Đồ Án thủ tục điều khiển thâm nhập môi trường của mạng WSN

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 này 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 node 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 data:image/png;base64,iVBORw0KGgoAAAANSUhEUgAAAAEAAAABAQMAAAAl21bKAAAAA1BMVEXh5PJm+yKVAAAAAXRSTlMAQObYZgAAAApJREFUCNdjYAAAAAIAAeIhvDMAAAAASUVORK5CYII=" class="mceSmilieSprite mceSmilie7" alt=":p" title="Stick Out Tongue :p">hần 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.
Với kiến thức hạn hẹp, thời gian nghiên cứu không dài, tài liệu tham khảo có chưa nhiều, do vậy đồ án không tránh khỏi những sai sót. Mong quý thầy cô cùng các bạn chia sẻ, góp ý để đồ án được hoàn thiện.
[i] [/i][B]PHỤ LỤC[/B]
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
TÀI LIỆU THAM KHẢO 53