Và khi nghĩ đến mạng không dây, người ta nghĩ ngay đến các thiết bị di động, PDA hay laptop. Mạng WSN tạo ra một phương tiện truyền thông giữa các thiết bị thông minh hoặc giữa các thiết bị thông minh với con người hoặc các hệ thống viễn thông khác.
TỔNG QUAN VỀ MẠNG CẢM BIẾN KHÔNG DÂY WSN
- Giới thiệu mạng WSN
- Các thiết bị WSN
- Bộ xử lý nhúng năng lượng thấp
- Bộ nhớ / Lưu trữ
- Bộ thu phát vô tuyến
- Các sensor (Cảm biến)
- Hệ thống định vị địa lý GPS (Geo Positioning System)
- Nguồn năng lượng
- Đặc trưng và cấu hình mạng cảm biến
- Ứng dụng của mạng cảm biến
- Môt số chuẩn mạng cảm biến
Do hạn chế về băng thông và năng lượng, các thiết bị WSN chỉ hỗ trợ các cảm biến tốc độ dữ liệu thấp. Gia đình: nhà thông minh: hệ thống cảm biến, giao tiếp và điều khiển các thiết bị thông minh,.
CHỨC NĂNG LỚP LIÊN KẾT DỮ LIỆU TRONG MẠNG
Chức năng lớp liên kết dữ liệu
Mô hình sau đây cho thấy các lớp khác sử dụng lớp liên kết dữ liệu này như thế nào. Nó cũng tìm kiếm thông tin cụ thể về nút này trong danh sách các nút lân cận trong lớp liên kết dữ liệu.
Đặc điểm của thủ tục MAC
Các thủ tục MAC có thể được chia thành các loại khác nhau dựa trên các nguyên tắc khác nhau. Quy trình này sử dụng các kỹ thuật FDMA (Đa truy cập phân chia theo tần số), TDMA (Đa truy cập phân chia theo thời gian), CDMA (Đa truy cập phân chia theo mã).
Các thủ tục MAC truyền thống
- ALOHA và CSMA
- Node ẩn và node hiện
- MACA (MACA hay CSMA/CA)
- IEEE 802.11 MAC
- Kĩ thuật thăm dò
Xung đột chỉ có thể xảy ra với các nút sẵn sàng nói chuyện cùng một lúc. Giao thức MACA sử dụng hai thông báo điều khiển có thể giải quyết các vấn đề của các nút ẩn và hiển thị. Nếu nó nhận được CTS, thì nút đó có thể bắt đầu truyền dữ liệu của nó.
Các thiết bị 802.11 có thể hoạt động ở chế độ cơ sở hạ tầng (mạng một bước kết nối với các điểm truy cập) hoặc ở chế độ đặc biệt (mạng nhiều bước). Bởi vì nó có thể được sử dụng để đảm bảo sự chậm trễ trong trường hợp xấu nhất. Trong kỹ thuật bỏ phiếu, các nút mạng chỉ có thể truyền trên kênh sau khi nút chính cho phép nhận.
Thời gian truy cập kênh có thể biết trước và không có độ trễ ngẫu nhiên như trong kỹ thuật CSMA. Tất cả các nút phải nằm trong phạm vi của nút máy chủ để truy cập kênh.
Vấn đề tiết kiệm năng lượng cho mạng cảm nhận không dây
Nguyên nhân của việc lãng phí năng lượng
Nghe lỏm được: có nghĩa là một nút nhận các gói có đích đến không phải là chính nó mà là các nút khác. Hỗ trợ gói điều khiển: Việc gửi và nhận các gói điều khiển tiêu tốn rất nhiều năng lượng, ngoại trừ các gói dữ liệu hữu ích có thể được truyền đi. Nguyên nhân cuối cùng là “u ám”: đó là do truyền thông báo khi nút đích chưa sẵn sàng.
Do các yếu tố trên, một giao thức MAC được thiết kế phù hợp để ngăn chặn sự lãng phí năng lượng như vậy.
Các yếu tố tác động làm giảm thiểu tiêu thụ năng lượng
Một số giao thức định tuyến, quản lý năng lượng và trao đổi dữ liệu đã được thiết kế cho WSN trong đó tiết kiệm năng lượng là yêu cầu quan trọng nhất. Một trong những mục tiêu thiết kế chính của WSN là kéo dài thời gian sống của mạng và tránh sự xuống cấp của liên kết thông qua các kỹ thuật quản lý năng lượng. Có nhiều yếu tố có thể tác động để giảm mức tiêu thụ năng lượng như: Chế độ quản lý năng lượng, Khoảng cách giữa các nút gửi và nhận trong mạng, Mật độ nút, Tần suất làm việc của từng nút, Dung lượng truyền tải, tốc độ truyền, v.v.
Khoảng cách giữa các nút gửi và nhận trong mạng: Khi các nút nằm cách nhau một khoảng cách ngắn thì thời gian truyền sẽ nhanh hơn, năng lượng tiêu thụ sẽ ít hơn so với các nút mạng cách xa nhau. Với mạng có 2 nút mạng thì 2 nút sẽ luân phiên nhau truyền dữ liệu, thời gian chờ đợi sẽ rất ít. Khi mạng có vài chục đến vài trăm nút, vấn đề đặt ra là: thời gian để nút mạng truyền dữ liệu tăng lên do thời gian chờ của các nút khác. Do đó, thời gian nhàn rỗi của mỗi nút sẽ tăng lên và năng lượng tiêu hao Suy hao ít hơn. Với một mạng có nhiều nút, tắc nghẽn sẽ xảy ra, năng lượng trong trường hợp này là không nhỏ.
Truy nhập môi trường quan tâm đến năng lượng với việc báohiệu (Power
Lập lịch ngủ
Mặt khác, các kỹ thuật lập lịch ngủ không đồng bộ không dựa vào bất kỳ đồng hồ đồng bộ nào giữa các nút. Các nút thức dậy và đi ngủ định kỳ giống như cách chúng hoạt động trong lịch trình ngủ đồng bộ. Tuy nhiên, vì không có đồng bộ hóa thời gian, nên phải có một cách để đảm bảo rằng các nút nhận thức được đánh thức để lắng nghe các đường truyền đến từ các nút khác.
Thông thường các byte chính (phần mở đầu) được gửi bởi một gói để đồng bộ hóa việc bắt đầu luồng dữ liệu đến giữa người gửi và người nhận. Với lập lịch ngủ không đồng bộ, một số lượng lớn các byte đầu bổ sung được gửi cho mỗi gói để đảm bảo rằng người nhận có thể đồng bộ hóa nó tại một thời điểm nào đó. Bất cứ khi nào người nhận thức dậy, nó sẽ đồng bộ hóa các byte chính này và duy trì cho đến khi nhận được gói.
Các kĩ thuật lập lịch ngủ không đồng bộ
- Vô tuyến đánh thức thứ cấp(Secondary wake-up radio)
- Kĩ thuật lắng nghe với năng lượng thấp và việc kiểm tra tín hiệu dẫn đầu
- WiseMAC
- Nơi truyền/nơi nhận – bắt đầu chu kỳ tiếp nhận (Transmitter / receiver –
Các nút chỉ được tìm thấy sau khi kiểm tra công suất vô tuyến trên kênh để xác định xem có tín hiệu hay không. Giao thức WiseMAC được xây dựng dựa trên điều khiển tín hiệu mở đầu để vượt qua trở ngại đó. Theo lịch đánh thức thông thường của nút nhận, khi nó thức dậy, nó ngay lập tức nhận được tín hiệu RTS, lúc đó nó sẽ phản hồi bằng tín hiệu CTS đến nút truyền.
Quá trình kết thúc với tín hiệu ACK được gửi từ nút nhận đến nút gửi sau khi nhận được gói dữ liệu chính xác. Sau đó, nó được xử lý bằng cách gửi một cuộc gọi đánh thức ngắn có độ dài Tb để cho biết rằng nó đã thức và chờ phản hồi trong khoảng thời gian Ton. Nút truyền có dữ liệu để gửi, nó đánh thức và kiểm tra kênh, chờ cuộc gọi đánh thức từ nút nhận.
Phần mềm nhúng
Có thể sử dụng các ngôn ngữ khác nhau như C/C++ hay Assembler để viết firmware cho các họ vi xử lý. Tùy theo tiêu chí xây dựng hệ thống mà lựa chọn ngôn ngữ phù hợp. Ngày nay, do nhu cầu phát triển hệ thống nhanh chóng và bảo trì dễ dàng, ngôn ngữ được lựa chọn thường là ngôn ngữ cấp cao như C/C++.
Một số bước cơ bản để xây dựng phần mềm ứng dụng: Đầu tiên, hiểu bài toán, phân tích chi tiết để đưa ra hướng dẫn, xác định yêu cầu của bài toán để thiết kế lưu đồ thuật toán dựa trên thiết kế viết chương trình ứng dụng, sau đó chạy thử để xác định tính hiệu quả chương trình.
Phần thực nghiệm
- Các thư viện trong chương trình
- Các thiết bị sử dụng
- Tìm hiểu phần mềm tempbroadcast
- Tiến hành thực nghiệm
Ngoài mô-đun HAL, CC1010IDE còn cung cấp một thư viện cho giao tiếp RF trong thư viện tiện ích (CUL). Thư viện này chủ yếu được sử dụng cho các ứng dụng RF điển hình và cung cấp một giao thức RF hoàn chỉnh. Cả thư viện HAL và CUL đều hỗ trợ truyền dẫn không dây và xử lý thời gian thực.
Do đó, thư viện HAL thường được sử dụng cho các ứng dụng phức tạp. Để giúp cho việc phát triển chương trình trở nên nhanh chóng và dễ dàng, Chipcon cung cấp một thư viện macro và các chức năng truy cập phần cứng C1010 đơn giản. Các thư viện này nằm trong Thư viện phần cứng (HAL) và triển khai giao diện phần cứng trừu tượng cho chương trình người dùng.
KẾT QUẢ
Yêu cầu quan trọng của một nút mạng là kích thước nhỏ, tiêu thụ năng lượng thấp nhất có thể và tích hợp đường truyền không dây nên vi điều khiển CC1010 do Chipcon sản xuất đã được lựa chọn với tính tích hợp cao. , truyền RF, tiêu thụ ít năng lượng để làm nút mạng và xây dựng hệ thống thí nghiệm. Do nguồn cung cấp năng lượng hạn chế, chi phí và yêu cầu hoạt động lâu dài, nguồn điện là tiêu chí thiết kế quan trọng nhất trong mạng cảm biến không dây WSN. Để tiết kiệm năng lượng vô tuyến, giao thức MAC được thiết kế phù hợp bằng cách ngủ hiệu quả khi không truyền hoặc nhận.
Hướng phát triển của đề tài: Do thời gian có hạn nên em mới chỉ đưa ra thuật toán mà chưa lập trình được các kỹ thuật thăm dò hiệu quả. Vì vậy, nếu có thời gian nghiên cứu, tôi sẽ cố gắng hoàn thiện kỹ thuật lập trình thăm dò và sau đó lập trình kỹ thuật MAC khác. Từ đó, so sánh hai kỹ thuật về hiệu suất năng lượng, hiệu suất truyền gói, hiệu suất truyền.
