Tổng hợp bài tập mạng cảm biến

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 vớ

Tổng hợp bài tập Mạng Cảm Biến:

Câu 1.1 Nguyễn Tuấn Anh

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 gốc

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

Tóm t t v các d ng c u trúc m ng trong m ng c m bi n không dây ắ ề ạ ấ ạ ạ ả 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 s d ng hai anten ả ấ ử ụthu phát hướng tr c ti p v i nhau ự ế ớ để truy n và nh n thông tin Trên lý thuy t, ki u ề ậ ế ể

m ng này là an toàn nh t vì ch có m t i m trong m ng có kh n ng x y ra s c , ó ạ ấ ỉ ộ đ ể ạ ả ă ả ự ố đ

là i m m ng ch hay còn g i là host đ ể 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 ẻ ữ ảlên dùng ng-ten a hă đ ướng (nút k t n i t i m ng Internet thông qua ế ố ớ ạ đường truy n h u ề ữtuy n ế để cung c p k t n i Internet cho toàn m ng) v i các nút t i xu ng (nút k t n i t i ấ ế 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 cho m ng) ho c nút l pạ ả ă ụ ụ ả ế ố ữ ế ế ạ ặ ặ(nút k t n i vào m ng và không dùng ế ố ạ để ph c v các client, ch óng vai trò là nút trung ụ ụ ỉ đgian l p tín hi u) v i ng-ten thu công su t cao ặ ệ ớ ă ấ

C u trúc m ng a i m – a i m (Multipoints to Multipoints): M i nút có vai trò không ấ ạ đ đ ể đ đ ể ỗ

ch là i m truy nh p cho các tr m mà còn làm nhi m v chuy n ti p d li u.ỉ đ ể ậ ạ ệ ụ ể ế ữ ệ

Câu 1.4 : Nguyễn Văn Chính

Các khó khăn về định tuyến trong WSN:

- Kích thước mạng thay đổi: Mật độ mạng cảm biến không dây có thể thay đổi 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: Nguyễn Huy Chung

Thành phần cơ bản của mạng cảm biến :

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 hỏi-1.6: Vũ Duy Cương

Vẽ sơ đồ mô hình kiến trúc các lớp giao thức của mạng cảm biến không dây và nêu tóm tắt chức năng mỗi lớp

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 hỏi 1.7: Đoàn Anh Đức

Trình bày tóm tắt các công nghệ thường được sử dụng trong mạng cảm biến không dây

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 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 mã hóa 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 hỏi 1.8: Bùi Xuân Đức

Trình bày tóm tắt các thách thức và khó khăn của các mạng cảm biến không dây

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

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 trong việc tổ chức

mạng

Xử lý trong mạng: Giảm số lượng của các bít/gói tin được truyền bằng cách áp dụng một hàm

kết hợp trong mạng

Độ tin cậy : Trao đổi dữ liệu với độ chính xác/độ tin cậy theo yêu cầu hiện thời.

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 hỏi 1.8: Lê Thạc Ngọc

Trình bày tóm tắt các thách thức và khó khăn của các mạng cảm biến không dây

Trả lời

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

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 mà trên 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 của cấp 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

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 lẻ

Định dạng bản tin phải thống nhất giữa các nút, có cộng tác tương thích vớ i nhau và tuân theo điều khoản mỗi bên

Câu 1.9: Nguyễn Xuân Dương

Nêu các đặc điểm khác biệt cơ bản của mạng cảm biến không dây so với mạng MANET

Bài làm

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 : Hà Văn Duyệt

Định nghĩa truyền thông đa bước nhảy Nêu ưu điểm của truyền thông đa bước nhảy so với truyền thông đơn bước nhảy trong mạng cảm biến không dây

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

Khắc phục vấn đề chướng ngại vật

Nâng cao hiệu quả năng lượng của thông tin

1.11: Nguyễn Huy Giáp

Cấu trúc của nút cảm biến:

Bộ nhớ

Bộ điều khiển Các cảm biến/

Các tùy chọn chính:

- VĐK – bộ xử lý thông thường, được tối ưu hóa cho các ứng dụng nhúng, công suất tiêu thụ thấp

- DSPs – được tối ưu hóa cho các tác vụ xử lý tín hiệu, ở đây không phù hợp

- FPGAs – có thể tốt cho việc kiểm tra

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

• Bộ nhớ:

- Khá đơn giản

RAM 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?

Giao tiếp: mức bit, byte, gói tin?

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

Đa kênh

- Đặc điểm năng lượng

Công suất tiêu thụ để phát/thu dữ liệu?

Thời gian và công suất tiêu thụ để thay đổi giữa các trạng thái khác nhau?

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 lệch tần số)

Phát xạ ngoài băngCác đặc điểm cảm nhận sóng mang & RSSI

Ổn định tần số (ví dụ: khi nhiệt độ thay đổi)Phạm vi điện áp

Câu hỏi 1.12: Nguyễn Hoàng Hải

Nêu một số lựa chọn cho bộ điều khiển Bộ điều khiển loại nào là thích hợp nhất để sử dụng trong mạng cảm biến không dây? Giải thích tại sao

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 khiển xuất phát từ yêu cầu cao về tính linh hoạt của

bộ vi điều khiển là sử dụng mảng cổng logic lập trình được (FPGA – Field Programmable Gate Arrays) hoặc mạch tích hợp chuyên dụng (ASIC - Application- Specific Integrated Circuits)

Bộ điều khiển thích hợp nhất để sử dụng trong mạng cảm biến không dây là mạch tích hợp chuyên dụng (ASIC - Application- Specific Integrated Circuits) 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 định tuyến tốc độ cao

Câu hỏi 1.14: Bùi Hoàng Hiệp

Có những loại cảm biến nào? Nêu sự khác nhau giữa các loại cảm biến đó ?

biến mà không cần điều

khiển môi trường bằng cách

tìm kiếm hoạt động

Vd: ánh sáng, nhiệt kế,

micro, dụng cụ đo độ ẩm…

Các cảm biến này cũng là thụ động nhưng phải xác định được phương hướng của phép đo

Vd:Camera…

Nhóm cảm biến cuối cùng tìm kiếm môi trường một cách chủ động

Vd: Radar,cảm biến siêu âm…

Câu 2.1 Hoàng Văn Hùng

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 lập trình :

Lập trình đồng thời: Hỗ trợ cùng lúc nhiều quá trình trên CPU đơn giản

Lập trình dựa trên sự kiện:Phản ứng với các sự kiện khi chúng xảy ra ngay lập tức

Mô hình lập trình sự kiện dựa trên sự kiện là mô hình phù hơp nhất để sử dụng trong mạng cảm biến không dây vì nó đơn giản dễ thực hiện sử lí kịp thời các sự kiện xảy ra tiết kiệm chi phí thực hiện hơn sơ với mô hìn lập trình đông thời

Các ứng dụng của cảm biến DHT11

DHT11 là cảm biến nhiệt độ và độ ẩm nó có các ứng dung

+ Đo nhiệt độ

+ Đo độ ẩm

Nó có nhiều ứng ụng trong nông nghiệp như đo nhiệt độ , độ ảm của môi trường xung quanh cây trồng, các vật nuôi…

Câu hỏi 2.2: Nguyễn Văn Huy

Trình bày tóm tắt cấu tạo và nguyên lý hoạt động (vẽ hình minh họa) của cảm biến hồng ngoại thụ động (PIR)

Trả lời:

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

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: Nguyễn Thị Thanh Vân và Ngô Văn Khang

Trình bày tóm tắt chức năng, thông số kỹ thuật ( dải nhiệt độ đo, dải dộ ẩm đo, sai số nhiệt

độ, sai số độ ẩm ) và nguyên lý hoạt động của cảm biến DHT11 ( vẽ sơ đồ chân cảm biến này ).

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 chính xác 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 thời gian 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 hỏi 2.4: Vũ Khả Khởi

Trình bày tóm tắt chức năng, thông số kỹ thuật chính, nguyên lý hoạt động của cảm biến siêu

âm SRF05 (vẽ sơ đồ chân cảm biến)

Trả lời

Chức năng:

Cảm biến HC-SR05 được sử dụng phổ biến trong các ứng dụng đo lường ở môi trường dễ cháy

nổ như: xăng dầu, hoặc sử dụng để đo mức nước, phát hiện vật cản, hay đếm sản phẩm.Thông số kỹ thuật:

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 hỏi 2.5: Phạm Văn Long

Cảm biến tiệm cận là gì? Có mấy loại cảm biến tiệm cận? Trình bày tóm tắt nguyên lý hoạt động của từng loại

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 phụ thuộc 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 hỏi 2.6: Phạm Thị Liên

Phân tích các mục tiêu tối ưu hóa khi lựa chọn các giải pháp mạng cho mạng cảm biến không dây

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)

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 các

sự kiện có tính khẩn

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.

Lớp liên kết dữ liệu phải đảm bảo dịch vụ truyền dữ liệu đáp ứng các yêu cầu gì ?

Trả lời

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

- 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 hỏi 2.8: Đoàn Đắc Minh

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.

Giải thích các biểu đồ sau đây :

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: Phùng Văn Nam

a Trình bày về thủ tục và các giao thức ARQ tiêu chuẩn.

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 hỏi 2.10: Đinh Công Nhật

Các phương pháp thường sử dụng để giám sát lỗi là gì?

So sánh ưu nhược điểm của hai phương pháp ARQ và FEC

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 nhận

Tốn năng lượng hơn, thích hợp với băng thông bé, tốc độ thấp

Chi phí cho các gói tin là không thay đổi

Câu 3.1: Nguyễn Văn Quân

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 giải pháp RTS/CTS sử dụng trong chuẩn IEEE 802.11 và vẽ hình minh họa?

Trong một mạng CSMA/CA, tại sao các nút sử dụng một trễ ngẫu nhiên trước khi truy nhập đường truyền?

Bg:

Giải pháp RTS/CTS sử dụng chuẩn IEEE 802.11:

Sử dụng 1 kênh và 2 gói điều khiển.

Giả sử nút B truyền dữ liệu đến nút C.

Khi B truy cập kênh truyền, nó sẽ gửi gói yêu cầu để gửi RTS (Request to Send) đến nút C Nút C nhận đúng gói RTS, nó sẽ gửi trả B gói CTS (Clear to Send) Khi nút B nhận được gói

CTS nó sẽ truyền gói dữ liệu Data sang cho C Khi nhận đầy đủ dữ liệu C gửi trả lại gói ACK để cho B biết quá trình truyền dẫn đã thành công.

A và D nghe được gói RTS hoặc CTS sẽ thiết lập bộ định thời nội bộ gọi là vector định vị mạng

Network Allocation, trong khi C và B truyền nhận A và D sẽ dừng hoạt động truyền nhận để

không gây ra xung đột và lỗi RTS/CTS cải thiện vấn đề xung đột nhưng không giải quyết được vấn đề thiết bị đầu cuối ẩn hiện

Trong mạng CSMA/CA, nút được sử dụng 1 trễ ngẫu nhiên trước khi truy cập đường truyền

để giải đồng bộ các nút được đồng bộ ban đầu bởi hiện tượng bên ngoài Do trễ ngẫu nhiên

mà bộ thu phát của nút có thể được đặt vào trạng thái ngủ Nếu đường truyền bận, nút sẽ chuyển sang trạng thái ngủ, đợi 1 khoảng thời gian ngẫu nhiên rồi

Câu hỏi 3.2: Nguyễn Văn Thế + Vũ Thanh Chương

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 truyền rỗi, 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:

Xét 4 nút A,B,C,D có:

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

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

Trong khi B đang truyền, C muốn truyền tin tới D và cảm nhận kênh truyền bận nên hoãn truyền, do B trong vùng phủ của C nên C nghe thấy tín hiệu từ B

Việc hoãn truyền này của C là không cần thiết, vì D ngoài vùng phủ của B nên sẽ không xảy ra xung đột

b)Giải pháp cho vấn đề đầu cuối ẩn là:trì hoãn 1 khoảng thời gian và lắng nghe tín hiệu trước khi gửi

Giải pháp cho vấn đề đầu cuối hiện là : sử dụng mạng đa bước nhảy để giảm thiểu xung đột và

độ trễ

Câu 3.3: Vũ Đức Thuận

a,

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

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, SDMA

TDMA (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

Tại một khe thời gian, chỉ duy nhất một nút sử dụng kênh truyền

FDMA (Frequency Division Multiple Access):

Dải tần sử dụng được chia nhỏ thành các kênh con, mỗi nút được sử dụng một 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 3.4 Mai Thế Trung

a Mối quan hệ giữa các vùng phủ của các nút cảm biến A, B, C, D như sau ;

-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

*RTS/CTS không giải quyết được triệt để vấn đề

Câu hỏi 3.5: Nguyễn Phương Duy và Nguyễn Tiến Dũng

Nêu sự khác biệt giữa các giao thức MAC truy cập đường truyền dựa trên sự ganh đua và không dựa trên sự ganh đua

Tại sao chuẩn IEEE 802.15.4 lại được sử dụng phổ biến trong mạng cảm biến không dây hơn là chuẩn IEEE 802.11?

*TRẢ LỜI:

A: Nêu sự khác biệt giữa các giao thức MAC truy cập đường truyền dựa trên sự ganh đua và

không dựa trên sự ganh đua !

+MAC( Media Access Control :lớp truy cập điều khiển kênh truyền ) , nó điều khiển việc truy nhập của các nút đến kênh truyền và là một phần của tầng liên kết dữ liệu trong mô hình 7 tầng OSI

Tại chế độ giao tiếp ngang hàng (peer-to-peer) chuẩn tốc độ thấp WPAN của IEEE 802.15.4 Nó cho phép mỗi nút trong WSN có trạng thái ngủ một cách định kỳ và chỉ thức dậy trong một thời gian ngắn để nhận tin từ các nút lân cận Không có chung mối quan hệ thời gian nào, mỗi nút có lịch trình ngủ riêng và không quan tâm đến lịch trình ngủ của nút lân cận

Mỗi lần thức dậy, nút sẽ truyền một báo hiệu ngắn mang thông tin địa chỉ của nút và cho biết

nó đã sẵn sàng nhận tin từ các nút khác Nút ở trạng thái thức trong một thời gian ngắn sau khi truyền báo hiệu, mở cửa sổ cho gói tin đến Nếu không nhận được gói tin nào trong cửa sổ này, nút sẽ quay trở lại trạng thái ngủ

+Trong các giao thức theo kiểu ganh đua, cơ hội để truyền tới nút nhận đã biết có thể phụ thuộc vào các nút lân cận của nó Nếu chỉ có một nút thì gói dữ liệu sẽ được truyền trên kênh truyền Nếu số nút lớn hơn hoặc bằng hai thì sẽ có sự ganh đua với nhau và trong trường hợp không may, ví dụ như do các giải pháp đầu cuối ẩn, xung đột có thể xảy ra và như vậy sẽ tốn năng lượng cho cả bộ phát và bộ thu Phần này sẽ nêu sự khác nhau giữa các giao thức này với mục đích bảo tồn năng lượng