiên
cứu.
Nghiên cứu này được tài trợ bởi Đại học Quốc gia Hà Nội trong đề tài mã số
QG.17.09.Tôi xin trân trọng cảm ơn sự tài trợ quý báu đó.
Tôi xin cảm ơn đến các cán bộ quản lý thiết bị, máy móc thuộc danh mục thiết
bị bảng A đƣợc trang bị tại Bộ môn Vật lý Vô tuyến, Khoa Vật lý. Trƣờng Đại học
Khoa học Tự nhiên - Đại học Quốc gia Hà Nội. Các thiết bị đƣợc sử dụng gồm: “Dao

động ký số điện tử DL1720E, Keithly 2000…”
Tôi cũng bày tỏ lòng biết ơn đến gia đình, bạn bè,đồng nghiệp, những ngƣời đã
ủng hộ và động viên giúp đỡ tôi trong thời gian làm luận văn.

Hà Nội, tháng 12 năm 2017

Trần Thanh


MỤC LỤC
MỞ ĐẦU………………………………………………………………………………1
CHƢƠNG 1.TỔNG QUAN VỀ MẠNG CẢM BIẾN KHÔNG DÂY ........................... 3
1.1. Khái niệm ........................................................................................................... 3
1.2. Kiến trúc mạng cảm biến không dây .................................................................. 5
1.2.1.Lớp vật lý ........................................................................................................ 6
1.2.2.Lớp liên kết dữ liệu ......................................................................................... 7
1.2.3.Lớp mạng ........................................................................................................ 8
1.2.4.Lớp giao vận.................................................................................................... 9
1.2.5.Lớp ứng dụng ................................................................................................ 10
1.3. Ứng dụng của mạng cảm biến không dây ........................................................ 11
1.3.1.Ứng dụng trong lĩnh vực y tế và chăm sóc sức khỏe .................................... 11
1.3.2.Ứng dụng trong lĩnh vực môi trƣờng ............................................................ 12
1.3.3.Ứng dụng vào các thiết bị trong nhà ............................................................. 14
1.3.4. Ứng dụng trong công nghiệp ...................................................................... 14
1.3.5.Ứng dụng trong lĩnh vực quân sự ................................................................. 15
Kết luận chƣơng 1 ...................................................................................................... 15
CHƢƠNG 2. NGUYÊN NHÂN MẤT MÁT NĂNG LƢỢNG TRONG MẠNG CẢM
BIẾN KHÔNG DÂY ..................................................................................................... 16
2.1. Node cảm biến..................................................................................................... 17
2.1.1. Vi điều khiển (MCU) ................................................................................... 17

2.1.2. Radio (Transceiver) ...................................................................................... 18
2.1.3. Bộ nhớ .......................................................................................................... 19
2.1.4. Cảm biến ...................................................................................................... 19
2.2. Quá trình truyền dữ liệu ...................................................................................... 20
2.3. Truyền thông ....................................................................................................... 22
Kết luận chƣơng 2 ...................................................................................................... 27
CHƢƠNG 3. TIÊU THỤ NĂNG LƢỢNG TRONG MẠNG CẢM BIẾN ................... 28
KHÔNG DÂY ................................................................................................................ 28


3.1. Kiến trúc node cảm biến ..................................................................................... 28
3.2. Nguồn năng lƣợng ............................................................................................... 32
3.3. Giao thức MAC ................................................................................................... 33
Kết luận chƣơng 3 ...................................................................................................... 36
CHƢƠNG 4. KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM, TÍNH TOÁN NĂNG LƢỢNG ............... 38
CHO MỘT MẠNG CẢM BIẾN .................................................................................... 38
4.1. Năng lƣợng mạng ................................................................................................ 38
4.2.Các phƣơng pháp đo năng lƣợng thƣờng dùng .................................................... 39
4.2.1. Phƣơng pháp đo sử dụng đồng hồ đầu kẹp .................................................. 39
4.2.2. Phƣơng pháp đo sử dụng bằng siêu tụ điện. ................................................ 40
4.2.3. Phƣơng pháp đo sử dụng điện trở Shunt. ..................................................... 41
4.3.Khảo sát tiêu thụ năng lƣợng trong node ............................................................. 42
4.3.1. Tiêu thụ năng lƣợng trên vi điều khiển ........................................................ 44
4.3.2. Tiêu tốn năng lƣợng ở cảm biến .................................................................. 44
4.3.3. Tiêu tốn năng lƣợng ở bộ thu phát vô tuyến ................................................ 48
4.4. Tiêu thụ năng lƣợng trong mạng ......................................................................... 51
4.4.1. Số lƣợng node có trong mạng ...................................................................... 52
4.4.2. Tốc độ truyền dữ liệu trong mạng ................................................................ 53
4.4.3. Số lần gửi lặp lại (retry) ............................................................................... 54
4.4.4. Công suất phát .............................................................................................. 55

4.5. Giải pháp đề xuất ................................................................................................ 56
Kết luận chƣơng 4 ...................................................................................................... 58
KẾT LUẬN CHUNG ..................................................................................................... 60
TÀI LIỆU THAM KHẢO .............................................................................................. 62
PHỤ LỤC ....................................................................................................................... 64


DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT
Từ viết tắt

Cụm từ

Nghĩa tiếng Việt

ACK

Acknowledgement

Tín hiệu sử dụng trong truyền thông số
để đảm bảo dữ liệu đƣợc nhận

ADC

Analog Digital Converter

Bộ chuyển đổi tƣơng tự - số

ARQ

Automatic Repeat Request

Tự động lặp lại yêu cầu
Vi điều khiển họ AVR

AVR
CMOS

ComplementaryMetal
Oxide Semiconductor

Mạch công nghệ tích hợp

CPU

Central Processing Unit

Bộ xử lý trung tâm

GPRS

General
Service

Dịch vụ gói tin vô tuyến tổng hợp

ID

Identification

IEEE

Institute of Electrical and Viện điện, điện tử quốc tế
Electronics Engineers

Packet

Radio

Nhận diện

ISM

Industrial, Scientific and Chuẩn công nghiệp, nghiên cứu khoa
Medical
học và y tế

FEC

Forward Errorcorrection

Sửa lỗi chuyển tiếp

LCD

Liquid Crystal Display

Màn hiển thị tinh thể lỏng

LPL

Low Power Listening

Chế độ nghe công suất thấp

LR-WPANs

Low-rate Wireless Personal
Mạng cá nhân không dây tốc độ thấp
Area Networks

MAC

Media Access Control

Điều khiển truy cập đƣờng truyền

MCU

Microcontroller unit

Đơn vị vi xử lý trung tâm

NACK

Negative acknowledgement Tín hiệu xác thực phủ định

OSI

Open
System Mô hình tham chiếu kết nối các hệ

Interconnection Reference thống mở
model


PLL

Phase – locked loop

Vòng khóa pha

PA

Power Amplifier

Bộ khuếch đại công suất

RAM

Random Access Memory

Bộ nhớ truy cập ngẫu nhiên

RF

Radio frequency

Tần số radio

RISC

Reduced Instruction
Computer

RX

Receiver

Máy thu

SPI

Serial Peripheral Interface

Giao tiếp ngoại vi nối tiếp

TCP

Transmission
Protocol

Giao thức điều khiển truyền vận

TX

Transmitter

Set

Control

Máy phát
Tên riêng kiến trúc UWASA

UWASA
VCO

Voltage
Oscillator

WSNs

Wireless Sensor Networks

ZigBee

Cấu trúc tập hợp lệnh rút gọn

Controlled

Bộ điều khiển dao động theo điện áp
Mạng cảm biến không dây
Tên riêng giao thức mạng không dây
ZigBee


DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU
Bảng 1.Cấu hình của node khi khảo sát tiêu thụ năng lƣợng khi đọc cảm biến……...42
Bảng 2. Bảng so sánh mức tiêu thụ năng lƣợng thực tế ở một vài chế độ của vi điều
khiển so với thông số nhà sản xuất……………………………………………………44
Bảng 3.Cấu hình gói dữ liệu khi truyền tin bằng mô đun vô tuyến nRF24L01………48

Bảng 4. Các thông số của node cảm biến để khảo sát năng lƣợng của mạng cảm
biến……………………………………………………………………………………52


DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ
Hình 1.1.Cấu trúc cơ bản của mạng cảm biến. ................................................................ 3
Hình 2.1.Năng lƣợng tiêu thụ ở một node cảm biến MicaZ .......................................... 17
Hình 2.2. Mô hình năng lƣợng đơn giản ........................................................................ 26
Hình 3.1. Sơ đồ cơ bản của một node cảm biến............................................................. 29
Hình 3.2. Năng lƣợng tiêu thụ trong mạng cảm biến..................................................... 30
Hình 3.3. Cơ chế hoạt động của S-MAC ....................................................................... 34
Hình 3.4. Chu kì hoạt động của T-MAC........................................................................ 35
Hình 4.1. Phƣơng pháp đo năng lƣợng bằng đồng hồ đầu kẹp ...................................... 40
Hình 4.2. Phƣơng pháp đo năng lƣợng sử dụng siêu tụ điện ......................................... 41
Hình 4.3.Phƣơng pháp đo năng lƣợng sử dụng điện trở Shunt ...................................... 41
Hình 4.4. Sử dụng điện trở Shunt để khảo sát tiêu thụ năng lƣợng trong node cảm biến
........................................................................................................................................ 43
Hình 4.5. Các quá trình tiêu thụ năng lƣợng khi node đọc cảm biến............................. 44
Hình 4.6.Tiêu tốn năng lƣợng khi node đọc giá trị cảm biến DHT11 ........................... 45
Hình 4.7. Tiêu tốn năng lƣợng khi node đọc giá trị ADC từ quang trở (CdS) .............. 46
Hình 4.8. Tiêu tốn năng lƣợng khi node truyền dữ liệu bằng mô-đun vô tuyến
nRF24L01 ...................................................................................................................... 49
Hình 4.9. Đo tiêu thụ năng lƣợng khi node truyền dữ liệu ............................................ 50
Hình 4.10. Sơ đồđo năng lƣợng trong mạng .................................................................. 52
Hình 4.11. Ảnh hƣởng của tốc độ truyền dữ liệu đến năng lƣợng node cảm biến ........ 54
Hình 4.12. Ảnh hƣởng của công suất đầu ra tới năng lƣợng tiêu thụ ............................ 56


MỞ ĐẦU
Sự phát triển mạnh mẽ của khoa học công nghệ, kĩ thuật đo lƣờng đặc biệt là

mạng cảm biến không dây đã mang lại những hiệu quả to lớn cho cuộc sống của con
ngƣời. Với những tính năng riêng biệt, mạng cảm biến không dây đã giúp con ngƣời
thám hiểm, khám phá ở nhiều địa hình khác nhau ngay cả những địa hình hiểm trở hay
môi trƣờng độc hại con ngƣời không thể tiếp cận. Hiện nay, mạng cảm biến không dây
đƣợc ứng dụng trong tất cả các lĩnh vực từ quân sự đến dân sự, thực hiện rất nhiều các
công việc khác nhau nhƣ giám sát địa hình, cảnh báo các hiện tƣợng thiên tai, dự báo
thời tiết, quản lý chất lƣợng sản phẩm, theo dõi sức khỏe con ngƣời hay đƣợc tích hợp
vào các thiết bị điện trong nhà.
Bên cạnh những khả năng vƣợt trội giúp mạng cảm biến không dây đƣợc ứng
dụng trong nhiều lĩnh vực, mạng cảm biến không dây cũng gặp không ít trở ngại và
thách thức trong đó phải kể đến vấn đề năng lƣợng tiêu thụ.Tiêu thụ năng lƣợng ở node
cảm biến rất quan trọng vì thời gian sống của node mạng quyết định chất lƣợng của
toàn mạng.Trong khi đó, năng lƣợng duy trì hoạt động mạng chủ yếu phụ thuộc vào
pin và việc thay hay sạc lại pin là không khả thi.
Đƣợc sự định hƣớng và chỉ dẫn của Tiến sĩ Lê Quang Thảo, tác giả đã chọn đề
tài luận văn “Nghiên cứu giải pháp quản lý năng lƣợng cho mạng cảm biến không
dây”.Trong luận văn này, tác giả đi sâu vào nghiên cứu về việc quản lý năng lƣợng
trong mạng cảm biến không dây và đề xuất các phƣơng pháp nhằm tối ƣu hóa năng
lƣợng trong mạng cảm biến không dây, kéo dài thời gian sống của mạng mà vẫn đảm
bảo số liệu đƣợc thu thập và phản ánh một cách đầy đủ nhất.
Nội dung của luận văn đƣợc chia làm 4 chƣơng nhƣ sau:
Chƣơng 1: Tổng quan về mạng cảm biến không dây.
Chƣơng này sẽ giới thiệu các khái niệm về mạng cảm biến không dây, kiến trúc
cơ bản của mạng cảm biến không dây và một số ứng dụng của mạng cảm biến không
dây trong đời sống

1


Chƣơng 2: Nguyên nhân mất mát năng lƣợng trong mạng cảm biến không dây.

Chƣơng 2 nghiên cứu các hình thức tiêu thụ năng lƣợng từ đó chỉ ra các nguyên
nhân gây ra sự mất mát năng lƣợng trong mạng cảm biến không dây.
Chƣơng 3: Tiêu thụ năng lƣợng trong mạng cảm biến không dây.
Chƣơng 4: Kết quả thực nghiệm và tính toán năng lƣợng trong mạng cảm biến
cụ thể.
Với những hạn chế về thời gian và kiến thức trong luận văn này tác giả đã tìm
hiểu và đề xuất một số giải pháp nhằm tối ƣu hóa năng lƣợng cho mạng cảm biến
không dây.

2


CHƢƠNG 1.TỔNG QUAN VỀ MẠNG CẢM BIẾN KHÔNG DÂY
Với sự tiến bộ của khoa học máy tính, công nghệ tự động hóa, kĩ thuật vô tuyến
điện tử và các kỹ thuật liên quan khác đã góp phần vào sự phát triển mạnh mẽ của
mạng cảm biến không dây. Một mạng cảm biến không dây sẽ bao gồm các node cảm
biến, ít nhất một bộ vi xử lý, bộ thu phát vô tuyến, bộ nhớ, nguồn điện, bộ chuyển đổi
tƣơng tự sang số (ADC).
1.1.

Khái niệm
Mạng cảm biến không dây đƣợc tổ chức bởi một số lƣợng lớn các node cảm

biến không dây có thể xử lý dữ liệu, thu thập thông tin và giao tiếp với nhau trực tiếp
hoặc qua đƣờng dẫn trong mạng. Trong mạng cảm biến không dây, các node cảm biến
đƣợc trang bị với bộ xử lý cho phép xử lý dữ liệu phân tán, kiểm soát và điều khiển các
hoạt động trong mạng. Mạng cảm biến không dây có thể áp dụng trong các môi trƣờng
có điều kiện khác nhau do đó nó đƣợc ứng dụng trong rất nhiều lĩnh vực nhƣ y tế và
chăm sóc sức khoẻ, môi trƣờng và giám sát sinh thái, tự động hóa thiết bị trong nhà
hoặc các tòa nhà, giám sát công nghiệp và chiến trƣờng. [13]

Hình 1.1.Cấu trúc cơ bản của mạng cảm biến.
Các node cảm biến thƣờng nằm rải rác trong một trƣờng cảm biến, có khả năng
thu thập dữ liệu và định tuyến dữ liệu đến bộ thu nhận dữ liệu trung gian bằng kiến trúc

3


cơ sở hạ tầng đa tầng và đến thiết bị ngƣời dùng. Bộ thu nhận dữ liệu trung gian giao
tiếp với node quản lý tác vụ hoặc thiết bị ngƣời dùng qua Internet, vệ tinh hoặc bất kì
loại mạng không dây nào nhƣ Wifi, mạng lƣới,…hoặc bộ thu nhận dữ liệu trung gian
có thể đƣợc kết nối trực tiếp với thiết bị ngƣời dùng.
Không giống nhƣ các mạng truyền thống, một mạng cảm biến không dây có
nhiều đặc điểm về thiết kế riêng và hạn chế về nguồn lực. Các ràng buộc về nguồn lực
bao gồm nguồn năng lƣợng hạn chế, phạm vi truyền thông ngắn, băng thông thấp, hạn
chế trong xử lý và lƣu trữ ở mỗi node. Các ràng buộc về thiết kế phụ thuộc vào ứng
dụng và dựa trên môi trƣờng đƣợc giám sát. Môi trƣờng ứng dụng đóng một vai trò
quan trọng trong việc xác định kích thƣớc của mạng, sơ đồ triển khai mạng, và topo
mạng.Đối với môi trƣờng trong nhà, yêu cầu số lƣợng node ít hơn vì giới hạn không
gian trong khi với môi trƣờng ngoài trời có thể yêu cầu nhiều số node hơn để bao phủ
đƣợc một khu vực rộng lớn.Các vật cản trong môi trƣờng có thể gây hạn chế giao tiếp
giữa các node, do đó ảnh hƣởng đến kết nối mạng. [12,13]
Những lợi thế của mạng cảm biến không dây là rất nhiều: nó rất dễ dàng để đạt
đƣợc hiệu quả, có khả năng mở rộng với mật độ dày đặc do chi phí thấp và kích thƣớc
nhỏ của các node cảm biến. Thông thƣờng, các giao thức mạng cảm biến cụ thể và các
thuật toán với khả năng tự tổ chức đƣợc thiết kế và áp dụng đến các node cảm biến,
toàn bộ mạng cảm biến thƣờng hoạt động độc lập, ít đƣợc bảo trì nên mạng có thể gặp
sự cố do sự hỏng hóc của node, sự thay đổi của node hoặc sự cạn kiệt năng lƣợng của
node. Hơn nữa, các node cảm biến có thể đƣợc triển khai trong môi trƣờng khắc nghiệt
để thực hiện một nhiệm vụ nhất định mà không có bất kỳ can thiệp của con ngƣời.

Mạng cảm biến không dây cũng gặp một số khó khăn nhƣ khả năng xử lý hạn
chế và tỷ lệ lƣu trữ dữ liệu thấp của các node cảm biến không thể đảm bảo hiệu suất
cao ở một số ứng dụng yêu cầu thời gian thực. Phạm vi truyền thông ngắn có thể gây
lãng phí năng lƣợng và mạng hoạt động không hiệu quả, vì vậy truyền thông đa hƣớng
luôn luôn đƣợc yêu cầu cho việc truyền dữ liệu giữa các node nguồn và bộ thu nhận dữ

4


liệu trung gian. Cải thiện khả năng xử lý dữ liệu bằng cách sử dụng bộ vi xử lý mạnh
mẽ không phải là giải pháp tối ƣu, vì năng lƣợng sẽ bị cạn kiệt nhanh chóng và làm cho
mạng không thực hiện đƣợc nhiệm vụ. Năng lƣợng hạn chế cũng không thể duy trì
hoạt động của truyền thông đa hƣớng trong một thời gian dài. Do đó, năng lƣợng tiêu
thụ là vấn đề cần ƣu tiên khi thiết kế mạng cảm biến không dây.[18]
1.2.

Kiến trúc mạng cảm biến không dây
Kiến trúc mạng cảm biến không dây thƣờng đƣợc tổ chức theo mô hình OSI với

5 lớp: Lớp ứng dụng, lớp vận chuyển, lớp mạng, lớp liên kết dữ liệu và lớp vật lý và ba
mặt phẳng ngang: mặt phẳng quản lý công suất, mặt phẳng quản lý di chuyển, mặt
phẳng quản lý nhiệm vụ.[12]
Lớp vật lý đáp ứng nhu cầu đơn giản nhƣng mạnh về phần điều chế, truyền tải,
và tiếp nhận các kỹ thuật. Vì môi trƣờng có nhiều tạp âm và các node cảm biến có thể
là di động, lớp liên kết chịu trách nhiệm đảm bảo truyền thông tin cậy thông qua kỹ
thuật kiểm soát lỗi và quản lý truy cập kênh qua giao thức MAC để giảm thiểu xung
đột truyền phát với các node lân cận. Tùy thuộc vào nhiệm vụ của cảm biến, các loại
phần mềm ứng dụng khác nhau có thể đƣợc xây dựng và sử dụng trên lớp ứng
dụng.Lớp mạng quan tâm đến việc định tuyến dữ liệu đƣợc cung cấp bởi lớp giao
vận.Lớp giao vận giúp duy trì luồng dữ liệu nếu ứng dụng mạng cảm biến yêu cầu.

Ngoài ra, mặt phẳng quản lý năng lƣợng, mặt phẳng quản lý di động, và mặt phẳng
quản lý nhiệm vụ theo dõi năng lƣợng, sự dịch chuyển và phân bố nhiệm vụ giữa các
node cảm biến. Các mặt phẳng này giúp các node cảm biến phối hợp cảm nhận nhiệm
vụ và giảm tiêu thụ điện năng tổng thể.[13]
Mặt phẳng quản lý điện năng quản lý năng lƣợng sử dụng trong một node cảm
biến. Ví dụ, node cảm biến có thể tắt bộ thu phát vô tuyến sau khi nhận tin nhắn từ một
trong những node lân cận của nó để tránh nhận cùng một tin nhắn nhiều lần. Ngoài ra,
khi mức công suất của node cảm biến thấp, node cảm biến thông báo cho các node lân
cận biết rằng nó có năng lƣợng thấp, không thể tham gia vào các tin nhắn định tuyến và

5


năng lƣợng còn lại sẽ đƣợc dành để nhận tin. Mặt phẳng quản lý di động phát hiện và
đăng ký các chuyển động của bộ node cảm biến, do đó giao tiếp với thiết bị ngƣời dùng
luôn luôn đƣợc duy trì, và các node cảm biến có thể theo dõi các node xung quanh nó.
Nhờ việc giao tiếp với các node lân cận, các node cảm biến có thể cân bằng năng lƣợng
và nhiệm vụ của chúng. Mặt phẳng quản lý nhiệm vụ cân bằng và lên lịch cho các
nhiệm vụ cảm nhận đƣợc đƣa ra cho một khu vực cụ thể. Không phải tất cả các node
cảm biến trong khu vực đó đều đƣợc yêu cầu thực hiện công việc cảm nhận cùng một
lúc, một số node cảm biến thực hiện nhiệm vụ nhiều hơn những node khác, tùy thuộc
vào mức công suất của chúng.Những mặt phẳng quản lý là cần thiết để các node cảm
biến có thể làm việc với nhau một cách hiệu quả, tiết kiệm năng lƣợng, định tuyến
đƣờng đi trong mạng cảm biến di động và chia sẻ tài nguyên giữa các node. Không có
chúng, node cảm biến sẽ làm việc riêng lẻ do đó các mặt phẳng chéo giúp mạng hoạt
động hiệu quả hơn và khi các node cảm biến có thể cộng tác với nhau, giúp tuổi thọ
của mạng cảm biến có thể đƣợc kéo dài.[13,21]
1.2.1. Lớp vật lý
Lớp vật lý cung cấp giao diện truyền bit trên môi trƣờng truyền thông vật lý. Nó
chịu trách nhiệm tƣơng tác với lớp MAC, thực hiện truyền nhận và điều chế tín hiệu.Sự

tƣơng tác giữa lớp vật lý và lớp MAC là một vấn đề quan trọng.Khả năng xảy ra lỗi tại
lớp vật lý cao và thời gian thay đổi nhiều trong một môi trƣờng không dây.Lớp MAC
tƣơng tác với lớp vật lý để phát hiện và sửa lỗi.Các tƣơng tác khác bao gồm chia sẻ
thông tin truyền dẫn và kênh với lớp MAC để đạt đƣợc hiệu quả cao hơn và tận dụng
đƣợc tài nguyên.
Đối với mạng cảm biến không dây, giảm thiểu tiêu thụ năng lƣợng và tối đa hóa
tuổi thọ mạng bắt đầu ở lớp vật lý.Tại lớp vật lý, năng lƣợng đƣợc sử dụng trong hoạt
động mạch vô tuyến điện và truyền tải dữ liệu.Năng lƣợng đƣợc sử dụng để chạy mạch
vô tuyến đƣợc cố định trong khi năng lƣợng để truyền tải dữ liệu có thể thay đổi.Có

6


một sự tỉ lệ giữa truyền tải và lỗi, lựa chọn đúng công suất truyền tải là cần thiết để
giảm thiểu tổn thất năng lƣợng và để mạng vận hành hiệu quả hơn.
Các lớp vật lý trong một mạng cảm biến không dây phải có sự tiêu thụ năng
lƣợng hiệu quả. Thiết kế lớp vật lý bắt đầu với việc thiết kế bộ thu phát vô tuyến. Việc
thiết kế hoặc lựa chọn một bộ thu phát vô tuyến là rất quan trọng vì chúng có thể tác
động đến hiệu năng của lớp giao thức. Bộ thu phát vô tuyến là thành phần tiêu tốn năng
lƣợng lớn nhất trong node cảm biến nên cần giảm thiểu năng lƣợng chỉ đủ để thực hiện
chức năng cảm biến, thu thập dữ liệu của nó và giao tiếp với bộ xử lý trung tâm. Giảm
thiểu mức tiêu thụ năng lƣợng ở lớp vật lý đòi hỏi phải có mạch năng lƣợng và tối ƣu
đƣợc năng lƣợng truyền tải.Mạch năng lƣợng có thể đƣợc giảm thiểu với giảm thời
gian hoạt động và thời gian khởi động, thời gian khởi động ngắn hơn sẽ tiết kiệm lƣợng
năng lƣợng tiêu thụ.Ngoài ra, một số giải pháp khắc phục nhƣợc điểm của lớp vật lý
cũng đƣợc đề xuất nhƣ lựa chọn băng thông hay các sơ đồ điều chế phù hợp để tiết
kiểm điện năng tiêu thụ. Trong tƣơng lai, để nâng cao hiệu quả làm việc của lớp vật lý
đòi hỏi các bộ thu phát vô tuyến với công suất thấp, các kĩ thuật siêu băng rộng, các sơ
đồ điều chế đơn giản nhằm giảm sự đồng bộ hóa và chi phí năng lƣợng.[15,21]
1.2.2. Lớp liên kết dữ liệu

Lớp liên kết dữ liệu chịu trách nhiệm ghép kênh dữ liệu, phát hiện khung dữ
liệu, phƣơng tiện truy cập và kiểm soát lỗi.Nó đảm bảo các kết nối điểm-điểm và điểmđa điểm là đáng tin cậy trong mạng.Các chiến lƣợc tiếp cận và kiểm soát lỗi trung bình
cho mạng cảm biến nhƣ giao thức MAC.Giao thức MAC trong mạng không dây đa
chức năng tự tổ chức phải đạt đƣợc hai mục tiêu.Mục tiêu đầu tiên là tạo ra cơ sở hạ
tầng mạng vì có thể có hàng ngàn node cảm biến trong một ứng dụng cụ thể, chƣơng
trình MAC phải thiết lập các liên kết truyền thông để truyền dữ liệu.Điều này tạo thành
cơ sở hạ tầng cơ bản cần thiết cho truyền thông không dây và cung cấp khả năng tự tổ
chức.Mục tiêu thứ hai là chia sẻ tài nguyên truyền thông một cách công bằng và hiệu
quả giữa các node cảm biến.Các nguồn này bao gồm thời gian, năng lƣợng, và tần

7


suất.[12]
Một giao thức MAC phải chắc chắn hỗ trợ hoạt động ở các chế độ tiết kiệm
năng lƣợng cho node cảm biến ví dụ nhƣ tắt bộ thu phát vô tuyến khi không cần thiết.
Mặc dù giải pháp này có thể tiết kiệm một lƣợng năng lƣợng đáng kể nhƣng nó có thể
cản trở sự kết nối của mạng. Khi bộ thu phát tắt, node cảm biến không thể nhận đƣợc
bất kỳ gói tin nào từ các node lân cận, về cơ bản bị ngắt kết nối khỏi mạng. Hơn nữa,
khi khởi động lại bộ thu phát cũng tiêu thụ một lƣợng năng lƣợng nhất định. Hoạt động
trong chế độ tiết kiệm điện năng chỉ hiệu quả khi thời gian ở chế độ đó lớn hơn thời
gian ngƣỡng. Có thể có một số các chế độ hữu ích nhƣ vậy cho hoạt động của các node
cảm biến không dây, phụ thuộc vào trạng thái bộ vi xử lý, bộ nhớ, bộ chuyển đổi ADC,
và bộ thu phát. Một trong các chế độ này có thể đƣợc đặc trƣng bởi điện năng tiêu thụ
và độ trễ của nó, đó là công suất chuyển đổi đến và đi từ chế độ đó.
Một chức năng quan trọng khác của lớp liên kết dữ liệu là kiểm soát lỗi truyền
dữ liệu.Hai chế độ kiểm soát lỗi quan trọng trong các mạng truyền thông là chuyển tiếp
sửa lỗi (FEC) và tự động lặp lại yêu cầu (ARQ), và bán tự động ARQ. Tính hữu dụng
của ARQ trong các ứng dụng mạng cảm biến bị hạn chế bởi sự tiêu tốn năng lƣợng
truyền lại và tiêu tốn năng lƣợng bổ sung. Mặt khác, giải mã phức tạp hơn trong FEC

nhƣ khả năng hiệu chỉnh lỗi cần đƣợc xây dựng, do đó các mã kiểm soát lỗi đơn giản
với độ phức tạp mã hóa và giải mã thấp có thể là các giải pháp tốt nhất cho các mạng
cảm biến. Bên trong thiết kế một chƣơng trình nhƣ vậy, điều quan trọng là phải có
thông tin tốt về các đặc tính của kênh và kỹ thuật thực hiện.[6]
1.2.3. Lớp mạng
Các node cảm biến nằm rải rác trong một trƣờng cảm biến, thông tin thu thập
đƣợc đƣợc truyền đến bộ thu nhận dữ liệu trung gian, có thể đƣợc đặt cách xa trƣờng
cảm biến. Tuy nhiên, sự hạn chế phạm vi truyền thông của các node cảm biến ngăn cản
truyền thông trực tiếp giữa mỗi node cảm biến và bộ thu nhận dữ liệu trung gian. Điều
này đòi hỏi hiệu quả của các giao thức định tuyến không dây đa hƣớng giữa các

8


nodecảm biến và bộ thu nhận dữ liệu trung gian sử dụng kết nối trung gian nhƣ các
rơle. Các kỹ thuật định tuyến hiện có thƣờng không phù hợp với yêu cầu của mạng
cảm biến không dây do đó, lớp mạng của mạng cảm biến thƣờng đƣợc thiết kế theo các
nguyên tắc sau:
-

Hiệu quả năng lƣợng là vấn đề quan trọng

-

Mạng cảm biến chủ yếu là dữ liệu tập trung

-

Ngoài định tuyến, các node chuyển tiếp có thể tổng hợp dữ liệu từ nhiều
node lân cận

-

Do số lƣợng lớn các node trong mạng cảm biến nên các ID đƣợc cung cấp
cho mỗi node và các node sẽ đƣợc xác định dựa trên dữ liệu hoặc vị trí của
chúng.

Một vấn đề quan trọng đối với việc định tuyến trong mạng cảm biến không dây
là việc định tuyến có thể dựa trên các truy vấn lấy dữ liệu.Dựa trên các thông tin yêu
cầu của ngƣời sử dụng, các giao thức định tuyến xác định các node khác nhau mà có
thể cung cấp thông tin yêu cầu.Cụ thể hơn, ngƣời dùng quan tâm đến việc truy vấn
thuộc tính của hiện tƣợng hơn là truy vấn một node riêng lẻ.Một chức năng quan trọng
khác của lớp mạng là cung cấp kết nối với mạng bên ngoài nhƣ các mạng cảm biến
khác, hệ thống lệnh, kiểm soát, và Internet. Trong một số trƣờng hợp, bộ thu nhận dữ
liệu trung gian có thể đƣợc sử dụng nhƣ một cổng vào các mạng khác, trong khi trƣờng
hợp khác là tạo ra một đƣờng chính bằng cách kết nối các bộ thu nhận dữ liệu trung
gian với nhau và làm cho đƣờng chính này truy cập vào các mạng khác thông qua một
cổng.[13,16]
1.2.4. Lớp giao vận
Lớp giao vận đặc biệt cần thiết khi mạng đƣợc thiết kế để truy cập thông qua
Internet hoặc các mạng bên ngoài khác trong khi giao thức TCP, với cơ chế truyền dẫn
hiện tại nó không giải quyết đƣợc những thách thức này.Không giống nhƣ các giao
thức TCP, giao tiếp điểm đầu cuối-đầu cuối xem xét địa chỉ dựa trên dữ liệu hoặc vị trí

9


đƣợc sử dụng để chỉ ra các điểm đến của các gói dữ liệu.Các yếu tố nhƣ điện năng tiêu
thụ, khả năng mở rộng, và các đặc tính nhƣ định tuyến dữ liệu tập trung cần đƣợc xử lý
khác nhau trong lớp giao vận. Do đó, cần có một giao thức mới cho lớp giao vận.

Sự phát triển giao thức lớp giao vận là một nhiệm vụ đầy thách thức bởi vì các
node cảm biến bị hạn chế bởi thiết kế phần cứng nhƣ điện năng và bộ nhớ.Kết quả là,
mỗi node cảm biến không thể lƣu trữ một lƣợng lớn dữ liệu nhƣ một máy chủ trên
Internet, ngoài ra tín hiệu xác thực cũng chiếm một phần dung lƣợng bộ nhớ.
Để truyền thông bên trong một mạng cảm biến không dây, giao thức lớp giao
vận đƣợc yêu cầu cho hai chức năng chính: độ tin cậy và kiểm soát tắc nghẽn. Tài
nguyên hạn hẹp và chi phí năng lƣợng cao ngăn cản độ tin cậy của mạng. Hơn nữa, tắc
nghẽn có thể xảy ra do lƣu lƣợng truy cập cao trong các sự kiện nên đƣợc giảm nhẹ bởi
các giao thức lớp giao vận. Vì các node cảm biến bị hạn chế về quá trình xử lý, lƣu trữ,
và năng lƣợng tiêu thụ do đó giao thức lớp giao vận cần khai thác khả năng hợp tác của
các node cảm biến và chuyển thông tin đến bộ thu nhận dữ liệu trung gian chứ không
phải là các node cảm biến.[13,20]
1.2.5. Lớp ứng dụng
Lớp ứng dụng bao gồm ứng dụng chính cũng nhƣ một số chức năng quản
lý.Ngoài ra còn có mã cụ thể cho từng ứng dụng, xử lý truy vấn và các chức năng quản
lý mạng cũng nằm trong lớp này.
Việc triển khai quy mô lớn các ứng dụng của mạng cảm biến không dây cho
thấy kênh không dây có tác động đáng kể đến các giao thức lớp cao hơn.Hơn nữa, hạn
chế nguồn lực và đặc tính ứng dụng cụ thể của mô hình mạng cảm biến không dây dẫn
đến giải pháp là các lớp chéo phải đƣợc tích hợp chặt chẽ với các lớp giao thức. Bằng
cách xóa các ranh giới giữa các lớp cũng nhƣ các giao diện liên kết có thể tăng hiệu
quả trong không gian mã và hoạt động của mạng.
Sự tƣơng tác gần gũi với các hiện tƣợng vật lý đòi hỏi thông tin vị trí phải đƣợc
liên kết chặt chẽ với thời gian. Mạng cảm biến không dây đƣợc sử dụng trong một số

10


ứng dụng giám sát, theo dõi các đối tƣợng do đó thông tin về vị trí của đối tƣợng là cần
thiết. Do đó, các giao thức trong các triển khai cụ thể đã đƣợc kết hợp vào giao tiếp

ngăn xếp. Một số giải pháp quản lý tô pô đƣợc yêu cầu để duy trì kết nối, các thuật
toán quản lý tô pô cung cấp các phƣơng pháp hiệu quả cho việc triển khai mạng dẫn
đến tuổi thọ dài hơn và thông tin chính xác hơn.Hơn nữa, các giao thức điều khiển tô
pô giúp xác định mức công suất phát cũng nhƣ thời lƣợng hoạt động của các node cảm
biến để giảm thiểu tiêu thụ năng lƣợng trong khi vẫn đảm bảo kết nối mạng.Cuối cùng,
các giao thức liên kết đƣợc sử dụng để tổ chức mạng thành các cụm nhằm cải thiện khả
năng mở rộng và nâng cao tuổi thọ mạng. Tùy thuộc vào từng ứng dụng cụ thể của
mạng cảm biến không dây mà các thành phần khác nhau đƣợc tích hợp.[12,13,20]
1.3.

Ứng dụng của mạng cảm biến không dây
Sự quan tâm ngày càng tăng đối với mạng cảm biến không dây trong những

năm gần đây đã mở rộng phạm vi ứng dụng của mạng trong nhiều lĩnh vực khác nhau,
tuy nhiên nhìn chung ứng dụng mạng cảm biến không dây đƣợc chia thành hai loại:
giám sát và theo dõi.[8]
1.3.1. Ứng dụng trong lĩnh vực y tế và chăm sóc sức khỏe
Một trong những ứng dụng mới của mạng cảm biến không dây là sử dụng chúng
trong lĩnh vực chăm sóc sức khoẻ. Với những tiến bộ trong các thiết bị điện tử thu nhỏ,
kĩ thuật xử lý dữ liệu, công nghệ cảm ứng và các công nghệ truyền thông không dây,
các bộ cảm biến có thể đƣợc thiết kế để mang trên cơ thể ngƣời hoặc đƣợc cấy vào cơ
thể ngƣời để đo và theo dõi các tín hiệu sinh lý mong muốn. Với kích thƣớc nhỏ và
trọng lƣợng nhẹ, bệnh nhân có thể đƣợc theo dõi với các thiết bị nhƣ vậy dù ở trong
bệnh viện hay tại nhà mà không ảnh hƣởng đến các thói quen hàng ngày. Các dữ liệu
thu thập có thể đƣợc tự động truyền cho nhân viên y tế để giúp họ kiểm tra tình trạng
của bệnh nhân, nhờ vậy mà sức khỏe ngƣời bệnh đƣợc cải thiện.[8]
Một trong những ví dụ ứng dụng mạng cảm biến vào việc theo dõi sức khỏe
làhệthống Mercury, do các nhà nghiên cứu của Đại học Harvard thiết kế, nhằm mục

11

đích giám sát và phân tích hoạt động chuyển động của bệnh nhân mắc bệnh Parkinson,
chứng động kinh và đột quỵ. Mạng lƣới của hệ thống gồm có 8 node tiêu thụ năng
lƣợng thấp, mỗi node đƣợc gắn đến các phần khác nhau trên cơ thể con ngƣời, và lấy
mẫu các tín hiệu chuyển động liên quan đến các bệnh ở 100Hz với độ phân giải 16 bit.
Các dữ liệu thu thập đƣợc đƣợc lƣu trữ trong bộ nhớ flash MicroSD 2GB. Bằng cách
điều chỉnh hoạt động của cảm biến, các phép đo thực nghiệm cho thấy hệ thống
Mercury có thể đạt đƣợc chất lƣợng thu thập dữ liệu cao và tuổi thọ cao. Kết quả trong
một nghiên cứu lâm sàng cho thấy node cảm biến có thể duy trì hoạt động trong
khoảng 12 đến 18 giờ một ngày lớn hơn nhiều so với các cách tiếp cận trƣớc đây.[13]
Một ứng dụng khác của mạng cảm biến không dây trong lĩnh vực y tế là sử dụng
các cảm biến glucose cấy ghép đặt trong mô dƣới da bụng dƣới của 15 bệnh nhân
trƣởng thành, liên tục theo dõi mức đƣờng huyết của họ, với hy vọng tìm ra giải pháp
phù hợp để giảm hạ đƣờng huyết. Trong thí nghiệm lâm sàng, nồng độ glucose sẽ đƣợc
đo 30 giây một lần và 5 phút gửi một lần về cho thiết bị xử lý. Kết quả thực nghiệm
cuối cùng cho thấy hệ thống này có thể đáp ứng đƣợc yêu cầu của giám sát đƣờng
huyết liên tục theo thời gian thực, và đồng thời giúp giảm lƣợng đƣờng huyết với bệnh
đái tháo đƣờng loại 1. Bên cạnh đó, việc sử dụng mạng cảm biến không dây trong giám
sát y tế liên tục và kéo dài này cũng có thể tìm thấy trong các lĩnh vực nhƣ theo dõi
huyết áp cao, theo dõi bệnh hen suyễn cũng nhƣ theo dõi bệnh Alzheimer [13].
1.3.2. Ứng dụng trong lĩnh vực môi trƣờng
Mạng cảm biến không dây đƣợc sử dụng rất rộng rãi và rất nhiều trong các ứng
dụng có liên quan đến môi trƣờng nhƣ
Theo dõi tập quán của động vật: Tập quán sinh hoạt của các động vật đặc biệt là
các loài quý hiếm luôn là mối quan tâm hàng đầu của các nhà khoa học. Hiện nay có
rất nhiều động vật quý hiếm đang có nguy cơ bị tuyệt chủng cần đƣợc bảo vệ. Một
mạng cảm biến không dây với các cảm biến theo dõi chuyển động cùng thiết bị định vị
có thể giúp các nhà khoa học khám phá tập quán của chúng, qua đó đƣa ra giải pháp

12


bảo vệ nhƣ tạo môi trƣờng sống cho chúng bằng cách bổ sung nguồn thức ăn, trồng
thêm cây xanh. Bên cạnh đó, việc sử dụng mạng cảm biến không dây cũng có thể phát
hiện các hoạt động săn bắt trái phép. Ngoài ra khi theo dõi sự di chuyển của chim,
động vật, côn trùng ta còn có thể nghiên cứu đƣợc tập quán sinh hoạt của chúng từ đó
đƣa ra các giải pháp quản lý, chẳng hạn nhƣ sự di chuyển của côn trùng với lƣợng lớn
có thể phá hoại mùa màng, hay sự di cƣ của động vật hoang dã sẽ ảnh hƣởng đến canh
tác, mùa màng của ngƣời dân.
Phát hiện cháy rừng: Hiện nay, việc phân bố và sử dụng rộng rãi mạng cảm biến
không dây trên các cánh rừng có nguy cơ cháy đã phần nào giải quyết đƣợc vấn đề này.
Các node cảm biến sẽ phối hợp, tƣơng tác với nhau đƣa ra cảnh báo khi rừng có nguy
cơ bị cháy hoặc phát hiện sớm khi rừng bị cháy thông báo đến ngƣời dân và cơ quan
quản lý để có biện pháp khắc phục kịp thời.
Cảnh báo lũ lụt: Lũ lụt là hiện tƣợng thiên tai gây ra những thiệt hại to lớn cho
con ngƣời mà chúng ta phải đối mặt hàng năm. Ứng dụng mạng cảm biến không dây
có thể thực hiện nhiệm vụ này, hệ thống cảnh báo lũ khi sử dụng các node mạng cảm
biến sẽ đo đƣợc mức nƣớc trên sông thông qua cảm biến khoảng cách kết hợp với cảm
biến nhiệt độ, độ ẩm, thu thập dữ liệu theo thời gian thực. Dữ liệu đƣợc gửi liên tục về
khối xử lý trung tâm so sánh với ngƣỡng đã đƣợc thiết lập trƣớc đó, khi các thông số
vƣợt ngƣỡng cho phép hệ thống sẽ đƣa ra cảnh báo tại chỗ qua loa phát thanh và gửi tin
nhắn cho cấp quản lý thông báo ngƣời dân sơ tán kịp thời tránh những thiệt hại đáng
tiếc. Việc sử dụng mạng cảm biến không dây trong một hệ thống cảnh báo lũ đã đƣợc
các nhà nghiên cứu tại Đại học Lancaster đề xuất. Họ đã thiết kế và triển khai một nền
tảng cảm biến mạnh mẽ GridStix, bao gồm CPU PXA225 400MHz của Intel, bộ nhớ
RAM 64Mb, bộ nhớ flash 16Mb, môđun thu phát vô tuyến với Bluetooth, IEEE
802.11b và GPRS để theo dõi và dự báo lũ lụt ở Anh. Sau khi đo trong phòng thí
nghiệm về năng lƣợng tiêu thụ và độ tin cậy, hệ thống ngập lụt này đã đƣợc thử
nghiệm thực tế và đƣợc triển khai trên sông Ribble ở Yorkshire Dales để bao phủ

13


khoảng 1 km bờ sông, với số lƣợng lắp đặt ban đầu là 13 node.[13]
Trong nông nghiệp, mạng cảm biến không dây đƣợc ứng dụng rất nhiều để giám
sát các sản phẩm nông nghiệp, theo dõi sự phát triển của cây trồng hoặc lên kế hoạch
chăm sóc cho cây trồng. Ví dụ nhƣ một mạng cảm biến không dây đƣợc hỗ trợ cảm
biến hình ảnh đƣợc triển khai để giám sát vƣờn nho, các dữ liệu đƣợc thu thập và phân
tích để cung cấp một chẩn đoán thích hợp cho các nhà máy nhƣ sự lựa chọn thuốc trừ
sâu và phân bón.[8,20]
1.3.3. Ứng dụng vào các thiết bị trong nhà
Với kích thƣớc nhỏ và khả năng xử lý dữ liệu mạnh mẽ, các node cảm biến
không dây có thể dễ dàng đƣợc tích hợp vào các thiết bị gia đình khác nhau hoặc đƣợc
lắp đặt trong các tòa nhà thông minh để thực hiện các nhiệm vụ giám sát. Ví dụ, một
mạng cảm biến không dây dựa trên hệ thống bảo vệ năng lƣợng iPower đã đƣợc thiết
kế sử dụng trong các tòa nhà thông minh nhằm mục đích tự động điều chỉnh và lựa
chọn tắt dụng cụ điện để đáp ứng các yêu cầu tiết kiệm năng lƣợng. Các kết quả thu
đƣợc cho thấy sử dụng hệ thống iPower có thể tiết kiệm khoảng 16,5% đến 46,9%
năng lƣợng.[13]
1.3.4. Ứng dụng trong công nghiệp
Mạng cảm biến không dây đóng một vai trò quan trọng trong các lĩnh vực nhƣ
giám sát công nghiệp, kiểm soát công nghiệp và tự động hóa. Chắng hạn nhƣ dựán
RealFusion sử dụng mạng không dây với các cảm biến trong môi trƣờng công nghiệp
thực tế để giám sát các xƣởng silo tại nhà máy. Kết quả dữ liệu thu đƣợc có thể giúp
kiểm soát và điều chỉnh nhiệt độ của tháp silo. Hiện nay trong dự án xe không ngƣời
lái, bằng cách tích hợp cảm biến lƣu lƣợng, cảm biến áp suất lốp, cảm biến ánh sáng,
cảm biến tốc độ vào các node MICAz khác nhau trong các bộ phận khác nhau của xe
để thu dữ liệu tƣơng ứng. Các kỹ sƣ và nhà nghiên cứu có thể phân tích các dữ liệu thu
đƣợc cuối cùng từ nhiều góc độ và cải thiện sự thoải mái nội thất của ô tô. Ngoài ra,

mạng cảm biến không dây cũng đƣợc ứng dụng để quản lý hàng tồn kho hóa chất, nhà

14


máy giấy và bột giấy cũng nhƣ các nhà máy lọc dầu.[6,13]
1.3.5. Ứng dụng trong lĩnh vực quân sự
Nhờ khả năng triển khai nhanh chóng, tự hoạt động, chi phí thấp, các mạng cảm
biến không dây là một phần không thể thiếu trong lĩnh vực quân sự hiện nay.Vì các
mạng cảm biến bao gồm các node đƣợc triển khai dày đăc với chi phí thấp, sự phá hủy
một số node bởi hành động thù địch của đối phƣơng không ảnh hƣởng đến hoạt động
quân đội nhiều nhƣ sự phá hủy của một cảm biến truyền thống. Một số ứng dụng quân
sự nhƣ theo dõi các lực lƣợng, thiết bị và đạn dƣợc; giám sát chiến trƣờng; trinh sát lực
lƣợng đối kháng và địa hình; phát hiện mục tiêu; đánh giá thiệt hại trận chiến; và phát
hiện các cuộc tấn công hạt nhân, sinh học và hóa học.[6,8]
Kết luận chƣơng 1
Chƣơng 1 đã nghiên cứu và có cái nhìn tổng quan về mạng cảm biến không dây.
Với những đặc tính riêng: độ linh hoạt, khả năng chịu lỗi, độ tin cậy cao, chi phí thấp
và khả năng tự tổ chức và triển khai nhanh các mạng cảm biến tạo ra nhiều vùng ứng
dụng mới và hấp dẫn. Trong tƣơng lai, phạm vi ứng dụng rộng rãi này sẽ làm cho mạng
cảm biến trở thành một phần thiết yếu trong cuộc sống của chúng ta. Tuy nhiên, việc
thực hiện các mạng lƣới cảm biến cần phải đáp ứng các ràng buộc đƣợc đƣa ra bởi các
yếu tố nhƣ lỗi, chi phí, phần cứng, thay đổi topo, môi trƣờng, và đặc biệt là năng lƣợng
tiêu thụ. Năng lƣợng đóng vai trò xƣơng sống trong mạng cảm biến không dây, là yếu
tố quyết định đến chất lƣợng cũng nhƣ thời gian sống của mạng. Chính vì vậy, trong
nội dung chƣơng tiếp theo luận văn sẽ tìm hiểu về vấn đề năng lƣợng trong mạng cảm
biến.

15