TỔNG QUAN VỀ MẠNG WIRELESS SENSOR

Đồ án tốt nghiệp đại học Chương I. Tổng quan v ề mạng
Wireless Sensor
TỔNG QUAN VỀ MẠNG WIRELESS SENSOR
1.1. Giới thiệu mạng cảm biến không dây
Các thiết bị cảm biến (Sensor) được kết nối thành mạng, phối hợp với nhau để thực hiện các
nhiệm vụ với quy mô lớn, được đặt nhiều hy vọng nhằm cách mạng hóa trong lĩnh vực thu thập
thông tin ở bất kì điều kiện và vùng địa lý nào. 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 nút 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 nút Sensor 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 Sensor 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...
1.2. Nền tảng phát triển mạng
Việc phát triển mạng Wireless Sensor dựa trên công nghệ mạng Ad hoc không dây và được
thúc đẩy bởi hai yếu tố là nhu cầu ứng dụng và các tiến bộ công nghệ.
1.2.1. Mạng Ad hoc không dây
Mạng Ad hoc không dây là kiểu mạng không có cơ sở hạ tầng nền tảng, được triển khai cho
các mục đích sử dụng tạm thời cần thiết lập nhanh chóng, thuận tiện như để tìm kiếm và cứu
hộ, phục vụ liên lạc cho các thành viên trong một cuộc họp,.v.v. Mạng Ad hoc không cần các

thành phần cơ sở hạ tầng như tổng đài, trạm thu phát gốc hay bất kì một trung tâm điều khiển
nào. Tất cả các nút di động trong mạng Ad hoc được liên kết động với nhau một cách tuỳ ý,
không có bất kì sự điều khiển nào từ bên ngoài. Tất cả các nút này đều có thể hoạt động như
một bộ định tuyến nhờ khả năng tìm và duy trì tuyến tới các nút khác trong mạng. Các giao
Đồ án tốt nghiệp đại học Chương I. Tổng quan v ề mạng
Wireless Sensor
thức định tuyến trong mạng Ad hoc có thể chia thành hai loại:
- Các giao thức định tuyến theo bảng: mỗi nút mạng sẽ duy trì và cập nhật thông tin định
tuyến tới mọi nút mạng khác.
- Các giao thức định tuyến theo yêu cầu: Việc định tuyến chỉ được thực hiện khi có yêu cầu
chuyển gói, nhờ cơ chế tìm đường.
Hiện nay có bốn giao thức định tuyến được sử dụng trong mạng Ad hoc:
a) Định tuyến theo chuỗi chỉ hướng với đích tuần tự
Trong Định tuyến theo chuỗi chỉ hướng với đích tuần tự (Destination-Sequenced Distance-
Vector - DSDV), mọi trạm di động đều có một bảng định tuyến trong đó ghi các đích hiện tại,
số các bước nhảy để đến được đích và số thứ tự được gán cho nút đích. Số thứ tự này được sử
dụng để phân biệt các tuyến và như vậy tránh được sự hình thành các vòng lặp. Các trạm định
kỳ gửi bảng định tuyến của nó cho các nút lân cận của nó. Một trạm cũng gửi bảng định tuyến
nếu một thay đổi đáng kể trong bảng so với lần gửi cập nhật cuối cùng được phát hiện. Như
vậy, việc cập nhật được thực hiện cả theo thời gian và theo sự kiện.
Các bảng định tuyến có thể được gửi cập nhật theo hai cách: chuyển toàn bộ (“full dump”)
hay cập nhật phần gia tăng. Theo cách chuyển toàn bộ, bảng định tuyến sẽ được gửi trọn vẹn
đến các nút lân cận và nó có thể bao gồm nhiều gói tin. Ngược lại, theo cách cập nhật phần gia
tăng, chỉ những mục ghi mới của bảng định tuyến so với lần cập nhật cuối cùng mới được gửi
đi và phải vừa trong một gói tin. Khi mạng tương đối ổn định, các gói cập nhật phần gia tăng
được sử dụng để tránh việc lưu lượng tăng cao và việc chuyển toàn bộ (full dump) ít được sử
dụng hơn. Trong các mạng thay đổi nhanh, số lượng các gói cập nhật phần gia tăng có thể trở
lên rất lớn nên việc chuyển toàn bộ bảng được thực hiện thường xuyên hơn.
b) Định tuyến bằng thuật toán tìm đường tuần tự theo thời gian
Định tuyến bằng thuật toán tìm đường tuần tự theo thời gian (Temporally Ordered Routing

Algorithm - TORA) là một giao thức định tuyến trên cơ sở một thuật toán “đảo liên kết” (“Link
Reversal”). Nó được thiết kế để tìm các tuyến đường theo yêu cầu, cung cấp nhiều tuyến tới
một đích, thiết lập tuyến nhanh và giảm tới mức tối thiểu phần phụ tải (overhead) bằng thuật
toán khoanh vùng chống lại các thay đổi về hình trạng mạng có thể sảy ra. Việc tối ưu định
tuyến (tìm đường ngắn nhất) được coi là thứ yếu và việc định tuyến với các đường dài hơn
được sử dụng thường xuyên để tránh phần phụ tải khi tìm đường mới.
Hoạt động của giao thức TORA được hình dung giống như đưa nước chảy dốc xuống qua
một mạng các đường ống và hướng tới một điểm đích. Các đường ống mô tả các liên kết giữa
các nút mạng, các điểm nối các đường ống này mô tả các nút mạng và nước chảy trong các ống
mô tả các gói tin được định tuyến hướng tới đích. Mỗi nút có một độ cao so với đích được tình
toán bởi giao thức định tuyến và độ cao giảm dần trên tuyến, nhờ vậy có thể chuyển gói tin một
Đồ án tốt nghiệp đại học Chương I. Tổng quan v ề mạng
Wireless Sensor
cách tuần tự để tới đích.
c) Giao thức định tuyến nguồn động
Điểm cơ bản của giao thức định tuyến nguồn động ( Dynamic Source Routing - DSR) là việc
sử dụng định tuyến nguồn. Tức là, nơi gửi nhận biết được hoàn toàn tuyến đường gồm các liên
kết dẫn tới đích. Các tuyến đường này được lưu trong bộ nhớ định tuyến (Route Cache). Các
gói dữ liệu mang theo thông tin định tuyến nguồn trong tiêu đề gói. Khi một nút trong mạng Ad
hoc muốn gửi một gói tin tới một đích mà nó chưa nhận biết được tuyến đường, nó sẽ sử dụng
một tiến trình tìm đường (Route Discovery) để xác định một tuyến. Tiến trình tìm đường sẽ gửi
tràn lan vào trong mạng các gói yêu cầu tuyến (Route Request-RREQ). Mỗi nút nhận được
RREQ lại tiếp tục quảng bá nó, trừ khi nút đó là nút đích hoặc có một tuyến tới đích được lưu
trong bộ nhớ định tuyến. Các nút này trả lời các gói RREQ bằng các gói hồi âm định tuyến
(Route Reply-RREP). Các gói này được định tuyến trở lại nguồn. Các gói RREQ và RREP
cũng được định tuyến theo nguồn. Các gói RREQ lập lên một tuyến xuyên qua mạng. Gói
RREP định tuyến trở lại nguồn bằng cách đi ngược trở lại theo tuyến đường này. Thông tin về
tuyến được mang trở lại bằng gói RREP và được lưu tại nguồn để sử dụng.
Nếu một liên kết trên một tuyến bị sự cố, nút nguồn được thông báo bằng một gói lỗi (Route
Error-RERR). Nguồn sẽ xoá tuyến này trong bộ nhớ định tuyến và bắt đầu một tiến trình tìm

đường mới nếu tuyến này còn cần thiết. Trong DSR không cần một cơ chế đặc biệt nào để phát
hiện các vòng lặp định tuyến.
d) Định tuyến dựa vào chuỗi chỉ hướng theo yêu cầu tạm thời
Định tuyến dựa vào chuỗi chỉ hướng theo yêu cầu tạm thời (Ad hoc On-Demand Distance-
Vector Routing - AODV) có điểm giống DSR là nó cũng tìm các đường có yêu cầu thông qua
một bằng một tiến trình tìm đường tương tự. Tuy nhiên, AODV sử dụng một cơ chế rất khác để
lưu giữ thông tin định tuyến. Nó sử dụng các bảng định tuyến truyền thống, mỗi mục là một
đích. Đây là điểm ngược lại DSR (DSR có thể lưu giữ nhiều mục cho mỗi đích). Không có định
tuyến nguồn, AODV dựa vào các mục trong bảng định tuyến để truyền một RREP trở về nguồn
và sau đó,được sử dụng để định tuyến các gói số liệu được tới đích. AODV sử dụng các số thứ
tự được lưu tại mỗi đích để xác định tính mới của thông tin định tuyến và chống lại các vòng
lặp định tuyến. Tất cả các gói đều mang theo các số thứ tự này.
Một đặc điểm quan trọng của AODV là lưu giữ các trạng thái định giờ căn bản trong mỗi nút
để tận dụng các mục trong bảng định tuyến đơn. Một mục trong bảng định tuyến có thể bị xoá
nếu nó không được sử dụng trong thời gian gần.
Giao thức DSDV là giao thức định tuyến theo bảng, các giao thức DSR, TORA, AODV thuộc
loại giao thức định tuyến theo yêu cầu.
Đồ án tốt nghiệp đại học Chương I. Tổng quan v ề mạng
Wireless Sensor
1.2.2. Nền tảng công nghệ
Các tiến bộ trong công nghệ chế tạo các thiết bị điện tử rất nhỏ giá rẻ với công suất thấp và
phân hóa chức năng cao, các bước tiến trong công nghệ mạng không dây và trong lĩnh vực vi
điều khiển đã tạo ra tiềm năng to lớn trong lĩnh vực cảm biến và thu thập dữ liệu. Việc sử dụng
các bộ vi điều khiển công suất thấp tích hợp khối thu phát vô tuyến và các thiết bị cảm biến
tương tự, số khác nhau cho phép một mạng các thiết bị cảm biến không dây hoạt động bằng
nguồn acquy có thể thu thập dữ liệu về môi trường trong phạm vi lớn. Dữ liệu này có thể được
tải đến một máy tính và được lưu trong cơ sở dữ liệu. Sau đó, có thể được phân tích thông qua
một phần mềm ứng dụng. Kết quả có thể được truy xuất trực tiếp hoặc bởi một trình duyệt Web
chuẩn ở bất cứ đâu trên Internet. Các mạng Sensor ngày nay có những cải tiến đáng kể so với
các Sensor truyền thống theo hai hướng:

- Các Sensor có thể đặt ở xa hiện tượng tức là các thông tin về hiện tượng có được nhờ năng lực
cảm biến và phân tích. Theo hướng này, yêu cầu các Sensor lớn sử dụng một số kỹ thuật phức
tạp để nhận biết được các đích từ các tạp âm môi trường ở khoảng cách xa.
- Nhiều Sensor chủ yếu chỉ hoạt động cảm biến được triển khai. Vị trí các Sensor và hình trạng
thông tin được tính toán cẩn thận. Chúng được liên kết thành một mạng để truyền thông tin về
các diễn biến của hiện tượng được thăm dò tới các nút trung tâm, nơi tiếp nhận và xử lý dữ liệu.
Một mạng Sensor bao gồm một số lượng lớn các nút được triển khai dày đặc bên trong đối
tượng cần thăm dò hoặc ở rất gần nó. Vị trí của các Sensor phải không cần định trước. Điều này
cho phép triển khai ngẫu nhiên trong các vùng không thể tiếp cận hoặc trong các hoạt động
tránh sự nguy hiểm. Điều này cũng có nghĩa là các thuật toán và giao thức phải có khả năng tự
tổ chức. Một đặc trưng nữa của mạng Sensor là khả năng cộng tác của các Sensor. Các Nút
Sensor phải có bộ xử lý gắn trong. Thay vì chuyển các dữ liệu thô đến các nút có nhiệm vụ xử
lý, các nút Sensor sẽ sử dụng khả năng tính toán của nó để thực hiện các xử lý đơn giản và chỉ
chuyển đi các dữ liệu được yêu cầu và đã qua xử lý sơ bộ.
Các đặc điểm trên đưa đến một phạm vi ứng dụng lớn của mạng Sensor. Một số lĩnh vực
được ứng dụng là y tế, quân sự và an ninh. Ví dụ như các bác sỉ sẽ kiểm tra từ xa các dữ liệu về
sinh lý bệnh nhân. Điều này vừa thuận tiện cho bệnh nhân vừa giúp các bác sĩ hiểu rõ hơn về
tình trạng bệnh nhân. Mạng Sensor còn được sử dụng để phát hiện các tác nhân hóa học trong
không khí và nước. Chúng giúp chỉ ra kiểu, sự cô lại và vị trí của các chất. Về cơ bản, các mạng
Sensor cung cấp cho người sử dụng sự hiểu tốt hơn, thông minh hơn về môi trường. Chúng ta
có thể thấy rằng trong tương lai, các mạng wireles Sensor sẽ là một phần không thể thiếu trong
cuộc sống, giống như máy tính cá nhân hiện nay.
Các ứng dụng thực tế của mạng Sensor yêu cầu phải sử dụng công nghệ mạng Wireless Ad
hoc. Mặc dù vậy, có nhiều thuật toán và giao thức đã được sử dụng cho các mạng Wireless Ad
hoc truyền thống nhưng chúng không phù hợp lắm với các đặc tính và yêu cầu ứng dụng của
mạng Sensor, Để minh hoạ điểm này, sự khác nhau giữa mạng Sensor và mạng Wireless Ad hoc
Đồ án tốt nghiệp đại học Chương I. Tổng quan v ề mạng
Wireless Sensor
được được phác hoạ dưới đây :
- Số lượng nút Sensor trong mạng Sensor có thể được yêu cầu ở mức lớn hơn rất nhiều so

với các mạng Ad hoc.
- Các nút Sensor được triển khai với mật độ lớn hơn.
- Các nút Sensor thường gặp trục trặc
- Hình trạng mạng Sensor thay đổi rất thường xuyên.
- Các nút Sensor thường sử dụng mô hình thông tin quảng bá ngược lại các mạng Ad hoc
sử dụng truyền thông điểm- điểm.
- Các nút Sensor có hạn chế về công xuất, khả năng tính toán và bộ nhớ.
- Các nút Sensor có thể không có nhận dạng toàn cục do số lượng nút Sensor lớn.
Vì một số lượng lớn nút Sensor được triển khai dày đặc nên các nút lân cận có thể rất gần
nhau. Do đó, truyền thông đa liên kết (Multihop) được chọn để công suất sử dụng thấp hơn so
với truyền thông đơn liên kết truyền thống (Single hop).Hơn nữa, công suất truyền dẫn có thể
giữ ở mức thấp, điều này rất cần cho các hoạt động ngầm. Truyền thông đa liên kết còn có một
số hiệu quả truyền tín hiệu tốt hơn so với truyền thông khoảng cách xa.
Một hạn chế quan trọng nhất của các nút Sensor là yêu cầu phải tối thiểu công suất tiêu thụ.
Các nút Sensor chỉ tích trữ được nguồn năng lượng hạn chế và không được thay thế. Vì vậy,
trong khi các mạng truyền thống luôn đặt mục tiêu cung cấp chất lượng dịch vụ (QoS) cao thì
các giao thức trong mạng Sensor phải chú trọng đến sự bảo tồn nguồn năng lượng. Người sử
dụng phải chọn giữa tuổi thọ của mạng với hạn chế về thông lượng hay độ trễ truyền dẫn lớn.
1.3. Mô tả hệ thống
1.3.1. Mô tả hệ thống tổng quát
Các nút Sensor được triển khai trong một trường Sensor (Sensor field) được minh họa trên
hình 1.1. Mỗi nút Sensor được phát tán 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 nút Sink đến các nút Sensor. Số liệu được định tuyến về phía bộ thu nhận
(nút 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).
Đồ án tốt nghiệp đại học Chương I. Tổng quan v ề mạng
Wireless Sensor

Hình 1.1: Mô hình triển khai các nút Sensor
Một nút Sensor 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, nút Sensor 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
nút Sensor được minh hoạ trên hình 1.2. 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 Sensor 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 với một bộ nhớ
nhỏ, phân tích thông tin cảm biến và quản lý các thủ tục cộng tác với các nút khác để phối hợp
thực hiện nhiệm vụ. Bộ thu phát đảm bảo thông tin giữa nút Sensor 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 nút Sensor là bộ nguồn. Bộ nguồn, có thể là pin hoặc acquy, cung cấp năng lượng cho nút
Sensor và không thay thế được nên nguồn năng lượng của nút 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 Sensor và các nhiệm vụ cảm biến yêu cầu phải
có sự nhận biết về vị trí với độ chính xác cao. Do đó, các nút Sensor thường phải có hệ thống
tìm vị trí. Các thiết bị di động đôi khi cũng cần thiết để di chuyển các nút Sensor theo yêu cầu
để đảm bảo các nhiệm vụ được phân công.
Bộ nguồn
Bộ sinh năng lượng
Sensor
Đồ án tốt nghiệp đại học Chương I. Tổng quan v ề mạng
Wireless Sensor
Thiết bị xử lý
Bộ thu phát
Hệ thống tìm vị trí
Thiết bị di động
ADC
Thiết bị nhớ
Bộ cảm biến

Bộ xử lý
Hình 1.2: Các thành phần của nút Sensor
Để minh hoạ rõ hơn về mạng Sensor không dây trong thực tế, phần tiếp sau đây sẽ giới thiệu
một hệ thống mạng Sensor điển hình. Đó là hệ thống WISENET.
1.3.2. Hệ thống WISENET
a) Giới thiệu hệ thống WISENET
WISENET (Wireless Sensor NETwork) là hệ thống thu nhận dữ liệu về môi trường như ánh
sáng, nhiệt độ và độ ẩm từ một mạng gồm các thiết bị cảm biến không dây công suất thấp được
gọi là các “hạt cảm biến” (Sensor motes). Dữ liệu này được chuyển tới một máy chủ và được
lưu trong một cơ sở dữ liệu. Một chương trình Web sẽ nhận dữ liệu phân tích và hiển thị trên
trình duyệt Web.
Mỗi hạt Sensor được tích hợp bởi một vi điều khiển, một bộ thu phát vô tuyến, các phần tử
cảm biến môi trường và nguồn nuôi. Một hệ điều hành thời gian thực được gọi là TinyOS (Tiny
Operation System) được sử dụng để tối thiểu công suất tiêu thụ mà vẫn cung cấp khả năng điều
chế công suất cao và cho phép các hoạt động tập trung đồng thời.
b) Sơ đồ hệ thống WISENET
Hệ thống WISENET gồm hai hệ thống con chính là phân tích số liệu (Data Analysis
Subsystem) và thu nhận số liệu (Data Acquisition Subsystem), ba thành phần chính là trạm chủ
(Server), trạm người dùng (Client) và mạng các hạt Sensor (Sensor mote network).
Đồ án tốt nghiệp đại học Chương I. Tổng quan v ề mạng
Wireless Sensor
Hình 1.3; Sơ đồ hệ thống WISENET
Các hệ thống con chính là:
- Hệ thống con phân tích số liệu: Hệ thống con này chỉ gồm phần mềm . Nó dựa trên
cơ sở hạ tầng Internet và Web hiện tại (HTTP) để truyền thông tin giữa máy tính chủ
(Server) và máy truy cập (Client). Nhiệm vụ của hệ thống con này là chọn lấy các dữ
liệu môi trường thích hợp chưa được xử lý, có được nhờ hệ thống thu nhận dữ liệu,
phân tích và gửi kết quả đến người dùng theo yêu cầu.
- Hệ thống thu nhận số liệu: Mục đích của hệ thống con này thu thập số liệu môi
trường và lưu trữ trong cơ sở dữ liệu để sau đó hệ thống phân tích sẽ xử lý. Hệ thống

con bao gồm mạng các Sensor được kết hợp với máy tính chủ được cài đặt phần mềm
hệ thống (TinyOS Daemon).
Các thành phần chính của hệ thống bao gồm:
- Trạm người dùng (Client): Client là thành phần cần thiết nhưng là thành phần bên
ngoài. Có nghĩa là chỉ cần Client là bất cứ máy tính nào có trình duyệt Web (Web
browser) và được nối mạng Internet. Nó chỉ đóng vai trò là giao diện của người sử dụng
đối với hệ thống phân tích số liệu. Nó đưa ra yêu cầu số liệu của người sử dụng với trạm
chủ và thu lấy các số liệu đã yêu cầu.
Trạm chủ (Server): Đây là thành phần then chốt của hệ thống, là mối liên lạc giữa hai
hệ thống con thu nhận và phân tích số liệu. Về mặt phân tích số liệu nó là một máy chủ
HTTP (HTTP Server) mang một ứng dụng Web (Web program). Khi nhận được một yêu
cầu về trang Web, máy chủ HTTP gọi ứng dụng Web này nhận số liệu từ cơ sở dữ liệu
Đồ án tốt nghiệp đại học Chương I. Tổng quan v ề mạng
Wireless Sensor
(SQL Database), phân tích và đưa lại trang theo yêu cầu đến máy tính người dùng
(Client). Về phía hệ thống thu nhận dữ liệu, có một trình tiện ích hoạt động ngầm
(Daemon) được gọi là wiseDB để trao đổi thông tin dễ dàng với mạng Sensor. WiseDB
đảm nhận việc gửi các lệnh qua liên kết nối tiếp R232 đến cổng giao tiếp (gateway
mote) để chuyển tới mạng Sensor. Nó cũng đảm nhận việc thu thập số liệu từ mạng
Sensor (cũng thông qua gateway mote). Số liệu đưa đến được xử lý rất ít và được
chuyển vào cơ sở dữ liệu. Như vậy, cơ sở dữ liệu SQL là cầu nối giữa hai hệ thống thu
nhận và xử lý số liệu. Vì cơ sở dữ liệu SQL liên lạc thông qua TCP/IP nên chỉ trạm chủ
HTTP và chương trình Web cần phải được đặt trong cùng một tổ chức vật lý. Trạm chủ
HTTP, cơ sở dữ liệu SQL, wiseDB có thể đặt trong các tổ chức vật lý khác nhau và kết
nối thông qua Internet. Trình tự hoạt động của Server được tóm tắt như sau:
Kiểm tra các tham số điều kiện hợp lệ.
Nhận số liệu từ cơ sở dữ liệu, tuỳ theo ràng buộc của trạm khách
Tạo trang Web với dữ liệu đã được yêu cầu
Client yêu cầu số liệu với các điều kiện
Gửi trang Web đến Client.

Hình 1.4: Trình tự hoạt động của Server
Mạng các hạt Sensor: Mạng các Sensor là thành phần trọng tâm của hệ thống. Các Sensor
đảm nhận việc thu thập số liệu môi trường và chuyển các số liệu này đến trạm chủ. Nó còn phải
nhận các lệnh từ trạm chủ, có thể là yêu cầu về số liệu hay tải chương trình mới. Có hai phần tử
thuộc thành phần này. Thứ nhất là các hạt thông thường (Standard mote). Các hạt này có nhiệm
thu thập các thông tin cảm biến từ môi trường, bao gồm ánh sáng, nhiệt độ, độ ẩm và truyền các
số liệu này đến gateway. Chúng truyền thông tin qua liên kết vô tuyến công suất thấp ở dải tần
ISM 900 MHz và đảm bảo tất cả các gói đều được đưa tới Gateway. Chúng còn có phần cứng
hiệu chỉnh và giám sát công suất nguồn. Hạt cổng (Gateway mote) là phần tử thứ hai của mạng
Sensor motes. Mục đích chính của nó là liên lạc giữa trạm chủ và mạng Sensor qua liên kết vô
tuyến RS-232 và chuyển tất cả các gói số liệu tới WiseDB. Cả hai phần tử Standard mote và
Gateway mote đều có cùng phần cứng và phần mềm, chúng chỉ khác nhau vế chức năng.
Đồ án tốt nghiệp đại học Chương I. Tổng quan v ề mạng
Wireless Sensor
Hình 1.5: Các thành phần trong hạt Sensor gồm:
Các thành phần trong hạt Sensor được minh hoạ trên hình 1.5, bao gồm:
- Các Sensor cảm biến ánh sáng, độ ẩm, nhiệt độ (Light, Humidity, Temp); các LED trạng
thái.
- Mạch thu phát vô tuyến, mạch giao tiếp RS-232 (UARTS), các bộ chuyển tương tự-số
(ADC), vi xử lý lõi 8051, bộ nhớ SRAM và FLASH (chứa hệ điều hành TinyOS, phần mềm)
được tích hợp trên vi mạch CC1010.
- Phần mềm hệ thống (drivers) giao tiếp RS-232 (chỉ trong gateway), bộ thu phát vô tuyến và
antent.
-Bộ nguồn nuôi (gồm acquy, mạch giám sát nguồn).
c) Các tiêu chuẩn được áp dụng
* Giao thức truyền siêu văn bản (HTTP).
* Ngôn ngữ truy vấn theo cấu trúc (SQL).
* Liên kết vô tuyến nối tiếp RS-232.
* Liên kết nối tiếp vi điều khiển (I2C).
* Quy định FCC (dải tần công nghiệp, khoa học, y tế ISM).

1.4. Tổng quan về kiến trúc mạng
Ngăn xếp giao thức được sử dụng trong bộ thu nhận (nút Sink) và tất cả các nút Sensor được
minh họa trong hình 1.6.
Ngăn xếp giao thức này phối hợp các tính toán về định tuyến và năng lượng, kết hợp số liệu