Người thực hiện: Đỗ ngọc Anh
Lớp: D2001VT
Người hướng dẫn: TS. Đinh Văn Dũng
HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG
----------------**----------------
ĐỒ ÁN
TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC
Đề tài
CÁC ỨNG DỤNG CỦA CÔNG NGHỆ
CẢM BIẾN KHÔNG DÂY
VÀ ĐÁNH GIÁ BẰNG MÔ PHỎNG
Hà Nội 2005
ĐỀ TÀI ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC
Họ và tên: Đỗ ngọc Anh
Lớp: D2001VT
Khoá học: 2001 - 2006
Nghành: Điện tử - Viễn thông
Tên đề tài: Các ứng dụng của công nghệ cảm biến không dây và đánh giá bằng
mô phỏng.
Nội dung đồ án:
- Giới thiệu tổng quan về mạng cảm biến không dây.
- Các ứng dụng của Công nghệ mạng cảm biến không dây.
- Mô hình và phần mềm mô phỏng ứng dụng mạng cảm biến không dây.
- Đánh giá một số tham số Chất lượng dịch vụ QoS của mạng cảm biến
không dây.
Ngày giao đề tài: 25/07/2005.
Ngày nộp đồ án: 25/10/2005
HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BCVT
KHOA VIỄN THÔNG I
----------o0o----------
CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

1.4.2 Hoạt động đồng thời với độ tập trung cao...................................................................10
1.4.3 Khả năng liên kết vật lý và phân cấp điều khiển hạn chế...........................................10
1.4.4 Tính đa dạng trong thiết kế và sử dụng.......................................................................11
1.4.5 Hoạt động tin cậy.........................................................................................................11
1.5 Kiến trúc và giao thức mạng cảm biến không dây.............................................................11
1.5.1 Lớp ứng dụng...............................................................................................................13
1.5.2 Lớp giao vận.................................................................................................................13
1.5.3 Lớp mạng......................................................................................................................14
1.5.4 Lớp liên kết số liệu.......................................................................................................14
1.5.5 Lớp vật lý......................................................................................................................15
1.6 Các hỗ trợ truyền thông cho mạng cảm biến không dây....................................................16
1.6.1 Hệ điều hành TinyOS...................................................................................................16
1.6.2 Hệ thống Cảm biến mạng tích hợp không dây WINS ................................................26
CHƯƠNG 2 ..................................................................................................................................37
CÁC ỨNG DỤNG CỦA MẠNG CẢM BIẾN KHÔNG DÂY...................................................37
2.1 Các ứng dụng của công nghệ mạng cảm biến không dây..................................................37
2.1.1 Giám sát và điều khiển công nghiệp............................................................................37
2.1.2 Tự động hoá gia đình và điện dân dụng......................................................................40
2.1.3 Cảm biến trong quân sự...............................................................................................42
2.1.4 Cảm biến trong y tế và giám sát sức khoẻ...................................................................43
2.1.5 Cảm biến môi trường và nông nghiệp thông minh......................................................44
2.2 Một ứng dụng giám sát môi trường sống - đảo Great Duck Island....................................46
2.2.1 Các yêu cầu cho giám sát môi trường sống trên đảo GDI...........................................47
2.2.2 Các kế hoạch thi hành..................................................................................................51
CHƯƠNG 3 ..................................................................................................................................57
MÔ HÌNH HOÁ VÀ PHẦN MỀM MÔ PHỎNG MẠNG CẢM BIẾN KHÔNG DÂY............57
3.1 Mô hình hoá mô phỏng.......................................................................................................57
3.1.1 Mô hình SWAN theo dõi mức độ ô nhiễm môi trường...............................................57
3.1.2 Mô hình của trường Đại học Los Angeles California ................................................64
3.2 Thiết kế phần mềm mô phỏng mạng cảm biến không dây.................................................70

CSMA
Carrier Sense Multiple
Access
Đa truy nhập cảm biến sóng mang
DAM
Distributed Aggregate
Management
Giao thức quản lý khối kết hợp phân tán
DSDV
Destination-Sequenced
Distance-Vector
Chuỗi chỉ hướng với đích tuần tự
DSR Dynamic Source Routing Giao thức định tuyến nguồn động
GLONASS
Global Navigation Satellite
System
Hệ thống vệ tinh điều hướng toàn cầu
GPS Global Positioning System Hệ thống định vị toàn cầu
HVAC
Heating, Ventilation, and Air
Conditioning
Hơi ấm, thông gió và các điều kiện không
khí
MAC Medium Access Control Điều khiển truy nhập môi trường
NS-2 Network Simulator - 2 Bộ mô phỏng mạng phiên bản 2
PDA Personal Digital Assistant Trợ tá số cá nhân
RF Radio Frequency Tần số vô tuyến
RFM RF Monolithic Thành phần nguyên khối tần số vô tuyến
RKE Remote Keyless Entry Đăng nhập chỉ mục không khoá từ xa
SMP Sensor Management Protocol Giao thức quản lý cảm biến

Description Language
Ngôn ngữ mô tả phần cứng Mạch tích
hợp mật độ cao
WINS
Wireless Integrated Network
Sensors
Cảm biến mạng tích hợp vô tuyến
WLAN Wireless Local Area Network Mạng nội hạt vô tuyến
WPAN
Wireless Personal Area
Network
Mạng vùng cá nhân vô tuyến
III

Đồ án tốt nghiệp Đại học Lời nói đầu
LỜI NÓI ĐẦU
Trong quá trình phát triển của con người, những cuộc các mạng về công nghệ
đóng một vai trò rất quan trọng, chúng làm thay đổi từng ngày từng giờ cuộc
sống của con người, theo hướng hiện đại hơn. Đi đôi với quá trình phát triển của
con người, những thay đổi do chính tác động của con người trong tự nhiên,
trong môi trường sống cũng đang diễn ra, tác động trở lại chúng ta, như ô nhiễm
môi trường, khí hậu thay đổi, v.v... Dân số càng tăng, nhu cầu cũng tăng theo,
các dịch vụ, các tiện ích từ đó cũng được hình thành và phát triển theo. Đặc biệt
là áp dụng các công nghệ của các ngành điện tử, công nghệ thông tin và viễn
thông vào trong thực tiễn cuộc sống con người. Công nghệ cảm biến không dây
được tích hợp từ các kỹ thuật điện tử, tin học và viễn thông tiên tiến vào trong
mục đích nghiên cứu, giải trí, sản xuất, kinh doanh, v.v..., phạm vi này ngày
càng được mở rộng, để tạo ra các ứng dụng đáp ứng cho các nhu cầu trên các
lĩnh vực khác nhau.
Hiện nay, công nghệ cảm biến không dây chưa được áp dụng một các rộng rãi

Ngày 25 tháng 10 năm 2005
Sinh viên thực hiện
Đỗ ngọc Anh
Đồ án tốt nghiệp Đại học Chương 1. Tổng quan về mạng cảm biến không dây
CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN VỀ MẠNG CẢM BIẾN KHÔNG DÂY
1.1 Giới thiệu về mạng cảm biến không dây
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 tượng
mục tiêu. Mạng này có thể liên kết trực tiếp với node quản lý của giám sát viên
hay gián tiếp thông qua một điểm thu (Sink) và môi trường mạng công cộng như
Internet hay vệ tinh. Các node cảm biến không dây có thể được triển khai cho
các mục đích chuyên dụng như giám sát và an ninh; kiểm tra môi trường; 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 như trong bất kì loại hình địa
lý nào kể cả các môi trường nguy hiểm không thể sử dụng mạng cảm biến có
dây truyền thống được.
Việc kết hợp các bộ cảm biến thành mạng lưới ngày nay đã tạo ra nhiều khả
năng mới cho con người. 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 thước rất nhỏ. Chúng có thể
hoạt động trong một môi trường dày đặc với khả năng xử lý tốc độ cao. Do đó,
với mạng cảm biến không dây ngày nay, người ta đã có thể khám phá nhiều hiện
tượng rất khó thấy trước đây.
Ngày nay, các mạng cảm biến không dây được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực
như 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 trường sinh vật
phức tạp, v.v...
1.2 Mô tả hệ thống tổng quát
Các node cảm biến được triển khai trong một trường cảm biến (sensor field)

biến yêu cầu phải có sự nhận biết về vị trí với độ chính xác cao. Do đó, các node
cảm biến thường phải có hệ thống tìm vị trí. Các thiết bị di động đôi khi cũng
Đỗ ngọc Anh - D2001VT
- 4 -
Đồ án tốt nghiệp Đại học Chương 1. Tổng quan về mạng cảm biến không dây
cần thiết để di chuyển các node cảm biến theo yêu cầu để đảm bảo các nhiệm vụ
được phân công.
Hình 1.2: Các thành phần của node cảm biến
1.3 Các nhân tố ảnh hưởng đến mạng cảm biến không dây
1.3.1 Tiêu thụ nguồn mức thấp
Các ứng dụng mạng cảm biến không dây điển hình yêu cầu các thành phần
với nguồn tiêu thụ trung bình, thực chất thấp hơn hiện tại được cung cấp trong
các bổ xung của các mạng không dây hiện tại giống như Bluetooth. Ví dụ các
thiết bị cho các kiểu cảm biến công nghiệp và y tế, các nhãn thông minh, các
huy hiệu, được cấp nguồn từ các nguồn pin nhỏ, thời gian tiêu thụ một vài tháng
đến một vài năm. Các ứng dụng bao gồm giám sát và điều khiển thiết bị công
nghiệp yêu cầu thời gian sống của nguồn pin dài để duy trì sự tồn tại đưa và vào
thiết bị được giám sát không được thỏa thuận. Các ứng dụng khác, giống như
giám sát môi trường các vùng rộng, có thể yêu cầu một số lượng lớn các thiết bị
nên không thể thay đổi nguồn thường xuyên. Hơn nữa, các ứng dụng nào đó
không thể tận dụng một nguồn cho tất cả; các node mạng trong các ứng dụng
này phải nhận nguồn năng lượng nhờ quá trình khai thác và lọc năng lượng từ
môi trường. Một ví dụ của kiểu này là cảm biến áp suất lốp xe, mong muốn nhận
được năng lượng từ các nguồn năng lượng cơ hoặc nhiệt hiện diện trong các lốp
ô tô thay vì một nguồn có thể yêu cầu được thay thế trước khi lốp chạy.
Để bổ xung cho mức tiêu thụ nguồn trung bình, các nguồn năng lượng chính
với khả năng nguồn năng lượng trung bình thường có các khả năng nguồn năng
lượng đỉnh giới hạn; thực tế này được quan tâm trong thiết kế hệ thống.
Đỗ ngọc Anh - D2001VT
Bộ nguồn Bộ sinh năng lượng

trong vùng khác nhau phải được giám sát riêng lẻ thông qua (có thể là riêng rẽ)
dây truyền phân tán, do đó mong muốn cung cấp các thiết bị mà có khả năng
vận hành trên khắp thế giới. Dù vậy, theo lý thuyết, khả năng này có thể được sử
dụng bởi việc tận dụng các bộ thu nhận GPS (Global Positioning System) hoặc
GLONASS (Global Navigation Satellite System) trong mỗi node mạng và điều
chỉnh node cách thức hoạt động theo vị trí của nó, chi phí để thêm một bộ thu
nhận thứ hai, cộng thêm tính mềm dẻo để thực thi bổ xung được yêu cầu để
nhận các yêu cầu khắp thế giới khác nhau, về phương diện kinh tế phương pháp
này là không tồn tại. Bởi vậy, mong muốn tận dụng một băng thông đơn - có ít
trong các yêu cầu điều luật cảu chính phủ từ quốc gia đến quốc gia - để tăng cực
đại toàn bộ thị trường tiêu thụ cho các mạng cảm biến không dây.
1.3.4 Kiểu mạng
Một mạng star thông thường tận dụng một thiết bị master đơn và một hoặc
nhiều hơn thiết bị slave có thể thoả mãn nhiều ứng dụng. Bởi vì công suất truyền
dẫn của các thiết bị mạng bị giới hạn bởi các điều luật chính phủ và các công ty
cung cấp nguồn nuôi battery-life, tuy nhiên, thiết kết mạng này sẽ hạn chế phạm
Đỗ ngọc Anh - D2001VT
- 6 -
Đồ án tốt nghiệp Đại học Chương 1. Tổng quan về mạng cảm biến không dây
vi vật lý một mạng có thể phục vụ đến phạm vi của một thiết bị đơn (master).
Khi phạm vi bổ xung được yêu cầu, các kiểu mạng hỗ trợ định tuyến multi-hop
(ví dụ các kiểu mesh hoặc cluster) phải được tận dụng; bộ nhớ bổ xung và chi
phí tính toán cho các bảng hoặc thuật toán định tuyến, trong quá trình bổ xung
overhead bảo trì mạng, phải được hỗ trợ không cần chi phí thừa hoặc mức tiêu
thụ nguồn. Để được xác nhận cho nhiều ứng dụng, các mạng cảm biến có bậc
tương đối lớn (>256 node); mật độ thiết bị cũng có thể cao (ví dụ trong các ứng
dụng thẻ báo giá trong siêu thị).
1.3.5 Bảo mật
Bảo mật trong mạng cảm biến không dây có hai vấn đề có giá trị quan trọng -
bảo mật thực tế mạng như thế nào và bảo mật mạng như thế nào được nhận biết

truyền phát lại nó sau đó, một bộ đếm hoặc bộ định thời bản tin được gộp lại
trong trường tính toán MIC. Trong cách này, không có hai bản tin xác thực -
thậm chí chứa cùng dữ liệu - được nhận dạng.
Về bảo mật, người thiết kế mạng cảm biến không dây gặp phải ba vấn đề khó
khăn:
- Chiều dài MIC, để phù hợp với kế hoạch bảo mật tại mọi nơi, phải được
cân bằng với chiều dài điển hình của dữ liệu được truyền phát, và mong
muốn cho các bản tin được truyền phát ngắn. Dù vậy, một MIC 16-byte
(128 bit) thường được đưa ra như một thiết yếu cho hầu hết các hệ thống
bảo mật, nó trở nên cồng kênh khi dữ liệu bit đơn được truyền đi (ví dụ
bật, tắt). Người thiết kế có thể cân bằng các yêu cầu bảo mật của nhiều
người sử dụng với các yêu cầu nguồn thấp của mạng. Chú ý rằng điều
này có thể bao gồm các lựa chọn chiều dài MIC, phù hợp với các quá
trình kết hợp xác nhận bản tin, kiểm tra tính toàn vẹn, và mã hoá - và
phải được thực hiện tự động, giống như một phần của một mạng tự tổ
chức.
- Để tối thiểu hoá chi phí các thiết bị mạng, các tính năng bảo mật phải có
khả năng bổ xung với phần cứng rẻ, với một bổ xung tối thiểu các cổng
logic, RAM, và ROM. Thêm nữa, công suất tính toán (ví dụ tốc độ đồng
hồ máy vi tính, số lượng các hạt xử lý có sẵn, v.v…) có sẵn trong hầu hết
các thiết bị mạng là rất giới hạn. Sự kết hợp này của số lượng cổng thấp,
các yêu cầu bộ nhớ nhỏ, và số lượng lệnh thực thi thấp giới hạn các kiểu
các thuật toán bảo mật mà có thể được sử dụng.
- Cuối cùng, vấn đề khó khăn nhất để giải quyết phổ biến là quá trình phân
tán khoá. Nhiều phương pháp có hiệu lực, bao gồm một vài kiểu của mật
mã hoá khoá công cộng tận dụng khoá chuyên dụng tải trên các thiết bị
và các loại khoá khác nhau của quá trình can thiệp của người sử dụng
trực tiếp. Tất cả đều có những ưu điểm và nhược điểm khi được sử dụng
trong một hệ thống nhất định; người thiết kế mạng cảm biến phải lựa
chọn một mà thích hợp nhất cho ứng dụng trong tầm kiểm soát.

lượng dữ liệu ngăn cản quá trình truyền phát video và voice thời gian thực, trong
nhiều ứng dụng. Yêu cầu trễ bản tin cho các mạng cảm biến không dây vì vậy
rất thoải mái trong sự so sánh nó với các mạng WPAN khác; trong nhiều ứng
dụng, một độ trễ và giây hoặc vài phút có thể chấp nhận tương đối.
Đỗ ngọc Anh - D2001VT
- 9 -
Đồ án tốt nghiệp Đại học Chương 1. Tổng quan về mạng cảm biến không dây
1.3.8 Tính di động
Các ứng dụng mạng cảm biến không dây, phổ biến, không yêu cầu tính động.
Bởi vì mạng được giải phóng từ gánh nặng của quá trình nhận dạng các đường
định tuyến truyền thông mở, các mạng cảm biến không dây mang overhead lưu
lượng điều khiển ít hơn và có thể tận dụng các phương pháp định tuyến đơn giản
hơn so với mạng di động Ad hoc.
1.4 Đặc điểm của mạng cảm biến không dây
1.4.1 Kích thước vật lý nhỏ
Trong bất kỳ hướng phát triển công nghệ nào, kích thước và công suất tiêu
thụ luôn chi phối khả năng xử lý, lưu trữ và tương tác của các thiết bị cơ sở.
Việc thiết kế các phần cứng cho mạng cảm biến phải chú trọng đến giảm kích cỡ
và công suất tiêu thụ với yêu cầu nhất định về khả năng hoạt động. Việc sử dụng
phần mềm phải tạo ra các hiệu quả để bù lại các hạn chế của phần cứng.
1.4.2 Hoạt động đồng thời với độ tập trung cao
Phương thức hoạt động chính của các thiết bị trong mạng cảm biến là cảm
biến và vận chuyển các dòng thông tin với khối lượng xử lý thấp, gồm các hoạt
động nhận một lệnh, dừng, phân tích và đáp ứng lại. Ví dụ, thông tin cảm biến
có thể được thu nhận đồng thời bởi các cảm biến, được thao tác và truyền lên
mạng. Hoặc dữ liệu có thể được node cảm biến nhận từ các node cảm biến khác
và được hướng tới định tuyến đa liên kết hay liên kết cầu. Vì dung lượng bộ nhớ
trong nhỏ nên việc đệm một khối lượng lớn dữ liệu giữa dòng vào và dòng ra là
không khả thi. Hơn nữa, mỗi dòng lại tạo ra một số lượng lớn các sự kiện mức
thấp xen vào hoạt động xử lý mức cao. Một số hoạt động xử lý mức cao sẽ kéo

tăng độ tin cậy của các thiết bị lẻ là điều cốt yếu. Thêm vào đó, chúng ta có thể
tăng độ tin cậy của ứng dụng bằng khả năng chấp nhận và khắc phục được sự
hỏng hóc của thiết bị đơn lẻ. Như vậy, hệ thống hoạt động trên từng node đơn
không những mạnh mẽ mà còn dễ dàng phát triển các ứng dụng phân tán tin cậy.
1.5 Kiến trúc và giao thức mạng cảm biến không dây
Ngăn xếp giao thức được sử dụng trong bộ thu nhận (node Sink) và tất cả các
node cảm biến được minh họa trong hình 1.3.
Ngăn xếp giao thức này phối hợp các tính toán về định tuyến và năng lượng,
kết hợp số liệu với các giao thức mạng, truyền tin với hiệu quả về năng lượng
thông qua môi trường không dây và tăng cường sự hợp tác giữa các node cảm
biến. 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 lượng (Power
Management Plane), mặt bằng quản lý di động (Mobility Management Plane) và
mặt bằng quản lý nhiệm vụ (Task Management Plane).
Đỗ ngọc Anh - D2001VT
- 11 -
Đồ án tốt nghiệp Đại học Chương 1. Tổng quan về mạng cảm biến không dây
Hình 1.3: Ngăn xếp giao thức mạng cảm biến không dây
Tuỳ theo nhiệm vụ cảm biến, các kiểu phần mềm ứng dụng có thể được xây
dựng và sử dụng trên lớp ứng dụng. Lớp giao vận giúp duy trì dòng số liệu khi
các ứng dụng của mạng cảm biến yêu cầu. Lớp mạng tập trung vào việc định
tuyến số liệu được cung cấp bởi lớp giao vận. Do môi trường có nhiễu và các
node cảm biến có thể di động được, giao thức MAC phải được tính toán về năng
lượng và tối thiểu hóa va chạm trong việc phát quảng bá với các node lân cận.
Lớp vật lý sử dụng các kỹ thuật điều chế, truyền và nhận cần thiết đơn giản
nhưng mạnh mẽ. Thêm vào đó, các mặt bằng quản lý năng lượng, di động và
nhiệm vụ điều khiển sự phân phối năng lượng, phối hợp di chuyển và nhiệm vụ
giữa các node cảm biến. Các mặt bằng này giúp cho các node cảm biến có thể
phối hợp trong nhiệm vụ cảm biến và giảm được tổng năng lượng tiêu thụ.

TADAP (Task Assignment and Data Advertisement Protocol), giao thức truy
vấn cảm biến và phổ biến số liệu SQDDP (Sensor Query and Data
Dissemination Protocol), rất cần thiết cho mạng cảm biến trên cơ sở những sơ
đồ được đề xuất có liên quan tới những lớp khác và các lĩnh vực ứng dụng mạng
cảm biến. Tất cả các giao thức lớp ứng dụng này đều là những vấn đề nghiên
cứu có tính mở.
1.5.2 Lớp giao vận
Lớp giao vận cung cấp các dịch vụ tổ chức liên lạc đầu cuối từ các node cảm
biến có báo cáo cần chuyển tới node thu nhận (Sink) và node người sử dụng.
Lớp giao vận đặc biệt cần thiết khi hệ thống có kế hoạch truy nhập thông qua
Internet hoặc những mạng bên ngoài khác. Giao thức TCP với cơ chế cửa sổ
truyền dẫn chưa phù hợp với đặc trưng của môi trường mạng cảm biến hiện nay.
Do đó, việc thiết lập một liên kết đầu cuối từ các node cảm biến trực tiếp đến
node quản lý của người sử dụng là không hiệu quả. Phương pháp phân tách TCP
là cần thiết để mạng cảm biến tương tác với các mạng khác ví dụ như Internet.
Trong phương pháp này, kết nối TCP được sử dụng để liên lạc giữa node quản
lý của người sử dụng và node thu nhận (Sink) và một giao thức lớp giao vận phù
hợp với môi trường mạng cảm biến được sử dụng cho truyền thông giữa node
Đỗ ngọc Anh - D2001VT
- 13 -
Đồ án tốt nghiệp Đại học Chương 1. Tổng quan về mạng cảm biến không dây
thu nhận và các node cảm biến. Kết quả là truyền thông giữa node người sử
dụng và node thu nhận có thể sử dụng giao UDP hoặc TCP thông qua Internet
hoặc qua vệ tinh. Mặt khác, việc truyền thông giữa node thu nhận và các node
cảm biến chỉ sử dụng hoàn toàn các giao thức kiểu như UDP, bởi vì các node
cảm biến có bộ nhớ hạn chế.
Không giống các giao thức kiểu như TCP, các phương pháp truyền thông đầu
cuối (end to end) trong mạng cảm biến không địa chỉ toàn cục. Các phương
pháp này dựa trên việc đặt tên thuộc tính cơ sở để chỉ ra điểm đích của gói số
liệu. Các nhân tố như tiêu thụ năng lượng, khả năng mở rộng và các đặc trưng

ứng phát sóng, hiệu suất năng lượng và các phương pháp điều chế trong mạng
cảm biến.
Hiển nhiên là truyền thông vô tuyến với khoảng cách xa là rất tốn kém xét cả
về năng lượng và độ phức tạp của hoạt động. Trong khi thiết kế lớp vật lý cho
mạng cảm biến, việc tối thiểu hoá năng lượng được 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 đường. Thông thường, 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
antenna tầm thấp và các kênh gần mặt đất điển hình trong mạng cảm biến.
Nguyên nhân là do sự triệt tiêu một phần tín hiệu bởi tia phản xạ mặt đất. Để
giải quyết vấn đề này, người thiết kế phải hiểu rõ các đặc tính đa dạng cố hữu và
khai thác chúng một cách triệt để. Ví dụ, truyền thông qua nhiều bước nhảy
trong mạng cảm biến có thể vượt qua một cách hiệu quả các vật chắn và các
hiệu ứng suy hao đường truyền nếu mật độ node mạng đủ lớn. Tương tự, trong
khi suy hao đường truyền và dung lượng kênh hạn chế độ tin cậy của số liệu thì
nhờ đó ta có thể sử dụng lại tần số theo không gian.
Dải tần (kHz) Tần số trung tâm (kHz)
6765 - 6795 6780
12.553 - 13.567 14
26.957 - 27.283 27
40.66 - 40.70 40.68
433.05 - 434.79 433.92
902 - 928 915
2400 - 2500 2450
5725 - 5875 5800
24 - 24.25 24
61 - 61.5 61.25
122 - 123 122.5

cứng, giống như VHDL (VHSIC(Mạch tích hợp mật độ rất cao) Hardware
Description Language) và Verilog (một công cụ mô phỏng số các Cadence
Design System). Một giao diện bao gồm các lệnh đồng bộ và các sự kiện không
đồng bộ. Mỗi thành phần có giao diện cao hơn bên trên để đặt tên cho các lệnh
để thực thi và các sự kiện để báo hiệu, và một giao diện thấp hơn mà nó đặt tên
cho các lệnh để sử dụng và các sự kiện để điều khiển. Sự thực thi này được viết
nên nhờ sử dụng không gian tên giao diện. Một thành phần cũng có phần lưu trữ
nội bộ, được cấu trúc thành một khung, và trùng hợp nội bộ, trong một khuôn
dạng các luồng trọng lượng rất nhẹ gọi là các tác vụ (task). Các bộ điều khiển
lệnh, sự kiện và tác vụ được khai báo rõ ràng trong nguồn tài nguyên. Các vùng
Đỗ ngọc Anh - D2001VT
- 16 -
Đồ án tốt nghiệp Đại học Chương 1. Tổng quan về mạng cảm biến không dây
trọng tâm nơi một lệnh bên ngoài được gọi, được báo hiệu sự kiện, hoặc được
gửi tác vụ, cũng rất rõ ràng trong các đoạn mã tĩnh, giống như là các đoạn tham
khảo tới phần lưu trữ khung. Mô tả các ứng dụng riêng rẽ chỉ ra rằng làm thế
nào để các giao diện cùng mức hình thành tổng thể kết cấu ứng dụng. Một sự
kiện có thể được phát tán tới nhiều thành phần hoặc nhiều thành phần có thể sử
dụng cùng một lệnh. Vì vậy, dù ứng dụng là các module, bộ biên dịch vẫn có
thông tin tĩnh để sử dụng trong quá trình tối ưu hóa chéo qua toàn ứng dụng
(entire application), bao gồm cả hệ thống vận hành. Để bổ xung, mô hình thực
thi thời gian thực và mô hình lưu trữ mức duới có thể được tối ưu hoá cho các
nền tảng cụ thể. Một lược đồ ứng dụng điển hình được chỉ trong hình 1.4, chứa
đựng một ngăn xếp vô tuyến, một ngăn xếp cổng nối tiếp UART (Universal
Asynchronous Receiver Transmitter), các ngăn xếp cảm biến, và node mở mạng
mức cao hơn, và định tuyến chuyên dụng để hỗ trợ bộ thu dữ liệu cảm biến phân
tán. Ứng dụng nguyên khối này chiếm dụng khoảng 3Kb.
Mô hình trùng hợp TinyOS (TinyOS concurrency model) là một mô hình
phân cấp lập lịch hai mức, ở đó các sự kiện đón trước các tác vụ, và các tác vụ
này không đón trước các tác vụ khác. Phần lớn cách hoạt động nằm trong một