ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ

NGUYỄN HOÀI NAM

MẠNG CẢM BIẾN KHÔNG DÂY SỬ DỤNG CHO
VIỆC GIÁM SÁT SỨC KHOẺ CON NGƯỜI

LUẬN VĂN THẠC SĨ CÔNG NGHỆ THÔNG TIN

Hà Nội - 2015


ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ

NGUYỄN HOÀI NAM

MẠNG CẢM BIẾN KHÔNG DÂY SỬ DỤNG CHO
VIỆC GIÁM SÁT SỨC KHOẺ CON NGƯỜI
NGÀNH: CÔNG NGHỆ THÔNG TIN
CHUYÊN NGÀNH: TRUYỀN DỮ LIỆU VÀ MẠNG MÁY TÍNH
MÃ SỐ: 60 48 15

LUẬN VĂN THẠC SĨ CÔNG NGHỆ THÔNG TIN
NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS. TS. NGUYỄN ĐÌNH VIỆT

Hà Nội - 2015

2


MỞ ĐẦU
 ..........................................................................................................................................
 11
 
CHƯƠNG 1. GIỚI THIỆU
 ..........................................................................................................
 12
 
1.1.
 Giới
 thiệu
 về
 WLAN
 và
 mạng
 MANET
 ........................................................................................
 12
 
1.1.1.
 Giới
 thiệu
 về
 WLAN
 ..................................................................................................................................
 12
 
1.1.2.
 Giới
 thiệu

 802.11
 cho
 WLAN
 .......................................................................................................................
 16
 
1.3.2.
 Chuẩn
 802.15.4
 –
 Zigbee
 ........................................................................................................................
 18
 
1.3.3.
 Các
 chuẩn
 khác
 có
 thể
 áp
 dụng
 trên
 thực
 tế
 ...................................................................................
 31
 
1.4.
 

 .................................................................................................................
 32
 
1.5.
 
 Mục
 tiêu
 nghiên
 cứu
 của
 luận
 văn
 ............................................................................................
 32
 
CHƯƠNG 2. MẠNG WSN
 ...........................................................................................................
 33
 
2.1.
 Kiến
 trúc
 hệ
 thống
 mạng
 WSN.
 ...................................................................................................
 33
 
2.1.1.

 Giao
 thức
 SPIN
 ............................................................................................................................................
 42
 
2.2.2.
 Giao
 thức
 LEACH
 ........................................................................................................................................
 42
 
2.2.3.
 Giao
 thức
 PEGASIS
 ....................................................................................................................................
 48
 
2.3.
 Vấn
 đề
 xác
 định
 chính
 xác,
 kịp
 thời
 các

 các
 đặc
 điểm
 của
 WSN
 giám
 sát
 sức
 khoẻ
 ..........................................................
 52
 
3.2.1.
 Kiến
 trúc
 mạng
 ............................................................................................................................................
 52
 
3.2.2.
 Năng
 lượng
 ...................................................................................................................................................
 53
 
3.2.3.
 Các
 vấn
 đề
 an

 
3.3.1.
 Các
 tham
 số
 sức
 khoẻ
 được
 theo
 dõi
 .................................................................................................
 55
 
3.3.2.
 Các
 nút
 cảm
 biến
 ........................................................................................................................................
 56
 
3.3.3.
 Nút
 Sink
 ..........................................................................................................................................................
 57
 
3.3.4.
 Trạm
 giám

 xung
 (Pulse
 oximeter)
 ..............................................................................
 57
 
3.4.2.
 
 Điện
 tim
 (EKG)
 ...........................................................................................................................................
 58
 
3.4.3.
 Mạch
 sensor
 phân
 tích
 chuyển
 động
 .................................................................................................
 59
 
3.4.4.
 Pluto:
 Một
 thiết
 kế
 cảm

3.5.2.
 Các
 kết
 quả
 đạt
 được
 của
 hệ
 thống
 LOBIN
 ......................................................................................
 65
 
CHƯƠNG 4. MÔ PHỎNG MẠNG CẢM BIẾN KHÔNG DÂY GIÁM SÁT CÁC THAM
SỐ SỨC KHOẺ BẰNG NS-2
 .......................................................................................................
 70
 
4


4.1.
 Các
 công
 cụ
 mô
 phỏng
 ....................................................................................................................
 70
 

 dụng
 cho
 việc
 giám
 sát
 sức
 khoẻ
 ...............................................
 74
 
4.3.1.
 Thiết
 lập
 Topo
 mạng
 ................................................................................................................................
 75
 
4.3.2.
 Thiết
 lập
 các
 tham
 số
 mô
 phỏng
 ..........................................................................................................
 75
 
4.3.3.

 81
 
2.
  Hướng
 phát
 triển
 của
 luận
 văn
 ...................................................................................................
 81
 
TÀI LIỆU THAM KHẢO
 ............................................................................................................
 82
 
PHỤ LỤC
 .........................................................................................................................................
 83
 

5


DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT
ACK

Acknowledgement

ADC


Data Acquisition and Processing Board

DCF

Distributed Coordination Function

ECG

Electrocardiogram

EEG

Electroencephalogram

EMG

Electromyogram

FFD

Full-Function Device

GTS

Guaranteed Time Slot

LAN

Local Area Network

O-QPSK

Offset Quadrature Phase Shift Keying

PAN

Personal Area Network
6


Pbeacons

Period Beacon

PCF

Point Coordination Function

PD-SAP

PHY Data Service Access Point

PLME

Physical Layer Management Entity

PSDU

PHY Service Data Unit


Time LWTBs spend listening to each channel available for
location

UDP

User Datagram Protocol

WDAD

Wearable Data Acquisition Device

WLAN

Wireless Local Area Network

WMAN

Wireless Metropolitan Area Network

WPAN

Wireless Personal Area Network

WSN

Wireless Sensor Network

WTB

Wireless Transmission Board

 
Hình 1.12 Mô hình tham khảo lớp MAC ............................................................................................... 24
 
Hình 1.13 Cấu trúc khung beacon. ......................................................................................................... 25
 
Hình 1.14 Cấu trúc siêu khung. .............................................................................................................. 26
 
Hình 1.15 Định dạng khung tin MAC. ................................................................................................... 27
 
Hình 1.16 Khung tin mã hoá MAC. ....................................................................................................... 30
 
Hình 1.17 Khung tin mã hoá lớp Mạng. ................................................................................................. 30
 
Hình 2.1. Kiến trúc của một nút cảm biến.............................................................................................. 33
 
Hình 2.2 Cấu trúc Mạng cảm biến không dây. ....................................................................................... 36
 
Hình 2.3 Các kiểu Sink trong mô hình Single Hop . .............................................................................. 37
 
Hình 2.4 Kiến trúc phân tầng của WSN. ................................................................................................ 38
 
Hình 2.5 Cấu trúc phẳng của WSN. ....................................................................................................... 40
 
Hình 2.6 Cấu trúc tầng của WSN. .......................................................................................................... 40
 
Hình 2.7 Cấu trúc phân cấp chức năng theo lớp. ................................................................................... 41
 
Hình 2.8. Giao thức SPIN. ..................................................................................................................... 42
 
Hình 2.9. Mô hình giao thức LEACH. ................................................................................................... 43

 
Hình 3.7 Motion capture và EMG. ......................................................................................................... 59
 
Hình 3.8 Pluto......................................................................................................................................... 61
 
Hình 3.9 Hệ thống WSN giám sát sức khoẻ của LOBIN. ...................................................................... 61
 
Hình 3.10 Sơ đồ khối hệ thống giám sát sức khoẻ. ................................................................................ 62
 
Hình 3.11 Hệ thống các sensor giám sát sức khoẻ ................................................................................. 62
 
Hình 3.12 Bộ thu thập dữ liệu (a) WADA, mạch giám sát sức khoẻ và truyền tải không dây (b) WTB.
................................................................................................................................................................ 63
 
Hình 3.13 Mô hình kiến trúc hệ thống con định vị. ............................................................................... 64
 
Hình 3.14 Mô hình kiến trúc hệ thống con WCI. ................................................................................... 64
 
Hình 3.15 Kiến trúc hệ thống con quản lý Client-Server. ...................................................................... 65
 
Hình 3.16 Kiểm tra mạng DP. ................................................................................................................ 67
 
Hình 3.17 Kết quả kiểm tra topo mạng DP. ........................................................................................... 67
 
Hình 3.18 Kiểm network gateway. ......................................................................................................... 68
 
Hình 3.19 Mô hình kiểm tra hệ thống. ................................................................................................... 69
 
Hình 3.20 Kết quả ECG thời gian thực. ................................................................................................. 69
 

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU
Bảng 1.1 Băng tần và tốc độ dữ liệu. ........................................................................... 23
 
Bảng 1.2 Kênh truyền và tần số.................................................................................... 23
 
Bảng 1.3 Một số chuẩn được áp dụng trong thực tế..................................................... 31
 
Bảng 3.1 Các tham số sức khoẻ được theo dõi............................................................. 56
 
Bảng 3.3 Bảng các thông số được giám sát của LOBIN. ............................................. 63
 
Bảng 3.4 Các dạng kiểm tra hệ thống định vị. ............................................................. 66
 
Bảng 4.1 Các tham số sức khoẻ của người bình thường. ............................................. 74
 
Bảng 4.2 Các tham số thiết lập cho WSN giám sát sức khoẻ. ..................................... 76
 
Bảng 4.3 Các tham số của kịch bản 1. .......................................................................... 76
 
Bảng 4.4 Các tham số của kịch bản 2. .......................................................................... 76
 
Bảng 4.5 Các tham số của kịch bản 3. .......................................................................... 77
 
Bảng 4.6 Các tham số của kịch bản 4. .......................................................................... 77
 
Bảng 4.7 Các tham số của kịch bản 5. .......................................................................... 77
 

10


Sensor Networks, John Wiley & Sons.
16. P.S.Pandian. Journal of Networks, Vol.3, No.5, May 2008: Wireless Sensor Network
for Wearable Physiological Monitoring
17. Víctor Custodio *, Francisco J. Herrera, Gregorio López and José Ignacio Moreno: A
Review on Architectures and Communications Technologies for Wearable HealthMonitoring Systems-Sensors 2012.
18. Sheng Hu, Hongxing Wei, Youdong Chen, and Jindong Tan:A Real-Time Cardiac
Arrhythmia Classification System with Wearable Sensor Networks.

19. www.omnetpp.org.
20. Victor Shnayder, Bor-rong Chen, Konrad Lorincz, Thaddeus R. F. Fulford-Jones, and
Matt Welsh Division of Engineering and Applied Sciences. Harvard University.
Sensor Networks for Medical Care
21. http://www.mannasim.dcc.ufmg.br.

82