Đồ án tốt nghiệp đại học
oOo BÁO CÁO THỰC TẬP TỐT NGHIỆP

Vấn đề năng lượng trong mạng Wireless
Sensor và đánh giá bằng mô phỏng Đồ án tốt nghiệp đại học
Thông I, Học viện Công nghệ Bưu chính - Viễn thông đã giúp đỡ, tạo điều kiện cho
em hoàn thành đồ án này.
Hà Nội ngày 31 tháng 10 năm 2005
Sinh viên
Phan Viết Thời

Đồ án tốt nghiệp đại học Chương I. Tổng quan về mạng Wireless
Sensor
CHƯƠNG I : 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

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
Đồ án tốt nghiệp đại học Chương I. Tổng quan về mạng Wireless
Sensor
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 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 -

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.
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
Đồ án tốt nghiệp đại học Chương I. Tổng quan về mạng Wireless
Sensor

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
Đồ án tốt nghiệp đại học Chương I. Tổng quan về mạng Wireless
Sensor
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). Hình 1.1: Mô hình triển khai các nút Sensor
Đồ án tốt nghiệp đại học Chương I. Tổng quan về mạng Wireless
Sensor
Sensor

Thiết bị xử
lýBộ thu phát

Hệ thống tìm vị trí Thiết bị di động

ADC

Thiết bị nhớ

B
ộ
c
ả
m
B
ộ
x
ử

lý

Đồ án tốt nghiệp đại học Chương I. Tổng quan về mạng Wireless
Sensor

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 (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

trang
Web
đến
Client.
Đồ án tốt nghiệp đại học Chương I. Tổng quan về mạng Wireless
Sensor
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.

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.
Đồ án tốt nghiệp đại học Chương I. Tổng quan về mạng Wireless
Sensor

nhận cần thiết đơn giản nhưng mạnh mẽ. Thêm vào đó, các mặt bằng quản lý năng
lượng, di động và nhiệm vụ điều khiển sự phân phối năng lượng, phối hợp di chuyển
và nhiệm vụ giữa các nút Sensor. Các mặt bằng này giúp cho các nút Sensor có thể
phối hợp trong nhiệm vụ cảm biến và giảm được tổng năng lượng tiêu thụ.
Mặt bằng quản lý năng lượng quản lý việc một nút Sensor sử dụng năng lượng của
nó như thế nào. Ví dụ, nút Sensor có thể tắt bộ phận nhận sau khi nhận một bản tin từ
một trong các nút lân cận. Điều này có thể tránh được việc nhận bản tin tới hai lần.
Ngoài ra, khi mức năng lượng của nút Sensor thấp, nút Sensor sẽ thông báo tới tất cả
các nút lân cận rằng mức năng lượng thấp của nó đã thấp nên nó không thể tham gia
vào việc định tuyến cho các bản tin. Năng lượng còn lại được dự trữ cho việc cảm
biến. Mặt bằng quản lý di động dò tìm và ghi lại chuyển động của nút Sensor, vì thế
một tuyến đường hướng tới nút user luôn được duy trì và các nút Sensor có thể theo
dõi được các nút Sensor lân cận. Với việc nhận biết được các nút Sensor lân cận, nút
Sensor có thể cân bằng giữa nhiệm vụ và năng lượng sử dụng. Mặt bằng quản lý
nhiệm vụ cân bằng và sắp xếp nhiệm vụ cảm biến cho một vùng cụ thể. Không phải tất
Đồ án tốt nghiệp đại học Chương I. Tổng quan về mạng Wireless
Sensor
cả các Sensor trong vùng đó được yêu cầu thực nhiệm vụ cảm nhận tại cùng một thời
điểm. Kết quả là một vài nút Sensor thực hiện nhiệm vụ nhiều hơn các nút khác tuỳ
theo mức năng lượng của chúng. Những mặt quản lý này rất cần thiết, như vậy, các nút
Sensor có thể làm việc cùng với nhau để có hiệu quả về mặt năng lượng, có thể định
tuyến số liệu trong một mạng Sensor di động và chia sẻ tài nguyên giữa các nút
Sensor. Nếu không, mỗi nút Sensor sẽ chỉ làm việc một cách đơn lẻ. Xuất phát quan
điểm xem xét trong toàn mạng Sensor, sẽ hiệu quả hơn nếu các nút Sensor có thể hoạt
động hợp tác với nhau, như thế cũng có thể kéo dài tuổi thọ của mạng.
1.4.1. Lớp ứng dụng
Mặc dù nhiều lĩnh vực ứng dụng cho mạng Sensor được vạch rõ và được đề xuất, các
giao thức lớp ứng dụng còn tiềm tàng cho mạng Sensor vẫn còn là một vùng rộng lớn
chưa được khám phá. Trong phần này, chúng ta sẽ khảo sát ba giao thức lớp ứng dụng
quan trọng là giao thức quản lý Sensor (Sensor Management Protocol-SMP), giao thức

Sensor
- Xác nhận, phân phối khoá và bảo mật trong truyền thông số liệu
1.4.1.2. Giao thức phân nhiệm vụ và quảng cáo số liệu
Một hoạt động quan trọng khác trong mạng Sensor là phổ biến yêu cầu về số
liệu. Người sử dụng có thể gửi yêu cầu này tới một nút Sensor, tới một mạng con hoặc
tới toàn mạng. Yêu cầu này có thể là về một thuộc tính nào đó của hiện tượng mục tiêu
hoặc một sự kiện đáng quan tâm. Sau đó, các Sensor liên quan sẽ gửi các số liệu được
yêu cầu tới người sử dụng. Một phương pháp khác là quảng cáo các số liệu có sẵn.
Trong phương pháp này, các nút Sensor quảng cáo các số liệu có sẵn cho người dùng
và truy vấn người sử dụng về số liệu mà họ quan tâm tới . Một giao thức lớp ứng dụng
cung cấp cho người dùng phần mềm với giao diện cho việc truyền đạt yêu cầu hỗ trợ
rất hiệu quả cho các hoạt động của lớp thấp hơn, như định tuyến
1.4.1.3 Giao thức truy vấn Sensor và phổ biến số liệu
SQDDP cung cấp cho người sử dụng những ứng dụng bao gồm giao diện truy vấn,
phản hồi truy vấn và thu thập phản hồi gửi tới. Cần lưu ý rằng hầu hết các truy vấn
không được đưa ra cho từng nút riêng. Thay vào đó, việc đặt tên thuộc tính cơ sở và vị
trí cơ sở được sử dụng nhiều hơn. Ví dụ: “vị trí của những nút mà cảm biến được nhiệt
độ cao hơn 70 độ F ” là một truy vấn thuộc tính cơ sở. Tương tự như vậy, “nhiệt độ
đọc ra bởi những nút trong vùng A” là một ví dụ đặt tên vị trí cơ sở.
Ngôn ngữ truy vấn và đặt nhiệm vụ Sensor (Sensor Query And Tasking Language-
SQTL) là một ứng dụng cung cấp một tập hợp lớn dịch vụ. SQTL hỗ trợ ba loại sự
kiện được định nghĩa bằng từ khóa receive, every and expire. Từ khóa receive định
nghĩa các sự kiện được tạo ra bởi nút Sensor khi nút Sensor nhận được một bản tin
(Message); từ khóa Every định nghĩa các sự kiện xảy ra định kỳ theo một bộ định thời
gian (Timer), từ khóa Expire định nghĩa các sự kiện xảy ra khi một bộ định thời gian
Đồ án tốt nghiệp đại học Chương I. Tổng quan về mạng Wireless
Sensor
không còn hiệu lực. Nếu một nút Sensor nhận được một thông báo dành cho nó và bao
gồm một đoạn mã lệnh, nút Sensor sẽ thực hiện đoạn lệnh đó. Ngoài SQTL, các loại
SQDDP khác có thể phát triển cho những ứng dụng khác nhau. Các SQDDP có thể

Đồ án tốt nghiệp đại học Chương I. Tổng quan về mạng Wireless
Sensor
- Việc tập hợp số liệu chỉ được thực thi khi nó không cản trở hoạt động hợp tác của
các nút Sensor .
- Một mạng Sensor lý tưởng phải nhận biết được việc đánh địa chỉ thuộc tính cơ sở
và vị trí.
1.4.4. Liên kết liên mạng
Một chức năng quan trọng khác của lớp mạng là cung cấp sự liên kết mạng với các
mạng bên ngoài như các mạng Sensor khác, các hệ thống phát lệnh và điều khiển hay
Internet. Trong một mô hình mạng, các nút Sink được sử dụng như một cổng
(Gateway) đến các mạng khác. Trong một mô hình mạng khác, một đường trục được
tạo ra bằng việc kết nối các nút Sink với nhau và đường trục này được truy nhập tới
các mạng khác thông qua một Gateway.
Đồ án tốt nghiệp đại học Chương I. Tổng quan về mạng Wireless
Sensor

Các giao thức Mô tả giao thức
SMECN Tạo một lược đồ con của mạng Sensor gồm đường ME
Tràn

Quảng bá số liệu tới tất cả các nút lân cận mà không quan tâm
đến việc chúng đã nhận nó hay chưa
Dây truyền
SPIN

Gửi số liệu tới một nút lân cận được lựa chọn ngẫu nhiên
Chỉ gửi các số liệu tới các nút Sensor nếu chúng được yêu cầu;
có 3 loại bản tin : ADV, REQ và DATA
SAR


Phân loại Kiểu chia sẻ tài
nguyên
Phạm vi ứng dụng Nhược điểm
Chỉ định
riêng hay
phân bổ cố
định
Phân bổ cố định được
xác định trước
Thích hợp với lưu
lượng liên tục và
cung cấp hạn chế trễ
Không hiệu quả
với lưu lượng cao
Dựa trên
nhu cầu
Tuỳ thuộc vào nhu
cầu hay yêu cầu của
người dùng
Hữu ích đối với tốc
độ biến đổi và lưu
lượng đa phương tiện
Làm tăng phụ tải
(Overhead) và trễ
do tiến trình đăng
kí trước tài nguyên
Truy nhập
ngẫu nhiên
(dựa trên cạnh
tranh)

và tỷ lệ nghịch với tỷ số tín hiệu trên nhiễu SNR (E
s
/ N
0
)
và mức công xuất phát P
out
. Giả sử một phương pháp mã hoá với tỷ lệ R được sử dụng.
Nếu tốc độ truyền kí hiệu số liệu được giữ không đổi so với trước khi mã hoá thì tốc
độ truyền kí hiệu tổng phải tăng đến R
s
/ R. Ngoài ra, nếu công suất truyền dẫn không
đổi thì năng lượng thu được trên một kí hiệu giảm đến RE
s
. BER đo được ở đầu vào bộ
giải mã, BER của tín hiệu chưa được xử lý, lớn hơn BER của tín hiệu sau giải mã.
Điều này có được nhờ bộ giải mã bằng cách khai thác phần dư thừa và cầu trúc của bộ
mã để hiệu chỉnh một số lỗi đường truyền. Trong thực tế, một mã sửa lỗi tốt được đánh
giá qua mức độ giảm BER và độ lợi chung. Độ lợi mã được đánh giá bằng công suất
phát thêm vào cần thiết trong trường hợp không dùng mã sửa lỗi để đạt được cùng
BER của tín hiệu sau giải mã.
Việc truyền thông số liệu một cách tin cậy có thể được cung cấp bằng cách tăng công
xuất phát ra (P
out
) hoặc sử dụng cơ chế FEC phù hợp. Vì một nút Sensor có nguồn
năng lượng giới hạn nên việc tăng công suất phát là không khả thi. Do đó, phải tập
trung vào FEC vì FEC có thể giảm đáng kể BER với bất kì giá trị P
out
được cho. Tuy
nhiên, cũng phải tính đến công suất xử lý tăng thêm do mã hoá và giải mã. Công suất

điển hình trong mạng Sensor. Nguyên nhân là do sự triệt tiêu một phần tín hiệu bởi tia
phản xạ mặt đất. Để giải quyết vấn đề này, người thiết kế phải hiểu rõ các đặc tính đa
dạng cố hữu và khai thác chúng một cách triệt để. Vi dụ, truyền thông qua nhiều bước
nhảy trong mạng Sensor có thể vượt qua một cách hiệu quả các vật chắn và các hiệu
ứng suy hao đường truyền nếu mật độ nút mạng đủ lớn. Tương tự, trong khi suy hao
đường truyền và dung lượng kênh hạn chế độ tin cậy của số liệu thì nhờ đó ta có thể sử
dụng lại tần số theo không gian.
Việc lựa chọn phương thức điều chế tốt để là vấn đề quyết định đối với sự tin cậy
trong truyền thông của mạng Sensor. Các phương pháp điều chế cơ hai và cơ số M
được so sánh trong [36]. Trong khi một phương pháp điều chế cơ số M có thể giảm có
thể giảm thời gian truyền dẫn bằng việc gửi nhiều bit trên một kí hiệu thì nó lại làm
tăng độ phức tạp của mạch điện và tăng công suất vô tuyến. Với điều kiện công suất
khởi kích (được giới thiệu trong phần 2.1.8) vượt trội thì phương pháp điều chế cơ số
hai có hiệu quả về năng lượng hơn. Vì thế, phương pháp điều chế cơ số M chỉ có lợi
với các hệ thống có công suất khởi kích thấp.
Thiết bị băng tần cực rộng (Ultrawideband-UWB) hay vô tuyến xung (Impulse
Radio-IR) từng được sử dụng cho hệ thống radar xung băng tần gốc và các hệ thống
đo khoảng cách, gần đây được chú ý trong các ứng dụng thông tin đặc biệt là các mạng
không dây trong nhà. UWB truyền dẫn với băng tần gôc nên không cần các tần số
mang hoặc trung tần. Thông thường, điều chế vị trí xung được sử dụng. Ưu điểm chính
của UWB là khả năng mau phục hồi với đối với hiên tượng phát đa đường. Việc sử
dụng công suất truyền thông thấp và thiết kế mạch đơn giản đã làm cho UWB rất thích
hợp với các mạng Sensor.
Đồ án tốt nghiệp đại học Chương I. Tổng quan về mạng Wireless
Sensor
1.5. Đặc điểm của mạng Wireless Sensor
1.5.1. Kích thước vật lý nhỏ và tiêu thụ công suất thấp
Trong bất kỳ hướng phát triển công nghệ nào, kích thước và công suất tiêu thụ luôn
chi phối khả năng xử lý, lưu trữ và tương tác của các thiết bị cơ sở. Việc thiết kế các
phần cứng cho mạng Sensor phải chú trọng đến giảm kích cỡ và công suất tiêu thụ với

mềm để có được ứng dụng từ các thành phần phần cứng. Như vậy, các loại thiết bị này
cần một sự điều chỉnh phần mềm ở một mức độ nào đó để có được hiệu quả sử dụng
phần cứng cao. Môi trường phát triển chung là cần thiết để cho phép các ứng dụng
riêng có thể xây dựng trên một tập các thiết bị mà không cần giao diện phức tạp. Ngoài
ra, cũng có thể chuyển đổi giữa phạm vi phần cứng với phần mềm trong khả năng
công nghệ.
1.5.5. Hoạt động tin cậy
Các thiết bị có số lượng lớn, được triển khai trong phạm vi rộng với một ứng dụng
cụ thể. Việc áp dụng các kỹ thuật mã hóa sửa lỗi truyền thống nhằm tăng độ tin cậy
của các đơn vị riêng lẻ bị giới hạn bởi kích thước và công suất. Việc tăng độ tin cậy
của các thiết bị lẻ là điều cốt yếu. Thêm vào đó, chúng ta có thể tăng độ tin cậy của
ứng dụng bằng khả năng chấp nhận và khắc phục được sự hỏng hóc của thiết bị đơn lẻ.
Như vậy, hệ thống hoạt động trên từng nút đơn không những mạnh mẽ mà còn dễ dàng
phát triển các ứng dụng phân tán tin cậy.
1.6. Ứng dụng của mạng Sensor
Mạng Sensor có thể gồm các kiểu cảm biến khác nhau như động đất, từ trường với
tốc độ lấy mẫu thấp, nhiệt độ, hình ảnh, hồng ngoại, âm thanh và dò vô tuyến (radar)
qua đó có thể kiểm tra được rất nhiều tính chất của môi trường xung quanh như :
- Nhiệt độ
- Độ ẩm
- Sự di chuyển của xe cộ
- Các trạng thái chớp nhoáng
- Áp suất
- Thành phần đất trồng
- Mức tạp âm
- Các thành phần hiện diện hay vắng mặt của đối tượng.
- Các mức ứng suất của các đối tượng tiếp xúc với nhau.
- Các đặc tính tức thời như tốc độ, phương hướng và kích thước của một đối
tượng
Các nút Sensor có thể được sử dụng để thăm dò liên tục, phát hiện sự kiện, nhận

- Trinh sát vùng và lực lượng đối phương: Khi các mạng Sensor được triển khai tại
các vùng chiến lược, các thông tin tình báo có giá trị, chi tiết và kịp thời có thể được
thu thập trong một vài phút trước khi bị đối phương ngăn chặn.
- Tìm mục tiêu: Các mạng Sensor có thể được kết hợp chặt chẽ với các hệ thống
hướng đạo trong các quân trang thông minh.