BÁO cáo bài tập lớn MẠNG cảm BIẾN KHÔNG dây WSN và ỨNG DỤNG TRONG NGN

Các nút này được sử dụng để theo dõi các điều kiện vật lý hoặc môi trường như nhiệt độ, âm thanh, rung động, áp suất, chuyển động hoặc các chất ô nhiễm và hợp tác truyền dữ liệu của chún

TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI

KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ

Sinh viên thực hiện:

Trương Việt Hoàng (MSV: 191410457)

Nguyễn Anh Minh (MSV:

Giảng viên hướng dẫn : Đỗ Việt Hà

Hà Nội, ngày 19 tháng 09 năm 2022

MỤC LỤC

1 Khái niệm mạng cảm biến không dây WSN 3

2 Phần cứng của WSN 3

2.1 Các vấn đề chung về thiết kế 3

2.2 Các tính năng chính của các nút cảm biến 4

2.2.1 Hiệu suất năng lượng ( tự phát ) 4

2.2.2 Tính linh hoạt của nền tảng 5

2.2.3 Độ tin cậy 5

2.2.4 Hiệu suất thu phát 7

2.2.5 Khả năng tính toán 8

2.2.6 Kích thước và chi phí 8

3 Cấu trúc của một nút cảm biến không dây 9

4 Cấu trúc liên kết mạng cảm biến không dây 10

4.1 Cấu trúc hình sao – STAR 10

4.2 Cấu trúc cây – TREE 11

4.3 Cấu trúc liên kết lưới - MESH 11

5 Các loại mạng cảm biến không dây 11

5.1 WSN trên cạn (Terrestrial wireless sensor networks) 11

5.2 WSN ngầm (Underground wireless sensor networks) 11

5.3 WSN dưới nước (Under Water wireless sensor networks) 12

5.4 WSN đa phương tiện (Multimedia wireless sensor networks) 13

5.5 Mạng cảm biến không dây di động (Mobile Wireless Sensor Networks) 13

6 Ứng dụng mạng cảm biến không dây 13

6.1 Ứng dụng trong môi trường và ngành nông nghiệp 13

6.2 Ứng dụng trong y tế và giám sát sức khỏe 14

6.3 Ứng dụng trong quân sự 14

6.4 Giám sát và điều khiển công nghiệp 14

7 Sử dụng WSN cho các nhiệm vụ quan trọng 14

7.1 Các vấn đề và sự cố 14

7.1.1 Tổng quan 14

7.1.2 Bảo mật và quyền riêng tư 15

7.1.3 Khả năng chịu lỗi 15

7.1.4 Nhận thức về bối cảnh 16

7.1.5 Chất lượng dịch vụ 16

8 Loạt khuyến nghị về bảo mật mạng cảm biến phổ biến 16

8.1 Bảo mật trong WSN 16

8.2 Nguồn gốc 17

8.3 Các mối đe dọa trong mạng cảm biến 18

1 Khái niệm mạng cảm biến không dây WSN

Mạng cảm biến không dây (Wireless Sensor Networks – WSNs) là một mạng tập hợp

các thiết bị giao tiếp thông tin thu thập được từ hiện trường được giám sát thông qua các

liên kết không dây, sóng vô tuyến

WSN bao gồm các trạm gốc và các nút Các nút thường là các cảm biến không dây

(wireless sensors), có thiết kế nhỏ gọn, được phân bố với số lượng lớn trên phạm vị

rộng Các nút này được sử dụng để theo dõi các điều kiện vật lý hoặc môi trường như

nhiệt độ, âm thanh, rung động, áp suất, chuyển động hoặc các chất ô nhiễm và hợp tác

truyền dữ liệu của chúng qua mạng tới trạm thu phát (Sink) hoặc trạm gốc nơi dữ liệu có

thể được quan sát và phân tích

Một Sink hoặc trạm gốc hoạt động giống như một giao diện giữa người dùng và mạng

Có thể lấy thông tin cần thiết từ mạng bằng cách đưa vào các truy vấn và thu thập kết quả

từ Sink

2 Phần cứng của WSN

2.1 Các vấn đề chung về thiết kế

Một trong những nhiệm vụ quan trọng nhất phải được giải quyết khi phát triển WSN cho

một ứng dụng cụ thể là lựa chọn nền tảng phần cứng sẽ làm cơ sở để tạo một nút cảm biến

Có rất nhiều triển khai nút cảm biến từ các nhà cung cấp khác nhau, nhưng tất cả các nền

tảng đều có các yếu tố chung Việc chọn một hoặc nền tảng hiện có khác hoặc phát triển

một nền tảng mới từ đầu phải được thực hiện để đáp ứng các yêu cầu chức năng của WSN

Bất kỳ nền tảng phần cứng nào cũng cung cấp tập hợp các thông số nút cảm biến của riêng

nó Sự đa dạng của các nền tảng có sẵn là do một loạt các ứng dụng WSN gây ra và mỗi nền

tảng hiện có có các tính năng riêng tùy theo nhóm nhiệm vụ mà nó dành cho Ngoài ra,

chúng ta phải hiểu rằng trình độ công nghệ hiện tại khiến các nhà nghiên cứu phải liên tục

tìm ra sự cân bằng giữa các thông số như kích thước, năng suất, thời lượng pin, phạm vi

giao tiếp, phạm vi phủ sóng, độ tin cậy, chức năng, chi phí, v.v

Hình minh họa mối tương quan giữa các thông số nút cảm biến chính

2.2 Các tính năng chính của các nút cảm biến

Trước khi bắt đầu xem xét cấu trúc của nút cảm biến một cách chi tiết hơn, chúng ta nên

chú ý hơn đến các tính năng chính của nút cảm biến Chúng ảnh hưởng trực tiếp đến

khả năng của toàn bộ WSN Đó là lý do tại sao các yêu cầu đối với WSN bởi một ứng

dụng cụ thể luôn có thể được chuyển đổi thành các yêu cầu đối với nút cảm biến

2.2.1 Hiệu suất năng lượng ( tự phát )

Không giống như các thiết bị di động chạy bằng pin thông thường khác, các nút cảm

biến giải quyết các yêu cầu nghiêm ngặt hơn nhiều về hiệu quả năng lượng và nó áp đặt

các hạn chế đối với tất cả các thành phần nút cảm biến

Ví dụ: đối với điện thoại di động, có thể chấp nhận hoạt động tự động trong vài ngày vì

người dùng thường có khả năng sạc pin nếu cần Nhưng với các nút cảm biến, chúng ta

có một tình huống khác Các phần WSN có thể được phân phối theo không gian trên một

khu vực dài nhiều km, đặc biệt nếu người dùng WSN đang quản lý nó qua Internet Đồng

thời, các nút cảm biến có thể được đặt ở những nơi không thể tiếp cận được hoặc vị trí cụ

thể của từng nút cảm biến có thể không xác định được Ngoài ra, một WSN có thể bao

gồm hàng chục, hàng trăm hoặc thậm chí hàng nghìn nút cảm biến Trong những điều

kiện này, việc sạc các nút cảm biến của người dùng là điều không cần bàn cãi Đó là lý do

tại sao một nút cảm biến phải có hiệu suất năng lượng cao để tiếp tục hoạt động trên loại

pin nhỏ và rẻ tiền trong vài tháng và thậm chí vài năm Chỉ có thể đạt được hoạt động tiêu

thụ điện năng cực thấp này bằng cách sử dụng các thành phần phần cứng công suất thấp

Chắc chắn, mọi nhà phát triển và nhà sản xuất WSN đều quan tâm đến việc giảm chi phí

của các nút cảm biến vì mỗi WSN đều có một số lượng lớn các nút cảm biến Tuy nhiên,

mỗi nút cảm biến bê tông phải đáng tin cậy đến mức nó có thể hoạt động mà không bị

hỏng từ thời điểm bật cho đến khi sử dụng hoàn toàn nguồn cung cấp pin Ngoài việc

tăng độ tin cậy của mỗi nút cảm biến, để cung cấp toàn bộ độ tin cậy của WSN, người ta

có thể sử dụng các giao thức quản lý truyền dữ liệu thích ứng (định tuyến thích ứng)

Chúng nhằm mục đích cung cấp sự mạnh mẽ chung của WSN khi một số nút cảm biến

nhất định bị lỗi Ví dụ: nếu lưu lượng truy cập từ một hoặc một số nút cảm biến đang đi

qua nút cảm biến khác và nó đột ngột bị lỗi, WSN sẽ thay đổi cấu trúc của nó và kết nối

lại nút “bị mất” thông qua các nút khác gần nhất với nó Điều đáng nói là các nền tảng

WSN hiện đại chính đều hỗ trợ chức năng này Tham số này được xác định là tỷ số giữa

thời gian hoạt động tích cực của nút cảm biến và thời gian khi nó ở chế độ năng lượng

thấp (chế độ nghỉ) Trong các WSN với các nút cảm biến có tuổi thọ dài, hầu hết thời

gian ở chế độ nghỉ, trong đó mức tiêu thụ điện của nút cảm biến giảm 3-4 lần do tắt tất cả

các thành phần chính ngoại trừ bộ phận chịu trách nhiệm quay trở lại từ chế độ nghỉ khi

cần thiết Sau khi quay trở lại từ chế độ ngủ, nút cảm biến trao đổi dữ liệu với các nút

cảm biến xung quanh, lấy các kết quả đọc từ các phần tử cảm biến và sau đó bật lại chế

độ ngủ Ngoài ra, một trong những kỹ thuật quan trọng kéo dài tuổi thọ pin của nút cảm

động tích cực của nút cảm biến và thời gian khi nó ở chế độ năng lượng thấp (chế độ

nghỉ) Trong các WSN với các nút cảm biến có tuổi thọ dài, hầu hết thời gian ở chế độ

nghỉ, trong đó mức tiêu thụ điện của nút cảm biến giảm 3-4 lần do tắt tất cả các thành

phần chính ngoại trừ bộ phận chịu trách nhiệm quay trở lại từ chế độ nghỉ khi cần thiết

Sau khi quay trở lại từ chế độ ngủ, nút cảm biến trao đổi dữ liệu với các nút cảm biến

xung quanh, lấy các kết quả đọc từ các phần tử cảm biến và sau đó bật lại chế độ ngủ

2.2.2 Tính linh hoạt của nền tảng

Phần lớn các ứng dụng thực tế yêu cầu tính linh hoạt và khả năng thích ứng của nền tảng

WSN Trong một ứng dụng, người dùng có thể cần một WSN để có thể tiếp tục hoạt động

trong vài năm và tốc độ cập nhật dữ liệu và độ trễ truyền dữ liệu sẽ không đóng vai trò

quan trọng Ví dụ, để theo dõi nhiệt độ và độ ẩm của đất, bạn không cần cập nhật chỉ số

thường xuyên và truyền dữ liệu nhanh (vì nhiệt độ đất không thể thay đổi nhanh chóng),

nhưng điều rất quan trọng là WSN thực hiện các chức năng này phải hoạt động càng lâu

càng tốt Trong các ứng dụng khác như giám sát sự lây lan của cháy rừng, việc phát hiện

nhanh và truyền dữ liệu nhanh sẽ quan trọng hơn, và thời gian tồn tại của WSN sẽ là

thông số ít quan trọng hơn Vì vậy, mỗi nền tảng nút cảm biến phải có khả năng được

điều chỉnh để đáp ứng các yêu cầu của một ứng dụng cụ thể

2.2.3 Độ tin cậy

Chắc chắn, mọi nhà phát triển và nhà sản xuất WSN đều quan tâm đến việc giảm chi phí

của các nút cảm biến vì mỗi WSN đều có một số lượng lớn các nút cảm biến Tuy nhiên,

mỗi nút cảm biến phải đáng tin cậy đến mức nó có thể hoạt động mà không bị hỏng từ

thời điểm bật cho đến khi sử dụng hoàn toàn nguồn cung cấp pin Ngoài việc tăng độ tin

cậy của mỗi nút cảm biến, để cung cấp toàn bộ độ tin cậy của WSN, người ta có thể sử

dụng các giao thức quản lý truyền dữ liệu thích ứng (định tuyến thích ứng) Chúng nhằm

mục đích cung cấp sự mạnh mẽ chung của WSN khi một số nút cảm biến nhất định bị lỗi

Ví dụ: nếu lưu lượng truy cập từ một hoặc một số nút cảm biến đang đi qua nút cảm biến

khác và nó đột ngột bị lỗi, như được minh họa trên

WSN sẽ thay đổi cấu trúc của nó và kết nối lại nút “bị mất” thông qua các nút khác gần nhất

với nó Điều đáng nói là các nền tảng WSN hiện đại chính đều hỗ trợ chức năng này

Một số ứng dụng WSN đưa ra các yêu cầu nghiêm ngặt về bảo mật thông tin Và yêu cầu

này ngày càng trở nên quan trọng, bởi sự gia tăng của các mối đe dọa điều khiển học khi

các WSN được kết nối với Internet Để đáp ứng các yêu cầu bảo mật, các nút cảm biến

phải có khả năng thực hiện các thuật toán mã hóa và xác thực phức tạp Trên thực tế, các

kênh liên lạc vô tuyến có thể dễ dàng bị khai thác và trở nên sẵn sàng cho những kẻ xâm

nhập Cách duy nhất để tránh nó là mã hóa tất cả dữ liệu được truyền trong WSN Nhiều

nút cảm biến hiện đại giúp bạn có thể thiết lập mã hóa lưu lượng trong mạng một cách

linh hoạt Trong một số nền tảng, nó được thực hiện bằng phần mềm, nhưng một số nút

cảm biến bao gồm các khối mã hóa phần cứng đặc biệt Nhưng trong mọi trường hợp,

mã hóa đòi hỏi phải tiêu tốn thêm năng lượng và nó có tác động tiêu cực đến thời gian

tồn tại của WSN

Một khía cạnh khác của bảo mật thông tin trong WSN là bảo vệ bộ nhớ trong của các

nút cảm biến

Bộ nhớ trong của nút cảm biến không chỉ bao gồm thông tin được truyền trong WSN, mà

còn có các khóa riêng để mã hóa lưu lượng Vì vậy nó phải được bảo vệ một cách đáng

tin cậy khỏi sự can thiệp từ bên ngoài

Các khía cạnh bảo mật thông tin này phải được tính đến đồng thời Mặt khác, bộ nhớ

trong được bảo vệ yếu sẽ làm cho các khóa riêng của WSN có sẵn, khiến nó có thể “bẻ

khóa” WSN cho dù thuật toán mã hóa phức tạp đến đâu Mặt khác, mã hóa lưu lượng

yếu sẽ làm cho dữ liệu truyền trong mạng có thể bị kẻ xâm nhập dò tìm và thay đổi, ngay

cả khi bộ nhớ trong của mỗi nút cảm biến được bảo vệ tốt

2.2.4 Hiệu suất thu phát

Một trong những đặc điểm chính của nút cảm biến là hiệu suất thu phát Các thông số

chính về hiệu suất bộ thu phát ảnh hưởng đến các đặc tính của nút cảm biến là tốc độ

truyền dữ liệu tối đa, dải tần, phương pháp điều chế, độ nhạy máy thu và công suất máy

phát

Tất cả các thông số kỹ thuật của nút cảm biến này ảnh hưởng đến đặc tính WSN chính

như độ tin cậy, mật độ không gian tối thiểu của các nút cảm biến, tốc độ cập nhật số đọc

tối đa và tuổi thọ Vì vậy, các thông số thu phát nút cảm biến là một trong những đặc

điểm chính của nền tảng WSN

mức độ định tính Có thể ước tính định lượng mức độ ảnh hưởng của nhiễu ảnh hưởng đến liên kết không dây giữa các nút cảm biến với sự trợ giúp của các đặc tính thu phát đã đề cập Để ước tính tác động của nhiễu đến chất lượng thu tín hiệu, trong lý thuyết thông tin, tỷ số tín hiệu trên nhiễu (SNR) được sử dụng Tỷ

lệ này cho thấy số lần tín hiệu mong muốn (tín hiệu từ nút cảm biến khác) mà bộ thu nút cảm biến nhận được vượt quá mức công suất của nhiễu SNR càng cao thì tín hiệu hữu ích càng mạnh so với nhiễu và xác suất nhận tín hiệu chính xác càng cao Tốc độ truyền và nhận dữ liệu tối đa của bộ thu phát nút cảm biến hạnchế tốc độ tối đa của việc thu thập dữ liệu trong WSN Ngoài ra, tốc độ truyền dữ liệu tối đa càng cao thì mức tiêu thụ năng lượng của bộ thu phát trong quá trình truyền và nhận càng cao Đối với mọi phương pháp điều chế tín hiệu, có một giá trị SNR đặc biệt mà tại đó hoặc cao hơn có thể giao tiếp giữa bộ thu và bộ thu phát Ngoài ra, trong lý thuyết thông tin có một nguyên tắc cơ bản [29], có thể được diễn đạt (dưới dạng đơngiản hóa) bằng phát biểu sau: SNR càng cao thì tốc độ truyền dữ liệu tối đa càng cao

Độ nhạy của bộ thu nút cảm biến thể hiện khả năng nhận tín hiệu yếu, ví dụ, ở khoảng

cách rất xa so với các nút cảm biến khác, và nó cũng như công suất máy phát, ảnh hưởng

đến khoảng cách tối đa giữa các nút cảm biến Điều đáng nói là việc tăng công suất và độ

nhạy của bộ phát và bộ thu nút cảm biến dẫn đến mức tiêu thụ năng lượng và chi phí của

các nút cảm biến cao hơn Nhưng sự phụ thuộc này không tuyến tính và lợi ích trong

việc tăng phạm vi của nút cảm biến không quá lớn Đó là lý do tại sao các đặc điểm

chung nhất của các bộ thu phát đo được với công suất một mW, có thể chấp nhận được

về mức tiêu thụ năng lượng và cung cấp kết nối không dây đáng tin cậy giữa các nút cảm

biến ở khoảng cách khoảng 10 mét

Dải tần số của bộ thu phát ảnh hưởng đến tốc độ trao đổi dữ liệu tối đa có thể và khoảng

cách lớn nhất có thể giữa các nút cảm biến Trung tâm của sự phụ thuộc này là các quy luật

vật lý của tín hiệu vô tuyến Theo các định luật này, tần số được sử dụng làm sóng mang

càng cao thì sự suy giảm tín hiệu theo khoảng cách càng mạnh Đó là lý do tại sao các nền

tảng nút cảm biến hoạt động trong dải tần số thấp hơn cho phép có giá trị cao hơn của

khoảng cách tối đa giữa các nút cảm biến trong WSN Nhưng các quy luật vật lý cơ

bản không cho phép sử dụng tần số rất thấp để kết nối các nút cảm biến trong phần lớn

các WSN, bởi vì kích thước của ăng-ten của bộ thu phát phải lớn hơn, tần số càng thấp

và nó ảnh hưởng đến kích thước của các nút cảm biến

Tốc độ truyền và nhận dữ liệu tối đa của bộ thu phát nút cảm biến hạn chế tốc độ tối đa

của việc thu thập dữ liệu trong WSN Ngoài ra, tốc độ truyền dữ liệu tối đa càng cao

thì mức tiêu thụ năng lượng của bộ thu phát trong quá trình truyền và nhận càng cao

Mặt khác, tốc độ truyền càng cao thì thời gian cần thiết để truyền cùng một dữ liệu

càng ít; do đó, bộ thu phát sẽ được bật trong thời gian ngắn hơn Nhưng tốc độ truyền

tải cao cũng đòi hỏi nhiều sức mạnh và năng lượng tính toán hơn cho việc tính toán

này, điều này không phải lúc nào cũng được chấp nhận

Vì vậy, hiệu suất của bộ thu phát nút cảm biến ảnh hưởng đến các đặc điểm chính

của WSN sử dụng các nút cảm biến như vậy

2.2.5 Khả năng tính toán

Bộ vi điều khiển của nút cảm biến (và do đó, tiêu thụ năng lượng pin) sử dụng sức mạnh

tính toán của nó cho hai loại tác vụ Loại đầu tiên của các nhiệm vụ này đề cập đến việc

hỗ trợ chức năng WSN, nhiệm vụ thứ hai là đọc và xử lý các phép đo của phần tử cảm

biến Cả hai loại tác vụ đều yêu cầu khả năng tính toán nhất định và tốn nhiều thời gian

của bộ vi điều khiển Khi bộ điều khiển vi mô bận, mức tiêu thụ năng lượng của nó sẽ

trở nên đáng kể

Nhiệm vụ hỗ trợ WSN hoạt động, trước tiên, là tiếp nhận dữ liệu thực thi và các thuật toán

truyền tải xa hơn là một phần của giao thức truyền thông WSN Mọi nút cảm biến đều nhận

dữ liệu vĩnh viễn từ các nút cảm biến xung quanh khác Vi điều khiển xác định các dữ liệu

này và tùy thuộc vào nội dung truyền đến các nút cảm biến gần nhất, bỏ qua chúng hoặc

lưu vào bộ nhớ trong để xử lý tiếp Tất cả điều đó xảy ra phù hợp với giao thức truyền

thông WSN Công suất tính toán của vi điều khiển nút cảm biến càng phải cao, tốc độ trao

đổi dữ liệu tối đa càng cao thì mới có thời gian giải mã dữ liệu

Chúng ta có thể thấy tình trạng tương tự với khả năng tính toán cần thiết để đọc và xử

lý các phép đo cảm biến Các yếu tố nhạy cảm có thể tạo ra nhiều dữ liệu phải được xử

lý kịp thời Và các loại xử lý cần thiết có thể khác nhau rất nhiều, từ tính trung bình đơn

giản, lọc kỹ thuật số, theo dõi một số vượt ngưỡng cho đến tính toán tự tương quan và

phân tích phổ Hai hoạt động cuối cùng là ví dụ về những hoạt động đặc biệt tiêu tốn tài

nguyên

2.2.6 Kích thước và chi phí

Thu nhỏ, giảm giá và cải thiện các thông số khác là những ưu tiên quan trọng nhất từ

những nghiên cứu đầu tiên trong WSN Ví dụ điển hình là dự án SmartDust diễn ra vào

cuối những năm 1990 và đầu những năm 2000 Việc thu nhỏ và giảm giá cảm biến đã

không ngừng mở rộng khả năng của các ứng dụng WSN và trong tương lai chúng có

thể dẫn đến việc sử dụng rộng rãi WSN và sự nổi dậy của các WSN phổ biến

xem xét các đặc điểm bổ sung, có thể hình dung khó khăn như thế nào để tìm sự cân bằng giữa chúng khiphát triển các nút cảm biến

3 Cấu trúc của một nút cảm biến không dây

Vi điều khiển thực hiện chức năng điều khiển tất cả các thành phần và cũng xử lý dữ

liệu nhận được từ phần tử cảm biến của nút cảm biến này, cũng như dữ liệu nhận được

từ các nút cảm biến khác

Vi điều khiển được sử dụng rộng rãi như các phần tử điều khiển trong một nút cảm biến,

bởi vì giá thành rẻ, tiêu thụ năng lượng thấp, kích thước nhỏ Một lý do quan trọng mà vi

điều khiển có thể được lấy làm cơ sở của nút cảm biến là một loạt các vi điều khiển được

sản xuất Các nhà nghiên cứu có thể dễ dàng tìm thấy bộ vi điều khiển với bất kỳ

mô-đun bổ sung nào (ví dụ: bộ chuyển đổi tương tự-kỹ thuật số (ADC), mô-mô-đun mã hóa),

với các giao diện kỹ thuật số và thậm chí không dây khác nhau, và cả với hiệu suất cần

thiết Tất cả điều này cung cấp sự linh hoạt cần thiết cho sự phát triển Thêm vào đó, vi

điều khiển là thiết bị chủ đạo nên nó cũng dễ sử dụng hơn

Trong hầu hết các trường hợp, bộ vi điều khiển, đóng vai trò là cơ sở của nút cảm biến,

bao gồm tất cả các mô-đun cần thiết để nó hoạt động chính xác Các mô-đun như vậy

có thể là những mô-đun sau, tùy thuộc vào ứng dụng:

Nhưng một số mô-đun này có thể được thiết kế không trên cùng một tinh thể với vi điều

khiển, nhưng được kết nối bên ngoài Nhưng trong mọi trường hợp, vi điều khiển sẽ

kiểm soát chúng Trên hình, các mô-đun tùy chọn được đánh dấu bằng các đường chấm

Để giảm chi phí và tiêu thụ năng lượng của một nút cảm biến, các bộ vi điều khiển được

chế tạo nghiêm ngặt hạn chế về năng suất Phổ biến nhất là vi điều khiển 8 bit và 16 bit với

xung nhịp đến 16 MHz Do hạn chế năng suất của vi điều khiển, chúng thường chạy các hệ

điều hành nhúng dựa trên thành phần chuyên biệt, chẳng hạn như TinyOS Ngoài ra, bộ vi

điều khiển có thể hoạt động ở chế độ tiết kiệm năng lượng (hoặc chế độ nghỉ)

Nó có thể hét xuống hầu hết các khối bên trong của nó và sau đó bật lại chúng Mức

tiêu thụ điện năng có thể giảm tới 1000 lần ở chế độ này

Ngoài vi điều khiển, các loại bộ xử lý nhúng khác được sử dụng trong các nút cảm

biến làm phần tử điều khiển, bao gồm DSP và Mảng cổng lập trình trường (FPGA)

Những loại vi xử lý nhúng này có thể có năng suất cao hơn vi điều khiển trong việc

giải quyết các tác vụ chuyên biệt

Việc chuyên môn hóa các quyết định như vậy mang lại lợi ích đáng kể cho năng suất, chi

phí và năng lượng tiêu thụ Đồng thời, chuyên môn hóa ngăn cản chúng phổ biến

4 Cấu trúc liên kết mạng cảm biến không dây

Cấu trúc của Mạng cảm biến không dây bao gồm các cấu trúc liên kết khác nhau cho

mạng truyền thông vô tuyến Dưới đây là một cuộc thảo luận ngắn về cấu trúc liên kết

mạng áp dụng cho mạng cảm biến không dây

4.1 Cấu trúc hình sao – STAR

Topology hình sao được sử dụng rộng rãi trong các mạng máy tính, vì vậy khi WSN xuất

hiện, nó bắt đầu đượccũng được sử dụng để tổ chức tương tác giữa các nút cảm biến

Đặc điểm chính của ngôi saocấu trúc liên kết là kết nối của tất cả các nút cảm biến để

chìm trực tiếp Hình 2.7 biểu diễn bằng sơ đồcấu trúc liên kết này Trong những trường

hợp như vậy, các nút cảm biến không được kết nối với nhau và tất cả các tương tácgiữa

các nút cảm biến chỉ diễn ra thông qua bồn rửa Nhược điểm của cấu trúc liên kết này là

hạn chếsố lượng nút cảm biến trong WSN như vậy Hạn chế này xuất hiện bởi vì tất cả

các nút cảm biến phảiđược đặt trong vùng lân cận của bồn rửa, để kết nối trực tiếp với

nó Một yếu tố hạn chế khác làhiệu suất, i e số lượng kết nối được hỗ trợ tối đa

4.2 Cấu trúc cây – TREE

Cấu trúc liên kết cây, trái ngược với cấu trúc liên kết hình sao, phù hợp hơn nhiều với

WSN với số lượng lớn các nút cảm biến Nó có cấu trúc phân cấp, như được minh họa

trên Hình 2.8 cảm biến các nút gần nhất với bồn rửa tương tác trực tiếp với bồn rửa Và

nhiều nút cảm biến từ xa hơn tương tác với những nút gần nhất theo quy tắc của cấu trúc

liên kết hình sao Cấu trúc liên kết cây cũng không cung cấp trao đổi dữ liệu trực tiếp

giữa tất cả các nút cảm biến Chỉ cho phép truyền dữ liệu từ bất kỳ nút cảm biến nào đến

bồn rửa và theo hướng ngược lại Ngoài ra, trong cấu trúc liên kết này, luồng dữ liệu từ

các cấp có số lượng lớn hơn (i E "Lá") chỉ có thể được phân phối qua các cấp có số

lượng nhỏ hơn (i E."Root" và "cành") Vì vậy, nếu ở cấp đầu tiên chỉ có hai nút cảm

biến và toàn bộ WSN bao gồm mười một nút cảm biến, thì lưu lượng truy cập sẽ được

phân phối qua hai nút cảm biến này lâu hơn, do dữ liệu được truyền lại từ chín nút cảm

biến ở các cấp thấp hơn Mạng như vậy có thể bị lỗi nhanh chóng, vì tiêu thụ năng lượng

của cảm biến chìm gần nhấtđiểm giao