Khoa công nghệ thông tin Trờng Đại học Dân Lập HảI Phòng Mc Lc LI CM N Trc ht em xin c by t lũng bit n sõu sc i vi thy giỏo hng dn Thc s Hũa Quang D, Khoa Cụng Ngh Thụng Tin - i hc Dõn Lp Hi Phũng ó tn tỡnh giỳp , ch bo em trong nhng nm hc qua v ó dnh rt nhiu thi gian quớ bỏu giỳp em hon thnh Lun vn tt nghip ny. Em xin gi li cm n n Ban giỏm hiu, cỏc Thy cụ giỏo ca Trng i hc Dõn Lp Hi Phũng ó ging dy chỳng em trong sut quóng thi gian qua, cung cp cho chỳng em nhng kin thc chuyờn mụn cn thit v quý bỏu giỳp chỳng em hiu rừ hn cỏc lnh vc ó nghiờn cu hon thnh ti c giao . Nguyễn Xuân Hùng Luận văn tốt nghiệp 1 Khoa công nghệ thông tin Trờng Đại học Dân Lập HảI Phòng Xin cm n cỏc bn bố v gia ỡnh ó ng viờn c v, úng gúp ý kin, trao i, ng viờn trong sut quỏ trỡnh hc cng nh lm tt nghip, giỳp em hon thnh ti ỳng thi hn. Hi Phũng, thỏng 7 nm 2007 NGUN XUN HNG MC CH CA TI ti tỡm hiu v tng quan c nhng nột ln, c bn ca mng cm nhn khụng dõy.Cỏc ng dng c bn ca mng cm nhn khụng dõy cng nh cỏc mc tiờu thc hin ca mng cm nhn khụng dõy. Tỡm hiu tỡnh hỡnh ng dng ca mng cm nhn khụng dõy trờn th gii v trong nuc ta. a ra c nhng u im, nhc im ca mng cm nhn khụng dõy. Tỡm hiu nhng ng dng ca mng cm nhn khụng dõy cú th ng dng trng thc tin ca nc ta . Xõy dng mụ hỡnh v ỏnh giỏ cho mt ng dng c th trong lnh vc nuụi trng thu sn ca mng cm nhn khụng dõy. Nguyễn Xuân Hùng Luận văn tốt nghiệp 2 Khoa công nghệ thông tin Trờng Đại học Dân Lập HảI Phòng NI DUNG LUN VN Trờn th gii, mng khụng dõy phỏt trin mnh v c chun hoỏ thnh cỏc loi khỏc nhau. V bn cht chỳng u l mng truyn thụng khụng dõy, nhng cu hỡnh, quy mụ, mc ớch s dng khỏc nhau nờn chỳng cú nhng im ging nhau v nhng im khỏc nhau. Trong s cỏc mng khụng dõy, mng cm nhn khụng dõy ra i trờn c s ng dng nhng thnh tu cao ca cụng ngh ch to linh kin in t v s chớn mui trong vic hiu bit v lm ch kin thc phn mm h iu hnh mng. Mi nỳt mng trong mng cm nhn khụng dõy c xem nh nhng ht bi (motes) vỡ kớch thc ca chỳng rt bộ, tiờu th nng lng rt ớt nhng chớnh chỳng cú th m ng chc nng nỳt mng, v hn th, chỳng cũn cú chc nng o cỏc thụng s mụi trng (chc nng cm nhn) ni chỳng cú mt. Li ớch m mng cm nhn khụng dõy em li l to ln, trờn th gii ang hỡnh Nguyễn Xuân Hùng Luận văn tốt nghiệp 3 Khoa công nghệ thông tin Trờng Đại học Dân Lập HảI Phòng thnh nhng tro lu nghiờn cu, chun hoỏ, phỏt trin v khai thỏc cỏc ng dng rt a dng ca nú. Trong lnh vc o lng iu khin t ng t xa, vic ng dng cụng ngh mng cm nhn khụng dõy thu nhn d liu, v iu khin, tỡm c rt nhiu ng dng. Vớ nh o cỏc thụng s mụi trng cho nuụi trng thu sn, d bỏo chỏy rng, d bỏo l trờn cỏc sụng, theo dừi sc khe. Vi cỏc nhn thc trờn cựng vi s khuyn khớch ng viờn, hng dn ca Thy giỏo hng dn v mong mun c tỡm hiu, th nghim ng dng cụng ngh mng khụng dõy em ó chn ti Xõy dng ng dng ca mng cm nhn khụng dõy ti gm 2 chng nh sau: Chng 1: Gii thiu v mng cm nhn khụng dõy Chng 2: Nhng ng dng ca mng cm nhn khụng dõy trờn th gii Chng 3: Nhng ng dng ca mng cm nhn khụng dõy cú th ng dng nc ta. Chng 4: Thc nghim ca mng cm nhn khụng dõy Em xin chõn thnh cm n thy giỏo hng dn Th.s Hũa Quang D ó tn tỡnh ch bo, hng dn v ng viờn em hon thnh ti ny. Em xin chõn thnhg cm n cỏc Thy, Cụ trong Trng i hc Dõn lp Hi Phũng ó nhit tỡnh dy d, truyn t kin thc chuyờn mụn v to iu kin thun li em hon thnh ti ny. Hi Phũng, thỏng 4 nm 2007 Nguyn Xuõn Hựng Nguyễn Xuân Hùng Luận văn tốt nghiệp 4 Khoa c«ng nghÖ th«ng tin Trêng §¹i häc D©n LËp H¶I Phßng CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU VỀ MẠNG CẢM NHẬN KHÔNG DÂY 1. Giới thiệu về mạng cảm nhận không dây 1.1. Định nghĩa về mạng cảm nhận không dây Mạng cảm nhận không dây (Wireless Sensor Network - WSN) là một mạng không dây mà các nút của nó sử dụng các vi điều khiển, cảm biến, Bộ truyền tín hiệu sóng Radio,… với kích thước rất nhỏ, tiêu thụ năng lượng ít, tự tổ chức, giá thành thấp dùng để đo các dữ liệu và truyền thông không dây giữa các nút trong mạng. NguyÔn Xu©n Hïng LuËn v¨n tèt nghiÖp 5 Khoa c«ng nghÖ th«ng tin Trêng §¹i häc D©n LËp H¶I Phßng Hình 1.1: một mô hình của mạng cảm nhận không dây 1.2. Yêu cầu của WSN 1.2.1. Khả năng tự cấu hình - Ưu điểm mấu chốt của WSN đó là tính dễ triển khai, để triển khai thành công , thì khi đưa ra sử dụng các nút mạng phải có chức năng tự cấu hình . Các nút khi được đặt vào môi trường và có thể hoạt động ngay. Một vài nút vì một số lí do không hoạt động , để mạng tiếp tục hoạt động nó phải có khả năng tự cấu hình lại, Nghĩa là phải phát hiện ra các nút bị hỏng hoặc định kỳ thực hiện cấu hình lại mạng. - Việc mạng phải thực hiện cấu hình có thể do nhiều nguyên nhân khác nhau như : càn phải thích ứng với sự thay đổi của môi trường, do khoảng cách giữa các nút mạng bị thay đổi… Chính vì vậy việc cấu hình lại là việc cần thiết để duy trì hoạt động của mạng. - Để khắc phục điều này thì giải pháp tốt nhất đó là dùng kiến trúc bó và khẳ năng tự cấu hình của bó. Kiến trúc bó là kiến trúc mà các nút mạng theo một tiêu chuẩn nào đó mà thành lập bó ( Vd các nút ở cạnh nhau có thể được tạo thành một bó, trong mỗi bó thì có một nút đầu bó để nhận dữ liệu gửi về từ các nút trong bó sau đó các nút đầu bó có thể gửi dữ liệu cho nhau để chuyền về máy tính…) 1.2.2. Vấn đề tiết kiệm năng lượng NguyÔn Xu©n Hïng LuËn v¨n tèt nghiÖp 6 Khoa công nghệ thông tin Trờng Đại học Dân Lập HảI Phòng Ngun nng lng ca cỏc nỳt mng cm nhn khụng dõy thng l pin. Chớnh vỡ vy m ngun nng lng ny l cú hn dn n vic tit kim nng lng l yờu cu cn thit. Theo cỏc nh nghiờn cu thỡ mc in tiờu th trung bỡnh ca mt nỳt mng trong mng cm nhn khụng dõy l trờn di 50 MW - m bo cỏc nỳt mng cú th hot ng c trong thi gian di (hng nm) thỡ vic cn thit l phi s dng cỏc phn cng tiờu th ht it in nng. Ngoi ngun in nng l pin thỡ ta cú th dựng cỏc ngun nng lng khỏc cú th tit kim nng lng nh: Ngun nng lng cú th t to ra t mụi trng hot ng ca mng ( VD: Dựng nng lng mt tri, nng lng c to ra t nhit ). - Vic s dng cỏc phn mm nhỳng vi cỏc thut toỏn nhm tit kim nng lng cng cú th l mt gii phỏp hu hiu i vi vic tit kim nng lng. 1.2.3. Giỏ thnh thp Do quy mụ ca mng cm nhn khụng dõy la rt rng do vy chi phớ cho mi nỳt mng cng nh hng ti vic chin khai mng. Tng chi phớ vt t v chi phớ trin khai ban u l hai yu t ch cht dn n vic cú th chp nhn cỏc cụng ngh WSN. Vi m ngõn sỏch c nh thỡ vic lm gim giỏ thnh trờn mi nỳt s lm cho kh mua thờm nhiu nỳt, trin khai mt mng thu thp vi mt cao hn, v thu thp c nhiu d liu hn. 1.2.4. An ton bo mt d liu Mng cm nhn khụng dõy thng c dựng ngoi mụi trng, phm vi rng, giao tip vi nhau di dng súng ( súng Radio, súng vụ tuyn ) chớnh vỡ vy m vic khi d liu gi i b nhiu l hon toỏn khụng Nguyễn Xuân Hùng Luận văn tốt nghiệp 7 Khoa công nghệ thông tin Trờng Đại học Dân Lập HảI Phòng th trỏnh khi, hay vic bt k mt ngi no cng cú th truy nhp vo ly thụng tin ca mng, yờu cu t ra l phi m bo an ton v bo mt. - Vic mó húa thụng tin m bo tớnh an ton trong mng, cn bo m cho bt k ngi nhn c thụng bỏo t ngi gi khụng b sa i thụng tin bờn trong bng bt k cỏch no. - Cỏc nỳt mng trc khi truyn d liu i cn phi c mó húa bng cỏc thut toỏn mó húa nh: mó húa DES 1.3. Cỏc ng dng ca WSN Ngy nay vi s phỏt trin ca cụng ngh cao, cỏc mng cm nhn khụng dõy khụng ngng c phỏt trin v c ng dng rt nhiu vo cuc sng. Cỏc ng dng ca mng cm nhn khụng dõy m chỳng ta cú th thy rừ nht nh l: - iu khin v giỏm sỏt cụng nghip. - Nh iu khin t ng v iu khin in tiờu dựng t ng - Thu thp thụng tin trong An ninh v Quõn i - Theo dừi ti sn v qun lý dõy chuyn cung cp - Nụng nghip v cm nhn mụi trng thụng minh - Theo dừi sc khe + Thu thp thụng tin trong An ninh v Quõn i Vic s dng mng cm nhn khụng dõy u tiờn l c ng dng trong quõn i. Cỏc nỳt mng cm nhn cú th thay th cỏc lớnh gỏc khi ú cú th m bo an ton cho h. Mng cú th s dng kim soỏt vic t nhp bt ng bng cỏch cỏc nỳt mng cú th c gn cỏc cm bin o chn ng, o thõn nhit khi ú cú th kim soỏt c vic t Nguyễn Xuân Hùng Luận văn tốt nghiệp 8 Khoa công nghệ thông tin Trờng Đại học Dân Lập HảI Phòng nhp bt hp phỏp trong khi ú cỏc nỳt mng trong mng cm nhn khụng dõy l rt nh do ú r dng ngy trang cho cỏc nỳt mng ny ( cú th du vo bi cõy, hũn ỏ). Ngoi ra cũn cú th dung thay th con ngi trong cỏc cụng vic nguy him ( nh trong hm m, ni nhim phúng x ) + Nụng nghip v cm nhn mụi trng thụng minh Trong cỏc trang tri thỡ dim tớch thng rt ln do vy vic kim soỏt cõy trng cng nh im kin t nhiờn ca tng khu vc l khú khng, nht l lng ma trong tng khu vc vỡ mi khu vc thng cú lng ma khỏc nhau khi ú mng cm nhn khụng dõy cú th thu thp v lng ma ca tng khu vc. Mng cm nhn khụng dõy cú th thu thp d liu ca mụi trng sng ca cõy trng, vt nuụi ( m, nhit ) cho con ngi tỡm cỏch trm súc cõy trng, vt nuụi t c nng sut cao. 1.4. Tỡnh hỡnh nghiờn cu v ng dng mng cm nhn khụng dõy trờn th gii v trong nc 1.4.1. Trờn th gii Trờn th gii thỡ vic phỏt trin ca mng cm nhn khụng dõy ó ra i c mt thi gian khỏ lõu do vy h ó ng dng vo mt s lnh vc trong i sng. Khụng nhng th m cũn nghiờn cu phỏt trin thờm mng ny kt hp vi vic cụng ngh in t ngy cng phỏt trin vi giỏ thnh ngy cng thp. Vic phỏt trin mng cm nhn khụng dõy ic nghi li vi nhng mc quan trng nhu sau: Tng ng vi s phỏt triờn v m rng ca h thng truyn thụng khụng dõy s phỏt trin cu mng cm nhn khụng dõy bt u t 1978 khi Nguyễn Xuân Hùng Luận văn tốt nghiệp 9 Khoa c«ng nghÖ th«ng tin Trêng §¹i häc D©n LËp H¶I Phßng DARPA tài trợ cho Sensor Nets Workshop trường đại học Mellon Pittsburgh, Pennsylvania theo yêu cầu cảu hệ thống giám sát quân đội. • Tiếp đó 1990 dự án SensIT. 1998 tiêu điểm về mạng không dây cho hệ thống cảm biến quân đội phân tán tổng số 29 dự án nghiên cứu 25 cơ quan được cấp vốn dưới dự án này. • 1993 Trường DDH California Los Angeles hợp tác với trung tâm Rock well đã có một mạng tích hợp cảm biến không dây Wireless Intergate Network Sensor (WINS) và được thương mại hóa thành công ty Sensonia – California 1998. • Jan M. Rabaey DDH California bắt đầu chương trình PicoRadio. Dựa trên những nghiên cứu đó kể từ đây hàng loạt các nghiên cứu , dự án về phát triển mạng cảm nhận không dây ra đời ; • MAMPS là chương trình do Principal Investigator Anantha Chandrakasan –viện công nghệ Massachusetts tập trung vào sự phát triển của một hệ thống đầy đủ mạng cảm biến không dây nhấn mạnh việc tiêt kiệm năng lượng : và giao thức truyền thông cho magnj cảm biến này đó là phân cấp xếp nhóm Adaptive năng lượng thấp LEACH. • Dự án Terminodes và mạng di động đặc biệt MANET của IETF – Intenet Engineering Task Force với mức tiêu thụ điện thấp, vấn đề địa chỉ và lộ trình trong mạng cảm nhận không dây với các nút mạng lưu động. • Mạng không gian sâu và âm thanh dưới nước ,với những đặc tính phạm vi rộng, truyền dữ liệu bằng mạng Radio. Mạng cảm nhận không dây là chìa khóa để thu thập thông tin cần thiết qua những môi trường nhạy cảm, cho dù trong những tòa nhà, những nơi công cộng, khu công nghiệp, tàu thuyền, các hệ thống chuyên chở tự động hay bất cứ nơi nào khác. Mạng không dây làm tăng khả năng trao đổi dữ liệu. Sự phát triển mạnh mẽ của công nghệ liên quan, các nhà kinh doanh đã đưa ra NguyÔn Xu©n Hïng LuËn v¨n tèt nghiÖp 10 [...]... nhn bỏo cỏo v cỏc bnh v thn 15.7 triu ngi 5.9% dõn c M mc bnh ỏi ng vo 1999 Nhng s phc tp m xut hin t bnh ỏi ng bao gm bnh tim, t qu, cao huyt ỏp, bnh v thn Nhn cn bnh ny l mt trong 7 nguyờn nhõn hng u gõy t vong m, rừ rng rng õy l mt bnh m cn s chỳ ý nghiờm tỳc S iu tr bnh ỏi ng bao gm mt ch sinh hot chớnh xỏc : s n kiờng, bi tp, v theo dừi nng ng trong mỏu mi lỳc mi ni Khi ú mng cm nhn khụng... lung mỏu trong vựng b bao võy mt khi u Mt cm bin vi kh nng phỏt hin ra nhng s thay i ny trong lung mỏu cú th c t trong nhng v trớ kh nghi Cỏch ny l mt cỏch c bit hu ớch cho nhng ngi ngi m cú mt lch s gia ỡnh cú nhiu ngoi b ung th, tim n ung th cao Nghiờn cu ang cng c ch o trờn vic t nhng cm bin trờn mt cỏi kim, Khi ú cụng vic ca nh thy thuc khi cha bnh s n gin hn v kh nng cu cha cao hn Nhng cm bin c... Chipcon Utility Library (CUL) Application examples Trong ú: + Hardware Definition Files (HDF) cha a ch ca cỏc thanh ghi, bn vộc t ngt, v mt s hng s phn cng khỏc c xỏc nh trc Nú bao gm c + Hardware Abstraction Library (HAL): Th vin ny bao gm rt nhiu cỏc macro v cỏc hm nhm lm n gin hoỏ vic truy cp vo phn Nguyễn Xuân Hùng Luận văn tốt nghiệp 35 Khoa công nghệ thông tin Trờng Đại học Dân Lập HảI Phòng cng ca... minh c t vo mt 100 cm bin rt nh Chỳn tụi ó xõy dng c mt h thn bờn ngoi th vừng mc ( Hỡnh 2.1 ó miờu t c cu to c bn ca mt mng ) Cm bin thụng minh gm cú 2 thnh phn: Mt mc t hp v mt mng cỏc cm bin Mch t hp bao gm mt b chớp a hp vi nhiu ng truyn thụng tin gia cỏc chớp, dũn kn, d liu c truyn gia nhau trờn tm s 40 KHz, vi nhng s chuyn i v nhng mch chớp h tr 10x10 li liờn kt Mch cú 2 kh nng truyn v nhn d liu... mnh m ca cỏc cụng ngh liờn quan m m mng cm nhn khụng dõy c phỏt trin mnh m v ang c ng dng rng rói trong i sng 1.4.2 trong nc nc ta bi toỏn t ng hoỏ ang c t ra cho mi lnh vc kinh t, quc phũng nhm nõng cao hiu qu cụng vic,tin kp trỡnh chung ca khu vc v th gii Trong lnh vc o lng iu khin t ng t xa, vic ng dng cụng ngh mng cm nhn khụng dõy thu nhn d liu, v iu khin, tỡm c rt nhiu ng dng Vớ nh o cỏc thụng... thp -Giỏ thnh r -Tớch hp ADC cú kh nng ghộp ni vi cm bin Nguyễn Xuân Hùng Luận văn tốt nghiệp Khoa công nghệ thông tin 16 Trờng Đại học Dân Lập HảI Phòng -Kớch thc vt lý nh -H tr lp trỡnh cỏc ngụn ng bc cao, bc trung,g li Vi iu khin CC1010 c la chn lm nỳt mng vỡ ỏp ng c gn nh y cỏc tiờu chớ 1 vi iu khin ca mng cm nhn khụng dõy CC1010 c tớch hp nhiu cỏc tớnh nng phc v cho cỏc ng dng khụng dõy nh b truyn... Trong nụng nghip Do nc ta l nc ang phỏt trin vi nn nụng nghip ln S lng cỏc trang tri ca nc ta nhiu do ú vic theo dừi l rt tn nhõn cụng Trong khi ú vic u t phỏt trin mt mng cm nhn khụng dõy khụng phi l cao Mng cú th c dựng o d m tng khu vc trong trang tri, hay lng ma nhng khu vc khỏc nhau Hỡnh 3.1 : ng dng ca mng cm nhn khụng dõy s dng trong nụng nghip Cỏc nỳt mng c b trớ ti cỏc cỏnh ng khỏc nhau... Nguyễn Xuân Hùng Luận văn tốt nghiệp Khoa công nghệ thông tin 30 Trờng Đại học Dân Lập HảI Phòng THC NGHIM CA MNG CM NHN KHễNG DY 4.1 Bi toỏn Xõy dng mng cm nhn o nhit cỏc dim khỏc nhau a ra thụng bao khi cú nhit ti mt nut ln hn mc cho phộp 4.2 Mụ hỡnh ca mng cm nhn Nỳt 1 Nỳt 2 Nỳt n ( . im khỏc nhau. Trong s cỏc mng khụng dõy, mng cm nhn khụng dõy ra i trờn c s ng dng nhng thnh tu cao ca cụng ngh ch to linh kin in t v s chớn mui trong vic hiu bit v lm ch kin thc phn mm h iu hnh. vic lm gim giỏ thnh trờn mi nỳt s lm cho kh mua thờm nhiu nỳt, trin khai mt mng thu thp vi mt cao hn, v thu thp c nhiu d liu hn. 1.2.4. An ton bo mt d liu Mng cm nhn khụng dõy thng c dựng ngoi. bng cỏc thut toỏn mó húa nh: mó húa DES 1.3. Cỏc ng dng ca WSN Ngy nay vi s phỏt trin ca cụng ngh cao, cỏc mng cm nhn khụng dõy khụng ngng c phỏt trin v c ng dng rt nhiu vo cuc sng. Cỏc ng dng ca