Nghiên cứu mạng cảm biến không dây và ứng dụng

- 7 Quá trình phát triển của mạng cảm biến không dây.
- 11 Chương 1: Tổng quan và ứng dụng của mạng cảm biến không dây.
- 11 1.1 Tổng quan về kĩ thuật mạng cảm biến không dây (WSNs.
- 11 1.1.2 Các thành phần cơ bản của cấu trúc mạng cảm biến.
- Ứng dụng của mạng cảm biến.
- 20 Chương 2: Các kĩ thuật trong mạng cảm biến không dây.
- 22 2.2 Kĩ thuật cảm biến không dây.
- 22 2.2.1 Các node cảm biến.
- Phân loại cảm biến.
- 27 2.2.5 Xu hướng phát triển của các node.
- 32 2.3 Giao thức điều khiển truy nhập mạng WSNs.
- 33 2.3.1 Mô hình giao thức cho WSNs.
- 34 2.3.2 Giao thức MAC.
- 35 2.3.3 Các giao thức MAC cho mạng WSNs.
- 57 2.4.3 Giao thức định tuyến trong WSNs.
- 68 3.2.9 Giao thức mạng (protocol.
- 69 3.3.2 Thiết kế giao thức mạng.
- 16 Hình 4: Sơ đồ khối giao thức chung cho mạng cảm biến.
- 18 Hình 5: Các giao thức có thể dùng cho Lower-Layer WSNs.
- 21 Hình 8: Sơ đồ phát triển của một loại cảm biến.
- 25 Hình 10: Mô tả các công nghệ cảm biến.
- 32 Hình 15: Bảng so sánh các giao thức.
- 35 Hình 18: Giao thức TDMA dùng trong WSNs.
- 60 Hình 23: Hoạt động cơ bản của giao thức SPIN.
- 65 Hình 26: Cảm biến nhiệt độ LM35.
- 66 Hình 27: Cảm biến ánh sáng OPT101.
- 68 Hình 30: Sơ đồ khối tổng quát 1 mạch cảm biến.
- 69 Hình 31: Mạch nguyên lý cảm biến LM35.
- 81 Hình 50: Sơ đồ khối mô tả giao thức truyền dẫn.
- Qua đó đảm bảo tính bảo mật cao của hệ thống mạng cảm biến không dây.
- Nghiên cứu mạng cảm biến không dây ngày nay có thể coi là sản phẩm thứ 2 của ứng dụng thương mại.
- Nghiên cứu quy trình công nghệ, các thành phần công nghệ, giao thức cũng như điều kiện hoạt động trong mạng cảm biến không dây.
- Kết quả cuối cùng của luận văn là đưa ra phương pháp thiết kế một mạng cảm biến không dây.
- Các phương án thiết kế phần cứng và xây dựng phần mềm cũng như các giao thức truyền dẫn trong mạng cảm biến.
- Xây dựng một hệ thống mạng cảm biến không dây đơn giản minh chứng cho các nghiên cứu trong luận văn.
- Truyền về bộ xử lý trung tâm thông qua giao thức mạng cảm biến không dây.
- Việc đọc thông tin là hoàn toàn độc lập giữa các node mạng.
- Các cảm biến liên kết theo giao thức Multihop, phân chia Cluster chọn ra node có khả năng tốt nhất làm node trung tâm, tất cả các node loại này sẽ truyền về node xử lý chính.
- Một vài đặc điểm của mạng cảm biến.
- Các node phân bố dày đặc.
- Các node dễ bị hư hỏng.
- Giao thức mạng thay đổi thường xuyên.
- Sensor có chức năng cảm biến các thông số của môi trường xung quanh.
- Software (Operating Systems hoặc Middleware): Hệ điều hành cần được thiết kế đặc biệt cho các node mạng sensor network.
- Vị trí các node cảm biến hầu như không xác định trước, có nghĩa là giao thức và giải thuật mạng phải có khả năng tự xây dựng.
- Rất nhiều giao thức đã được thiết kế dành riêng cho WSNs.
- Bảng liệt kê sau đây là thông tin về một số chuẩn giao thức mạng có thể dùng cho WSNs.
- Kĩ thuật cảm biến.
- cảm biến sóng radio.
- cảm biến quang, hồng ngoại.
- cảm biến vị trí hay định vị.
- Xử lý: Các node có công suất tính toán và bộ nhớ giới hạn.
- Sự 27 hư hỏng các node có thể làm sai dữ liệu.
- Việc đối xử với các node trong mạng phải ngang nhau.
- Việc chia sẻ truy cập kênh truyền cần phải xây dựng giao thức MAC cho các node trong mạng.
- Vấn đề đa truy cập tăng sự phức tạp của các giao thức điều khiển truy cập, phần overhead (phần đầu khung cần thêm vào) đòi hỏi thay đổi truy cập giữa các node có nhu cầu sử dụng kênh truyền.
- Thông tin quyết định trước được dùng ở tất cả các node liên lạc trong mạng.
- Thông tin động được thu thập bởi các node trong suốt quá trình hoạt động giao thức.
- Trong khi sử dụng thông tin nội tại node có khả năng giảm overhead đòi hỏi để kết hợp các node đang tranh chấp, nhưng dẫn đến sự hạn chế chất lượng của giao thức.
- 2.3.2.1 Các thông số Có rất nhiều thông số cần quan tâm khi thiết kế giao thức MAC.
- Việc nhóm các node cảm biến vào các cluster cho phép thiết kế các giao thức đa truy cập với khả năng mở rộng cao.
- Tuy nhiên, hiệu quả sẽ giảm nếu khả năng xử lý và thông tin của các node hoạt động không hiệu quả.
- Để đạt được điều này đòi hỏi thiết kế các giao thức liên lạc có khả năng quản lý năng lượng.
- Hiệu quả sử dụng năng lượng là một vấn đề quan trọng nhất trong thiết kế giao thức MAC cho WSNs.
- 2.3.2.2 Các giao thức chung: Lựa chọn phương thức MAC chủ yếu dựa trên đặc điểm của mạng WSNs.
- Các giao thức thường dùng là đa truy cập chia theo tần số (FDMA), đa truy cập chia theo thời gian (TDMA), và đa truy cập chia theo mã (CDMA).
- Lợi ích chính của giao thức này là tất cả các node đều nhận được sự truy cập như nhau đối với kênh truyền.
- Hơn nữa, giao thức này không chia trước thời gian cho các node để phát dữ liệu.
- Tất cả các node trong mạng phải tranh chấp để truy cập đường truyền.
- Máy thu có thể tranh chấp với các node khác để được phát gói ACK.
- Giao thức nonpersistent CSMA làm giảm thiểu can nhiễu giữa các gói.
- Nhược điểm này hạn chế khả năng ứng dụng các giao thức dựa trên kỹ thuật phát hiện xung đột trong mạng WSNs.
- Số đụng độ xảy ra nhiều làm giảm chất lượng của giao thức MAC.
- Schedule-based là lớp giao thức MAC truy cập kênh truyền dựa trên lịch trình sắp xếp sẵn.
- 2.3.3.1 Schedule-Based Protocols: Giao thức tạo ra sự sắp đặt trước để điều tiết truy cập tài nguyên tránh xung đột giữa các node.
- Mục tiêu chính của giao thức loại này là hiệu quả sử dụng năng lượng cao để kéo dài thời gian sống của mạng.
- Tuy nhiên, các giao thức này không thích hợp với môi trường mạng WSNs.
- Giao thức kết hợp dùng âm báo bận (busy tone) với các gói RTS yà CTS cho phép các node không hoạt động tắt các bộ thu phát vô tuyến.
- Giao thức này dùng 2 kênh: một kênh cho dữ liệu và một kênh cho wake-up (đánh thức).
- Giao thức STEM có thể được dùng để liên kết với các giao thức lớp MAC dựa trên lập trình sẵn.
- Các giao thức còn khác nhau về kỹ thuật giảm thời gian trễ gói.
- Ý tưởng cơ bản của giao thức T-MAC là giảm thời gian lắng nghe bằng cách phát từng chùm thông điệp chiều dài có thể thay đổi.
- Các node được phép ngủ giữa các chùm thông điệp.
- Trong giao thức T-MAC, các node luân phiên giữa chế độ ngủ và chế độ tích cực.
- 2.3.4.1 Tổng quát Thiết kế giao thức đáp ứng cho số lượng lớn node, khả năng lưu trữ liên lạc và xử lý hạn chế.
- Sự cân bằng giữa đặc tính giới hạn khả năng xử lý và thông tin của các node cảm biến với phần overhead cần thiết.
- Do đó có thể xem xét các giao thức định tuyến của mạng ad hoc khi áp dụng vào mạng WSN.
- Hơn nữa, các giao thức định tuyến truyền thống trong những mạng lớn yêu cầu sự liên kết thực giữa các node.
- 2.4.4 Các kĩ thuật định tuyến Thiết kế các giao thức định tuyến của mạng WSN phải xem xét đến công suất và tài nguyên hạn chế của các node mạng, đặc tính thay đổi theo thời gian của kênh truyền vô tuyến và khả năng trễ hay mất gói.
- Nhiều giao thức định tuyến đã được đưa ra.
- Dạng thứ nhất là giao thức dành cho kiến trúc mạng phẳng trong đó tất cả các node xem như cùng cấp.
- Đối tượng chính của các giao thức này là tính hiệu quả của việc phát thông tin từ một node nào đó đến tất cả các node khác trong mạng.
- Các giao thức đơn giản nhất là flooding và gossiping.
- Sự thích ứng tài nguyên mạng (Resource adaptation) cho phép các node dùng giao thức SPIN điều chỉnh hoạt động theo trạng thái hiện năng lượng hiện tại.
- Node B sau khi nhận dữ liệu lại phát gói ADV cho các node C,D,E,F,G.
- Các node này phát thông điệp REQ cho node B.
- Trong phạm luận văn sử dụng loại cảm biến nhiệt độ LM35.
- 3.2.9 Giao thức mạng (protocol) Giao thức mạng của hệ thống là phương thức giao tiếp giữa các node mạng với nhau và với bộ xử lý trung tâm Hình 29: Bộ thu phát RF 68 thông qua kênh thông tin là giao diện vô tuyến.
- Khối này được thiết kế tương tự các khối cao tần tại các node mạng b.
- Các kĩ thuật phân nhóm trong các mạng cảm biến vô tuyến 84

Xem thử không khả dụng, vui lòng xem tại trang nguồn
hoặc xem Tóm tắt