LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan nội dung luận văn:
“Nghiên cứu kiến trúc mạng cảm biến không dây và ứng dụng”
Là do tôi thực hiện dƣới sự hƣớng dẫn của TS. Lê Quang Thảo. Các số liệu,
kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chƣa từng đƣợc ai công bố trong bất kỳ
công trình nào khác.
Tác giả

Lƣu Hoàng Long


LỜI CẢM ƠN
Để hoàn thiện luận văn, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến thầy hƣớng
dẫn của tôi, TS. Lê Quang Thảo. Trong suốt quá trình thực hiện luận văn, thầy đã
tận tình hƣớng dẫn, giúp đỡ để tôi có thể hoàn thành luận văn của mình.
Tôi xin chân thành cảm ơn các Thầy cô giáo trong Bộ môn Vật lý Vô tuyến,
Khoa Vật lý, Trƣờng Đại học Khoa học Tự nhiên - Đại học Quốc gia Hà Nội đã
truyền đạt cho tôi những kiến thức và kinh nghiệm quý báu trong quá trình học tập
và nghiên cứu.
Nghiên cứu này được tài trợ bởi Đại học Quốc gia Hà Nội trong đề tài mã
số QG.17.09. Tôi xin trân trọng cảm ơn sự tài trợ quý báu đó.
Tôi xin cảm ơn đến các cán bộ quản lý thiết bị, máy móc thuộc danh mục
thiết bị bảng A đƣợc trang bị tại Bộ môn Vật lý Vô tuyến, Khoa Vật lý. Trƣờng Đại
học Khoa học Tự nhiên - Đại học Quốc gia Hà Nội. Các thiết bị đƣợc sử dụng gồm:
“Dao động ký số điện tử DL1720E, Keithly 2000…”
Tôi cũng bày tỏ lòng biết ơn đến gia đình, bạn bè, đồng nghiệp, những ngƣời
đã ủng hộ và động viên giúp đỡ tôi trong thời gian làm luận văn.
Hà Nội, tháng 12 năm 2017

Lƣu Hoàng Long


2.3.3. Lớp liên kết dữ liệu [1] ...........................................................................31
2.3.4. Lớp vật lý [12].........................................................................................31


2.3.5. Lớp ứng dụng [1] ....................................................................................32
2.3.6. Các mặt phẳng chéo [2] ..........................................................................33
CHƢƠNG 3. ỨNG DỤNG MẠNG CẢM BIẾN KHÔNG DÂY ............................34
TRONG NÔNG NGHIỆP .........................................................................................34
3.1. Kiến trúc tổng thể hệ thống ............................................................................ 35
3.1.1. Node cảm biến.........................................................................................36
3.1.2. Bộ điều khiển tƣới nƣớc ..........................................................................37
3.2. Vi điều khiển họ AVR của Atmel [11,14] ..................................................... 39
3.3. Bộ thu phát vô tuyến nRF24L01 [17,19] ....................................................... 41
3.4. Kiến trúc phần mềm ....................................................................................... 45
3.4.1. Kiến trúc giao tiếp thông tin [19] ............................................................45
3.4.2. Kỹ thuật MultiCeiverTM của hãng Nordic [19] .......................................46
3.4.3. Thuật toán hoạt động trong kiến trúc phần mềm [19] ............................48
CHƢƠNG 4. KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM SỬ DỤNG MẠNG CẢM BIẾN .........52
ĐIỀU KHIẾN VAN TƢỚI NƢỚC THEO ĐỘ ẨM CỦA ĐẤT ..............................52
4.1. Bản thiết kế sơ đồ mạng ................................................................................. 52
4.2. Phần cứng trong node cảm biến ..................................................................... 54
4.3. Phần cứng trong trạm trung tâm..................................................................... 57
4.4. Thực nghiệm chuẩn hóa cảm biến đo độ ẩm đất............................................ 59
4.4.1. Giới thiệu cảm biến độ ẩm đất ................................................................59
4.4.2. Xác định độ ẩm đất [10] ..........................................................................62
4.4.3. Kết quả thực nghiệm chuẩn hóa cảm biến độ ẩm MS10 ........................63
4.5. Thông số lập trình chuyển đổi tín hiệu số và độ ẩm đất ................................ 65
KẾT LUẬN CHUNG ................................................................................................66
TÀI LIỆU THAM KHẢO .........................................................................................68
PHỤ LỤC ..................................................................................................................70

Industrial, Scientific and
Medical
Liquid Crystal Display
low-rate wireless personal
area networks
Media Access Control
Microcontroller unit
Negative acknowledgement

Viện điện, điện tử quốc tế

IEEE
ISM
LCD
LR-WPANs
MAC
MCU
NACK
nRF24L01
RF
RISC
RX
SM
SPI
SurfNet
TX
UWASA
WSN
ZigBee


DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU
Bảng 2.1. Các tính năng chính của bộ điều khiển nRF24L1D …………………….28
Bảng 3.1. Chức năng của các chân của nRF24L01…...……………..…..................44
Bảng 4.1. Độ ẩm các mẫu đất đo đƣợc theo TCVN 4048:2011 và điện áp đầu ra
đƣợc đo bằng cảm biến MS10…...………………… ………………............. .........64


DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ
Hình 1.1. Cấu trúc cơ bản của mạng cảm biến. ............................................................... 3
Hình 1.2. Các kiểu topo mạng IEEE 802.15.4 ................................................................. 8
Hình 1.3. Giao thức cơ bản theo chuẩn ZigBee. .............................................................. 9
Hình 2.1. Mạng dạng hình sao. ...................................................................................... 17
Hình 2.2. Mạng dạng vòng ............................................................................................. 18
Hình 2.3. Mạng dạng truc tuyến..................................................................................... 18
Hình 2.4. Cấu trúc phẳng ............................................................................................... 19
Hình 2.5. Cấu trúc tầng. ................................................................................................. 20
Hình 2.6. Kiến trúc phần cứng của node UWASA ........................................................ 22
Hình 2.7. Cấu trúc ngăn xếp của node UWASA. .......................................................... 25
Hình 2.8. Cấu trúc phần mềm của node UWASA. ........................................................ 25
Hình 2.9. Một node cảm biến theo kiến trúc node UWASA ......................................... 26
Hình 2.10. Node cảm biến sử dụng kiến trúc SurfNet (Palomäki 2010a). .................... 27
Hình 2.11. Cầu nối USB với UWASA và SurfNet ........................................................ 29
Hình 3.1. Kiến trúc tổng thể của hệ thống giám sát nƣớc trong nông nghiệp. .............. 35
Hình 3.2. Cấu trúc node theo kiến trúc phần cứng UWASA. ........................................ 37
Hình 3.3. Kiến trúc bộ điều khiển máy bơm theo UWASA và SurfNet. ....................... 38
Hình 3.4. Cấu trúc tập lệnh rút gọn của vi điều khiển Atmega...................................... 40
Hình 3.5. Sơ đồ kết nối nRF24L01 với vi điều khiển. ................................................... 43
Hình 3.6. Sơ đồ chân nRF24L01.................................................................................... 43
Hình 3.7. Chế độ hoạt động của các node UWASA và SurfNet. .................................. 46
Hình 3.8. Kĩ thuật MultiCeiverTM trong node SurfNet. ................................................. 47

mạng có dây truyền thống không thể thực hiện. Do đó mạng cảm biến không dây
đƣợc sử dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực, nhiều mục đích nhƣ: kiểm tra giám sát
hệ sinh thái và môi trƣờng sinh vật phức tạp, trong lĩnh vực y tế, khảo sát đánh giá
chính xác trong nông nghiệp, trong an ninh và các ứng dụng trong đời sống hàng
ngày.
Mạng cảm biến không dây là một mạng bao gồm một số lƣợng lớn các node
cảm biến có kích thƣớc nhỏ gọn, giá thành thấp, và hơn hết là phải có sẵn nguồn
năng lƣợng, có khả năng tính toán và trao đổi với các thiết bị khác nhằm mục đích
thu thập thông tin toàn mạng để đƣa ra các thông số về môi trƣờng mà mạng quan
sát.
Mạng cảm biến không dây thƣờng đƣợc bố trí một cách biệt lập, trong phạm
vi rộng, môi trƣờng khắc nghiệt và sử dụng trong thời gian dài để thực hiện nhiệm
vụ cảm biến, ngoài việc đảm bảo độ tin cậy khi hoạt động, duy trì năng lƣợng cho

1


mạng hoạt động, thì quản lý kiến trúc của mạng cảm biến không dây cũng rất quan
trọng.
Trong luận văn này, tác giả đi sâu vào nghiên cứu về các kiến trúc thƣờng
dùng trong mạng cảm biến không dây và đề xuất sử dụng kiến trúc phù hợp áp dụng
vào bài toán phục vụ trong nông nghiệp chính xác để thu thập, giám sát các thông
số môi trƣờng biến đổi chậm nhằm thu thập thông số môi trƣờng mà vẫn kéo dài
thời gian hoạt động của mạng trong điều kiện năng lƣợng của các node là hữu hạn.
Cấu trúc của luận văn gồm:
Chƣơng 1: Tổng quan về mạng cảm biến không dây
Nội dung cơ bản của chƣơng này là đƣa ra các khái niệm cơ bản về mạng
cảm biến không dây, một số chuẩn truyền thông của mạng cảm biến không dây và
những ứng dụng của mạng cảm biến không dây trong thực tế.
Chƣơng 2: Kiến trúc mạng cảm biến không dây


liên kết với nhau thành một mạng và sử dụng sóng vô tuyến để truyền thông với
nhau. Lý do sử dụng kết nối không dây bởi vì thông thƣờng các mạng cảm biến
đƣợc xây dựng từ nhiều cảm biến lên đến hàng trục, hàng trăm, thậm chí hàng ngàn
cảm biến do vậy việc sử dụng dây kết nối các cảm biến sẽ gặp nhiều khó khăn cho
quá trình thiết kế, lắp đặt và vận hành.
Trong khu vực giám sát, các node cảm biến có thể thu thập và truyền dữ liệu
tới bộ thu nhận dữ liệu trung gian bằng cách gửi trực tiếp hoặc đa hƣớng. Bộ thu
nhận dữ liệu trung gian đóng vai trò nhƣ một cổng mạng giao tiếp với thiết bị ngƣời
dùng thông qua một số kiến trúc truyền thông khác nhƣ Internet hay truyền thông vệ
tinh.

Hình 1.1. Cấu trúc cơ bản của mạng cảm biến không dây.

3


Hiện nay, mạng cảm biến không đƣợc sử dụng rộng rãi với nhiều ứng dụng
trong rất nhiều lĩnh vực, đồng thời mạng cảm biến không dây đang dần đƣợc cải
tiến nâng cao hơn về chất lƣợng và phạm vi ứng dụng và đƣợc kì vọng có tiềm năng
to lớn cho nhiều lĩnh vực ứng dụng nhƣ y tế, môi trƣờng, nông nghiệp, giao thông
vận tải, quân sự, quốc phòng, giải trí và thực tế nó đang dần trở thành một phần
không thể tách rời trong cuộc sống.
1.2.

Các đặc điểm chính của một mạng cảm biến không dây

1.2.1. Kích thước vật lý, năng lượng tiêu thụ
Phần lớn các mạng cảm biến không dây đƣợc triển khai ngoài môi trƣờng tự
nhiên với số lƣợng node cảm biến lớn đƣợc phân bố dày đặc trên phạm vi rộng do

Mechanical Systems) với sự kết hợp của công nghệ vi điện tử, vi cơ khí và công
nghệ đóng gói đã đƣa đƣợc kích thƣớc của các cảm biến và bộ chấp hành tới kích
thƣớc rất nhỏ cỡ micro thậm chí nanomet, phần nào đáp ứng đƣợc yêu cầu về sự
giới hạn kích thƣớc cũng nhƣ tiêu thụ năng lƣợng của node cảm biến và toàn mạng
cảm biến đồng thời giảm giá thành cho phép chúng ta có điều kiện triển khai mạng
cảm biến không dây trên diện rộng [8,9].
1.2.2. Khả năng chịu lỗi, khả năng thích nghi
Khả năng chịu lỗi của mạng cảm biến không dây thể hiện ở việc mạng vẫn
hoạt động bình thƣờng, duy trì những chức năng của nó ngay cả khi một số node
cảm biến, hoặc trạm con trong mạng không hoạt động.
Tùy thuộc vào từng ứng dụng cụ thể của mạng mà chúng ta thiết kế, bố trí
các node cảm biến phù hợp. Thông thƣờng các node sẽ đƣợc phân bố dày đặc trong
phạm vi khảo sát, thƣờng là những khu vực dễ bị tác động từ bên ngoài do có sự va
chạm hoặc ảnh hƣởng của môi trƣờng tự nhiên nên các node mạng có thể bị hƣ
hỏng, bị lỗi, khả năng bị lỗi cũng có thể xảy ra ngay trong quá trình truyền dữ liệu
từ node về bộ thu nhận dữ liệu, quá trình trao đổi thông tin giữa các node hoặc do
node hết năng lƣợng, đặc biệt là với các mạng yêu cầu các node hoạt động liên tục
trong thời gian dài, ở môi trƣờng tự nhiên thì sự hƣ hỏng, bị lỗi của các node trong
mạng là điều không tránh khỏi, bên cạnh đó khi một hoặc một số node cảm biến
trong mạng bị lỗi hoặc bị hết năng lƣợng thì cấu trúc mạng sẽ bị thay đổi. Do đó khi

5


thiết kế mạng cần phải có giải pháp để nâng cao khả năng chịu lỗi của mạng nhằm
duy trì trạng thái hoạt động, đảm bảo chất lƣợng của mạng, ngoài ra mạng cũng cần
có sự tùy biến về cấu hình để đảm bảo thông tin trong mạng[8,9].
1.2.3. Đa dạng trong thiết kế
Phạm vi ứng dụng của mạng cảm biến không dây là đa dạng trong rất nhiều
lĩnh vực, đối với mỗi lĩnh vực mạng cảm biến không dây thƣờng đƣợc thiết kế

1.3.1. IEEE 802.15.4 [19]
Chuẩn truyền thông IEEE 802.15.4: đƣợc xây dựng và phát triển bởi tổ chức
IEEE. Nó nhấn mạnh việc truyền thông chi phí thấp của các thiết bị tầm ngắn với ít
cơ sở hạ tầng bên dƣới, nhằm giảm tiêu thụ năng lƣợng. Ban đầu IEEE 802.15.4 tập
trung nghiên cứu vào 2 tầng thấp của giao thức OSI (Open Systems
Interconnection-mô hình tham chiếu các hệ thống mở) là tầng vật lý và tầng liên kết
dữ liệu, sau đó IEEE 802.15.4 tập trung vào các chi tiết kỹ thuật của tầng vật lý và
tầng điều khiển truy cập MAC ứng với mỗi loại mạng khác nhau. Các phƣơng pháp
định tuyến đƣợc thiết kế sao cho năng lƣợng đƣợc bảo toàn và độ trễ trong truyền
tin là ở mức thấp. Trong đó:
Lớp vật lý có hai dịch vụ là dịch vụ dữ liệu và dịch vụ quản lý. Dịch vụ dữ
liệu tập trung vào việc truyền và nhận các đơn vị dữ liệu giao thức lớp vật lý qua
kênh truyền phát vô tuyến.
Lớp MAC cũng cung cấp hai dịch vụ là dịch vụ dữ liệu cho phép truyền và
nhận các đơn vị dữ liệu giao thức MAC. Dịch vụ quản lý kết nối với MAC với lớp
quản lý điểm truy cập dịch vụ trên dịch vụ dữ liệu của lớp vật lý.
Về mặt truyền dẫn, topo mạng trong IEEE 802.15.4 đƣợc xây dựng dƣới
dạng sao hoặc dạng ngang hàng. Các node cảm biến có thể tạo thành một topo hình
sao khi phạm vi truyền dẫn đủ lớn để chúng có thể truyền dữ liệu trực tiếp đến bộ
thu nhận dữ liệu trung gian. Tuy nhiên, một truyền thông đa hƣớng là một trƣờng
hợp phổ biến hơn của truyền dẫn mạng cảm biến. Trong topo dạng lƣới, các node
cảm biến vừa phải đo lƣờng, xử lý và truyền dữ liệu riêng của chúng, vừa hoạt động
nhƣ là cầu nối trễ tín hiệu chuyển tiếp cho các node cảm biến khác.

7


Hình 1.2. Các kiểu topo mạng IEEE 802.15.4
1.3.2. ZigBee [4,19]
Chuẩn ZigBee đƣợc phát triển bởi ZigBee Alliance là một tổ chức các công

giới: dải này có 16 kênh tín hiệu và tốc độ truyền 250kb/s[7].
1.4.

Ứng dụng của mạng cảm biến không dây
Sự xuất hiện của mô hình mạng cảm biến không dây đã mở ra các nghiên

cứu sâu rộng về nhiều khía cạnh của nó. Trong phần này, luận văn sẽ trình bày tổng

9


quan về ứng dụng đƣợc phát triển dựa trên mô hình mạng cảm biến không dây. Với
khả năng thu thập đƣợc nhiều loại dữ liệu, tại nhiều vị trí, trong những điều kiện
khác nhau mạng cảm biến không dây có rất nhiều ứng dụng trên nhiều lĩnh vực bao
gồm an ninh quốc gia, thu thập thông tin về quốc phòng, theo dõi và giám sát chiến
trƣờng, giám sát môi trƣờng ở thành thị, theo dõi thời tiết, phân tích, và dự báo thời
tiết, theo dõi tăng tốc địa chấn, nhiệt độ, tốc độ gió, từ giám sát các thông số của
môi trƣờng ảnh hƣởng đến sự sinh trƣởng của cây trồng, vật nuôi, theo dõi tập quán
sinh hoạt của động vật hoang dã, đến giám sát các yếu tố ảnh hƣởng đến con ngƣời,
và ứng dụng vào nhiều lĩnh vực khác.
Các ứng dụng điển hình của mạng cảm biến không dây ngày nay có thể đƣợc
phân loại thành các loại sau:
1.4.1. Ứng dụng trong quân sự
Mạng cảm biến không dây là một phần không thể tách rời trong lĩnh vực
quân sự nhƣ các mệnh lệnh, kiểm soát, truyền thông, giám sát, trinh sát và theo dõi
mục tiêu. Với khả năng có thể triển khai nhanh chóng, khả năng tự tổ chức, không
yêu cầu nhiều sự can thiệp của con ngƣời và đặc tính chịu lỗi của mạng cảm biến là
một ƣu điểm rất phù hợp cho việc ứng dụng trong quân sự, vì các mạng cảm biến
đƣợc triển khai dày đặc các node với chi phí thấp nên sự hủy hoại của một số node
bởi hành động thù địch của đối phƣơng không ảnh hƣởng đến hoạt động quân sự

1.4.2. Ứng dụng vào môi trường
Điểm mạnh về khả năng tự điều phối của mạng cảm biến không dây đƣợc sử
dụng rất rộng rãi và rất nhiều trong các ứng dụng có liên quan đến môi trƣờng nhƣ:
theo dõi sự di chuyển của chim, động vật, côn trùng…, giám sát các điều kiện môi
trƣờng ảnh hƣởng đến cây trồng và vật nuôi, ứng dụng vào nông nghiệp chính xác,
giám sát môi trƣờng, phát hiện cháy rừng; giám sát theo dõi các hiện tƣợng tự
nhiên, khí tƣợng, thời tiết. Cụ thể có thể kể đến nhƣ:
- Theo dõi tập quán của động vật, côn trùng [2,9]: Tập quán sinh hoạt của
các động vật trong rừng đặc biệt là các loài quý hiếm luôn là mối quan tâm hàng
đầu của các nhà khoa học. Hiện nay có rất nhiều động vật quý hiếm đang có nguy
cơ bị tuyệt chủng cần đƣợc bảo vệ. Một mạng cảm biến không dây với các cảm biến

11


theo dõi chuyển động cùng thiết bị định vị có thể giúp các nhà khoa học khám phá
tập quán của chúng, qua đó đƣa ra giải pháp bảo vệ nhƣ tạo môi trƣờng sống cho
chúng bằng cách bổ sung nguồn thức ăn, trồng thêm cây xanh. Bên cạnh đó, việc sử
dụng mạng cảm biến không dây cũng có thể phát hiện các hoạt động săn bắt trái
phép. Ngoài ra khi theo dõi sự di chuyển của chim, động vật, côn trùng ta còn có thể
nghiên cứu đƣợc tập quán sinh hoạt của chúng từ đó đƣa ra các giải pháp quản lý,
chẳng hạn nhƣ sự di chuyển của côn trùng với lƣợng lớn có thể phá hoại mùa màng,
hay sự di cƣ của động vật hoang dã sẽ ảnh hƣởng đến canh tác, mùa màng của
ngƣời dân.
- Phát hiện cháy rừng [2,8,9]: Cháy rừng là một trong những nguyên nhân
gây suy giảm tài nguyên rừng, có thể xảy ra do hoạt động canh tác của con ngƣời
hoặc do điều kiện thời tiết nắng nóng hanh khô kéo dài. Trƣớc đây, khi cháy rừng
đã xảy ra rồi con ngƣời mới phát hiện và khi dập tắt đƣợc ngọn lửa thì diện tích
cháy đã lan rất rộng, điều này đã gây ra những thiệt hại lớn cho tài nguyên rừng
thậm chí là cả tính mạng con ngƣời. Hiện nay, việc phân bố và sử dụng rộng rãi

cho cây trồng và gia súc, cảnh báo thiên tai nhƣ hạn, mƣa úng, sƣơng muối, rét đậm
rét hại, nóng lạnh cực đoan, sƣơng mù, gió mạnh, lũ quét, nƣớc biển dâng, xâm
nhập mặn…, dự báo năng suất, thời điểm thu hoạch thuận lợi.
1.4.3. Ứng dụng vào dịch vụ y tế
Sự phát triển của các thiết bị y tế hiện đại, tích hợp các cảm biến thông minh
làm cho việc sử dụng mạng cảm biến trong y học trở nên phổ biến và mang lại hiệu
quả cao. Một số ứng dụng của mạng cảm biến trong y tế nhƣ hỗ trợ ngƣời khuyết
tật, giám sát, theo dõi chuẩn đoán bệnh, quản lý thuốc.
- Theo dõi bác sĩ, bệnh nhân [8,9]: Đối với bệnh nhân trong bệnh viện đôi
khi cần sự hỗ trợ của bác sĩ đúng chuyên môn, tuy nhiên do bệnh viện có nhiều
phòng, nhiều khu vực làm việc và nhiều bác sĩ nên khi cần sự trợ giúp của bác sĩ thì
việc tìm kiếm là có khó khăn, để khắc phục khó khăn này có thể gắn cho các bệnh
nhân và bác sĩ các cảm biến theo dõi vị trí khi đó sẽ thuận tiện hơn khi tìm kiếm sự
trợ giúp. Đối với tình trạng sức khỏe của bệnh nhân có thể lắp các cảm biến vào cơ
thể để chuyển các dạng kích thích khác nhau thành tín hiệu điện để thu nhận, theo
dõi, phân tích, chuẩn đoán chẳng hạn nhƣ cảm biến áp suất đƣợc dùng trong thiết bị

13


gây mê, máy lọc thận, phân tích máu, theo dõi hô hấp, huyết áp, hay cảm biến nhiệt
độ đƣợc dùng trong lò ấp, bộ gia nhiệt, thiết bị theo dõi và điều chỉnh nhiệt độ, theo
dõi nhiệt độ bệnh nhân. Cảm biến gia tốc đƣợc sử dụng trong máy điều hòa nhịp
tim, máy khử rung, thiết bị theo dõi bệnh nhân, máy theo dõi huyết áp. Các thiết bị
cảm biến cũng giúp việc theo dõi điều trị linh hoạt, bệnh nhân có thể vẫn sinh hoạt
tại gia đình nhƣng dữ liệu về sức khỏe bệnh nhân sẽ đƣợc theo dõi tại phòng quản
lý qua máy chủ và khi có dấu hiệu bất thƣờng sẽ nhanh chóng phát hiện ra, có biện
pháp xử lý kịp thời.
- Quản lý chất lượng thuốc, dụng cụ y tế trong kho [8,9]: Thuốc và dụng cụ y
tế là những hàng hóa có tính chất đặc biệt, là phƣơng tiện không thể thiếu trong

dựa trên cảm biến phải chịu chi phí triển khai cao nhƣng nó mang lại độ chính xác
và hạn chế sử dụng sức lao động của con ngƣời. Mạng cảm biến không dây là giải
pháp đầy hứa hẹn cho các công việc nhƣ quản lý hàng tồn kho, giám sát chất lƣợng
sản phẩm, kiểm soát và hƣớng dẫn robot trong môi trƣờng sản xuất tự động.
1.4.6. Ứng dụng trong nông nghiệp
Với những ƣu điểm và hiệu quả vƣợt trội mà mạng cảm biến có thể mang lại
khi áp dụng vào sản xuất nông nghiệp đặc biệt khi khoa học công nghệ ngày càng
phát triển thì mạng cảm biến không dây đã và đang đƣợc áp dụng rộng rãi trong các
hoạt động sản xuất nông nghiệp nhƣ theo dõi sự sinh trƣởng của cây trồng, vật nuôi,
tự động chăm sóc, thu hoạch các sản phẩm nông nghiệp.
Với đất nƣớc nông nghiệp thuần túy nhƣ Việt Nam chúng ta đều biết sản
xuất nông nghiệp là việc thực hiện một lịch trình định trƣớc đối với một đối tƣợng
cây trồng từ trồng trọt, chăm sóc đến thu hoạch, trƣớc đây sản phẩm thu hoạch đƣợc
thƣờng phụ thuộc khá nhiều vào điều kiện thời tiết, nhƣng hiện nay bằng cách thu
thập dữ liệu thời gian thực về thời tiết, môi trƣờng đất và chất lƣợng không khí,
theo dõi sự trƣởng thành của cây trồng từ đó áp dụng đúng kĩ thuật, đƣa đúng lƣợng
dinh dƣỡng đầu vào nhƣ nƣớc, phân bón, thuốc trừ sâu…, đúng vị trí, đúng thời
điểm để tăng cƣờng sản xuất và nâng cao chất lƣợng và thậm chí thu thập thông tin
cả về trang thiết bị, chi phí lao động, các phân tích sau đó có thể đƣợc sử dụng để
đƣa ra quyết định thông minh hơn nhằm nâng cao năng suất, chất lƣợng cây trồng

15


từ đó nâng cao hiệu quả, lợi nhuận kinh tế trong sản xuất nông nghiệp và đƣợc gọi
là nông nghiệp chính xác [13].
Với nông nghiệp chính xác, các node cảm biến đƣợc đặt tại nơi trồng để đo
nhiệt độ và độ ẩm của đất và không khí xung quanh chuyển về trạm trung tâm thu
nhận và xử lý dữ liệu theo thời gian thực để giúp nông dân đƣa ra quyết định tốt
nhất liên quan đến trồng, bón phân và thu hoạch cây trồng. Các thông tin thời gian

toàn bộ mạng sẽ bị dừng hoạt động.

Hình 2.1. Mạng dạng hình sao.
Mạng dạng vòng: các dây cáp đƣợc kết nối thành một vòng khép kín, thông
tin sẽ đƣợc truyền đến từng node mạng một và chỉ theo một chiều. Do đó dễ dàng

17


mở rộng tiết kiệm dây cáp hơn so với kiểu dạng hình sao tuy nhiên tốc độ của mạng
vẫn bị chậm và khi có sự cố xảy ra là toàn bộ mạng sẽ bị ngừng lại và rất khó để
kiểm tra phát hiện lỗi.

Hình 2.2. Mạng dạng vòng.
Mạng dạng trục tuyến: là cách bố trí sao cho tất cả các node đều đƣợc nối
với nhau trên một trục dây cáp. Loại hình mạng này dễ dàng lắp đặt, tiết kiệm dây
cáp nhƣng sẽ gây nghẽn đƣờng truyền khi truyền một lƣợng thông tin lớn, một node
mạng bị hỏng sẽ ảnh hƣởng đến cả hệ thống.

Hình 2.3. Mạng dạng trục tuyến.
2.1.1. Cấu trúc phẳng
Cấu trúc phẳng: là một mạng gồm các node vai trò tƣơng đƣơng chúng có
chức năng tƣơng đồng, ngang hàng với nhau. Các node có thể giao tiếp với bộ thu
nhận dữ liệu trung gian bằng cách trực tiếp qua kiến trúc đa đƣờng, chúng sử dụng
chính các node hàng ngang làm bộ tiếp sóng, với giả thiết là tất cả các node dùng
cùng tần số truyền dữ liệu, khi đó các node gần bộ thu nhận dữ liệu trung gian hơn

18