Luận Văn Lập lịch cho truyền thông trong mạng WSN

PHỤ LỤC
LỜI CẢM ƠN 3
LỜI MỞ ĐẦU 4
CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ MẠNG CẢM BIẾN KHÔNG DÂY WSN 6
1.1 Giới thiệu mạng WSN: 6
1.2 Các thiết bị WSN: 8
1.2.1 Bộ xử lý nhúng năng lượng thấp: . 8
1.2.2 Bộ nhớ / Lưu trữ: 8
1.2.3 Bộ thu phát vô tuyến: . 8
1.2.4 Các sensor (Cảm biến): 9
1.2.5 Hệ thống định vị địa lý GPS (Geo Positioning System): . 9
1.2.6 Nguồn năng lượng: . 9
1.3 Đặc trưng và cấu hình mạng cảm biến: . 9
1.4 Ứng dụng của mạng cảm biến: 11
1.5 Môt số chuẩn mạng cảm biến : 12
CHƯƠNG II CHỨC NĂNG LỚP LIÊN KẾT DỮ LIỆU TRONG MẠNG
WSN CÁC GIAO THỨC VÀ THỦ TỤC TRUY NHẬP MÔI TRƯỜNG . 13
2.1 Chức năng lớp liên kết dữ liệu: 13
2.2 Đặc điểm của thủ tục MAC: 15
2.3 Các thủ tục MAC truyền thống: . 19
2.3.1 ALOHA và CSMA: 19
2.3.2 Node ẩn và node hiện: 23
2.3.3 MACA (MACA hay CSMA/CA): . 24
2.3.4 IEEE 802.11 MAC : . 25
2.3.5 Kĩ thuật thăm dò: 27
CHƯƠNG III 30
HIỆU QUẢ NĂNG LƯỢNG TRONG CÁC GIAO THỨC MAC VÀ LẬP LỊCH
NGỦ KHÔNG ĐỒNG BỘ CHO MẠNG CẢM NHẬN KHÔNG DÂY WSN VÀ
PHẦN THỬ NGHIỆM 30
3.1 Vấn đề tiết kiệm năng lượng cho mạng cảm nhận không dây: . 30
3.2 Nguyên nhân của việc lãng phí năng lượng: . 30
3.3 Các yếu tố tác động làm giảm thiểu tiêu thụ năng lượng. . 31
3.4 Truy nhập môi trường quan tâm đến năng lượng với việc báohiệu (Power
aware medium-access with signalling - PAMAS): 33
3.5 Lập lịch ngủ: 34
3.6 Các kĩ thuật lập lịch ngủ không đồng bộ: 36
3.6.1 Vô tuyến đánh thức thứ cấp(Secondary wake-up radio) 36
3.6.2 Kĩ thuật lắng nghe với năng lượng thấp và việc kiểm tra tín hiệu dẫn đầu
“preamble” (Low-power listening/preamble sampling): 36
3.6.3 WiseMAC: 37
3.6.4 Nơi truyền/nơi nhận – bắt đầu chu kỳ tiếp nhận (Transmitter / receiver –
initiated cycle receptions _TICER / RICER): . 39
3.7 Phần mềm nhúng: 41
3.8 Phần thực nghiệm: . 42
3.8.1 Các thư viện trong chương trình: . 42
3.8.2 Các thiết bị sử dụng : 44
3.8.3 Tìm hiểu phần mềm tempbroadcast 46
3.8.4 Tiến hành thực nghiệm: 47
3.9 KẾT QUẢ 51
KẾT LUẬN . 52
LỜI MỞ ĐẦU
Trong thời đại khoa học và công nghệ bùng nổ theo từng ngày, nhu cầu sử dụng
các hệ thống viễn thông ngày càng cao. Vì vậy, đòi hỏi các kĩ thuật thu thập, xử lý và
truyền dữ liệu phải chính xác và nhanh chóng. Để đáp ứng được nhu cầu đó thì cần
phải phát triển một hệ thống truyền thông không dây kết hợp với sự đa dạng hoá các
loại hình dịch vụ. Và khi nghĩ đến mạng không dây thì người ta nghĩ ngay đến các
thiết bị di động, PDA, hay laptop, Các thiết bị này có giá thành cao, theo một mục
đích cho trước và dựa trên cơ sở hạ tầng đã có sẵn. Bên cạnh đó, các nhu cầu trong
các lĩnh vực như: quân sự (kích hoạt thiết bị, điều khiển tự động các thiết bị
robot, ),y tế (định vị, theo dõi tình trạng sức khoẻ bệnh nhân, báo động khẩn cấp
một cách tự động, ), môi trường (giám sát lũ lụt, thiên tai, ) và một số lĩnh vực
khác về đời sống (nhà thông minh, điều khiển tự động tránh ùn tắc giao thông, )
cũng cần sử dụng các hệ thống viễn thông. Để giải quyết được nhu cầu đó, người ta
đã phát triển hệ thống mạng cảm biến không dây (Wireless Sensor Network _ WSN).
Mạng WSN tạo ra môi trường giao tiếp giữa các thiết bị thông minh hay giữa các
thiết bị thông minh với con người hoặc các hệ thống viễn thông khác. Một lĩnh vực
nổi bật của mạng cảm nhận không dây (WSN)là sự kết hợp việc cảm nhận,tinh toán
và truyền thông vào một thiết bị nhỏ.Thông qua mạng lưới(mesh networking
protocols),những thiết bị này tạo ra một sự kết nối rộng lớn trong thế giới vật lý.
Mạng WSN tạo ra môi trường giao tiếp giữa các thiết bị thông minh hay giữa các
thiết bị thông minh với con người hoặc các hệ thống viễn thông khác .Trong khi khả
năng của từng thiết bịlà rất nhỏ,sự kết hợp hàng trăm thiết bị như vậy yêu cầu là phải
có công nghệ mới.
Sức mạnh của WSN nằm ở chỗ khả năng triển khai một số lượng lớn các thiết
bị nhỏ có thể tự thiết lập cấu hình hệ thống.Sử dụng những thiết bị n ày để theo dõi
thời gian thực,để giám sát điểu kiện môi trường,để theo dõi cấu trúc hoặc tình trạng
thiết bị.
Ngoài những ưu điểm mà WSN mang lại thì còn có những khuyết điểm về khả
năng hoạt động mạng. Có thể hiểu đơn giản mạng WSN là mạng liên kết các no de
bằng sóng vô tuyến, trong đó các node mạng thường là các thiết bị đơn giản, gọn nhẹ,
rẻ tiền, có số lượng lớn và phân bố khá rộng. Lưu lượng dữ liệu lưu thông trong
WSN là thấp và không liên tục, thông thường thời gian 1 node mạng ở trạng thái nghỉ
lớn hơn trạng thái hoạt động rất nhiều, do vậy cần có giải pháp tiết kiệm năng lượng
tối đa. Hơn nữa, các node mạng còn phải hoạt động trong môi trường khắc nghiệt,
được bố trí ngẫu nhiên nên có thể di chuyển làm thay đổi cấu hình mạng, vì thế đòi
hỏi các node mạng phải có khả năng tự động cấu hình và thích nghi. Khó khăn cuối
cùng là vấn đề bảo mật và an ninh do khả năng hoạt động tự động của các node
mạng.
Luận văn gồm :Phần Mở đầu,3 chương nội dung,phần kết luận,tài liệu tham
khảo
Đồ án này tập trung vào các thủ tục điều khiển thâm nhập môi trường của
mạng WSN và được chia làm 3 chương nội dung:
Chương 1: Tổng quan về mạng cảm biến không dây WSN, các ứng dụng của
nó trong đời sống và một số chuẩn của mạng cảm nhận không dây WSN.
Chương 2: Giới thiệu về chức năng của lớp liên kết dữ liệu trong mạng cảm
biến không dây và một số thủ tục điều khiển truy nhập môi trường.
Chương 3:Vấn đề tiếc kiệm năng lượng trong mạng cảm nhận không dây
WSN.Lập lịch ngủ không đồng bộ cho truyền thông trong mạng WSN.Sau đó
tìm hiểu và thử nghiệm phần mềm Tempbroadcast.Từ đó đưa ra được sơ đồ
giải thuật và thực nghiệm của kĩ thuật thăm dò là một trong số các thủ tục truy
nhập môi trường.