Mục lục
Mục lục ...................................................................................................................... 1
Thuật ngữ viết tắt ....................................................................................................... 4
Lời nói đầu ................................................................................................................ 6
Ch ơng I : Tổng quan về mạng Wireless Sensor ....................................................... 7
1.1. Giới thiệu mạng cảm biến không dây ........................................................... 7
1.2. Nền tảng phát triển mạng ............................................................................... 7
1.2.1. Mạng Ad hoc không dây ........................................................................ 7
1.2.2. Nền tảng công nghệ ............................................................................. 10
1.3. Mô tả hệ thống ............................................................................................. 12
1.3.1. Mô tả hệ thống tổng quát ...................................................................... 12
1.3.2. Hệ thống WISENET ............................................................................. 13
1.4. Tổng quan về kiến trúc mạng ....................................................................... 17
1.4.1. Lớp ứng dụng ........................................................................................ 18
1.4.1.1. Giao thức quản lý Sensor ..................................................................... 18
1.4.1.2. Giao thức phân nhiệm vụ và quảng cáo số liệu ................................... 19
1.4.1.3 Giao thức truy vấn Sensor và phổ biến số liệu ..................................... 19
1.4.2 Lớp giao vận .......................................................................................... 20
1.4.3 Lớp mạng ............................................................................................... 21
1.4.4. Liên kết liên mạng ................................................................................ 21
1.4.5 Lớp liên kết số liệu ............................................................................... 22
1.4.5.1 Điều khiển truy nhập môi tr ờng truyền dẫn ......................................... 22
1.4.5.2 Điều khiển sửa lỗi ................................................................................. 23
1.4.6 Lớp vật lý ............................................................................................... 24
1.5. Đặc điểm của mạng Wireless Sensor ........................................................... 25
1.5.1. Kích th ớc vật lý nhỏ và tiêu thụ công suất thấp .................................... 25
1.5.2. Hoạt động đồng thời với độ tập trung cao ............................................ 26
1.5.3. Khả năng liên kết vật lý và phân cấp điều khiển hạn chế ..................... 26
1.5.4. Tính đa dạng trong thiết kế và sử dụng ................................................. 26
1.5.5. Hoạt động tin cậy .................................................................................. 27
1.6. ứng dụng của mạng Sensor .......................................................................... 27

2.3.4. Tận dụng các nguồn năng l ợng trong tự nhiên ..................................... 53
2.3.1.1. Tế bào quang điện ............................................................................... 54
2.3.1.2. Các nguồn năng l ợng khác .................................................................. 55
Ch ơng III : Phần mềm mô phỏng năng l ợng cho mạng Wireless Sensor ............... 56
3.1. Mô hình hoá mô phỏng ................................................................................ 56
3.1. Mô hình nguồn năng l ợng ............................................................................ 56
3.3. Thiết kế phần mềm mô phỏng mạng Wireless Sensor ................................. 57
3.3.1. Phần mềm NS-2 .................................................................................... 57
3.3.2. Cơ sở phát triển mô phỏng mạng Sensor trên nền NS-2 ....................... 60
3.3.3. Các định dạng mới trong NS-2 ............................................................. 61
3.3.4. Thay đổi trong NS-2 ............................................................................. 63
3.4. Thiết lập mã lập trình mô phỏng .................................................................. 65
3.4.1. Thiết lập kênh hiện t ợng và kênh dữ liệu ............................................. 65
3.4.2. Thiết lập một giao thức MAC cho kênh Phenomenon ......................... 65
3.4.3. Thiết lập các nút Phenomenon với giao thức "định tuyến" Phenom ... 65
3.4.4. Thiết lập tốc độ và kiểu xung của Phenomenon ................................... 66
3.4.5. Định hình nút Sensor ............................................................................ 67
3.4.6. Thiết lập các nút Non-Sensor (điểm thu thập dữ liệu, Gateway) .......... 68
3.4.7. Gắn kết các tác nhân Sensor ................................................................. 69
3.4.8. Gắn kết một tác nhân UDP và ứng dụng Sensor cho mỗi nút ............. 69
3.4.9. Khởi động ứng dụng Sensor .................................................................. 69
Ch ơng IV: Mô phỏng mạng Wireless Sensor ......................................................... 70
4.1. Mục đính mô phỏng ..................................................................................... 70
4.2. Thực hiện mô phỏng .................................................................................... 71
4.2.1. Mã ch ơng trình ..................................................................................... 71
4.2.1. Phân tích kết quả ................................................................................... 72
4.2. Kết quả ......................................................................................................... 73
4.2.1. Sự tổn hao năng l ợng ............................................................................. 74
4.2.2. Tốc độ giảm năng l ợng khi tăng số nút mạng ...................................... 76
4.2.3. Tốc độ giảm năng l ợng khi mật độ mạng không đổi ............................ 77

Đa truy nhập phân chia theo tần số
FEC Forward error correction Cơ chế sửa lỗi trớc
GPS Global Possition System Hệ thống định vị toàn cầu
HTTP HyperText Tranffer Protocol Giao thức truyền siêu văn bản
ISM band Industrial, Scientific and
Medical band
Dải tần sử dụng cho các ứng dụng công
nghiệp, khoa học và y học
LEACH Low energy adaptive clustering
hierarchy
Phân cấp cụm thích ứng với năng lợng
thấp
MAC Medium access control Điều khiển truy nhập môi trờng truyền
dẫn
MANET Mobile ad hoc network Mạng di động ad hoc (tạm thời, không
có cơ sở hạ tầng)
ME Minimum energy Năng lợng tiêu thụ cực tiểu
MECN Minimum energy
communication network
Mạng truyền thông với năng lợng cực
tiểu
MH Minimum hop Số bớc nhảy cực tiểu
NAM Network AniMator Mô tả mạng bằng hình ảnh động
NS-2 Network Simulator version 2 Phần mềm mô phỏng mạng phiên bản2
Otcl Object-oriented tool command
language
Ngôn ngữ điều khiển bằng lệnh hớng
đối tợng
PA Power available Mức năng lợng hiện tại
QoS Quality of service Chất lợng dịch vụ

Ngôn ngữ truy vấn và đặt nhiệm vụ
sensor
SSF Scalable Simulation Framework Cơ cấu mô phỏng mở rộng
TADAP Task assignment and data
advertisement protocol
Giao thức phân nhiệm vụ và quảng cáo
số liệu
TCP/IP Transmission Control
Protocol/Internet Protocol
Giao thức điều khiển truyền dẫn/giao
thức Internet
TDMA Time division multiple access Đa truy nhập phân chia theo thời gian
TORA Temporally Ordered Routing
Algorithm
Định tuyến bằng thuật toán tìm đờng
tuần tự theo thời gian
WINS Wireless Integrated network
sensors
Mạng các thiết bị cảm biến tích hợp
thiết bị thu phát không dây
WISENET WIreless SEnsor NETwork Hệ thống mạng sensor không dây
WISENET
WLAN Wireless local area network Mạng cục bộ không dây
WSN Wireless sensor network Mạng cảm biến không dây
Phan Viết Thời, D2001VT
5
Đồ án tốt nghiệp đại học
Lời nói đầu
Trong những năm gần đây sự phát triển mạnh mẽ của công nghệ thông tin, công
nghệ vi mạch điện tử và viễn thông đặc biệt là trong lĩnh vực vô tuyến đã đem lại nhiều

Sinh viên
Phan Viết Thời
Phan Viết Thời, D2001VT
6
Đồ án tốt nghiệp đại học Chơng I. Tổng quan về mạng Wireless Sensor
Chơng I : Tổng quan về mạng Wireless Sensor
1.1. Giới thiệu mạng cảm biến không dây
Các thiết bị cảm biến (Sensor) đợc kết nối thành mạng, phối hợp với nhau để thực
hiện các nhiệm vụ với quy mô lớn, đợc đặt nhiều hy vọng nhằm cách mạng hóa trong
lĩnh vực thu thập thông tin ở bất kì điều kiện và vùng địa lý nào. Mạng cảm biến không
dây (Wireless Sensor Network) bao gồm một tập hợp các thiết bị cảm biến sử dụng các
liên kết không dây (vô tuyến, hồng ngoại hoặc quang học) để phối hợp thực hiện các
nhiệm vụ cảm biến phân tán về đối tợng mục tiêu. Mạng này có thể liên kết trực tiếp
với nút quản lý của giám sát viên hay gián tiếp thông qua một điểm thu (Sink) và môi
trờng mạng công cộng nh Internet hay vệ tinh. Các nút Sensor không dây có thể đợc
triển khai cho các mục đích chuyên dụng nh giám sát và an ninh; kiểm tra môi trờng;
tạo ra không gian thông minh; khảo sát, chính xác hóa trong nông nghiệp; y tế;... Lợi
thế chủ yếu của chúng là khả năng triển khai hầu nh trong bất kì loại hình địa lý nào kể
cả các môi trờng nguy hiểm không thể sử dụng mạng Sensor có dây truyền thống đợc.
Việc kết hợp các bộ cảm biến thành mạng lới ngày nay đã tạo ra nhiều khả năng mới
cho con ngời. Các bộ vi cảm biến với bộ xử lý gắn trong và các thiết bị vô tuyến hoàn
toàn có thể gắn trong một kích thớc rất nhỏ. Chúng có thể hoạt động trong một môi tr-
ờng dày đặc với khả năng xử lý tốc độ cao. Do đó, với mạng cảm biến không dây ngày
nay, ngời ta đã có thể khám phá nhiều hiện tợng rất khó thấy trớc đây.
Ngày nay, các mạng cảm biến không dây đợc ứng dụng trong nhiều lĩnh vực nh các
cấu trúc chống lại địa chấn, nghiên cứu vi sinh vật biển, giám sát việc chuyên chở các
chất gây ô nhiễm, kiểm tra hệ sinh thái và môi trờng sinh vật phức tạp...
1.2. Nền tảng phát triển mạng
Việc phát triển mạng Wireless Sensor dựa trên công nghệ mạng Ad hoc không dây và
đợc thúc đẩy bởi hai yếu tố là nhu cầu ứng dụng và các tiến bộ công nghệ.

cách cập nhật phần gia tăng, chỉ những mục ghi mới của bảng định tuyến so với lần cập
nhật cuối cùng mới đợc gửi đi và phải vừa trong một gói tin. Khi mạng tơng đối ổn
định, các gói cập nhật phần gia tăng đợc sử dụng để tránh việc lu lợng tăng cao và việc
chuyển toàn bộ (full dump) ít đợc sử dụng hơn. Trong các mạng thay đổi nhanh, số l-
ợng các gói cập nhật phần gia tăng có thể trở lên rất lớn nên việc chuyển toàn bộ bảng
đợc thực hiện thờng xuyên hơn.
b) Định tuyến bằng thuật toán tìm đờng tuần tự theo thời gian
Định tuyến bằng thuật toán tìm đờng tuần tự theo thời gian (Temporally Ordered
Routing Algorithm - TORA) là một giao thức định tuyến trên cơ sở một thuật toán
đảo liên kết (Link Reversal). Nó đợc thiết kế để tìm các tuyến đờng theo yêu cầu,
cung cấp nhiều tuyến tới một đích, thiết lập tuyến nhanh và giảm tới mức tối thiểu
phần phụ tải (overhead) bằng thuật toán khoanh vùng chống lại các thay đổi về hình
trạng mạng có thể sảy ra. Việc tối u định tuyến (tìm đờng ngắn nhất) đợc coi là thứ yếu
Phan Viết Thời, D2001VT
8
Đồ án tốt nghiệp đại học Chơng I. Tổng quan về mạng Wireless Sensor
và việc định tuyến với các đờng dài hơn đợc sử dụng thờng xuyên để tránh phần phụ tải
khi tìm đờng mới.
Hoạt động của giao thức TORA đợc hình dung giống nh đa nớc chảy dốc xuống qua
một mạng các đờng ống và hớng tới một điểm đích. Các đờng ống mô tả các liên kết
giữa các nút mạng, các điểm nối các đờng ống này mô tả các nút mạng và nớc chảy
trong các ống mô tả các gói tin đợc định tuyến hớng tới đích. Mỗi nút có một độ cao so
với đích đợc tình toán bởi giao thức định tuyến và độ cao giảm dần trên tuyến, nhờ vậy
có thể chuyển gói tin một cách tuần tự để tới đích.
c) Giao thức định tuyến nguồn động
Điểm cơ bản của giao thức định tuyến nguồn động ( Dynamic Source Routing - DSR)
là việc sử dụng định tuyến nguồn. Tức là, nơi gửi nhận biết đợc hoàn toàn tuyến đờng
gồm các liên kết dẫn tới đích. Các tuyến đờng này đợc lu trong bộ nhớ định tuyến
(Route Cache). Các gói dữ liệu mang theo thông tin định tuyến nguồn trong tiêu đề
gói. Khi một nút trong mạng Ad hoc muốn gửi một gói tin tới một đích mà nó cha

Giao thức DSDV là giao thức định tuyến theo bảng, các giao thức DSR, TORA,
AODV thuộc loại giao thức định tuyến theo yêu cầu.
1.2.2. Nền tảng công nghệ
Các tiến bộ trong công nghệ chế tạo các thiết bị điện tử rất nhỏ giá rẻ với công suất
thấp và phân hóa chức năng cao, các bớc tiến trong công nghệ mạng không dây và
trong lĩnh vực vi điều khiển đã tạo ra tiềm năng to lớn trong lĩnh vực cảm biến và thu
thập dữ liệu. Việc sử dụng các bộ vi điều khiển công suất thấp tích hợp khối thu phát
vô tuyến và các thiết bị cảm biến tơng tự, số khác nhau cho phép một mạng các thiết bị
cảm biến không dây hoạt động bằng nguồn acquy có thể thu thập dữ liệu về môi trờng
trong phạm vi lớn. Dữ liệu này có thể đợc tải đến một máy tính và đợc lu trong cơ sở
dữ liệu. Sau đó, có thể đợc phân tích thông qua một phần mềm ứng dụng. Kết quả có
thể đợc truy xuất trực tiếp hoặc bởi một trình duyệt Web chuẩn ở bất cứ đâu trên
Internet. Các mạng Sensor ngày nay có những cải tiến đáng kể so với các Sensor truyền
thống theo hai hớng:
- Các Sensor có thể đặt ở xa hiện tợng tức là các thông tin về hiện tợng có đợc nhờ
năng lực cảm biến và phân tích. Theo hớng này, yêu cầu các Sensor lớn sử dụng một số
kỹ thuật phức tạp để nhận biết đợc các đích từ các tạp âm môi trờng ở khoảng cách xa.
- Nhiều Sensor chủ yếu chỉ hoạt động cảm biến đợc triển khai. Vị trí các Sensor và
hình trạng thông tin đợc tính toán cẩn thận. Chúng đợc liên kết thành một mạng để
truyền thông tin về các diễn biến của hiện tợng đợc thăm dò tới các nút trung tâm, nơi
tiếp nhận và xử lý dữ liệu.
Một mạng Sensor bao gồm một số lợng lớn các nút đợc triển khai dày đặc bên trong
đối tợng cần thăm dò hoặc ở rất gần nó. Vị trí của các Sensor phải không cần định trớc.
Điều này cho phép triển khai ngẫu nhiên trong các vùng không thể tiếp cận hoặc trong
các hoạt động tránh sự nguy hiểm. Điều này cũng có nghĩa là các thuật toán và giao
thức phải có khả năng tự tổ chức. Một đặc trng nữa của mạng Sensor là khả năng cộng
tác của các Sensor. Các Nút Sensor phải có bộ xử lý gắn trong. Thay vì chuyển các dữ
liệu thô đến các nút có nhiệm vụ xử lý, các nút Sensor sẽ sử dụng khả năng tính toán
Phan Viết Thời, D2001VT
10

thông đa liên kết còn có một số hiệu quả truyền tín hiệu tốt hơn so với truyền thông
khoảng cách xa.
Một hạn chế quan trọng nhất của các nút Sensor là yêu cầu phải tối thiểu công suất
tiêu thụ. Các nút Sensor chỉ tích trữ đợc nguồn năng lợng hạn chế và không đợc thay
Phan Viết Thời, D2001VT
11
Đồ án tốt nghiệp đại học Chơng I. Tổng quan về mạng Wireless Sensor
thế. Vì vậy, trong khi các mạng truyền thống luôn đặt mục tiêu cung cấp chất lợng dịch
vụ (QoS) cao thì các giao thức trong mạng Sensor phải chú trọng đến sự bảo tồn nguồn
năng lợng. Ngời sử dụng phải chọn giữa tuổi thọ của mạng với hạn chế về thông lợng
hay độ trễ truyền dẫn lớn.
1.3. Mô tả hệ thống
1.3.1. Mô tả hệ thống tổng quát
Các nút Sensor đợc triển khai trong một trờng Sensor (Sensor field) đợc minh họa
trên hình 1.1. Mỗi nút Sensor đợc phát tán có khả năng thu thập thông số liệu, định
tuyến số liệu về bộ thu nhận (Sink) để chuyển tới ngời dùng (User) và định tuyến các
bản tin mang theo lệnh hay yêu cầu từ nút Sink đến các nút Sensor. Số liệu đợc định
tuyến về phía bộ thu nhận (nút Sink) theo cấu trúc đa liên kết không có cơ sở hạ tầng
nền tảng (Multihop Infrastructureless Architecture), tức là không có các trạm thu phát
gốc hay các trung tâm điều khiển, nh trong hình 1.1. Bộ thu nhận có thể liên lạc trực
tiếp với trạm điều hành (Task Manager Node) của ngời dùng hoặc gián tiếp thông qua
Internet hay vệ tinh (Satellite).
Hình 1.1: Mô hình triển khai các nút Sensor
Một nút Sensor đợc tạo lên từ bốn thành phần cơ bản là: bộ cảm biến, bộ xử lý, bộ
thu phát không dây và nguồn. Tuỳ theo ứng dụng cụ thể, nút Sensor còn có thể có các
thành phần bổ xung nh hệ thống tìm vị trí, bộ sinh năng lợng và thiết bị di động. Các
thành phần trong một nút Sensor đợc minh hoạ trên hình 1.2. Bộ cảm biến thờng thờng
gồm hai đơn vị thành phần là thiết bị cảm biến (Sensor) và bộ chuyển đổi tơng tự / số
(ADC). Các tín hiệu tơng tự có đợc từ các Sensor trên cơ sở cảm biến các hiện tợng đợc
Phan Viết Thời, D2001VT

ADC
Thiết bị nhớ
Bộ cảm biến Bộ xử lý
13
Đồ án tốt nghiệp đại học Chơng I. Tổng quan về mạng Wireless Sensor
Mỗi hạt Sensor đợc tích hợp bởi một vi điều khiển, một bộ thu phát vô tuyến, các
phần tử cảm biến môi trờng và nguồn nuôi. Một hệ điều hành thời gian thực đợc gọi là
TinyOS (Tiny Operation System) đợc sử dụng để tối thiểu công suất tiêu thụ mà vẫn
cung cấp khả năng điều chế công suất cao và cho phép các hoạt động tập trung đồng
thời.
b) Sơ đồ hệ thống WISENET
Hệ thống WISENET gồm hai hệ thống con chính là phân tích số liệu (Data Analysis
Subsystem) và thu nhận số liệu (Data Acquisition Subsystem), ba thành phần chính là
trạm chủ (Server), trạm ngời dùng (Client) và mạng các hạt Sensor (Sensor mote
network).
Hình 1.3; Sơ đồ hệ thống WISENET
Các hệ thống con chính là:
- Hệ thống con phân tích số liệu: Hệ thống con này chỉ gồm phần mềm . Nó dựa trên
cơ sở hạ tầng Internet và Web hiện tại (HTTP) để truyền thông tin giữa máy tính chủ
(Server) và máy truy cập (Client). Nhiệm vụ của hệ thống con này là chọn lấy các dữ
liệu môi trờng thích hợp cha đợc xử lý, có đợc nhờ hệ thống thu nhận dữ liệu, phân tích
và gửi kết quả đến ngời dùng theo yêu cầu.
- Hệ thống thu nhận số liệu: Mục đích của hệ thống con này thu thập số liệu môi tr-
ờng và lu trữ trong cơ sở dữ liệu để sau đó hệ thống phân tích sẽ xử lý. Hệ thống con
bao gồm mạng các Sensor đợc kết hợp với máy tính chủ đợc cài đặt phần mềm hệ
thống (TinyOS Daemon).
Các thành phần chính của hệ thống bao gồm:
Phan Viết Thời, D2001VT
14
Đồ án tốt nghiệp đại học Chơng I. Tổng quan về mạng Wireless Sensor

Phan Viết Thời, D2001VT
Kiểm tra
các tham
số điều
kiện hợp
lệ.
Nhận số liệu
từ cơ sở dữ
liệu, tuỳ
theo ràng
buộc của
trạm khách
Tạo
trang
Web với
dữ liệu
đã được
yêu cầu
Client
yêu
cầu số
liệu
với
các
điều
kiện
Gửi
trang
Web
đến

số liệu với các giao thức mạng, truyền tin với hiệu quả về năng lợng thông qua môi tr-
ờng không dây và tăng cờng sự hợp tác giữa các nút Sensor. Ngăn xếp giao thức bao
gồm lớp ứng dụng (Application Layer), lớp giao vận (Transport Layer), lớp mạng
(Network Layer), lớp liên kết số liệu (Datalink Layer), lớp vật lý (Physical Layer), mặt
bằng quản lý năng lợng (Power Management Plane), mặt bằng quản lý di động
(Mobility Management Plane) và mặt bằng quản lý nhiệm vụ (Task Management
Plane).
Hình 1.6: Ngăn xếp giao thức mạng Sensor
Tuỳ theo nhiệm vụ cảm biến, các kiểu phần mềm ứng dụng có thể đợc xây dựng và
sử dụng trên lớp ứng dụng. Lớp giao vận giúp duy trì dòng số liệu khi các ứng dụng
của mạng Sensor yêu cầu. Lớp mạng tập trung vào việc định tuyến số liệu đợc cung
cấp bởi lớp giao vận. Do môi trờng có nhiễu và các nút Sensor có thể di động đợc, giao
thức MAC phải đợc tính toán về năng lợng và tối thiểu hóa va chạm trong việc phát
quảng bá với các nút lân cận . Lớp vật lý sử dụng các kỹ thuật điều chế, truyền và nhận
cần thiết đơn giản nhng mạnh mẽ. Thêm vào đó, các mặt bằng quản lý năng lợng, di
động và nhiệm vụ điều khiển sự phân phối năng lợng, phối hợp di chuyển và nhiệm vụ
giữa các nút Sensor. Các mặt bằng này giúp cho các nút Sensor có thể phối hợp trong
nhiệm vụ cảm biến và giảm đợc tổng năng lợng tiêu thụ.
Phan Viết Thời, D2001VT
17
Đồ án tốt nghiệp đại học Chơng I. Tổng quan về mạng Wireless Sensor
Mặt bằng quản lý năng lợng quản lý việc một nút Sensor sử dụng năng lợng của nó
nh thế nào. Ví dụ, nút Sensor có thể tắt bộ phận nhận sau khi nhận một bản tin từ một
trong các nút lân cận. Điều này có thể tránh đợc việc nhận bản tin tới hai lần. Ngoài ra,
khi mức năng lợng của nút Sensor thấp, nút Sensor sẽ thông báo tới tất cả các nút lân
cận rằng mức năng lợng thấp của nó đã thấp nên nó không thể tham gia vào việc định
tuyến cho các bản tin. Năng lợng còn lại đợc dự trữ cho việc cảm biến. Mặt bằng quản
lý di động dò tìm và ghi lại chuyển động của nút Sensor, vì thế một tuyến đờng hớng
tới nút user luôn đợc duy trì và các nút Sensor có thể theo dõi đợc các nút Sensor lân
cận. Với việc nhận biết đợc các nút Sensor lân cận, nút Sensor có thể cân bằng giữa

mềm nào cho lớp thấp không ảnh hởng tới hoạt động của các ứng dụng quản lý mạng
Sensor.
Các nhà quản trị hệ thống tác động tới mạng Sensor nhờ sử dụng SMP. Không nh
nhiều mạng khác, mạng Sensor bao gồm các nút không có các số nhận dạng ID
(IDentify ) toàn cục và chúng thờng không có cơ sở hạ tầng mạng. Vì thế SMP cần
phải truy nhập tới các nút bằng cách sử dụng đặt tên thuộc tính cơ sở và đánh địa chỉ vị
trí cơ sở.
SMP là một giao thức quản lý cung cấp hoạt động phần mềm cần thiết để thực hiện
nhiệm vụ quản trị mạng sau:
- Đa ra các quy tắc liên quan tới việc tập hợp số liệu, đặt tên thuộc tính cơ sở, tập
hợp các nhóm nút Sensor thành cụm.
- Trao đổi số liệu liên quan tới các thuật toán tìm vị trí
- Đồng bộ thời gian cho các nút Sensor
- Di chuyển các nút Sensor
- Bật và tắt các nút Sensor
- Truy vấn cấu hình mạng Sensor và trạng thái nút, định dạng lại cấu hình mạng
Sensor
- Xác nhận, phân phối khoá và bảo mật trong truyền thông số liệu
1.4.1.2. Giao thức phân nhiệm vụ và quảng cáo số liệu
Một hoạt động quan trọng khác trong mạng Sensor là phổ biến yêu cầu về số liệu.
Ngời sử dụng có thể gửi yêu cầu này tới một nút Sensor, tới một mạng con hoặc tới
toàn mạng. Yêu cầu này có thể là về một thuộc tính nào đó của hiện tợng mục tiêu
hoặc một sự kiện đáng quan tâm. Sau đó, các Sensor liên quan sẽ gửi các số liệu đợc
yêu cầu tới ngời sử dụng. Một phơng pháp khác là quảng cáo các số liệu có sẵn. Trong
phơng pháp này, các nút Sensor quảng cáo các số liệu có sẵn cho ngời dùng và truy vấn
ngời sử dụng về số liệu mà họ quan tâm tới . Một giao thức lớp ứng dụng cung cấp cho
ngời dùng phần mềm với giao diện cho việc truyền đạt yêu cầu hỗ trợ rất hiệu quả cho
các hoạt động của lớp thấp hơn, nh định tuyến
1.4.1.3 Giao thức truy vấn Sensor và phổ biến số liệu
SQDDP cung cấp cho ngời sử dụng những ứng dụng bao gồm giao diện truy vấn,

hoặc TCP thông qua Internet hoặc qua vệ tinh. Mặt khác, việc truyền thông giữa nút
thu nhận và các nút Sensor chỉ sử dụng hoàn toàn các giao thức kiểu nh UDP, bởi vì
các nút Sensor có bộ nhớ hạn chế.
Không giống các giao thức kiểu nh TCP, các phơng pháp truyền thông đầu cuối (end
to end) trong mạng Sensor không địa chỉ toàn cục. Các phơng pháp này dựa trên việc
đặt tên thuộc tính cơ sở để chỉ ra điểm đích của gói số liệu. Các nhân tố nh tiêu thụ
năng lợng, khả năng mở rộng và các đặc trng nh định tuyến tập trung số liệu khiến cho
mạng Sensor cần phải có những cơ chế khác trong lớp giao vận. Yêu cầu này nhấn
mạnh sự cần thiết của những loại giao thức mới ở lớp giao vận.
Phan Viết Thời, D2001VT
20
Đồ án tốt nghiệp đại học Chơng I. Tổng quan về mạng Wireless Sensor
1.4.3 Lớp mạng
Các nút Sensor đợc phân bố dày đặc trong một trờng ở gần hoặc ở ngay bên trong các
hiện tợng mục tiêu nh trong hình 1.1. Giao thức định tuyến không dây đa bớc phù hợp
giữa nút Sensor và nút Sink là cần thiết. Kỹ thuật định tuyến trong mạng ad-hoc thông
thờng không phù hợp những yêu cầu của mạng Sensor. Lớp mạng của mạng Sensor đợc
thiết kế theo những nguyên tắc sau :
- Hiệu suất năng lợng luôn là yếu tố quan trọng
- Hầu hết các mạng Sensor là số liệu tập trung
- Việc tập hợp số liệu chỉ đợc thực thi khi nó không cản trở hoạt động hợp tác của các
nút Sensor .
- Một mạng Sensor lý tởng phải nhận biết đợc việc đánh địa chỉ thuộc tính cơ sở và vị
trí.
1.4.4. Liên kết liên mạng
Một chức năng quan trọng khác của lớp mạng là cung cấp sự liên kết mạng với các
mạng bên ngoài nh các mạng Sensor khác, các hệ thống phát lệnh và điều khiển hay
Internet. Trong một mô hình mạng, các nút Sink đợc sử dụng nh một cổng (Gateway)
đến các mạng khác. Trong một mô hình mạng khác, một đờng trục đợc tạo ra bằng
việc kết nối các nút Sink với nhau và đờng trục này đợc truy nhập tới các mạng khác

Self-organizing Sensor network) phải đạt đợc hai mục tiêu. Thứ nhất là phải tạo ra cơ
sở hạ tầng mạng. Vì hàng nghìn nút Sensor đợc phân bố dày đặc trong một trờng
Sensor nên giao thức MAC phải thiết lập đợc những liên kết thông tin để truyền số liệu.
Việc này sẽ lập lên cơ sở hạ tầng nền tảng cần thiết cho truyền thông không dây đa bớc
và tạo cho mạng Sensor khả năng tự tổ chức. Nhiệm vụ thứ hai là chia sẻ tài các
nguyên thông tin một cách hiệu quả và cân bằng giữa các nút Sensor. Các giao thức
Phan Viết Thời, D2001VT
22
Đồ án tốt nghiệp đại học Chơng I. Tổng quan về mạng Wireless Sensor
MAC truyền thống có thể đợc phân loại dựa trên các cơ chế phân bổ tài nguyên. Bảng
2.3 cung cấp một sự phân tích các u, nhợc điểm và phạm vi ứng dụng của các loại này.
Phân loại Kiểu chia sẻ tài
nguyên
Phạm vi ứng dụng Nhợc điểm
Chỉ định
riêng hay
phân bổ cố
định
Phân bổ cố định đợc
xác định trớc
Thích hợp với lu l-
ợng liên tục và cung
cấp hạn chế trễ
Không hiệu quả
với lu lợng cao
Dựa trên
nhu cầu
Tuỳ thuộc vào nhu
cầu hay yêu cầu của
ngời dùng

mã. Phần tiếp theo sẽ trình bày động lực ứng dụng và cơ sở thiết kế thủ tục FEC theo
yêu cầu của mạng Sensor.
FEC: Độ tin cậy của liên kết là tham số quan trọng trong thiết kế bất kì một mạng
không dây nào, điều này càng quan trọng hơn với mạng Sensor do tính chất gay gắt và
không ổn định của sự đụng độ kênh trong các ứng dụng khác nhau. Một số các ứng
dụng nh giám sát di động và điều hành máy móc đòi hỏi độ chính xác số liệu cao. Tỷ
số lỗi bít (BER) là tham số quan trọng để đánh giá độ tin cậy của liên kết. BER tỷ lệ
Phan Viết Thời, D2001VT
23
Đồ án tốt nghiệp đại học Chơng I. Tổng quan về mạng Wireless Sensor
thuận với tốc độ kí hiệu R
s
và tỷ lệ nghịch với tỷ số tín hiệu trên nhiễu SNR (E
s
/ N
0
) và
mức công xuất phát P
out
. Giả sử một phơng pháp mã hoá với tỷ lệ R đợc sử dụng. Nếu
tốc độ truyền kí hiệu số liệu đợc giữ không đổi so với trớc khi mã hoá thì tốc độ truyền
kí hiệu tổng phải tăng đến R
s
/ R. Ngoài ra, nếu công suất truyền dẫn không đổi thì
năng lợng thu đợc trên một kí hiệu giảm đến RE
s
. BER đo đợc ở đầu vào bộ giải mã,
BER của tín hiệu cha đợc xử lý, lớn hơn BER của tín hiệu sau giải mã. Điều này có đợc
nhờ bộ giải mã bằng cách khai thác phần d thừa và cầu trúc của bộ mã để hiệu chỉnh
một số lỗi đờng truyền. Trong thực tế, một mã sửa lỗi tốt đợc đánh giá qua mức độ

Phan Viết Thời, D2001VT
24
Đồ án tốt nghiệp đại học Chơng I. Tổng quan về mạng Wireless Sensor
Hiển nhiên là truyền thông vô tuyến với khoảng cách xa là rất tốn kém xét cả về năng
lợng và độ phức tạp của hoạt động. Trong khi thiết kế lớp vật lý cho mạng Sensor, việc
tối thiểu hoá năng lợng đợc coi là rất quan trọng, ngoài ra còn các vấn đề về suy hao,
phát tán, vật cản, phản xạ, nhiễu, các hiệu ứng fading đa đờng. Thông thờng, công suất
đầu ra tối thiểu để chuyển một tín hiệu qua một khoảng cách d tỷ lệ với d
n
, trong đó 2
n < 4.

Số mũ n gần 4 với antent tầm thầp và các kênh gần mặt đất điển hình trong
mạng Sensor. Nguyên nhân là do sự triệt tiêu một phần tín hiệu bởi tia phản xạ mặt đất.
Để giải quyết vấn đề này, ngời thiết kế phải hiểu rõ các đặc tính đa dạng cố hữu và
khai thác chúng một cách triệt để. Vi dụ, truyền thông qua nhiều bớc nhảy trong mạng
Sensor có thể vợt qua một cách hiệu quả các vật chắn và các hiệu ứng suy hao đờng
truyền nếu mật độ nút mạng đủ lớn. Tơng tự, trong khi suy hao đờng truyền và dung l-
ợng kênh hạn chế độ tin cậy của số liệu thì nhờ đó ta có thể sử dụng lại tần số theo
không gian.
Việc lựa chọn phơng thức điều chế tốt để là vấn đề quyết định đối với sự tin cậy trong
truyền thông của mạng Sensor. Các phơng pháp điều chế cơ hai và cơ số M đợc so sánh
trong [36]. Trong khi một phơng pháp điều chế cơ số M có thể giảm có thể giảm thời
gian truyền dẫn bằng việc gửi nhiều bit trên một kí hiệu thì nó lại làm tăng độ phức tạp
của mạch điện và tăng công suất vô tuyến. Với điều kiện công suất khởi kích (đợc giới
thiệu trong phần 2.1.8) vợt trội thì phơng pháp điều chế cơ số hai có hiệu quả về năng
lợng hơn. Vì thế, phơng pháp điều chế cơ số M chỉ có lợi với các hệ thống có công suất
khởi kích thấp.
Thiết bị băng tần cực rộng (Ultrawideband-UWB) hay vô tuyến xung (Impulse
Radio-IR) từng đợc sử dụng cho hệ thống radar xung băng tần gốc và các hệ thống đo