1

MỤC ĐÍCH CỦA ĐỀ TÀI
• Đề tài tìm hiểu và tổng quan được những nét lớn, cơ bản của mạng cảm nhận
không dây.Các ứng dụng cơ bản của mạng cảm nhận không dây cũng như các
mục tiêu thực hiện của mạng cảm nhận không dây.
• Tìm hiểu tình hình ứng dụng của mạng cảm nhận không dây trên thế giới và
trong nuớc ta. Đưa ra được những ưu điểm, nhược đ
iểm của mạng cảm nhận
không dây. Tìm hiểu nhưng ứng dụng của mạng cảm nhận không dây có thể
ứng dụng trng thực tiễn của nước ta . Xây dựng mô hình và đánh giá cho một
ứng dụng cụ thể trong lĩnh vực nuôi trồng thuỷ sản của mạng cảm nhận
không dây.

Với các nhận thức trên cùng với sự khuyến khích động viên, hướng dẫn
của Thầy giáo hướng dẫn và mong muốn được tìm hiểu, thử nghiệm ứng dụng
công nghệ mạng không dây em đã chọn đề tài “Xây dựng ứng dụng của mạng
cảm nhận không dây”
Đề tài gồm 2 chương như sau:
3
Chương 1: Giới thiệu về mạng cảm nhận không dây
Chương 2: Những ứng dụng của mạng cảm nhận không dây trên thế giới
Chương 3: Những ứng dụng của mạng cảm nhận không dây có thể ứng
dụng ở nước ta.
Chương 4: Thực nghiệm của mạng cảm nhận không dây
Em xin chân thành cảm ơn thầy giáo hướng dẫn Th.s Hòa Quang Dự đã
tận tình chỉ bảo, h
ướng dẫn và động viên em hoàn thành đề tài này. Em xin
chân thànhg cảm ơn các Thầy, Cô trong Trường Đại học Dân lập Hải Phòng
đã nhiệt tình dạy dỗ, truyền đạt kiến thức chuyên môn và tạo điều kiện thuận
lợi để em hoàn thành đề tài này.

Hải Phòng, tháng 4 năm 2007

Nguyễn Xuân Hùng

vài nút vì một số lí do không hoạt động , để mạng tiếp tục hoạ
t động nó phải
có khả năng tự cấu hình lại, Nghĩa là phải phát hiện ra các nút bị hỏng hoặc
định kỳ thực hiện cấu hình lại mạng.
5
- Việc mạng phải thực hiện cấu hình có thể do nhiều nguyên nhân khác
nhau như : càn phải thích ứng với sự thay đổi của môi trường, do khoảng cách
giữa các nút mạng bị thay đổi… Chính vì vậy việc cấu hình lại là việc cần
thiết để duy trì hoạt động của mạng.
- Để khắc phục điều này thì giải pháp tốt nhất đó là dùng kiến trúc bó
và khẳ năng tự cấu hình củ
a bó. Kiến trúc bó là kiến trúc mà các nút mạng
theo một tiêu chuẩn nào đó mà thành lập bó ( Vd các nút ở cạnh nhau có thể
được tạo thành một bó, trong mỗi bó thì có một nút đầu bó để nhận dữ liệu
gửi về từ các nút trong bó sau đó các nút đầu bó có thể gửi dữ liệu cho nhau
để chuyền về máy tính…)
1.2.2. Vấn đề tiết kiệm năng lượng
Nguồn năng lượng của các nút mạng cảm nhận không dây thường là
pin. Chính vì vậy mà ngu
ồn năng lượng này là có hạn dẫn đến việc tiết kiệm
năng lượng là yêu cầu cần thiết. Theo các nhà nghiên cứu thì mức điện tiêu
thụ trung bình của một nút mạng trong mạng cảm nhận không dây là trên dưới
50 MW
- Để đảm bảo các nút mạng có thể hoạt động được trong thời gian dài

lấy thông tin củ
a mạng, yêu cầu đặt ra là phải đảm bảo an toàn và bảo mật.
- Việc mã hóa thông tin để đảm bảo tính an toàn trong mạng, cần bảo đảm
cho bất kỳ người nhận được thông báo từ người gửi không bị sửa đổi thông
tin bên trong bằng bất kỳ cách nào.
- Các nút mạng trước khi truyền dữ liệu đi cần phải được mã hóa bằng các
thuật toán mã hóa như: mã hóa DES…
1.3. Các ứng dụng của WSN
Ngày nay với sự
phát triển của công nghệ cao, các mạng cảm nhận
không dây không ngừng được phát triển và được ứng dụng rất nhiều vào cuộc
sống. Các ứng dụng của mạng cảm nhận không dây mà chúng ta có thể thấy
rõ nhất như là:
- Điều khiển và giám sát công nghiệp.
- Nhà điều khiển tự động và điều khiển điện tiêu dùng tự động
- Thu thập thông tin trong An ninh và Quân đội
7
- Theo dõi tài sản và quản lý dây chuyền cung cấp
- Nông nghiệp và cảm nhận môi trường thông minh
- Theo dõi sức khỏe...
+ Thu thập thông tin trong An ninh và Quân đội
Việc sử dụng mạng cảm nhận không dây đầu tiên là được ứng
dụng trong quân đội. Các nút mạng cảm nhận có thể thay thế các lính gác
khi đó có thể đảm bảo an toàn cho họ. Mạng có thể sử dụng để kiểm soát

trong đời sống. Không những thế mà còn nghiên cứu để phát triển thêm mạng
này kết hợp với việc công nghệ điện tử ngày càng phát triển với giá thành
ngày càng thấp. Việc phát triển mạng cảm nhận không dây điược nghi lạ
i với
những mốc quan trọng nhu sau:
• Tương ứng với sự phát triên và mở rộng của hệ thống truyền thông
không dây sự phát triển cuả mạng cảm nhận không dây bắt đầu từ 1978 khi
DARPA tài trợ cho Sensor Nets Workshop trường đại học Mellon Pittsburgh,
Pennsylvania theo yêu cầu cảu hệ thống giám sát quân đội.
• Tiếp đó 1990 dự án SensIT. 1998 tiêu điểm về mạng không dây cho hệ
thống cảm biến quân đội phân tán tổ
ng số 29 dự án nghiên cứu 25 cơ quan
được cấp vốn dưới dự án này.
• 1993 Trường DDH California Los Angeles hợp tác với trung tâm
Rock well đã có một mạng tích hợp cảm biến không dây Wireless Intergate
Network Sensor (WINS) và được thương mại hóa thành công ty Sensonia –
California 1998.
• Jan M. Rabaey DDH California bắt đầu chương trình PicoRadio.
Dựa trên những nghiên cứu đó kể từ đây hàng loạt các nghiên cứu , dự án về
phát triển mạng cảm nhận không dây ra đời ;
• MAMPS là chương trình do Principal Investigator Anantha
Chandrakasan –viện công nghệ
Massachusetts tập trung vào sự phát triển
của một hệ thống đầy đủ mạng cảm biến không dây nhấn mạnh việc tiêt kiệm
năng lượng : và giao thức truyền thông cho magnj cảm biến này đó là phân
cấp xếp nhóm Adaptive năng lượng thấp LEACH.


1.4.2 Ở trong nước
10
Ở nước ta bài toán tự động hoá đang được đặt ra cho mọi lĩnh vực kinh
tế, quốc phòng...nhằm nâng cao hiệu quả công việc,tiến kịp trình độ chung
của khu vực và thế giới .
Trong lĩnh vực đo lường điều khiển tự động từ xa, việc ứng dụng công
nghệ mạng cảm nhận không dây để thu nhận dữ liệu, và điều khiển, tìm được
rất nhiều ứng dụng. Ví như đo các thông số môi trường dự báo thời tiết, cho
nuôi trồng thuỷ sản, dự báo cháy rừng, dự báo lũ trên các sông, …
Mới bắt đầu nghiên cứu và chưa có ứng dụng cụ thể nào .Do Những điều
kiện về vật chất, thiết bị, cũng như đây là một vấn đề rất mới đối với nước ta,
nên hiện dang fch
ỉ có một vài trung tâm khoa hoc công nghệ lớn dang quá
trình nghiên cứu: Trung tâm thông tin KH& CN quốc gia, Hội đồng khoa học
trường đại học công nghệ đại hoc Quốc Gia Hà Nội: Nghiên cứu về lý thuyết,
truyền thông giữa 2 nút, truyền thông tuyến tính đa bước để đo một số thông
số cơ bản: nhiệt độ, độ ẩm, quang...Nhận rõ sức mạng ứng dụng thực tế của
WSN , hi vọng trong tương lai gần WSN sẽ không ng
ừng được mở rộng
nghiên cứu,và ứng dụng rộng rãi trong nước.
1.5. Kiến trúc
1.5.1. Kiến trúc mạng
Do việc ứng dụng trong thực tế mà kiến trúc của mạng thường hay
dùng là dạng hình cây, dạng tuyến tính và Kiến trúc mạng dạng bó.

12

Hình 1.3: Kiến trúc mạng dạng hình cây
- Ưu điểm
+ Quy mô của mạng rộng
- Nhược điểm
+ Việc lập trình cho các nút mạng này là khó khăn ( do việc phân
bố cảu cà nút là rộng do vậy thì các nút cần phải thay nhau làm nút gốc của
nhánh để tiết kiếm năng lượng.
+ Số lượng nút là lớn và ở trên diện rộng do vậy việc kiểm soát
các nút mạng là khó khăn.
Trong trường hợp nếu muốn m
ở rộng mạng này theo chiều dày thì có
thể kết hợp cả kiến trúc mạng hình cây và kiến trúc mạng dạng tuyến tính.
Trong trường hợp này thì các nút cảm ứng không truyền dữ liệu trực tiếp về
nút gốc mà phải truyền qua các nút trung gian.
: Nút Gốc

: Nút cảm nhận

14
- Nhược điểm: Nếu nút đầu bó ngưng hoạt động thì các nút trong bó
cũng sẽ bị ngưng hoạt động trừ khi các nút có sử dụng giải thuật chọn lại nút
đầu bó. Việc lập trình cho kiến trúc dạng bó là hết sức phức tạp nhất là trong
trường hợp chọn lại nút đầu bó.
1.5.2. Kiến trúc một nút mạng ( nút mạng CC1010 )
Ứng dụng của mỗi nút mạng là thu thập thông tin dữ liệu, các thông tin
có thể là nhiệt độ, độ ẩm, ánh sáng, áp suất độ PH,…trong văn phòng, nhà
xưởng, hầm mỏ, viện bảo tàng, trong nông nghiệp, trong y tế, trong công
nghiệp, …WSN còn có khả năng theo dõi và cảnh báo mức độ an toàn môi
trường hoặc định vị sự di chuyển của các đối tượng trong phạm vi của nó
Hiện nay trên thị trường có nhiều loại vi điều khiển,có thể chia thành 3 họ vi
điều khiển chính như sau:
• Họ
vi điều khiển MSP430
• Họ vi điều khiển ATMEGA
• Họ vi điều khiển CC1010
Nhưng dựa trên các tiêu chí :
-Tiêu thụ năng lượng thấp
-Giá thành rẻ
-Tích hợp ADC có khả năng ghép nối với cảm biến
-Kích thước vật lý nhỏ
-Hỗ trợ lập trình các ngôn ngữ bậc cao,bậc trung,gỡ lỗi…
Vi điều khiển CC1010 được lựa chọn làm nút mạng vì đ
áp ứng được gần
như đầy đủ các tiêu chí 1 vi điều khiển của mạng cảm nhận không dây.
CC1010 được tích hợp nhiều các tính năng phục vụ cho các ứng dụng
không dây như bộ truyền - nhận vô vuyến, bộ biến đổi ADC, bộ nhớ lập trình
Flash, kích thước nhỏ, tiêu thụ năng lượng thấp... Vì vậy CC1010 chỉ cần đến

Nguồn cung cấp 2.7 - 3.6 V.
• Bộ thu phát sóng vô tuyến 300-1000MHz.
• Tiêu thụ dòng thấp (9.1 mA trong chế độ thu).
• Công suất phát có thể lập trình được (có thể lên tới +10dBm).
• Tốc độ thu phát dữ liệu lên tới 76.8 kbit/s.

16

Hình 1.5: cấu tạo của một nút mạng dùng CC1010 Hình 1.6: cấu tạo của một bảng mạch để kết nối giữa CC1010 với máy tính

17
CHƯƠNG 2 18
giúp nhữn người mất khả năng quan sát hay những người khiếm thị có thể
nhìn thấy với một mức độ cho phép.
Trong dây sử dụng các cảm biến thông minh được đặt vào mắt 100
cảm biến rất nhỏ. Chún tôi đã xây dựng được một hệ thồn bên ngoài để
thử võng mạc ( Hình 2.1 đã miêu tả được cấu tạo cơ bản của một mảng )
Cảm biến thông minh gồ
m có 2 thành phần: Một mạc tổ hợp
và một mảng các cảm biến. Mạch tổ hợp bao gồm một bộ chíp đa hợp.
với nhiều đường truyền thông tin giữa các chíp, dòn kện, dữ liệu được
truyền giữa nhau trên tầm số 40 KHz, với những sữ chuyển đổi và những
mạch chíp để hỗ trợ 10x10 lưới liên kết. Mạch có 2 khă năng truyền và
nhận dữ
liệu. Mạch được chế tạo bằng nhôm trên bề mặt được gắn các
cảm biến. Ở đây đã sử dụng song một kỹ thuật gọi là kỹ thuật liên kết
dính, đặt một chất dính lên chíp cho phép những cảm biến được gắn chặt
với chíp. Với mỗi cảm biến dược định vị trên một bề mặt đầu dò. Bên trên
bề mặt trừ nh
ữn vùng đầu dõ được phủ lên một chất hoat tính sinh học.
Các cảm biến tạo lên 10x10 mảng điện cực. Khoảng các giữa các cảm
biến là 70 micrômet. Các cảm biến một đầu là hình chữ nhật và một đầu
là hình thoi với kết thúc là một điểm để cho phép sự tiếp súc giữa mạng
cảm biến và võng mã không xẩy ra được việ bị dục võng mạc.

những tín hiệu bởi hạch và khác nằm ở dưới những cấu trúc vải mỏng và
sự đáp lại được mang qua thần kinh thị giác tới não.
Sự truyền Tín hiệu từ những cảm biến thông minh ghi khắc trong
mắt những hình ảnh đồng dạng với hướng ngược. Kết quả thần kinh nhận
những tín hiệu từ những kích thích được nhặt lên bởi cảm biế
n ,tín hiệu và
cường độ tương đối có thể được truyền ra khỏi cảm biến thông minh. Dần
dần. mảng cảm biến sẽ được sử dụng cho cả sự tiếp nhận lẫn sự truyền ở
một sự phản hồi hệ thống và kinh niên cấy bên trong mắt. Dù mảng cảm
biến và điện tử có liên hệ đã được phát triển, thách thức tại
điểm này là
kết nối mạng không dây của cảm biến này với một bộ phận xử lý ngoài để
xử lý những tín hiệu phức tạp để gửi tới mảng.
Từ những lý do để cho thông tin phát ra khỏi võng mạc có lẽ ít hiển
nhiên hơn. Mục đích của điều đảo ngược luồng dữ liệu sẽ xác định ánh xạ
giữa những ảnh đầu vào và tín hi
ệu thần kinh kết quả mà cho phép chúng
ta nhìn thấy hình. Hiện thời, ánh xạ thực tế từ đầu vào ảnh đến não thì
chưa được hiểu cẩn thận.

Hình 2.2: Định vị của Cảm biến thông minh bên trong Mắt

21
Những cảm biến với một hệ thống xử lý ngoài là một khía cạnh cơ sở

bởi những yêu cầu này. Trong mệnh lệnh để đạt được khi hình dung chức
năng, thông tin hai chiều sẽ được cần giữa một máy tính ngoài và xác định
22
phải chăng ảnh mong muốn được " nhìn thấy " bằng cách cấy vào nhữn cảm
biến trong vỏ não xẽ cho chúng ta thấy được bệnh nhân đã thấy nhữ gì.
'Chúng tôi cũng cần thông tin hai chiều với mô cấy thuộc võng mạc sao cho
Chúng tôi có thể xác định mà những cảm biến trong võng mạc là sự vận dụng
như được chờ đợi. Không kể đầu vào từ camêra, chúng tôi cũng cần khả năng
cung cấp
đầu vào trực tiếp tới mô cấy võng mạc để xác định nếu bệnh nhân
nhìn thấy cái gì được chờ đợi từ mẫu đầu vào đó. Kế hoạch sẽ dùng tới một
mảng 25 x 25 cảm biến khôn khéo trên một chíp đơn cho sự cấy ghép võng
mạc con người. Như sự khảo sát tiến triển, nhiều những chíp này sẽ được
chèn cho một hệ thống cuối cùng 1000 x 1000 mảng cảm biến ( 40 x 40
m
ảng của những chíp, nơi mỗi chíp có một 25 x 25 mảng cảm biến).Tạo
một đoạn xấp xỉ 200 250 ms. Bởi vậy, sự xử lý sẽ được thực hiện định kỳ
xử lý vào một vòng là 200- 250 ms. Từ đây, dữ liệu sẽ đưựơc truyền bốn
hay năm lần trên giây.

Hinh 2.3: những bước xử lý dự án phục hình võng mạc
Sau khi xem xét tất cả các nhân tố , thì ứng dụ
ng của chúng tôi có thể
được triển khai trong thực tế, bằng việc dùng những cảm biến đủ nhỏ với việc

mức Glucoza và truyền những kết quả tới một màn hình hiển thị.Các cảm
biến được làm rất nhỏ rùi đưa vào mạch máu của con người nó sẽ đo được
nồng độ Glucoza chính sác hơn và đểu đặn hơn.
2.2.3 Dò tìm ung thư
Ung thư là một trong nhữ nguyên nhân dẫn đến cái ch
ết trong Chúng
ta, với 563,100 người tử vong do ung thư được báo cáo vào 1999. Hiện thời
9 triệu người đã chẩn đoán có thể ung thư, với 1, 221, 800 trường hợp mới
được chẩn đoán vào 1999. Mà hiện tại việc chữa trị bệnh ung thư khi đã tái
phát là rất khó mà gần như là không thể. Chính vì vậy việc phát hiện sớm
là chìa khóa để cứu sống những người bị ung. Những cảm biến thông minh
Không dây có thể
đóng góp một vai trò chìa khóa trong sự dò tìm sớm đó.
24
Những sự nghiên cứu đã hiện ra mà những tế bào ung thư có ảnh hưởng
đến luồng máu trong vùng bị bao vây một khối u . Một cảm biến với khả
năng để phát hiện ra những sự thay đổi này trong luồng máu có thể được
đặt trong những vị trí khả nghi. Cách này là một cách đặc biệt hữu ích cho
những người người mà có một lịch sử gia đình có nhiều ngừoi bị ung thư,
tiề
m ẩn ung thư cao. Nghiên cứu đang cũng được chỉ đạo trên việc đặt
những cảm biến trên một cái kim, Khi đó công việc của nhữ thầy thuốc khi
chữa bệnh sẽ đơn giản hơn và khả năng cứu chữa cao hơn. Những cảm biến
được dùng trong thiết bị này có khả năng để phân biệt giữa nhữn tế bào

được ở nước ta
3.1. Trong nông nghiệp
Do nước ta là nước đang phát triển với nền nông nghiệp lớn. Số lượ
ng
các trang trại của nước ta nhiều do đó việc theo dõi là rất tốn nhân công.
Trong khi đó việc đầu tư để phát triển một mạng cảm nhận không dây không
phải là cao. Mạng có thể được dùng để đo dộ ảm ở từng khu vực trong trang
trại, hay lượng mưa ở những khu vực khác nhau

Hình 3.1 : Ứng dụng của mạng cảm nhận không dây sử dụng trong nông
nghiệp
Các nút mạng được b
ố trí tại các cánh đồng khác nhau để thu thập các
thông tin về môi trường sau đó chuyển dữ liệu về co người sử dụng. Người sử
dụng khi có các thông tin về môi trường ở từng khu vực khác nhau sẽ đưa ra