Ket-noi.com diễn đàn công nghệ, giáo dục

KHOA CÔNG NGHỆ THÔNG TIN - ĐHTN
BỘ MÔN CÔNG NGHỆ ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG

BÁO CÁO BÀI TẬP LỚN
MÔN: THIẾT KẾ VI ĐIỀU KHIỂN

Đề bài:
TÌM HIỂU MẠNG CẢM BIẾN KHÔNG DÂY
VÀ XÂY DỰNG MÔ HÌNH ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ ĐIỆN
QUA MẠNG CẢM BIẾN KHÔNG DÂY

Giáo viên hướng dẫn:
Sinh viên thực hiện:

KS Phạm Quốc Thịnh
Nguyễn Thế Dũng
Thân Quang Linh

Thái Nguyên, tháng 11 năm 2009

1


Ket-noi.com diễn đàn công nghệ, giáo dục

Mục lục
Trang

Lời nói đầu


3
3
4
4
4
4
5
6
8
9
9
10
16
19
18
18
19
20
21
21
22
25
25
27
32
35
36
39
41

MẠNG CẢM BIẾN KHÔNG DÂY
(WIRELESS SENSOR NETWORKS - WSNs)

1 - ĐẶT VẤN ĐỀ:

Trong những năm gần đây với sự phát triển mạnh mẽ của công nghệ
linh kiện điện tử và công nghệ thông tin đã tạo ra những sự thay đổi to lớn
trong cuộc sống. Mô hình mạng cảm biến không dây ra đời dựa trên cơ sở
ứng dụng những thành tựu của Công nghệ truyền thông không dây. Nó ra
đời nhằm thỏa mãn nhiều yêu cầu trong thực tế và được ứng dụng rộng rãi.
Cá c ứ ng dụ ng tiề m năng củ a mạ n g cả m biế n không dây hiệ n nay như phán
đoán quân sự, bảo vệ an ninh, điều khiển và giám sát giao thông, kỹ thuật
tự động trong sản xuất công nông nghiệp, điều khiển quy trình, quản lý
kiểm kê, cảm nhận môi trường, giám sát sinh thái, giám sát kết cấu công
trình xây dựng. Hiện nay tại Việt Nam cũng đang có những ứng dụng
mạng cảm biến không dây như: Hệ thống chiếu sáng, độ ẩm, phòng cháy,
hệ thống điều hòa nhiệt độ... nhìn chung đây vẫn còn là một công nghệ
rất mẻ ở Việt Nam.
2 - TỔNG QUAN VỀ MẠNG CẢM BIẾN KHÔNG DÂY - WSNs:

2.1. Khái niệm:
Mạng cảm biến không dây (WSNs) có thể hiểu đơn giản là mạng
liên kết các node với nhau bằng kết nối sóng vô tuyến (RF connection)
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 (non-topology) trên một diện tích rộng (phạm vi hoạt động rộng),
sử dụng nguồn năng lượng hạn chế (pin), có thời gian hoạt động lâu dài
(vài tháng đến vài năm) và có thể hoạt động trong môi trường khắc
nghiệt (chất độc, ô nhiễm, nhiệt độ ...).
Đặc điểm của mạng cảm nhận không dây là vừa có chức năng

5


Ket-noi.com diễn đàn công nghệ, giáo dục

Các đơn vị cảm biến (sensing units) bao gồm cảm biến và bộ chuyển đổi
tương tự-số. Dựa trên những hiện tượng quan sát được, tín hiệu tương tự tạo ra
bởi sensor được chuyển sang tín hiệu số bằng bộ ADC, sau đó được đưa vào bộ
xử lý.
Đơn vị xử lý thường được kết hợp với bộ lưu trữ nhỏ (storage unit),
quyết định các thủ tục làm cho các nút kết hợp với nhau để thực hiện các
nhiệm vụ định sẵn. Phần thu phát vô tuyến kết nối các nút vào mạng.
Một trong số các phần quan trọng nhất của một nút mạng cảm biến là bộ
nguồn. Các bộ nguồn thường được hỗ trợ bởi các bộ phận lọc như là tế bào
năng lượng mặt trời. Ngoài ra cũng có những thành phần phụ khác phụ thuộc
vào từng ứng dụng. Hầu hết các kĩ thuật định tuyến và các nhiệm vụ cảm biến
của mạng đều yêu cầu có độ chính xác cao về vị trí. Các bộ phận di động đôi
lúc cần phải dịch chuyển các nút cảm biến khi cần thiết để thực hiện các nhiệm
vụ đã ấn định. Tất cả những thành phần này cần phải phù hợp với kích cỡ từng
module. Ngoài kích cỡ ra các nút cảm biến còn một số ràng buộc nghiêm ngặt
khác, như là phải tiêu thụ rất ít năng lượng, hoạt động ở mật độ cao, có giá
thành thấp, có thể tự hoạt động, và thích biến với sự biến đổi của môi trường.
2.3. Đặc điểm của mạng cảm biến không dây - WSNs:
Như trên ta đã biết đặc điểm của mạng cảm biến là bao gồm một số
lượng lớn các nút cảm biến, các nút cảm biến có giới hạn và ràng buộc về tài
nguyên đặc biệt là năng lượng rất khắt khe. Do đó, cấu trúc mạng mới có đặc
điểm rất khác với các mạng truyền thống. Sau đây ta sẽ phân tích một số đặc
điểm nổi bật trong mạng cảm biến như sau:
+ Khả năng chịu lỗi (fault tolerance): Một số các nút cảm biến có thể
không hoạt động nữa do thiếu năng lượng, do những hư hỏng vật lý hoặc do ảnh

hoạt động thống nhất của những mạng này, các phương tiện truyền dẫn phải được
chọn phải phù hợp trên toàn thế giới. Hiện tại nhiều phần cứng của các nút cảm
biến dựa vào thiết kế mạch RF. Những thiết bị cảm biến năng lượng thấp dùng bộ
thu phát vô tuyến 1 kênh RF hoạt động ở tần số 916MHz.
Một cách khác mà các nút trong mạng giao tiếp với nhau là bằng hồng
ngoại. Thiết kế máy thu phát vô tuyến dùng hồng ngoại thì giá thành rẻ và dễ
dàng hơn. Cả hai loại hồng ngoại và quang đều yêu cầu bộ phát và thu nằm trong
phạm vi nhìn thấy, tức là có thể truyền ánh sáng cho nhau được.
+ Cấu hình mạng cảm biến (network topology): Trong mạng cảm biến,
mật độ các nút có thể lên tới 20 nút/m3. Do số lượng các nút cảm biến rất lớn nên
cần phải thiết lâp một cấu hình ổn định.
+ Sự tiêu thụ năng lượng (power consumption): Các nút cảm biến không
dây, có thể coi là một thiết bị vi điện tử chỉ có thể được trang bị nguồn năng
lượng giới hạn (

8


Ket-noi.com diễn đàn công nghệ, giáo dục

+ Lớp vật lý: Có nhiệm vụ lựa chọn tần số, tạo ra tần số sóng mang, phát
hiện tín hiệu, điều chế và mã hóa tín hiệu. Băng tần ISM 915 MHZ được sử dụng
rộng rãi trong mạng cảm biến.
+ Lớp liên kết dữ liệu: Lớp này có nhiệm vụ ghép các luồng dữ liệu, phát
hiện các khung (frame) dữ liệu, cách truy nhập đường truyền và điều khiển lỗi. Vì
môi trường có tạp âm và các nút cảm biến có thể di động, giao thức điều khiển
truy nhập môi trường (MAC) phải xét đến vấn đề công suất và phải có khả năng
tối thiểu hoá việc va chạm với thông tin quảng bá của các nút lân cận.
+ Lớp mạng: Lớp mạng của mạng cảm biến được thiết kế tuân theo nguyên
tắc:
 Hiệu quả năng lượng luôn luôn được coi là vấn đề quan trọng
 Mạng cảm biến chủ yếu là tập trung dữ liệu
 Tích hợp dữ liệu chỉ được sử dụng khi nó không cản trở sự cộng
tác có hiệu quả của các nút cảm biến.
+ Lớp truyền tải: Chỉ cần thiết khi hệ thống có kế hoạch được truy cập
thông qua mạng Internet hoặc các mạng bên ngoài khác.
+ Lớp ứng dụng: Tuỳ theo nhiệm vụ cảm biến, các loại phần mềm ứng
dụng khác nhau có thể được xây dựng và sử dụng ở lớp ứng dụng.
3- MỘT SỐ VẤN ĐỀ VỀ WSNs:

3.1. Định tuyến trong WSNs:
Định tuyến trong WSNs rất khó khăn do các đặc tính riêng phân
biệt những mạng này với các mạng không dây khác như các mạng ad-hoc
hoặc các mạng tế bào.

Một giao thức định tuyến được coi là thích ứng nếu các tham số của
hệ thống có thể điều khiển được để thích ứng với các trạng thái mạng hiện
tại và các mức năng lượng của nó. Những giao thức này cũng có thể được
chia thành các giao thức định tuyến đa đường, yêu cầu, hỏi/đáp, liên kết
hoặc dựa vào QoS tuỳ theo cơ chế hoạt động của giao thức. Ngoài ra, các
giao thức định tuyến có thể được chia thành ba loại là chủ động, tương tác
hoặc lai ghép tuỳ thuộc vào cách thức mà từ nguồn tìm đường tới đích.
Trong các giao thức chủ động, tất cả các đường được tính toán trước khi có
yêu cầu, trong khi đối với các giao thức tương tác thì các đường được tính
toán theo yêu cầu. Các giao thức lai ghép kết hợp cả hai quy tắc ở trên. Khi
các nút cảm biến cố định, nó thích hợp với các giao thức định tuyến theo
bảng hơn là với các giao thức tương tác. Một lượng công suất đáng kể được
sử dụng để định tuyến và thiết lập các giao thức tương tác. Một số giao thức
khác dựa vào định thời và thông tin vị trí. Để khái quát, có thể sử dụng phân
loại theo cấu trúc mạng và cơ chế hoạt động của giao thức (định tuyến tiêu
chuẩn) như sau:

Hình 1.4 – Giao thức định tuyến trong WSNs dựa theo phân loại tiêu chuẩn

3.2. Tối ưu năng lượng trong WSNs:
3.2.1. Vấn đề năng lượng trong WSNs:
Năng lượng trong mạng cảm biến không dây thường bị lãng phí do:
- Truyền bị xung đột phải truyền lại
10


Ket-noi.com diễn đàn công nghệ, giáo dục

- Listening lâu sẽ gây lãng phí (Chỉ nghe khi cần sẽ tiết kiệm hơn)
- Điều khiển việc nhận và gửi message

mà sao cho tổng năng lượng tiêu tốn (multi-hop) là thấp nhất hoặc tỉ lệ giữa
lượng data truyền và năng lượng tiêu thụ là cao nhất... Ngoài ra một node có
thể chuyển sang chế độ sleep để tiết kiệm năng lượng, sau đó wake-up để
nhận và gửi thông tin đi.
+ Ngoài ra năng lượng còn tiêu tốn nếu node phải thực hiện nhiều
computation. Thông tin có thể được xử lý trước khi gửi đi để giảm lượng
11


Ket-noi.com diễn đàn công nghệ, giáo dục

thông tin "sống" (đôi khi chiếm nhiều dung lượng). Ngoài ra computation
này cũng không nên tập trung ở một số node đặc biệt vì như thế nhưng node
này sẽ nhanh chóng hết năng lượng.
3.2.2. Giải pháp tiết kiếm năng lượng tại phần cứng:
- Tăng công suất nguồn nuôi: Liên quan đến công nghệ làm nguồn,
điển hình là pin (pin nội pin ngoại), năng lượng tự nhiên...
- Giảm tiêu hao hệ thống: Thiết kế phần cứng hiệu quả, làm giảm
tiêu hao năng lượng đối với một đối tượng nào đó.
3.2.3. Giải pháp tiết kiệm năng lượng bằng phương thức truyền tin:
Đối với WSNs thì năng lượng là vấn đề quan trọng bậc nhất, mà đối
với mỗi nút sensor vấn đề tiêu tốn năng lượng lại chủ yếu dùng vào việc sử
dụng bộ truyền sóng RF. Vì vậy cơ chế quản lý điều khiển bộ thu phá t RF vô
cùng quan trọng. Nếu không cần thiết, nút mạ ng có thể đi vào trạng thái
Sleep để tiết kiệm năng lượng. Nhưng khi truyền bị xung đột, dữ liệu truyền
bị mất, quá trình truyền thất bại, năng lượng tiêu tốn không nhỏ . Để quá
trình này hiệu quả và tiết kiệm năng lượng nhất, WSNs sử dụng hai phương
pháp truy cập kênh trong mạng báo hiệu và không báo hiệu.
* Trong mạng không báo hiệu: Cơ chế truy nhập kênh CSMA-CA
(Carrier Sense Multiple Access-Collision Avoidance - Phương pháp

cách sử dụng khối thời gian backoff bằng với thời gian của tham số
aUnitBackoffPeriod. Trong thuật toán truy nhập kênh CSMA-CA gán khe
thời gian, biên của khoảng thời gian backoff của mỗi thiết bị trong mạng
PAN được sắp thẳng hàng với biên của khe siêu khung của thiết bị điều
phối mạng PAN. Trong thuật tóan này, mỗi lần thiết bị muốn truyền dữ liệu
trong CAP thì nó phải xác định biên thời gian backoff kế tiếp. Trong thuật
toán CSMA-CA không gán khe thời gian thì khoảng thời gian backoff của
một thiết bị trong mạng không cần phải đồng bộ với khoảng thời gian
backoff của thiết bị khác.
Mỗi thiết bị chứa 3 biến số: NB, BW, BE. Trong đó NB là số lần mà
thuật toán này bị yêu cầu rút lại trong khi đang cố gắng truyền. Giá trị ban
đầu của nó là 0 trước khi truyền. Biến CW là độ dài cửa sổ tranh chấp, nó
cho biết khoảng thời gian cần thiết để làm sạch kênh truyền trước khi phát,
giá trị ban đầu của nó là 2 trước khi cố gắng phát và quay trở lại 2 khi kênh
truy nhập bị bận. Biến số CW chỉ sử dụng cho thuật toán gán khe thời gian
CSMA-CA. Biến số BE (backoff_exponent) cho biết một thiết bị phải chờ
bao lâu để có thể truy nhập vào một kênh. Cho dù bộ thu của thiết bị làm
việc trong suốt khoảng thời gian CAP của thuật tóan nhưng nó vẫn bỏ qua
bất kỳ khung tin nào nhận đựơc trong khoảng thời gian này.
Trong thuật toán CSMA-CA gán khe thời gian, NB, CW, BE được
thiết lập trước, biên của khoảng thời gian backoff kế tiếp cũng được xác
13


Ket-noi.com diễn đàn công nghệ, giáo dục

định trước. Trong thuật toán CSMA-CA không gán khe thời gian thì NB và
BE được thiết lập trước (bước 1). Tầng MAC sẽ trễ ngẫu nhiên trong phạm
vi 0 đến 2*BE -1(bước2) sau đó yêu cầu tầng PHY thực hiện đánh giá truy
kênh truy nhập xem là rỗi hay bận.(bứớc3). Nếu kênh truyền bận(bước4),

Ket-noi.com diễn đàn công nghệ, giáo dục

phần này gọi là những khe thời gian đảm bảo (GTS). GTS hình thành chu
kỳ tự do tranh giành (CFP), nó luôn hiện ra ở phần cuối của superframe
tích cực, bắt đầu ở một slot ranh giới ngay sau CAP. Coordinator PAN có
thể cấp phát tới bẩy GTS này. Mỗi GTS có thể chiếm giữ nhiều hơn một
khe thời gian. Tuy nhiên một phần của CAP sẽ để lại dành cho các thiết bị
khác truy nhập mạng hay các thiết bị mới muốn tham gia vào mạng.
Khe thời gian đảm bảo GTS cho phép một thiết bị có thể hoạt động
trong một kênh truyền bên trong một phần của siêu khung dành riêng cho
thiết bị đó. Một thiết bị chỉ có thể chiếm và sử dụng một khe thời gian khi
mà thiết bị đó liên quan đến thông tin báo hiệu beacon hiện thời lúc đó. Thiết
bị điều phối mạng PAN có thể chiếm hữu khe thời gian GTS và sử dụng khe
thời gian này để liên lạc với các thiết bị khác trong mạng. Một khe thời
gian đơn có thể kéo dài hơn thời gian của siêu khung. Thiết bị điều phối
mạng PAN có thể chiếm hữu tới bảy khe thời gian GTS cùng một lúc miễn
là nó có đủ thẩm quyền trong siêu khung.
Một khe thời gian có thể được chiếm hữu trước khi sử dụng nếu có
sự yêu cầu của thiết bị điều phối mạng PAN. Tất cả các khe thời gian GTS
đều được đặt liền nhau ở cuối của siêu khung sau phần CAP, và hoạt động
theo cơ chế FCFS(first-come-first-serve) đến trước dùng trứơc. Mỗi khe
thời gian GTS có thể đựợc giải phóng nếu không có yêu cầu nào, và một
khe thời gian GTS có thể được giải phóng vào bất kỳ lúc nào khi thiết bị
chiếm hữu nó không dùng nữa.
Chỉ duy nhất thiết bị điều phối PAN mới có quyền quản lý khe thời
gian. Để quản l y mỗi khe thời gian đảm bảo, thiết bị điều phối có thể lưu
trữ khe bắt đầu, độ dài, phương hướng (thu hay phát) và địa chỉ thiết bị kết
nối. Mỗi thiết bị trong mạng có thể yêu cầu một khe thời gian phát hay một
khe thời gian thu. Để chiếm hữu được một khe thời gian thì thiết bị đó phải
lưu trữ thông tin khe bắt đầu, độ dài và phương hướng. Nếu một thiết bị

Tượng tự như khi yêu cầu cấp phát GTS, một thiết bị cho biết nó yêu
cầu được giải phóng sự chiếm hữu GTS thông qua lệnh yêu cầu giải phóng
với các thông số của GTS đang tồn tại. Sau đó thì khe thời gian này sẽ được
tự do. Thiết bị điều phối PAN phải đảm bảo rằng không có khoảng trống náo
xuất hiện trong CFP khi giải phóng khe thời gian GTS, độ dài maximum
CAP nhờ thế mà được tăng lên (độ tăng đúng bằng độ dài của khe thời gian
đựoc giải phóng).
3.3. Giao thức trong WSNs:
Giao thức là cách quản lý các chế độ hoạt động, truyền dữ liệu của các
nút sao cho việc tiêu hao năng lượng là ít nhất mà một mạng cảm biến vẫn
đảm bảo độ tin cậy. Tuỳ vào mục đích sử dụng của mạng cảm biến mà ngư ời
ta sử dụng các giao thức khác nhau.
Trong các loại giao thức đó thì hai giao thức quan trọng nhất là:
+ Giao thức đồng bộ theo thời gian.
+ Giao thức theo vị trí.
3.3.1. Đồng bộ theo thời gian:
- Mạng cảm biến cần liên kết với thế giới thực để biết khi nào một
hiện tượng xảy ra.
- Dịch vụ cơ bản chính của mạng cảm biến là tích hợp dữ liệu. Do đó
cần đồng bộ giữa các nút để có thể tích hợp dữ liệu truyền đến Sink mạng.
- Một vài giao thức yêu cầu đồng bộ thời gian: Quản lý cấu hình
mạng.
- Các nút cảm biến thường nhỏ, giá thành thấp nên bộ dao động
thường không chính xác, hơn nữa chúng bị giới hạn về năng l ượng nên
thường có chế độ sleep để tiết kiệm năng lượng.
16


Ket-noi.com diễn đàn công nghệ, giáo dục


tượng học, dữ liệu sẽ không còn có ý nghĩa nếu như không được đánh dấu
thời gian và vị trí.

17


Ket-noi.com diễn đàn công nghệ, giáo dục

Đồng bộ theo vị trí có hai loại cơ bản là:
+ Đồng bộ dựa vào mốc có sẵn:
Phương pháp này giả sử như sau: Có một vài con cảm biến đã biết vị
trí. Những nút này sẽ gửi tín hiệu mốc (dẫn đường) theo chu kỳ. Các nút
khác sẽ đo tín hiệu này, sử dụng phép đo tam giác, trễ để đánh giá vị trí.
RSSI (Receiver Signal Strength Indicator) được dùng để xác định sự tương
quan tín hiệu với khoảng cách.
Tuy nhiên phương pháp này chỉ phù hợp với tín hiệu RF, và rất nhạy
cảm với vật cản, nhiễu đa đường, ảnh hưởng của môi trường... Hơn nữa tín
hiệu RF phải có phạm vi tốt: Khoảng vài chục mét. Ngoài ra ng ởi ta còn sử
dụng RF và sóng siêu âm: Nút mốc truyền tín hiệu RF và một sóng siêu âm
tới bộ thu. Thời gian đến khác nhau giữa hai tín hiệu đ ợc sử dụng để đo
khoảng cách. Phạm vi lên tới 3 m, độ chính xác 2cm.
+ Đồng bộ theo vị trí tương đối
Mặc dù các giao thức định vị dựa trên vật mốc rất hiệu quả đối với
một số ứng dụng nào đó, một số mạng cảm ứng khác có thể đ ược triển khai
ở vùng mà không thể bị ảnh hưởng bởi vật mốc hoặc GPS, lúc đó chúng có
thể bị ảnh hưởng bởi nhiễu môi trường hay là do sai số khi điều khiển. Để
khắc phục những khó khăn này, các thông tin vùng được đặt theo từng bước
truyền từ nguồn cho đến sink. Để thu được các thông tin vùng chính xác, các
nút cảm ứng phải kết hợp để hỗ trợ cho nhau. Hơn nữa, năng l ượng có thể
được dự trữ thêm bằng việc cho phép các nút cảm ứng dò theo vị trí của các

số... nhưng vẫn còn những vấn đề phát sinh như gây nhiễu lẫn nhau giữa các
thiết bị cùng tần số, hoặc xung đột giữa các thiết bị...).
Do đó ứng dụng Chuẩn Zigbee vào mạng cảm biến không dây sẽ là một
giải pháp hiệu quả để giải quyết các vấn đề trên.
1.2. Sự ra đời của chuẩn Zigbee:
* Chuẩn Zigbee (chuẩn IEEE 802.15.4) là một chuẩn thuộc nhóm chuẩn
IEEE 802.15. Nhóm chuẩn này ra đời để phục vụ cho chuẩn WPAN. Chuẩn
WPAN là chuẩn của mạng cá nhân không dây, dùng để điều khiển dữ liệu
trong không gian nhỏ và truyền tin trong khoảng cách tương đối ngắn (bán
kính hoạt động nhỏ hơn 30m). Song chuẩn WPAN tiêu tốn ít năng lượng, độ
suy hao năng lượng thấp, vận hành trong không gian nhỏ, cơ sở hạ tầng không
yêu cầu cao nhưng vẫn liên lạc hiệu quả.
Nhóm chuẩn WPAN (IEEE 802.15) được chia ra làm 3 loại:
Sự phân chia này được dựa vào 3 yếu tố là: + Tốc độ truyền tin
+ Mức tiêu hao năng lượng
+ Chất lượng phục vụ QoS
- IEEE 802.15.3: (Untra Wide Band): Ứng dụng đa phương tiện, chất
lượng phục vụ cao. Sử dụng phần lớn phổ để trao đổi dữ liệu. Tín hiệu cho mỗi

19


Ket-noi.com diễn đàn công nghệ, giáo dục

băng tần thường nhỏ và ít bị nhiễu bởi các tín hiệu khác. IEEE 802.15.3 có khả
năng truyền hàng trăm Mbit/s trong phạm vi hàng trăm mét.
- IEEE 802.15.1: (Bluethoot): Sử dụng trong mạng điện thoại tế bào,
máy tính cá nhân bỏ túi PDA, có QoS phù hợp. Chuẩn này được phát triển có
khả năng kết nối với 7 thiết bị con, được thiết kế để thay dây dẫn trong kết nối
các thiết bị ngoại vi. Phiên bản mới nhất là 2.0 + ERD có khả năng truyền


Đa phương tiện

Điện thoại, TB
ngoại vi

10 - 80m

10m

≈ 500 Mbps

1 - 3Mbps

2,4GHz

2,4GHz

5 GHz
Truyền file có
d.lượng lớn

Truyền file hình
ảnh, thoại..

Cảm biến, truyền
D.liệu
10 - 75m
250kbps
20 - 40kbps

- FFD (Full function devide): Đảm nhận các chức năng trong mạng. FFD
có khả năng hoạt động như một:
+ Điều phối viên của toàn mạng PAN
+ Điều phối viên của một mạng con
+ Thành viên trong mạng.
- RFD (reduced function devide): Đảm nhận một số chức năng hạn chế
với các ứng dụng đơn giản, dữ liệu nhỏ.
1.5. Những kiểu thiết bị của hệ thống Zigbee:
- ZC (Zigbee Coordinator): Đây là 1 FFD, nó là gốc mạng hình cây, là
thiết bị bắc cầu tới mạng khác. Đặc trưng của ZC:
+ Thiết lập một mạng mới.
+ Truyền tín hiệu mạng.
+ Quản lý nốt mạng.
+ Hoạt động tiêu biểu là nhận trạng thái.
+ Lưu trữ thông tin mạng, khoá bảo mật.
- ZR (Zigbee Router): Đây là 1 FFD, nó có các chức năng như:
+ Định tuyến trung gian truyền dữ liệu
+ Cho phép mở rộng mạng
+ Theo dõi, điều khiển, thu thập dữ liệu như nút bình thường

21


Ket-noi.com diễn đàn công nghệ, giáo dục

- ZED (Zigbee End Devide): Đây là 1 FFD hoặc 1 RFD, nó không
chuyển tiếp dữ liệu nhưng có một số đặc điểm như:
+ Yêu cầu bộ nhớ, khả năng tính toán thấp nên giá thành thấp
+ Chức năng chủ yếu là thu thập dữ liệu, theo dõi, điều khiển
1.6. Một số cấu hình mạng cơ bản của chuẩn Zigbee:

Ket-noi.com diễn đàn công nghệ, giáo dục

Hình 2.2.
Mạng hình mắt lưới

Đặc điểm của mạng:
- Hình thành tương tự như mạng hình sao. Song trong mạng này có thêm
sự xuất hiện của ZR. ZR này đóng vai trò như một RFD,dùng để định tuyến dữ
liệu, mở rộng mạng và nó cũng có khả năng điều khiển, thu thập số liệu như
một nút bình thường.
- Được kết hợp bởi cấu trúc mạng hình sao và cấu trúc mạng ngang
hàng.
- Đây là mạng chuyển của Zigbee, tất cả các nút trong mạng có thể truy
cập ngang hàng trong truyền thông.
- Ứng dụng trong đo lường, điều khiển, theo dõi cảnh báo...
c/ Cluster Tree Topology :
Cấu trúc này là một dạng đặc biệt của cấu trúc mắt lưới, trong đó đa số
thiết bị là FFD và một RFD có thể kết nối vào mạng hình cây như một nốt rời
rạc ở điểm cuối của nhánh cây. Bất kỳ một FFD nào cũng có thể hoạt động như
là một coordinator và cung cấp tín hiệu đồng bộ cho các thiết bị và các

23


Ket-noi.com diễn đàn công nghệ, giáo dục

coordinator khác vì thế mà cấu trúc mạng kiểu này có qui mô phủ sóng và khả
năng mở rộng cao.

Hình 2.3. Mạng hình cây

- Dịch vụ quản lý tầng vật lý (PLME:physical layer management
entity): PLME chịu trách nhiệm bảo trì cơ sở dữ liệu của các đối tượng được
quản lý gắn liền với PHY.
- Dịch vụ dữ liệu PHY(phy protocol data unit): điều khiển việc thu và
phát của khối dữ liệu PPDU thông qua kênh sóng vô tuyến vật lý.
* Chức năng của tầng PHY: là sự kích hoạt hoặc giảm kích hoạt của bộ
phận nhận
sóng, phát hiện năng lượng, chọn kênh, chỉ số đường truyền, giải phóng
kênh truyền, thu và phát các gói dữ liệu qua môi trường truyền.
2.1.2. Phạm vi hoạt động tần số:
PHY
(MHz)

868
915
2450

Băng tần
(MHz)

868-868.6
902-928
2400-2486.5

Tốc độ chip
(kchips/s)

Điều chế

Ký tự

Bảng 2.2 Kênh truyền và tần số
25

Tần số kênh
trung tâm (MHz)
868.3
906+2(k-1)
2405+5(k-11)