Thạc Sĩ Tổng quan về cấu trúc mạng cảm nhận không dây

LỜI NÓI ĐẦU
Trong những năm gần đây, việc nghiên cứu các hệ thống mạng cảm nhận
được phát triển mạnh mẽ. Đặc biệt là hệ thống mạng cảm nhận không dây
(wireless sensor network). Mạng cảm nhận không dây có thể bao gồm hàng
nghìn, thậm chí hàng triệu thiết bị cảm biến (sensors) thông minh, được trang bị
một bộ xử lý, một bộ nhớ dung lượng nhỏ và các cảm biến để đo ánh sáng, độ
ẩm, áp suất, nhiệt độ. Mạng cảm nhận liên hệ bằng sóng vô tuyến, tiêu thụ cực ít
năng lượng, hoạt động liên tục trong mọi điều kiện, môi trường.
Để thiết kế và thực hiện các mạng cảm nhận, nhiều vấn đề điều khiển được
đặt ra, phải được nghiên cứu, giải quyết tối ưu, phù hợp với đặc thù của mạng
cảm nhận không dây, ví dụ: điều khiển truy nhập mạng không dây, định tuyến,
điều khiển trao đổi số liệu tin cậy giữa các thiết bị cảm biến. Nghiên cứu, đánh
giá một số cơ chế điều khiển truy nhập mạng có ý nghĩa lý luận và thực tiễn.
Mục tiêu chính của đồ án này là cung cấp cái nhìn tổng quan về mạng cảm
nhận không dây; các kĩ thuật định tuyến trong mạng cảm nhận không dây; đồng
thời đi sâu và trình bày về định tuyến cho hệ hỗn hợp, hệ thống đang được ứng
dụng và phát triển trong mạng cảm nhận không dây.
Nội dung của đồ án được tóm tắt như sau:
Chương 1: Trình bày tổng quan về mạng cảm nhận không dây, kiến trúc
mạng cảm nhận, những thách thức và các lĩnh vực ứng dụng cơ bản của mạng
cảm nhận không dây.
Chương 2: Trình bày một số giao thức định tuyến phổ biến trong mạng cảm
nhận không dây.
Chương 3: Trình bày về hệ hỗn hợp, khai thác hệ hỗn hợp thông qua hai
giao thức định tuyến: giao thức định tuyến theo yêu cầu CentRoute cho thiết bị
lớp Mote và giao thức định tuyến end-to-end cho thiết bị lớp Microserver.
Chương 4: Thực hiện mô phỏng hai giao thức định tuyến Cent Route và
End-to-end bằng ngôn ngữ lập trình mô phỏng Matlab.
Mặc dù đã rất cố gắng, song bản đồ án còn những hạn chế nhất định, rất
mong nhận được những góp ý của các thầy cô cùng các bạn để bản đồ án hoàn
thiện hơn.
Em xin chân thành cảm ơn! - - 1002 3
CHƯƠNG I – TỔNG QUAN VỀ MẠNG CẢM NHẬN KHÔNG DÂY
1. nh nghĩa:
Mạng cảm nhận không dây (WSN) có thể hiểu đơn giản là mạng liên kết
các node với nhau bằng kết nối sóng vô tuyến, trong đó các node mạng thường
là các thiết bị đơn giản, nhỏ gọn, giá thành thấp . và có số lượng lớn, được
phân bố một cách không có hệ thống trên một diện tích rộng (phạm vi hoạt động
rộng), sử dụng nguồn năng lượng hạn chế và có thể hoạt động trong môi trường
khắc nghiệt (chất độc, ô nhiễm, nhiệt độ cao .).
2. Sự khác nhau giữa WSN và mạng truyền thống
Dựa vào sự trình bày ở trên, ta dễ dàng nhận thấy sự khác nhau giữa WSN
và các mạng truyền thống:
Số lượng node cảm biến trong một mạng cảm nhận lớn hơn nhiều
lần so với những node trong các mạng truyền thống.
Các node cảm biến thường được triển khai với mật độ dày hơn.
Những node cảm biến dễ hỏng, ngừng hoạt động hơn.
Cấu trúc mạng cảm nhận thay đổi khá thường xuyên.
Mạng cảm nhận chủ yếu sử dụng truyền thông quảng bá, trong
khi đó đa số các mạng truyền thống là điểm – điểm.
Những node cảm biến có giới hạn về năng lượng, khả năng tính
toán và bộ nhớ.
Những node cảm biến có thể không có số định dạng toàn cầu
(global identification) (ID).
Truyền năng lượng hiệu quả qua các phương tiện không dây
Chia sẻ nhiệm vụ giữa các node láng giềng.
3. Cấu trúc của WSN - - 1002 4
3.1. Node cảm biến
Một node cảm biến được cấu tạo bởi 3 thành phần cơ bản sau: vi điều
khiển, sensor, bộ phát radio. Ngoài ra, còn có các cổng kết nối với máy tính.
3.1.1. Vi điều khiển
Bao gồm: CPU; bộ nhớ ROM, RAM; bộ phận chuyển đổi tín hiệu tương tự
thành tín hiệu số và ngược lại
3.1.2. Sensor
Chức năng: cảm nhận thế giới bên ngoài, sau đó chuyển dữ liệu qua bộ
phận chuyển đổi để xử lý.
3.1.3. Bộ phát radio
Bởi vì node cảm biến là thành phần quan trọng nhất trong WSN, do vậy
việc thiết kế các node cảm biến sao cho có thể tiết kiệm được tối đa nguồn năng
lượng là vấn đề quan trọng hàng đầu.