GIẢI NGÂN HÀNG MẠNG CẢM BIẾN

Lớp truyền tải đặc biệt cần khi mạng cảm biến kết nối với mạng bên ngoài, hay kết nối với người dùng qua internet + Lớp ứng dụng: Tùy vào từng nhiệm vụ của mạng cảm biến mà các phần mềm

Mạng Cảm Biến:

Câu 1.1 Nêu các đặc điểm cơ bản của mạng cảm biến không dây.

Số lượng nút cảm biến là khá lớn -> không thể xây dựng một quy tắc cho địa chỉ toàn cục khi triển khai

Hầu hết đều yêu cầu truyền số liệu từ nhiều cảm biến tới một nút gốcCác nút cảm biến bị hạn chế về công suất, khả năng xử lý và dung lượng nhớ

Các nút thường có vị trí cố định (một số nút có thể di động)

Vị trí của các nút cảm biến đóng vai trò quan trọng vì việc lựa chọn số liệu thường dựa vào vị trí

Các mạng cảm biến thường phụ thuộc vào ứng dụng

Số liệu được lựa chọn bởi các nút cảm biến trong WSN thường dựa vào hiện tượng chung, do đó sẽ có độ dư thừa

Câu 1.2: Tóm t t v các d ng c u trúc m ng trong m ng c m ắ ề ạ ấ ạ ạ ả

bi n không dây ế

C u trúc m ng i m – i m: Là ki u k t n i ấ ạ đ ể đ ể ể ế ố đơn gi n nh t, hai nút ả ấ

s d ng hai anten thu phát hử ụ ướng tr c ti p v i nhau ự ế ớ để truy n và ề

nh n thông tin Trên lý thuy t, ki u m ng này là an toàn nh t vì ch ậ ế ể ạ ấ ỉ

có m t i m trong m ng có kh n ng x y ra s c , ó là i m ộ đ ể ạ ả ă ả ự ố đ đ ể

m ng ch hay còn g i là host ạ ủ ọ

C u trúc m ng i m – a i m (Point-to-Multipoints): K t n i ấ ạ đ ể đ đ ể ế ố được chia s gi a nút t i lên dùng ng-ten a hẻ ữ ả ă đ ướng (nút k t n i t i ế ố ớ

m ng Internet thông qua ạ đường truy n h u tuy n ề ữ ế để cung c p k t ấ ế

n i Internet cho toàn m ng) v i các nút t i xu ng (nút k t n i t i ố ạ ớ ả ố ế ố ớ

m ng và có kh n ng ph c v c k t n i h u tuy n và vô tuy n choạ ả ă ụ ụ ả ế ố ữ ế ế

m ng) ho c nút l p (nút k t n i vào m ng và không dùng ạ ặ ặ ế ố ạ để ph c ụ

v các client, ch óng vai trò là nút trung gian l p tín hi u) v i ng-ụ ỉ đ ặ ệ ớ ăten thu công su t cao ấ

C u trúc m ng a i m – a i m (Multipoints to Multipoints): M i ấ ạ đ đ ể đ đ ể ỗnút có vai trò không ch là i m truy nh p cho các tr m mà còn làm ỉ đ ể ậ ạnhi m v chuy n ti p d li u.ệ ụ ể ế ữ ệ

Câu 1.4 : Các khó khăn v đ nh tuy n trong WSN:ề ị ế

- Kích thước mạng thay đổi: Mật độ mạng cảm biến không dây có thể thayđổi từ rất thưa tới rất dày đặc

- Các ràng buộc về tài nguyên: Năng lượng là vấn đề cốt lõi trong WSN, phải đảm bảo cho mạng có thời gian sống dài, hoạt động với năng lượng

dữ trữ hạn chế

- Các mô hình dữ liệu: Yêu cầu hỗ trợ nhiều loại mô hình dữ liệu làm tăng

độ phức tạp khi thiết kế giao thức định tuyến

Câu 1.5: Thành ph n c b n c a m ng c m bi n : ầ ơ ả ủ ạ ả ế

Gồm số lượng lớn các nút có khả năng tương tác với nhau

Một nút trong mạng WSN thông thường bao gồm 2 phần: phần cảm biến

(sensor) hoặc điều khiển và phần giao tiếp vô tuyến (RF transceiver).

Chức năng của các phần :

Phần cảm biến hoặc điều khiển : thu thập,xử lý thông tin hiện tượng và tổng hợp về nút đích Phần giao tiếp vô tuyến : để các nút trong 1 mạng

có thể tương tác với nhau và báo cáo dữ liệu về nút đích

Câu h i-1.6 ỏ Vẽ s đ mô hình ki n trúc các l p giao th c c a ơ ồ ế ớ ứ ủ

m ng c m bi n không dây và nêu tóm t t ch c năng m i l p ạ ả ế ắ ứ ỗ ớ

Bài làm

Sơ đồ mô hình kiến trúc các lớp giao thức của

mạng cảm biến không dây

Tóm tắt chức năng mỗi lớp

+ Lớp vật lý: Lớp vật lý chịu trách nhiệm lựa

chọn tần số, phát tần số sóng mang, điều chế, lập

mã và tách sóng

+ Lớp liên kết số liệu: : Lớp kết nối dữ liệu chịu

trách nhiệm cho việc ghép các luồng dữ liệu, dò

khung dữ liệu, điều khiển lỗi và truy nhập môi

trường.

+ Lớp mạng: quan tâm đến việc định tuyến dữ

liệu được cung cấp bởi lớp truyền tải

+ Lớp giao vận: giúp duy trì luồng số liệu nếu ứng dụng mạng cảm biến

yêu cầu Lớp truyền tải đặc biệt cần khi mạng cảm biến kết nối với mạng bên ngoài, hay kết nối với người dùng qua internet

+ Lớp ứng dụng: Tùy vào từng nhiệm vụ của mạng cảm biến mà các phần mềm ứng dụng khác nhau được xây dựng và sử dụng trong lớp ứng dụng

Câu h i 1.7: Trình bày tóm t t các công ngh th ỏ ắ ệ ườ ng đ ượ ử c s

d ng trong m ng c m bi n không dây ụ ạ ả ế

Bài Làm :

Do giới hạn về nguồn năng lượng cung cấp (pin ), giá thành và yêu cầu hoạt động trong một thời gian dài, nên vấn đề tiêu thụ năng lượng là tiêu chí thiết kế quan trọng nhất trong mạng cảm biến:

Lớp ứng dụngLớp giao vậnLớp mạngLớp liên kết số liệuLớp vật lý

- Lớp vật lý (physical layer) : Sử dụng các kỹ thuật điều chế tín hiệu số như

QPSK, FSK để cải thiện hiệu suất bộ khuếch đại công suất Các kỹ thuật mãhóa sửa sai phức tạp như Turbo Codes không được sử dụng, kỹ thuật trải phổ được sử dụng để cải thiện SNR ở thiết bị thu và giảm tác động của fading của kênh truyền

- Lớp MAC : kỹ thuật đa truy cập TDMA hoặc CSMA-CA hiệu chỉnh

với mục đích giảm năng lượng tiêu thụ

Câu h i 1.8: Trình bày tóm t t các thách th c và khó khăn c a các ỏ ắ ứ ủ

m ng c m bi n không dây.ạ ả ế

Khó khăn

Khả năng chịu lỗi : Các nút cảm biến dễ bị lỗi

Năng lượng: Các nút cảm biến bị hạn chế về công suất, khả năng xử lý và

dung lượng nhớ

Tuổi thọ của mạng còn thấp: là thời gian mạng hoạt động hay thời gian

để mạng hoàn thành nhiệm vụ

Chất lượng và độ bền của mạng bị ảnh hưởng nhiều bởi yếu tố môi

trường ( ẩm ướt, nhiệt độ cao, ô nhiễm, phóng xạ.)

Thách thức

Hiệu suất năng lượng : Cần cung cấp thêm năng lượng để báo cáo ngay

các sự kiện có tính “khẩn cấp”

Khả năng mở rộng : Mạng phải hoạt động bất chấp số lượng các nút

Tổ chức phân tán: Các thành viên tham gia trong một WSN nên cộng tác

Hoạt động của mạng tập trung vào dữ liệu.

Bốn mục tiêu tối ưu chính của WSN là chất lượng dịch vụ, hiệu suất năng lượng, khả năng mở rộng, và tính bền vững

Câu h i 1.8: ỏ Trình bày tóm t t các thách th c và khó khăn c a các ắ ứ ủ

m ng c m bi n không dây ạ ả ế

Trả lời

Các thách thức và khó khăn của các mạng cảm biến không dây bao gồm:

a Thách thức cấp độ nút

Công suất tiêu thụ, kích thước vật lý, giá thành nguyên vật liệu, môi trường tàinguyên hạn chế (bộ nhớ) , khả năng xử lý vi điều khển hạn chế… là những thách thức cấp độ nút cần phải giải quyết hợp lý

Công suất tiêu thụ là một yếu tố quan trọng đối với các nút mạng cảm biến không dây bởi vì chúng thường sử dụng nguồn năng lượng là pin hoặc một nguồn năng lượng thấp bên ngoài Kích thước vật lý cũng rất quan trọng bởi vì các yếu tố kích thước và hình thức quyết định đến các ứng dụng tiềm năng cho mạng cảm biến không dây, các nút mạng cảm biến không dây phải có kích

thước nhỏ gọn

Giá thành cũng quan trọng đối vớ i các nút mạng cảm biến không dây bởi

vì mạng cảm biến không dây thường được triển khai vớ i quy mô lớn Với chi phí thấp, kích thước vật lý nhỏ, công suất tiêu thụ thấp thì các bộ vi xử lý màtrên đó các phần mềm hoạt động trở nên nhỏ gọn hơn, tốc độ tính toán và kích thướ c bộ nhớ của các bộ vi xử lý cũng bị giảm bớt Các nhà thiết kế phần mem cho một hệ thống mạng cảm biến không dây thường chỉ có vài ngàn Byte bộ nhớ để làm việc so với hàng triệu hoặc hàng tỉ Byte bộ nhớ trong các

hệ thống máy tính thông dụng Do đó, phần mềm cho các nút mạng cảm biến không dây không chỉ can hiệu quả năng lượng mà còn phải có khả năng chạy trong một môi trường hạn chế nghiêm ngặt về tài nguyên

b Thách thức cấp độ mạng

Quy mô tổ chức mạng cảm biến không dây có số lượng nút với quy mô lớn thì các nút chuyển tiếp lien tục làm việc với công suất cao Có sự ảnh hửng củacấp độ nút cộng các kênh truyền không đáng tin cậy dẫn đến thiết kế giao thức định tuyến khó khăn

Kích thước mạng ảnh hưởng đến việc thiết kế giao thức định tuyế n trong

mạ ng cả m biến không dây Định tuyến là quá trình mạng xác định nhữ ng tuyế

n đườ ng tố t nhất để truyền bản tin qua mạng

Thiết kế các giao thức định tuyến là rất quan trọng bởi vì nó ảnh hưởng đến cả hiệu

năng mạng xét ve lượng dữ liệu mà mạng có thể duy trì cũng như tốc độ dữ liệu để có

thể vân chuyển dữ liệu thành công qua mạng và hơn hết là khoảng thời gian tồn tạ i củ a

mạng được đảm bảo

Tính chất không đáng tin cây của mạng cảm biến không dây được gọi là "tổn hao" Tổn hao nên được coi như là một đặc tính vốn có trong mạng cảm biến

không dây Vấn đe tổn hao trong mạng cảm biến không dây là một thách thức đối với các giao thức định tuyến Các giao thức định tuyến phải tính toán vấn

đe tổn hao khi quyế t định tuyến đường để truyền các bản tin và có thể bản tin can phải được gửi lại Các bản tin sẽ được định tuyến sao cho các nguy cơ mất mát bản tin là thấp nhất

c Sự chuẩn hóa

Tiêu chuẩn là một yếu tố then chốt đối với chất lượng đến sự thành công của sản phẩm cảm biến không dây

Các công nghệ sản xuất khác nhau có những tiêu chuẩn khác nhau

Nếu không có sự chuẩn hóa thì các nhà sản xuất thiết bị và các nhà tích hợp hệ thống cần

phải xây dựng toàn bộ hệ thống đối với mọ i hệ thố ng mớ i đư ợ c cài đặ t Ngoài ra,nhà sản

xuất và nhà tích hợp sẽ sử dụng một công nghệ độc quyền từ một nhà cung cấp riêng

Các ứng dụng, trang thiết bị: ứng dụng và thiết bị của MANETs mạnh hơn

nhiều, tốc độ dữ liệu cao hơn, nhiều tài nguyên hơn.

Ứng dụng chuyên dụng: WSNs phụ thuộc mạnh vào các ứng dụng chuyên

dụng.

Tương tác môi trường: lõi của WSN, không có ở MANET.

Phạm vi: WSN có thể lớn hơn nhiều.

Năng lượng: WSN có các yêu cầu về năng lượng và các vấn đề bảo

dưỡng chặt chẽ hơn.

Tập trung dữ liệu: chỉ có ở MSN

Câu1.10 : Đ nh nghĩa truy n thông đa b ị ề ướ c nh y ả Nêu u đi m ư ể

c a truy n thông đa b ủ ề ướ c nh y so v i truy n thông đ n b ả ớ ề ơ ướ c

nh y trong m ng c m bi n không dây ả ạ ả ế

Truyền thông đa bước nhảy là sử dụng nhiều nút cảm biến trong đó các nút có khả năng truyền dữ liệu cho nhau trước khi truyền về bộ thu

chính

Ưu điểm của truyền thông đa bước nhảy là :

Khắc phụ hạn chế về khoảng cách

Bộ nhớ

Bộ điều khiển

Các cảm biến/

Bộ chấp hành Các thiết bị truyền thông

Nguồn cung cấp

Khắc phục vấn đề chướng ngại vật

Nâng cao hiệu quả năng lượng của thông tin

1.11: Cấu trúc của nút cảm biến:

- FPGAs – có thể tốt cho việc kiểm tra

- ASICs – chỉ khi cần hiệu suất đỉnh, không linh hoạt

• Bộ nhớ:

- Khá đơn giảnRAM hoặc FLASH: chứa dữ liệu đọc từ cảm biến trung gian,các gói tin từ các nút khác

ROM hoặc EEPROM hoặc FLASH: lưu mã chương trình

- Kích thước bộ nhớ có thể quyết định giá thành sản xuất,mức tiêu thụ năng lượng

- Yêu cầu bộ nhớ phụ thuộc nhiều vào ứng dụng

• Thiết bị truyền thông

- Môi trường truyền dẫn:

Trường điện từ tại tần số vô tuyến?

Trường điện từ, ánh sáng?

Sóng siêu âm?

- Các máy thu phát vô tuyến truyền một dòng bit hoặc dòngbyte dưới dạng sóng vô tuyến

Nhận nó, chuyển đổi nó trở lại thành dòng bit hoặcdòng byte

• Bộ thu phát:

- Năng lực

Giao tiếp: mức bit, byte, gói tin?

Phạm vi tần số được cấp: Điển hình, khoảng 433 MHz– 2.4GHz, bằng ISM

Điều khiển công suất truyền dẫn?

Hiệu suất (bao nhiêu % công suất tiêu thụ bức xạ?

- Hiệu suất vô tuyến

Điều chế? (ASK, FSK, …?)

Thông số nhiễu? NF = SNRI /SNRO

Độ lợi? (khuếch đại tín hiệu)

Độ nhạy thu? (CS nhỏ nhất nhận được với một Eb/N0 đã cho)

Hiệu suất khối (BER nhận được trong trường hợp có nhiễu lệchtần số)

Phát xạ ngoài băng

Các đặc điểm cảm nhận sóng mang & RSSI

Ổn định tần số (ví dụ: khi nhiệt độ thay đổi)

Câu h i 1.12: Nêu m t s l a ch n cho b đi u khi n B đi u ỏ ộ ố ự ọ ộ ề ể ộ ề khi n lo i nào là thích h p nh t đ s d ng trong m ng c m ể ạ ợ ấ ể ử ụ ạ ả

bi n không dây? Gi i thích t i sao ế ả ạ

Trả lời : Các bộ xử lý đơn giản hơn có thể tạo ra bằng cách sử dụng các

hệ thống nhúng Các bộ xử lý này thường được gọi là các bộ vi điều khiển.Trường hợp riêng của bộ vi xử lý có thể lập trình được là bộ xử lý tín hiệu

số (DSP - Digital Signal Processors) Một lựa chọn khác cho bộ điều khiểnxuất phát từ yêu cầu cao về tính linh hoạt của bộ vi điều khiển là sử dụngmảng cổng logic lập trình được (FPGA – Field Programmable Gate Arrays)hoặc mạch tích hợp chuyên dụng (ASIC - Application- Specific IntegratedCircuits)

Bộ điều khiển thích hợp nhất để sử dụng trong mạng cảm biến không dây

là mạch tích hợp chuyên dụng (ASIC - Application- Specific IntegratedCircuits) ASIC là một bộ xử lý chuyên dụng và người sử dụng có thể thiết

kế để phù hợp với ứng dụng đã cho, ví dụ như các chuyển mạch và địnhtuyến tốc độ cao

Câu h i 1.14: Có nh ng lo i c m bi n nào? Nêu s khác nhau ỏ ữ ạ ả ế ự

Các cảm biến chủ động

Vd:Camera…

Nhóm cảm biến cuối cùng tìm kiếm môi trường một cách chủđộng

Vd: Radar,cảm biến siêu âm…

Câu 2 Trình bày về các mô hình lập trình Mô hình nào phù hợp nhất để

sử dụng trong mạng cảm biến không dây, giải thích tại sao.

Nêu một số ứng dụng của cảm biến DHT11

Trả lời :

Các mô hình l p trìnhâ :

L p trình đồng thời: Hỗ trợ cùng lúc nhiều quá trình trên CPU đơn giảnâ

L p trình dựa trên sự ki n:Phản ứng với các sự kiện khi chúng xảy ra ngay â êlập tức

Mô hình l p trình sự ki n dựa trên sự ki n là mô hình phù hơp nhất để â ê ê

sử dụng trong mạng cảm biến không dây vì nó đơn giản dễ thực hi n sử lí êkịp thời các sự ki n xảy ra tiết ki m chi phí thực hi n hơn sơ với mô hìn ê ê ê

Passive InfraRed sensor (PIR sensor): Cảm biến hồng ngoại thụ đông

1 Cấu tạo:

• 2 đơn vị mắt cảm biến: điện cực (+) và điện cực âm (-)

• Lăng kính chế tạo theo kiểu fresnel

2 Nguyên lý hoạt động

Khi 2 đơn vị của mắt sensor được kích choạt tuần tự sẽ sinh ra 1 xung điện làm kích hoạt sensor khi có thân nhiệt từ người hay động vật sẽ lần lượt kích hoạt từng đơn vị làm sensor báo động.

Lăng kính fresnel có tác dụng chặn lại và phân thành nhiều vùng cho phép tia hồng ngoại đi vào mắt sensor

Câu 2.3: Trình bày tóm t t ch c năng, thông s kỹ thu t ( d i ắ ứ ố ậ ả nhi t đ đo, d i d m đo, sai s nhi t đ , sai s đ m ) và ệ ộ ả ộ ẩ ố ệ ộ ố ộ ẩ nguyên lý ho t đ ng c a c m bi n DHT11 ( vẽ s đ chân c m ạ ộ ủ ả ế ơ ồ ả

bi n này ế )

Trả lời:

Chức năng :Cảm biến DHT11 là cảm biến nhiệt độ và độ ẩm Nó ra đời sau

và được sử dụng thay thế cho dòng SHTx ở những nơi không cần độ chínhxác cao về nhiệt độ và độ ẩm

Thông số kỹ thuật: + Đo độ ẩm : 20%-95%.

+Nhiệt độ : 0-50oC

+ Sai số độ ẩm: ±5%

+ Sai số nhiệt độ : ±2oC

Nguyên lý hoạt động của cảm biến:

Giao tiếp với DHT11 theo chuẩn 1 chân vi xử lý thực hiện theo 2 bước: + Gửi tín hiệu muốn đo ( start ) tới DHT11, sau đó DHT11 xác nhận lại + Khi đã giao tiếp được với DHT11, cảm biến sẽ gửi lại 5 byte dữ liệu và nhiệt độ đo được.

Bước 1: gửi tín hiệu Start:

+ Ban đầu MCU thiết lập chân DATA là Output, kéo chân DATA xuống 0 trong 1 khoảng thời gian Khi đó DHT11 sẽ hiểu MCU muốn đo giá trị

nhiệt độ và độ ẩm

+ MCU đưa chân DATA lên 1 và thiết lập lại là chân đầu vào

+ Sau khoảng thời gian tiếp theo, DHT11 sẽ kéo chân DATA xuống thấp Nếu lớn hơn khoảng thời gian trên mà chân DATA không được kéo xuống thấp thì không giao tiếp được với DHT11

+ Chân DATA sẽ ở mức thấp 1 thời gian, sau lại được kéo lên cao bằng thờigian lúc trước Bằng việc giám sát chân DATA , MCU có thể biết được có giao tiếp được với DHT11 hay không Và quá trình kết thúc khi tín hiệu đo được của DHT11 lên cao

Bước 2: Đọc giá trị trên DHT11:

+ DHT11 sẽ trả giá trị nhiệt độ và độ ẩm dưới dạng 5 byte.Với điều kiện: Byte 5= (8bit) ( Byte 1+Byte 2+Byte 3+Byte 4) thì giá trị nhiệt độ và độ

ẩm là đúng và ngược lại

Và tiếp tục quá trình giao tiếp giữa MCU với DHT11

Sơ đồ chân của DHT11:

Câu h i 2.4: ỏ Trình bày tóm t t ch c năng, thông s kỹ thu t ắ ứ ố ậ

chính, nguyên lý ho t đ ng c a c m bi n siêu âm SRF05 (vẽ s ạ ộ ủ ả ế ơ

Cảm biến gồm có 5 chân: VCC, Trig, Echo, OUT,GND

VCC : Đây là chân cấp nguồn cho cảm biến (nguồn 5V, nguồn càng sạch cảm biến càng chính xác)

Trig : Chân này là chân phát xung để kích hoạt cảm biến hoạt động

Câu h i 2.5: C m bi n ti m c n là gì? Có m y lo i c m bi n ti m ỏ ả ế ệ ậ ấ ạ ả ế ệ

c n? Trình bày tóm t t nguyên lý ho t đ ng c a t ng lo i ậ ắ ạ ộ ủ ừ ạ

Cảm biến tiệm cận (Proximity Sensors):

Là phản ứng khi có vật ở gần cảm biến Trong hầu hết các trường hợp, khoảng cách này chỉ là vài mm Cảm biến tiệm cận thường phát hiện vị trí cuối của chi tiết máy và tín hiệu đầu ra của cảm biến khởi động một chức năng khác của máy

Có 2 loại cảm biến tiệm cận:

Cảm biến tiệm cận cảm ứng

Cảm biến tiệm cận điện dung

Nguyên lý hoạt động.

Cảm biến tiệm cận cảm ứng:

Phát hiện các vật bằng cách tạo ra trường điện từ

Phát hiện sự suy giảm từ tính do dòng điện xoáy sinh ra trên bề mặt vật dẫn do từ trường ngoài

Trường điện từ xoay chiều sinh ra trên cuộn dây và thay đổi trở kháng phụthuộc vào dòng điện xoáy trên bề mặt vật thể kim loại được phát hiện.Cảm biến tiệm cận điện dung:

Phát hiện các vật bằng cách tạo ra trường điện dung tĩnh điện

Điện dung phát hiện sự thay đổi điện dung giữa cảm biến và đối tượng cần phát hiện

Giá trị điện dung phụ thuộc vào kích thước và khoảng cách của đối tượng.

Câu h i 2.6: Phân tích các m c tiêu t i u hóa khi l a ch n các ỏ ụ ố ư ự ọ

gi i pháp m ng cho m ng c m bi n không dây ả ạ ạ ả ế

Nêu một số ứng dụng của cảm biến hồng ngoại thụ động (PIR)

Bài làm

Mục tiêu tối ưu hóa

Ứng dụng của cảm biến hồng ngoại thụ động (PIR)

Lớp liên kết dữ liệu gồm 4 nhiệm vụ chính:

-Khung lập: nhóm chuỗi bít thành những gói tin/ các khung

Xác định: định dạng, kích thước Kích thước gói tin phụ thuộc vào tỷ lệ lỗi bit, năng lượng tiêu thụ trên bít được truyền

-Điều khiển lỗi: việc điều khiển lỗi phải đảm bảo rằng vận chuyển dữ liệu

là không lỗi, theo chuỗi , không bản sao, không mất mát

Có 2 phương pháp là: điều khiển lỗi phía trước và phía sau

Điều khiển lỗi phía trước(FEC): là quá trình điều khiển lỗi mã hóa tín hiệu trước khi gửi đi, và giải mã trước khi nhận về

Điều khiển lỗi phía sau(ARQ): là quá trình điều khiển lỗi dựa vào bộ phận thu để phản hồi xem đã nhận đúng gói tin chưa

Các mục tiêu tối ưu hóa

Chất lượng dịch vụ

Hiệu suất năng lượng

+ Năng lượng trên bit dữ liệu thu được + NL trên sự kiện thông báo + cần cung cấp thêm

nl để báo cáo ngay

Mạng phải chịu được lỗi sai của một số nút.

Tuổi thọ của mạng

Khả năng

mở rộng

Là khoảng thời gian mạng hoạt động hay tg

để mạng hoàn thành nhiệm vụ

+ Không bị chồng chất lên nhau.

+ Mạng phải hoạt động bất chấp số nút.

Tiêu thụ năng lượng và trễ mong đợi của các gói thông tin có kích thước khác nhau L (theo byte) và các tỷ lệ lỗi trạng thái tốt khác nhau.

- Điều khiển luồng: đảm bảo rằng một máy phát tốc độ nhanh không chạy

vượt quá máy thu của nó (có tốc độ chậm hơn)

- Quản lý liên kết: phát hiện và quản lý các liên kết với các nút lân cận

Phát hiện, cài đặt, duy trì, kết thúc liên kết

Sử dụng nút lân cận: ví dụ trong trường hợp thiếu không gian bộ đệm

hoặc thiếu khả năng xử lý

Lớp liên kết dữ liệu phải đảm bảo dịch vụ truyền dữ liệu đáp ứng các

yêu cầu sau:

Độ chính xác, độ nhạy, độ ổn định, hiệu quả

Câu h i 2.8: Gi i thích các bi u đ sau đây ỏ ả ể ồ :

Nêu một số ứng dụng của cảm biến siêu âm SRF05

Trả lời:

BER=10-2 : kênh xấu; BER=10-8 : kênh tốt L=50 byte và L =1500 byte

với kích thước gói tin là nhỏ (50 byte), chỉ ARQ thì có trễ nhỏ, tiêu thụ

năng lượng ít cho kênh tốt và trễ lớn, tiêu thụ năng lượng lớn cho kênh

xấu Với gói tin có kích thước 1500 byte, ARQ+FEC thường có trễ tốt hơn ở

mức chi phí năng lượng cao hơn cho kênh tốt, trong khi ở kênh xấu thì cả

hai sơ đồ có cùng trễ trung bình

Một số ứng dụng của cảm biến siêu am SRF05 là:

Dùng để nhận biết khoảng cách đến vật cản nhờ sóng siêu âm phát ra từ

cảm biến và nhận về

Câu 2.9: a Trình bày v th t c và các giao th c ARQ tiêu chu n ề ủ ụ ứ ẩ

Thủ tục cơ sở của ARQ tiêu chuẩn:

Đặt thông tin tiếp đầu (header) xung quanh trọng tải (payload)

Tính toán tổng kiểm tra lỗi (checksum) và thêm nó vào gói tin

Truyền gói tin này tới bộ thu

Bộ thu kiểm tra tính toàn vẹn của gói tin với sự trợ giúp của phần tổng kiểm tra và tạo tín hiệu phản hồi đến bộ phát (Có thể là xác nhận khẳng định và phủ định)

Máy phát sử dụng bộ định thời để phát hiện các xác nhận không thể đến được

Bộ định thời (timer) xác định thời gian từ khi bit cuối cùng của gói tin

được gửi đi đến khi nhận được thông tin phản hồi

Máy phát có thể gửi lại gói tin (nếu nhận được phản hồi phủ định)

Các giao thức ARQ tiêu chuẩn:

Bit xen kẽ

Go back N

Lặp lại có lựa chọn

Nêu một số ứng dụng của cảm biến tiệm cận.

Công nghệ chế tạo oto

Công nghệ máy công cụ

Công nghiệp chế biến thực phẩm

Máy rửa xe

Câu h i 2.10: Các ph ỏ ươ ng pháp th ườ ng s d ng đ giám sát l i ử ụ ể ỗ

Điều khiển lỗi phía sau là dựa vào

bộ phận thu để phản hồi xem đã

nhận đúng gói tin hay chưa

Băng thông tốt, năng lượng kém

Chi phí cho các gói tin sẽ phát

sinh khi có lỗi

Điều khiển lỗi phía trước là mã hóa tín hiệu ngay trong phần thông tin gửi đi, bộ phận thu dựa vào bộ phận giải mã sau khi nhậnTốn năng lượng hơn, thích hợp với băng thông bé, tốc độ thấpChi phí cho các gói tin là không thay đổi

Câu 3.1: Cho c u hình liên k t m ng nh hình vẽ d ấ ế ạ ư ướ i đây, trong

đó các vòng tròn ch ph m vi truy n thông và can nhi u c a m i nút, ỉ ạ ề ễ ủ ỗnghĩa là m i nút có th nghe th y các nút lân c n ngay sát bên trái và ỗ ể ấ âbên ph i Hãy trình bày gi i pháp RTS/CTS s d ng trong chu n IEEE ả ả ử ụ ẩ802.11 và vẽ hình minh h a?ọ

Trong m t m ng CSMA/CA, t i sao các nút s d ng m t tr ng u ô ạ ạ ử ụ ô ễ ânhiên trươc khi truy nh p đâ ường truy n?ề

Bg:

Gi i pháp RTS/CTS s d ng chu n IEEE 802.11:ả ử ụ ẩ

S d ng 1 kênh và 2 gói đi u khi n.ử ụ ề ể

Gi s nút B truy n d li u đ n nút C.ả ử ề ữ ê ế

Khi B truy c p kênh truy n, nó sẽ g i gói yêu c u đ g i RTS â ề ử ầ ể ử

(Request to Send) đ n nút C Nút C nh n đúng gói RTS, nó sẽ g i tr ế â ử ả

B gói CTS (Clear to Send) Khi nút B nh n đâ ược gói CTS nó sẽ truy n ềgói d li u Data sang cho C Khi nh n đ y đ d li u C g i tr l i gói ữ ê â ầ ủ ữ ê ử ả ạACK đ cho B bi t quá trình truy n d n đã thành công.ể ế ề â

A và D nghe được gói RTS ho c CTS sẽ thi t l p b đ nh th i n i b ặ ế â ô ị ờ ô ô

g i là vector đ nh v m ng ọ ị ị ạ Network Allocation, trong khi C và B

truy n nh n A và D sẽ d ng ho t đ ng truy n nh n đ không gây ra ề â ừ ạ ô ề â ểxung đ t và l i RTS/CTS c i thi n v n đ xung đ t nh ng không gi i ô ỗ ả ê ấ ề ô ư ảquy t đế ượ ấc v n đ thi t b đ u cu i n hi nề ế ị ầ ố ẩ ê

Trong m ng CSMA/CA, nút đạ ượ ử ục s d ng 1 tr ng u nhiên trễ â ươc khi truy c p đâ ường truy n đ gi i đ ng b các nút đề ể ả ồ ô ược đ ng b ban ồ ô

đ u b i hi n tầ ở ê ượng bên ngoài Do tr ng u nhiên mà b thu phát c a ễ â ô ủnút có th để ược đ t vào tr ng thái ng N u đặ ạ ủ ế ường truy n b n, nút ề â

sẽ chuy n sang tr ng thái ng , đ i 1 kho ng th i gian ng u nhiên r iể ạ ủ ợ ả ờ â ồ

Câu hỏi 3.2: Cho cấu hình liên kết mạng như hình vẽ dưới đây, trong đó các vòng tròn chỉ phạm vi truyền thông và can nhiễu của mỗi nút, nghĩa

là mỗi nút có thể nghe thấy các nút lân cận ngay sát bên trái và bên phải Hãy trình bày một tình huống đầu cuối ẩn và một tình huống đầu cuối hiện có thể xảy ra trong cấu hình liên kết mạng này

Giải pháp cho vấn đề đầu cuối ẩn và đầu cuối hiện là gì?

Giải

a)tình huống đầu cuối ẩn:

Xét 3 điểm A,B.C có:

B nằm trong vùng phủ của A và C, A và C nằm ngoài vùng phủ của nhau

A muốn truyền tin tới B: khi A cảm nhận kênh truyền rỗi và bắt đầu

truyền

Trong khi A đang truyền, C muốn truyền tin tới B và cảm nhận kênh truyềnrỗi, do C ngoài vùng phủ của A nên không nghe thấy tín hiệu phát từ A

Cả A và C không phát hiện được có xung đột xảy ra tại B.

Khi đó tại B sẽ xảy ra xung đột giữa 2 tín hiệu A và C

Tình huống đầu cuối hiện:

B nằm trong vùng phủ của A và C, nằm ngoài vùng phủ của D

C nằm trong vùng phủ của B và D, nằm ngoài vùng phủ của A

D nằm trong vùng phủ của C, nằm ngoài vùng phủ của A và B

Thủ tục RTS/CTS:

A gửi RTS đến B

B gửi lại A gói CTS

C gửi gói RTS đến D trước khi nó nhận được gói CTS từ B, do đó C không giải mã đúng khoảng thời gian cần cho quá trình truyền dữ liệu từ A đến B

A gửi dữ liệu cho B

Sau khi nhận được CTS từ D, C bắt đầu truyền dữ liệu đến D

Dữ liệu này cũng đến được B và xung đột với dữ liệu từ A đến B

Giải pháp RTS/CTS không giải quyết được triệt để xung đột

b, Các giao thức phân chia cố định tiêu biểu: TDMA, FDMA, CDMA, SDMATDMA (Time Division Multiple Access):

Cho phép nhiều nút cùng sử dụng một kênh tần số bằng cách chia khe thời gian, mỗi nút được cấp một khe thời gian

Các nút lần lượt truyền và nhận thông tin

FDMA (Frequency Division Multiple Access):

Dải tần sử dụng được chia nhỏ thành các kênh con, mỗi nút được sử dụngmột kênh con

Điều chỉnh máy thu tới dải tần của máy phát để thực hiện giao tiếp

Dải tần sóng mang của mỗi nút bị hạn chế để tránh các hiện tượng nhiễu hoặc chồng lấn giữa các nút

CDMA (Code Division Multiple Access):

Cho phép nhiều nút đồng thời truyền tín hiệu, mỗi nút sử dụng một mã khác nhau

Máy thu biết mã sử dụng của máy phát, tín hiệu từ các nút truyền đồng thời có mã khác được coi là tạp âm

Tín hiệu cần truyền được kết hợp với tín hiệu giả nhiễu có băng thông lớn hơn nhiều để tạo tín hiệu băng rộng, để khó phát hiện, chặn và giải điều biến tín hiệu gốc

SDMA (Space Division Multiple Access):

Việc phân chia truyền dẫn dựa trên phân chia không gian của các nút.Yêu cầu anten, kỹ thuật xử lý tín hiệu phức tạp

Không phù hợp cho WSN

Câu 3 a M i quan h gi a các vùng ph c a các nút c m bi n A, B, C, ố ê ữ ủ ủ ả ế

D nh sauư ;

-Điểm A nằm trong vùng phủ của B,nằm ngoài vùng phủ của C và D

-Điểm B nằm trong vùng phủ của A và C,không nằm trong vùng phủ của D.-Điểm C nằm trong vùng phủ của B và D,không nằm trong vùng phủ của A.-Điểm D nằm trong vùng phủ của C,không nằm trong vùng phủ của A và B *A muốn truyền tin tới B, A cảm nhận kênh truyền rỗi và bắt đầu truyền *Khi A đang truyền, C muốn truyền tin tới B và cảm nhận kênh truyền rỗi, do C ngoài vùng phủ của A nên không nghe thấy tín hiệu phát từ A *Có xung đột tại B,nhưng A và C không biết

b.Mô tả;

-A gửi RTS đến B, B gửi lại A CTS

-A gửi dữ liệu đến B

-Gói CTS của B cũng đến được C Cùng lúc đó, D gửi RTS đến C

-Xảy ra xung đột giữa CTS của B và RTS của D tại nút C

-Do đó C không giải mã được thời gian của gói CTS và đặt biến NAV

-Sau đó, D gửi lại RTS cho C, C trả lời lại D CTS , do không biết quá trình truyền dữ liệu từ A đến B chưa kết thúc

-Gói CTS của C cũng đến được B và xung đột với dữ liệu từ A gửi đến B