câu 1:

khái niệm mạng cảm biến không dây

Mạng cảm biến không dây (wireless sensor network) là một kết cấu hạ tầng bao gồm các
thành phần cảm nhận, tính toán và truyền thông nhằm cung cấp cho người quản trị khả năng
đo đạc, quan sát và tác động lại với các sự kiện hiện tượng trong môi trường xác định.
Một mạng cảm biến không dây bao gồm nhiều nút mạng. các nút mạng thường là các
thiết bị đơn giản, nhỏ gọn, giá thành thấp, có số lượng lớn và thường được phân bố trên diện
tích rộng, sử dụng nguồn năng lượng hạn chế nên có thời gian sống của mỗi nút là ngắn, có
thể là vài tháng đến năm và nó có thể hoạt động trong môi trường khắc nghiệt, độc hại.
Các nút cảm biến thường phân bố rải rác trong các môi trường và kết nối tới nút gốc
( còn gọi là nút Sink/Gateway).
Các nút mạng cảm biến vừa có khả năng thu thập dữ liệu môi trường vừa có thể làm bộ
định tuyến dữ liệu. ( nói them và vẽ hình).

câu 2:

những thách thức đối với mạng cảm biến không dây

a) Thách thức cấp độ nút.
công suất tiêu thụ, kích thước vật lý, giá thành nguyên vật liệu, môi trường tài nguyên
hạn chế(bộ nhớ), khả năng xử lý vi điều khển hạn chế… là những thách thức cấp độ nút cần
phải giải quyết hợp lý.
Công suất tiêu thụ là một yếu tố quan trọng đối với các nút mạng cảm biến không dây bởi
vì chúng thường sử dụng nguồn năng lượng là pin hoặc một nguồn năng lượng thấp bên
ngoài. Kích thước vật lý cũng rất quan trọng bởi vì các yếu tố kích thước và hình thức quyết
định đến các ứng dụng tiềm năng cho mạng cảm biến không dây, các nút mạng cảm biến
không dây phải có kích thước nhỏ gọn. Giá thành cũng quan trọng đối với các nút mạng
cảm biến không dây bởi vì mạng cảm biến không dây thường được triển khai với quy mô
lớn. Với việc triển khai hàng ngàn các nút mạng cảm biến thì việc tiết kiệm giá thành cho

nguy cơ mất mát bản tin là thấp nhất.
Tổn hao là một thuộc tính khó xác định, đặc biệt là trong các mạng không dây. Tổn hao
bị ảnh hưởng bởi các yếu tố môi trường như nhiệt độ và độ ẩm của không khí cũng như môi
trường vật lý xung quanh của các mạng cảm biến không dây.
Tính chất quy mô lớn của các mạng cảm biến không dây làm phức tạp thêm việc định địa
chỉ các nút. Trong một mạng quy mô lớn, mỗi nút phải có địa chỉ riêng để các bản tin có thể
được gửi tới nó. Các địa chỉ can có độ dài đủ lớn sao cho mỗi nút trong các mạng quy mô
lớn phải có một địa chỉ riêng biệt.
Việc quản lý mạng đối với mạng cảm biến không dây quy mô lớn là một thách thức vô
cùng khó khăn. Với mạng cảm biến không dây có thể bao gồm hàng ngàn nút thì việc thực
hiện quản lý mạng theo cách truyền thống không thể áp dụng ngay được. Quản lý theo cách
truyền thống đòi hỏi sự điều chỉnh cơ sở hạ tang mạng thủ công bởi một quản trị viên hệ
thống.
Một mạng cảm biến không dây cũng phải cung cấp các cơ chế truy cập từ bên ngoài. Có
những trường hợp mà một mạng cảm biến không dây được sử dụng cô lập, nhưng thông
thường các dữ liệu tạo ra bởi các mạng cảm biến không dây can phải được lấy ra để xử lý
hoặc được lưu trữ ở một nơi khác.
c) sự chuẩn hóa
Tiêu chuẩn là một yếu tố then chốt đối với chất lượng đến sự thành công của sản phẩm
cảm biến không dây.
Các công nghệ sản xuất khác nhau có những tiêu chuẩn khác nhau.
Nếu không có sự chuẩn hóa thì các nhà sản xuất thiết bị và các nhà tích hợp hệ thống cần
phải xây dựng toàn bộ hệ thống đối với mọi hệ thống mới được cài đặt. Ngoài ra, nhà sản xuất
và nhà tích hợp sẽ sử dụng một công nghệ độc quyền từ một nhà cung cấp riêng lẻ.
Định dạng bản tin phải thống nhất giữa các nút, có cộng tác tương thích với nhau và tuân
theo điều khoản mỗi bên.

2



lý nhỏ trên đó chạy các chương trình phần mềm của nút cảm biến và được kết nối với bộ thu
phát vô tuyến và các cảm biến. Vi điều khiển là một bộ vi xử lý có bộ nhớ trong, bộ định
thời và phần cứng để kết nối với các thiết bị bên ngoài như các cảm biến và bộ thu phát vô
tuyến.
Do hạn chế ve giá thành và năng lượng nên các vi điều khiển được sử dụng trong các nút
cảm biến đơn giản hơn nhiều so các bộ vi xử lý được sử dụng trong các máy tính cá nhân.
Thông thường, một bộ vi điều khiển sử dụng trong nút cảm biến có vài KB bộ nhớ của chip
và hoạt động ở tốc độ xung nhịp một vài MHz.
3


Vi điều khiến có hai loại bộ nhớ: Bộ nhớ chỉ đọc (ROM) và bộ nhớ truy nhập ngẫu nhiên
(RAM). ROM được sử dụng để lưu trữ mã chương trình phan mềm còn RAM được sử dụng
cho các dữ liệu tạm thời của chương trình phan mềm.

câu 4:

Giải pháp thiết kế phần cứng TUmote cho mạng cảm biến

Modun TUmote có hai tham số đo nhiệt độ và độ ẩm của môi trường. sử dụng modun CC
2420EM, bộ vi điều khiển MSP430, bộ nhớ ngoài, kết nối mở rộng,có cổng giao tiếp USB,
và nguồn cung cấp là sử dụng nguồn pin hoắc lấy nguồn từ máy tính qua cổng USB.

Vi điều khiển MSP430
Đây là bộ vi điều khiển rất tiết kiệm năng lượng của hãng Texas Instruments. Bộ vi điều
khiển MSP430 F1611 có 10KB bộ nhớ RAM, 48KB bộ nhớ Flash. Bộ vi điều khiển
MSP430 F1611 được thiết kế cho những ứng dụng tiêu thụ năng lượng thấp và sử dụng
được ở nhiều chế độ hoạt động khác nhau. TUmote có thể tương thích dễ dàng với các hệ
điều hành phổ biến hiện nay như TinyOS, Contiki. Việc cài đặt hệ điều hành trên phan cứng
TUmote sẽ cho phép lập trình phan mềm ứng dụng được thuận tiện và các tài nguyên phan

TUmote truyền thông với máy tính thông qua USART1 trên vi điều khiển MSP430. Việc lập
trình cho TUmote có thể thông qua giao tiếp USB hoặc JTAG.
Nguồn cung cấp
Sử dụng hai pin AA có điện áp một chiều nằm trong dải từ 2,7V đến 3,6V. Nguồn nuôi
cũng có thể lấy trực tiếp từ máy tính khi nút cảm biến được kết nối với máy tính.

câu 5:

Công cụ phần mềm điều khiển thu thập dữ liệu TU2C

Công cụ phan mềm TU2C (Thainguyen University Control and Collection) bao gồm hai
thành phan chính đó là: Phan điều khiển và phan thu thập dữ liệu. Công cụ phan mềm TU2C
cho phép người dùng thực hiện một số chức năng sau:
Cấu hình mạng: Thông qua giao diện phan mềm TU2C, người dùng có thể cấu hình các
tham số mạng như số lan truyền lại gói tin, tan suất gửi gói tin.
Lập trình cho nút cảm bien: Công cụ phan mềm TU2C cho phép phát hiện tự động các
nút đang được kết nối với máy tính cũng như cho phép người dùng kết nối hoặc ngắt kết nối
giữa các nút cảm biến với máy tính. Chương trình ứng dụng trên nút cảm biến có thể được
biên dịch và nạp cho các nút cảm biến thông qua giao diện phan mềm TU2C.
Điều khien các nút cảm bien: Người dùng có thể gửi các lệnh điều khiển đến các nút m
ạng trong trường cảm biến như thiết lập nút Sink, gửi lệnh bắt đau thu thập dữ liệu, dừng
thu thập dữ liệu...
Lựa chọn các số liệu thống kê và vẽ biểu đồ: Dữ liệu nhiệt độ, độ ẩm môi trường và các
thông số mạng như công suất tiêu thụ trung bình của các nút mạng, số lan truyền kỳ vọng
ETX, số gói tin nhân được, số gói tin bị mất... sẽ được gửi ve máy tính và được lưu trữ trong
cơ sở dữ liệu. Người dùng có thể lựa chọn để quan sát các đồ thị, các số liệu thống kê ve
mạng.

Chương 3: hệ điều hành cho mạng cảm biến không dây



Hệ điều hành Contiki là một mã nguồn mở được lập trình bằng ngôn ngữ C và có những
đặc điểm phù hợp với các hệ thống nhúng và mạng cảm biến không dây:
• Contiki được chia thành nhieu module hoạt động độc lập. Nhờ đó các ứng dụng có thể
sử dụng các module một cách linh động và chỉ nạp những module can thiết.
• Cơ chế hoạt động điều khiển sự kiện làm giảm năng lượng tiêu hao và hạn chế dung
lượng bộ nhớ can sử dụng.
• Có thể sử dụng IP trong mạng cảm biến thông qua ulP stack được xây dựng dựa trên
nền TCP/IP.
• Có những module cho phép ước lượng và quản lý năng lượng một cách hiệu quả.
• Có ngăn xếp truyền thông RIME phục vụ các giao thức dành cho mạng năng lượng
thấp một cách hiệu quả.
• Có hỗ trợ mô phỏng giả lập các thiết bị thực tế, dễ sử dụng và hỗ trợ tốt những thiết bị
trong thực tế, phục vụ những mục đích nghiên cứu, mô phỏng và triển khai những giao
thức mới.

6


Contiki cung cấp các ứng dụng trên nen IP gồm cả IPv4 và IPv6 thông qua 2 ngăn xếp
truyền thông: uIP và Rime. Các ứng dụng có thể hoạt động trên một trong hai giao thức uIP
hoặc Rime, hoặc đồng thời trên cả hai giao thức. Bên cạnh đó, các ứng dụng uIP có thể hoạt
động dựa trên Rime và ngược lại, các ứng dụng trên nen Rime cũng có thể hoạt động dựa
trên nen uIP Ngăn xếp truyền thông trong hệ điều hành Contiki.

Sơ đồ hoath động ứng dụng trong contiki

câu 8:

Ngăn xếp truyền thông uIP

•
•

Phân chia thành nhiều mô đun khá đơn giản với kích thước nhỏ.
Xây dựng nhiều mô đun giao tiếp đơn giản:
broadcast, unicast single hop.
Định tuyến multihop: mesh, collect.
Các chức năng phức tạp được thực hiện qua các phân lớp đơn giản.
Sử dụng các hàm callback để thực hiện các hàm xử lý khi nhân được gói tin, bộ định
thời hết hạn, kết nối lỗi...
• Ket nối phải được khởi tạo trước khi sử dụng.
• Sử dụng một bộ đệm gói cho tất cả các gói đến và gửi đi (hình 3.10). Khi gửi gói, các
ứng dụng lưu gói vào bộ nhớ đệm và gọi các hàm xử lý liên quan để gửi gói đi. Khi
nhân được một gói, gói nhân được được lưu trong bộ đệm gói, đồng thời ngăn xếp
RIME gọi các hàm callback tương ứng để xử lý gói đau vào.

câu 10: Các thước đo định tuyến trong mạng cảm biến không dây, thách
thức với vấn đề định tuyến
Thước độ định tuyến
Các thước đo định tuyến tuyến là thành phần quan trọng của chiến lược định tuyến và đã
được nghiên cứu trong nhiều năm qua. Các thước đo liên kết có thể phản ánh được băng
8


thông của liên kết, độ trễ hoặc có thể là sự kết hợp của một vài thước đo khác nhau. Giao
thức định tuyến sẽ tính toán đường đi ngan nhất dựa trên các thước đo này. Một số thước đo
định tuyến có thể được sử dụng trong mạng cảm biến không dây như:
• Độ tin cậy của lien kết: phản ánh độ tin cậy cho các lien kết có thể tổn hao cũng
như những liên kết công suất thấp được phản ánh qua các phép tính nghiên cứu
khác nhau. Thường sử dụng nhất là số lần truyền kỳ vọng ETX.

nút có khả năng tính toán tốt hơn thì có thể chọn làm nút gốc, còn lại làm nút thu
thập dữ liệu. việc phát sinh dữ liệu làm các nút trở nên tốn năng lượng hơn.
• Sự triển khai các nút mạng: phụ thuộc vào ứng dụng của thể của mạng cảm biến
không dây, quá trính triển khai của các nút mạng có thể là ngẫu nhiên hoặc đặt thủ
công, việc triển khai trong môi trường độc hại thì có thể phân bố ngẫu nhiên.
Trường hợp phân bố rộng và mạng lớn thì có thể phân cấp.
9


• Khả năng chịu lỗi: các thuật toán định tuyến cần phải thiết lập những tuyến
đường dự phòng hoặc xây dựng tuyến đường khác trong truowngfhowpj nút bị lỗi.
• Phạm vi truyền thông: theo chuẩn 802.15.4. Các nút cảm biến có thể thay đổi
công suất phát để tăng phạm vi truyền nhưng cùng với đó là sự tiêu hao nhiều ve
nguồn năng lượng. Việc gửi các bản tin với công suất phát hạn chế, qua một
khoảng cách ngan có thể kéo dài thời gian tồn tại của một nút mạng nhưng cũng
làm tăng trễ truyền bản tin. Ngược lại, khi phạm vi truyền thông được mở rộng thì
tổng năng lượng được sử dụng cho việc xử lý các bản tin tại các nút trung gian sẽ
giảm nhưng nhiễu trong mạng cũng có thể xuất hiện nhiều hơn.
• Chất lượng dịch vụ QoS: đặc trưng cho các yêu cầu dịch vụ can được đáp ứng
khi vân chuyển một luồng bản tin từ nguồn đến đích. Tuy nhiên, những yêu cầu
ràng buộc ve chất lượng dịch vụ trong các ứng dụng mạng cảm biến không dây có
thể rất khác so với các mạng truyền thống.
• Vấn đề di động: có thể gặp phải trong một số ứng dụng của mạng cảm biến không
dây. Các nút cảm biến có thể cố định hoặc di động do đó việc định tuyến các bản
tin trở nên phức tạp hơn. Ngoài ra, trong một số trường hợp các nút gốc có thể di
chuyển và điều này cũng can phải tính đến khi thiết kế các mô hình định tuyến.

câu 11: Định tuyến dựa trên sự phân cụm? Vd?
Một số giao thức được thiết kế dựa trên cách tiếp cân phân cụm như: LEACH (Low
Energy Adaptive Clustering Hierarchy), PEGASIS (Power-Efficient Gathering in Sensor