BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƢỜNG ĐẠI HỌC DÂN LẬP HẢI PHÒNG

---------o0o---------

NGHIÊN CỨU MẠNG CẢM BIẾN KHÔNG DÂY – WSN VÀ

NHỮNG ĐẶC ĐIỂM LỚP VẬT LÝ

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC HỆ CHÍNH QUY

NGÀNH CÔNG NGHỆ THÔNG TIN

Sinh viên thực hiên: Đinh Tuấn Hƣng

Giáo viên hƣớng dẫn: PGS.TS.Vƣơng Đạo Vy

Mã số sinh viên: 111365

LỜI CẢM ƠN

Cám ơn các thầy cô giáo trường Đại học Dân lập Hải Phòng, đã dạy dỗ

chúng em trong nhiều năm qua. Cám ơn thầy Trần Hữu Nghị đã cho em một mái

trường để cho chúng em có cơ hội học được những kiến thức bổ ích để có thể trở

thành một công dân có ích cho xã hội. Xin chân thành cám ơn thày cô bộ môn Tin

học đã truyền đạt kiến thức về công nghệ thông tin, một môn học bổ ích, là hành

trang vững chắc để em tự tin trong công việc sau này.

Cám ơn thầy PGS.TS.Vương Đọa Vy, trường đại học công nghệ - Đại học

quốc gia Hà Nội đã giúp đỡ em trong quá trình viết đồ án cũng như quá trình học

tập trên ghế nhà trường. Để em có thể đem kiến thức mình đã học được trên ghế nhà

trường áp dung vào thực tiễn để em có thể nhận thấy mình đã trang bị được những

gì còn thiếu những gì trong hành trang của mình.

Cám ơn gia đình và người thân, đã tận tình giúp đỡ, chu cấp tài chính, động

viên em trong suốt thời gian học tập tại trường.

Xin cám ơn các bạn bè trong lớp và các bạn trong khoa cũng như sinh viên

cả trường đã giúp đỡ tôi trong thời gian học tập cũng như trong thời gian làm thực

tập tốt nghiệp.

Hải Phòng, tháng 7 năm 2011.

Sinh viên

Đinh Tuấn Hưng

MỤC LỤC

MỤC LỤC .................................................................................................................. 3

DANH MỤC HÌNH VẼ ............................................................................................ 5

MỞ ĐẦU .................................................................................................................... 6

CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ MẠNG KHÔNG DÂY ...................................... 7

1. 1 Giới thiệu về mạng cảm không dây ................................................................ 7

1.1.1 Các chỉ tiêu của mạng không dây ................................................. 7

1.1.2 Các yêu cầu của nút mạng: ........................................................... 9

1.1.3 Nền tảng vi cảm ứng ................................................................... 11

1.1.4 Kiến trúc WSN và giao thức Stack ............................................. 14

1.2 Các yếu tố ảnh hƣởng đến WSN .................................................................... 17

1.2.1 Hạn chế về phần cứng ................................................................. 17

1.2.2 Khả năng chịu lỗi ........................................................................ 19

1.2.3 Khả năng mở rộng ....................................................................... 20

1.2.4 Chi phí sản xuất ........................................................................... 20

1.2.5 Cấu trúc mạng WSN ................................................................... 20

1.2.6 Phương tiện truyền ...................................................................... 21

1.2.7 Năng lượng tiêu thụ..................................................................... 22

1.3 Ứng dụng của WSN ......................................................................................... 28

1.3.1 Ứng dụng về quân đội .................................................................. 29

1.3.2 Ứng dụng về môi trường .............................................................. 29

1.3.3 Ứng dụng về y tế .......................................................................... 29

1.3.4 Ứng dụng về nhà .......................................................................... 30

1.3.5 Ứng dụng về công nghiệp ............................................................ 30

CHƢƠNG 2: LỚP VẬT LÝ ................................................................................... 31

2.1 Công nghệ tần vật lý ............................................................................ 31

2.1.1 RF ....................................................................................... 31

2.1.2 Kỹ thuật khác ..................................................................... 32

2.2 Tổng quan truyền thông không dây RF ............................................. 34

2.3 Mã kênh ................................................................................................ 36

2.4 Cách điều chế ........................................................................................ 39

2.4.1 FSK .................................................................................... 40

2.4.2 QPSK ................................................................................. 41

2.4.3 Nhị phân và điều chế M-ary .............................................. 41

2.5 Hiệu ứng kênh Wireless ....................................................................... 43

2.6 Các tiêu chuẩn của lớp vật lý ..................................................... 43

2.6.1 IEEE 802.15.4 .................................................................... 43

2.6.2 Existing Transceivers ......................................................... 45

CHƢƠNG 3: BÀI TẬP ỨNG DỤNG ......................................................... 46

3.1 Tổng quan về năng lƣợng .................................................................... 46

3.2 Những nguyên nhân gây lãng phí năng lƣợng .................................. 46

3.3 Các phƣơng pháp tiết kiệm điện năng ............................................... 46

3.4 Ví dụ minh họa ..................................................................................... 47

3.5 Kết luận ................................................................................................. 49

KẾT LUẬN ................................................................................................... 50

TÀI LIỆU THAM KHẢO ........................................................................... 51

DANH MỤC HÌNH VẼ

Hình 1.1. Nút cảm biến được phân bố trong vùng cảm biến .................................... 14

Hình 1.2. Giao thức stack của mạng cảm biến .......................................................... 15

Hình 1.3. Sơ đồ thiết kế nút cảm biến ....................................................................... 18

Hình 1.4. Biểu đồ năng lượng tiêu thụ của nút MicaZ ............................................. 22

Hình 1.5. Mô hình năng lượng cơ bản ...................................................................... 27

Hình 1.6. Ứng dụng của WSN .................................................................................. 29

Hình 1.7. Ứng dụng đo lưu lượng nước .................................................................... 30

Hình 2.1. Kỹ thuật giao tiếp hồng ngoại ................................................................... 33

Hình 2.2. Tổng quan về khối truyền thông RF ......................................................... 35

Hình 2.3. Nguồn và mã kênh .................................................................................... 35

Hình 2.2. Tương quan mô hình và kiến trúc ............................................................. 38

Hình 2.3. Ba đề án điều chế cơ bản ........................................................................... 39

Hình 2.4. Cơ cấu điều chế trong IEEE 802.15.4 ....................................................... 40

Hình 2.5. Nguồn của sự biến dạng trong truyền thông không dây ........................... 42

KẾT LUẬN

Những vấn đề đã nghiên cứu đƣợc

Qua phần nghiên cứu trên, ta có thể nắm bắt được tổng quan nhất về mạng

cảm biến không dây ( về thành phần, kiến trúc, giao thức, các chuẩn hóa ), các chỉ

tiêu cũng như các thành phần chính của một nút mạng.

Ngoài ra, cũng giới thiệu một số ứng dụng của mạng cảm biến không dây

trong các lĩnh vực đời sống như: quân sự, y tế, công nghiệp, môi trường và sử dụng

tại nhà. Từ đó, đưa ra các yếu tố ảnh hưởng đến thiết kế mạng và chỉ ra yếu tố sống

còn trong thiết kế mạng cảm biến không dây.

Một trong những thành phần của mạng cảm biến không dây đó là: Lớp vật

lý. Trong lớp vật lý ta đã làm rõ được nhiệm vụ, các kiểu truyền thông, cách điều

chế và các tiểu chuẩn hiện có (IEEE 802.15.4).

Những vấn đề chƣa giải quyết đƣợc

Đây mới chỉ là một phần nhỏ trong mạng cảm biến không dây, vì vậy muốn

hiểu rõ hơn về WSN thì cần phải tìm hiểu mất rất nhiều thời gian.

Năng lượng là một phần rất quan trọng trong mọi hoạt động của nút mạng,

như ở trên ta mới đưa ra được một ví dụ cơ bản nhất về năng lượng tiêu thụ của một

nút mạng còn nhiều dạng bài tập về năng lượng của nút mạng cần phải tìm hiểu.

TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1]. Wireless Sensor Network Ian F.Akyildiz and Mehmet Can Vuran

[2]. Data.and.Computer.Communication.4th.edition

[3]."Wireless Sensor Network" Wikipedia keyword.

[4]. Somnath Ghosh, Prakash Veeraraghavan, Samar Singh, and Lei Zhang

Department of Computer Science and Computer Engineering.

[5]. lan F. Akyildiz Series in Communication and Networking.