ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƢỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ

PHAN QUỐC THẮNG

NGHIÊN CỨU, CHẾ TẠO MẠNG CẢM BIẾN KHÔNG DÂY
GIÁM SÁT NHIỆT ĐỘ, ĐỘ ẨM MÔI TRƢỜNG

LUẬN VĂN THẠC SĨ NGÀNH CÔNG NGHỆ ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG

Hà Nội – Năm 2015


ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƢỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ

PHAN QUỐC THẮNG

NGHIÊN CỨU, CHẾ TẠO MẠNG CẢM BIẾN KHÔNG DÂY
GIÁM SÁT NHIỆT ĐỘ, ĐỘ ẨM MÔI TRƢỜNG

Ngành: Công nghệ Điện Tử - Viễn Thông
Chuyên ngành: Kỹ thuật Điện tử
Mã số: 60520203

LUẬN VĂN THẠC SĨ NGÀNH CÔNG NGHỆ ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG

NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC: TS.PHẠM MINH TRIỂN

Hà Nội – Năm 2015


3

MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN ............................................................................................................ 1
LỜI CẢM ƠN .................................................................................................................. 2
MỤC LỤC ....................................................................................................................... 3
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT ..................................................... 7
DANH MỤC BẢNG BIỂU ............................................................................................. 9
DANH MỤC HÌNH VẼ ................................................................................................ 75
MỞ ĐẦU ....................................................................... Error! Bookmark not defined.
CHƢƠNG1 - TỔNG QUAN VỀ MẠNG CẢM BIẾN KHÔNG DÂY VÀ ỨNG
DỤNG ............................................................................ Error! Bookmark not defined.
1. Tổng quan về mạng cảm biến không dây ............... Error! Bookmark not defined.
1.1.

Mạng cảm biến không dây là gì? ..................... Error! Bookmark not defined.

1.2.

Thành phần cấu trúc cơ bản của mạng cảm biến không dây Error! Bookmark

not defined.
1.2.1.

Cấu trúc mạng cảm biến. ........................... Error! Bookmark not defined.

1.2.2.

Cấu trúc một nút mạng [6] ........................ Error! Bookmark not defined.


WSN trong nông nghiệp .................................. Error! Bookmark not defined.

2.6.

WSN trong quân sự .......................................... Error! Bookmark not defined.

3. Những khó khăn và hạn chế trong việc phát triển mạng cảm biến không dây [4]
Error! Bookmark not defined.


4

3.1.

Những khó khăn thƣờng thấy .......................... Error! Bookmark not defined.

3.2.

Hạn chế trong việc xây dựng WSN ................. Error! Bookmark not defined.

4. Kết luận ................................................................... Error! Bookmark not defined.
CHƢƠNG 2 – ĐỊNH TUYẾN TRONG MẠNG CẢM BIẾN KHÔNG DÂY .... Error!
Bookmark not defined.
1. Những vấn đề cần quan tâm về định tuyến trong mạng WSN[4],[8] ............. Error!
Bookmark not defined.
1.1.

Tính động của mạng......................................... Error! Bookmark not defined.

1.2.

3.2.

Truyền tin trực tiếp .......................................... Error! Bookmark not defined.

3.3.

Định tuyến phân cấp ........................................ Error! Bookmark not defined.

3.3.1.

Giao thức LEACH ..................................... Error! Bookmark not defined.

3.3.2.

Giao thức PEGASIS .................................. Error! Bookmark not defined.

3.4.

Định tuyến dựa vào vị trí ................................. Error! Bookmark not defined.

3.4.1.

Giao thức GAF .......................................... Error! Bookmark not defined.

3.4.2.

Giao thức GEAR ....................................... Error! Bookmark not defined.

4. Kết luận ................................................................... Error! Bookmark not defined.
CHƢƠNG 3–CHUẨN TRUYỀN THÔNG KHÔNG DÂY ZIGBEE/IEEE 802.15.4


Định dạng khung tin PPDU. ............................ Error! Bookmark not defined.

5. Tầng điều khiển dữ liệu (MAC) [5] ........................ Error! Bookmark not defined.
5.1.

Cấu trúc siêu khung. ........................................ Error! Bookmark not defined.

5.2.

Thuật toán tránh xung đột đa truy cập sử dụng cảm biến sóng mang CSMA-

CA. Error! Bookmark not defined.
5.3.

Các mô hình truyền dữ liệu. ............................. Error! Bookmark not defined.

5.4.

Phát thông tin báo hiệu beacon ........................ Error! Bookmark not defined.

5.5.

Định dạng khung tin MAC. ............................. Error! Bookmark not defined.

6. Tầng mạng của Zigbee [5] ...................................... Error! Bookmark not defined.
6.1.

Dịch vụ mạng ................................................... Error! Bookmark not defined.




6

3.4.

Phần mềm giám sát .......................................... Error! Bookmark not defined.

3.4.1.

Hoạt động chung ....................................... Error! Bookmark not defined.

3.4.2.

Hoạt động truyền dữ liệu của các nút mạng ............ Error! Bookmark not

defined.
3.4.3.

Hoạt động giao tiếp giữa nút chủ và máy tính ........ Error! Bookmark not

defined.
4. Kết quả của bài toán................................................ Error! Bookmark not defined.
4.1.

Mạch thực tế..................................................... Error! Bookmark not defined.

4.2.

Màn hình giám sát ............................................ Error! Bookmark not defined.


Nghĩa tiếng việt

ACK

Acknowledge

Báo nhận đƣợc

ADC

Analog to Digital converter

Bộ chuyển tín hiệu điện sang số

BE

Backoff Exponent

Chỉ số Backoff

BPSK

Binary Phase Shift Keying

Điều chế pha nhị phân

CAP

Contention Access Period

Full Function Device

Thiết bị hỗ trợ đầy đủ chức năng theo
chuẩn Zigbee

GAF

Global

Assessment

of Giải thuật chính xác theo địa lý

Functioning
GEAR

Geographic

Energy- Định tuyến nhận biết năng lƣợng và

and

Aware Routing

phƣơng pháp báo thong tin qua địa lý

GTS

Guaranteed Time Slots



Điều khiển truy nhập

MCU

Microprocessor Control Unit

Vi điều khiển

MSK

Minimun Shift Keying

Khóa dich tối thiểu đồng bộ

NB

Number of Backoff

Số lần back off

O-QPSK

Offset-Quadrature Phase Shift

Khóa dịch pha góc 1/4 có góc lệch pha

Keying

ban đầu


Unit
REQ

Request

Yêu cầu

RF

Radio Frequency

Tần số vô tuyến

RFD

Reduced Function Device

Những thiết bị giới hạn chức năng của
chuẩn Zigbee

SPIN

Sensor

Protocol

for Giao thức định tuyến thông tin dựa vào

Information via Negotiation

TÀI LIỆU THAM KHẢO
Tiếng việt
1. Bùi Đức Thắng (2008), “Một số nét khái quát về chuẩn Zigbee”, Tạp chí tự
động hóa ngày nay, tháng 8/2008
2. Đồng Thảo Phƣơng, Nguyễn Đại Dƣơng, Bùi Đăng Thảnh (2013), “Giao thức
Zigbee trong truyền thông công nghiệp”, Tạp chí tự động hóa ngày nay(số 147),
tháng 4/2013
3. Khiếu Thị Hoài (2013),“Ứng dụng của mạng cảm biến không dây”, Tạp chí
khoa học và công nghệ, Trƣờng đại học Phan Châu Trinh
4. Nguyễn Trung Dũng, Nguyễn Văn Đức, Nguyễn Ngọc Tuấn, Nguyễn Tiến
Dũng, Trịnh Hùng Tín, Lƣu Tiến Đạt (2013), “Sử dụng hiệu quả năng lƣợng
với mô hình giám sát theo vùng trong mạng cảm biến không dây”, Tạp chí khoa
học công nghệ(số 95), Trƣờng đại học Bách Khoa Hà Nội
5. Trần Văn Công Thành (2013), Nghiên cứu ứng dụng kỹ thuật mạng không dây
vào giám sát sự thay đổi của môi trường, Luận văn thạc sĩ , Trƣờng Đại Học Đà
Nẵng, tr.28-42, 53-69
6. Trịnh Lƣơng Miên(2014), “Tổng quan mạng cảm biến không dây”, Tạp chí tự
động hóa ngày nay( số 157), tháng 3/2014
Tiếng Anh
7. Anna Ha’c (2003), Wireless Sensor Network Designs, University of Hawaii at
Manoa, Honolulu, USA, John Wiley & Sons Ltd
8. Deying Li, Magie Xiaoyan Cheng (2001), Advances in wireless ad hoc and
sensor Networks, Springer
9. Edgar H.Callaway Jr. (2004), Wireless Sensor Networks: Architectures and
Protocols, A CRC Press Company
10. Implementing ZigBee in Existing Industrial Automation Networks, Sensors
Expo 2005
11. Hochschule Ostwestfalen-Lippe, Wireless Automation Systems: Optimizing
Reliability, Security and Coexistence, 2008.
12. Holger Karl Andreas Willig (2005), Protocols and Architectures for Wireless