1
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƢỜNG ĐẠI HỌC DÂN LẬP HẢI PHÒNG
iso 9001 : 2000 BÁO CÁO TỐT NGHIỆP
NGÀNH CÔNG NGHỆ THÔNG TIN Đề tài :Nghiên cứu kiến trúc cluster của mạng cảm nhận không dây Giáo viên hƣớng dẫn :Th.s Hoà Quang Dự
Sinh viên thực hiện : Nguyễn Văn Hạnh
Lớp CT701 Khoá 7

Hải phòng tháng 7 năm 2007

2
MỤC ĐÍCH CỦA ĐỀ TÀI

1, Tìm hiểu tổng quan về mạng cảm nhận không dây,Khái
niệm,Yêu cầu của WSN, Ưu nhược điểm của WSN,Kiến
trúc,Tình hình nghiên cứu và ứng dụng WSN ở Trên thế
giới và Việt Nam hiện nay.

2, Nghiên cứu, xây dựng một mạng cảm nhận không dây

và tính dễ triển khai
4
Chƣơng 1: Giới thiệu về mạng cảm nhận không dây
1.3.Ƣu nhƣợc điểm của WSN:
1.3.1 Ƣu điểm của WSN:
+ Tính linh hoạt
+ Tiết kiệm được chi phi xây lắp
+ Dễ dàng sử dụng và cài đặt
+ Dễ dàng mở rộng hệ thống mạng
1.3.2 Nhƣợc điểm của WSN:
+ Mạng cảm nhận không dây có thể cho mọi người truy
cập ở bất kỳ đâu nhưng do thiết bị di động có màn
hình hiển thị nhỏ nên khi hiển thi thông tin gặp khó
khăn
+ Tốc độ truyền dữ liệu của mạng không dây chậm
+ An toàn bảo mật thông tin trên mạng phức tạp
5
Chƣơng 1: Giới thiệu về mạng cảm nhận không dây
1.4. Các Kiến trúc của mạng cảm nhận không dây:
1.4.1 Mạng đơn : Tất cả các nút liên lạc trực tiếp tới trạm gốc Base Station
1.4.2 Mạng liên kết bước :
Các nút ở xa truyền dữ liệu tới trạm gốc thông qua các nút
trung gian,


II.4 Bộ truyền thông: Mô hình truyền thông thường được đề
cập trong WSN hiện thời là việc truyền thông đa bước theo
kiến trúc bó. các kết quả hiện thời chỉ ra rằng việc truyền
thông đa bước theo kiến trúc bó sẽ tiết kiệm được năng lượng
II.5 Bộ cảm biến, bộ khởi động: Có rất nhiều loại cảm biến
(quang, cơ, nhiệt ) bộ cảm biến như là đôi mắt của mạng
cảm nhận không dây còn bộ khởi động như là cơ bắp của nó
8
CHƢƠNG III : MẠNG CẢM NHẬN KHÔNG DÂY -
KIẾN TRÚC CLUSTER
III.1 Giới thiệu chung về kiến trúc CLUSTER
Trong mạng tổ chức thành một tập hợp của những bó các nút,
mỗi nút thuộc về một bó,mỗi bó có NID và CID.Các nút trong
bó thực hiện một giải thuật để chọn nút đầu bó và các thành
viên khác. Tất cả các nút thành viên trong bó truyền dữ liệu
của chúng tới nút đầu bó, nút đầu bó nhận dữ liệu từ các thành
viên trong bó, thực hiện xử lý và truyền dữ tới trạm gốc. 9
CHƢƠNG III : MẠNG CẢM NHẬN KHÔNG DÂY -
KIẾN TRÚC CLUSTER
Ƣu điểm:Tiết kiệm năng lượng truyền từ các nút tới trạm
gốc,nhanh chóng, tiện dụng tránh xung đột,dễ dàng mở rộng
kích thước mạng
Nhƣợc điểm: Năng lượng tại các nút đầu bó tiêu hao nhanh,
phải có giả thuật chon nút đầu bó,phải quản lý được kích

KIẾN TRÚC CLUSTER
Giải thuật chọn nút đầu bó – Trƣờng hợp 2
Các nút có mức năng lượng cao hơn sẽ có xác suất trở thành
nút đầu bó cao hơn các nút khác
Như vậy, xác suất mỗi nút được chọn dựa trên mức năng
lượng của mỗi nút và mức năng lượng tổng thể của các nút
trong bó

Với Ei(t) là mức năng lượng của nút i
Chú ý rằng giải thuật này yêu cầu mỗi nút cần phải biết giá trị
Etotal(t), để xác định chính xác giá trị thời gian hoạt động và
năng lượng tiêu thụ

12
CHƢƠNG III : MẠNG CẢM NHẬN KHÔNG DÂY -
KIẾN TRÚC CLUSTER
Sơ đồ thiết lập bó


chọn
Tạo lịch trình TDMA
và gửi các thành viên
của bó
t=0

Đợi lịch trình làm việc
từ nút đầu bó
t=0
Thực hiện giai đoạn trạng
thái ổn định trong
t=T
round
giây
Đúng
Sai
13
CHƢƠNG III : MẠNG CẢM NHẬN KHÔNG DÂY -
KIẾN TRÚC CLUSTER
Truyền dữ liệu
trong chế độ bytemode: các bit trong thanh ghi dịch 8 bit
được chuyển tới bộ điều chế.Nó sẽ nạp dữ liệu mới từ thanh
ghi RFBUF, sẽ có 1 yêu cầu ngắt được sinh ra để RFBUF có
thể nạp dữ liệu
Trong chế độ bitmode: tại mỗi thời điểm chỉ có 1 bit được
đưa vào bộ đệm. Vì vậy thanh ghi dịch sẽ nạp 1 bit mới từ
RFBUF sau mỗi bit được truyền đi. Để có thể ghi 1 bit mới
vào RFBUF, Để có thể bắt đầu truyền dữ liệu 1 cách nhanh
chóng thì byte hoặc bit đầu tiên phải được nạp vào thanh ghi
RFBUF. Sau đó nó sẽ được nạp vào thanh ghi dịch và 1 yêu

DSR (Dynamic Source Routing) bao gồm 2 giai đoạn:
Route Discovery (Phát hiện đường)
Route Maintenance (Duy trì đường)

16
CHƢƠNG III : MẠNG CẢM NHẬN KHÔNG DÂY -
KIẾN TRÚC CLUSTER (Kiến trúc bó)
Giao thức MAC (giao thức điều khiển truy cập)
nhiệm vụ cơ bản của giao thức MAC là tránh xung đột để hai
nút bất kì không truyền thông tại cùng 1 thời điểm. Có rất
nhiều giao thức MAC được phát triển
TDMA (Time division multiple access).
CDMA (Code division multiple access).
S-MAC (Sensor MAC), một giao thức MAC mới được
thiết kế dành riêng cho mạng cảm nhận không dây Trong
đó việc giảm bớt tiêu thụ năng lượng là mục đích chính 17
CHƢƠNG III : MẠNG CẢM NHẬN KHÔNG DÂY -
KIẾN TRÚC CLUSTER
giới hạn nút trong bó(quản lý kích thƣớc bó)
Tránh việc có quá nhiều hay quá ít các nút trong một bó, đảm
bảo kết nối tốt và tránh xung đột.Gọi A là nút đầu bó ,n(A) là
số các nút nhỏ nhất và N(A) là số các nút lớn nhất trong một
bó , khi đó số khả thi được đưa ra là N(A) = 8 với 3bit địa chỉ
được gán cho một bó.
Nếu không đủ số nút cho một bó thì nút đầu bó giữ tín hiệu
join và tăng bán kính(r) truyền lên : r = k.r (là giới hạn số
lượng các nút mới) với k>1. Do đó xuất hiện giá trị Rmax ,

KIẾN TRÚC CLUSTER
khả năng cấu hình lại khi thêm nút hoặc nút bị hỏng:
Quá trình khám phá:Mỗi nút tạo cho mình một bán kính
truyền r để phát tín hiệu “Hello”Nếu nhận được tín hiệu “I
am here” còn khả năng kết nạp vào bó thì nó ghi nhận bán
kính truyền r

Quá trình cấu hình mạng: lắng nghe lời mời kết nối của nút
đầu bó. Nếu có, nó sẽ phát tín hiệu “join-repuest”. Nếu nhận
được tín hiệu chấp nhận “join-confim” nó sẽ trả lời bằng tín
hiệu ACK và kết nối với bó đó. Ngược lại, nó sẽ quay trở lại
giai đoạn nghe. Nếu không có lời mời nào thì nó sẽ trở thành
nút đầu bó với địa chỉ ban đầu là 000. Sau đó nó phát tín hiệu
mời kết nối “join .

20
CHƢƠNG III : MẠNG CẢM NHẬN KHÔNG DÂY -
KIẾN TRÚC CLUSTER

Quá trình duy trì cấu hình mạng: Cứ sau 30giây các nút phát
một tín hiêu kiểm tra “I am alive”và nghe xem có tín hiệu trả
lời ACK từ các nút trong bó không .khi nhận được tín hiệu
kiểm tra thì các nút gửi lại ACK để báo cho nút đó biết rằng
nó vẫn đang hoạt động. Nếu trong khoảng thời gian là 6 lần

22
CHƢƠNG IV: XÂY DỰNG THỬ NGHIỆM MẠNG CẢM
NHẬN KHÔNG DÂY KIẾN TRÚC CLUSTER
Các bƣớc thực hiện chƣơng trình
Bƣớc1: bật các chuyển mạch được gắn các cảm biến CC1010
,nếu đèn Blue không sang quay lại kiểm tra nguồn và thực
hiện bật lại, nếu đèn Blue bật sang chuyến sang bước 2
Bƣớc 2: khi đèn Blue được bật sáng, nghĩa là các nút sẵn sàng
truyền tín hiệu thực hiện tạo gói tin kiểm thử .
Bƣớc 3: thiết lập cặp kênh truyền RX/TX gửi gói tin
Bƣớc 4: thiết lập cặp kênh truyền RX/TX biên nhận gói tin
Bƣớc 5: kiểm tra xem số byte nhận được =1và độ dài xâu
nhận –ACK_BYTE tắt đèn Blue bật đèn Green ,nếu ngược lại
bật đèn Red và quay lai bước 2
Bƣớc 6: hiển thị kết quả nhiệt độ đo được và tần số sóng lên
màn hình máy tính
23
CHƢƠNG IV: XÂY DỰNG THỬ NGHIỆM MẠNG CẢM NHẬN
KHÔNG DÂY KIẾN TRÚC CLUSTER
Sơ đồ khối và giải thuật:


,cung cấp cho chúng em những kiến thức giúp chúng
em hiểu rõ hơn các lĩnh vực đã nghiên cứu để hoàn
thành đề tài .
Xin cảm ơn các bạn bè và gia đình đã động viên cổ vũ,
đóng góp ý kiến, giúp em hoàn thành đề tài

Hải Phòng ngày 26 tháng 7 năm 2007

25