04/13/2023Bùi Tiến Quân

1

QUÂN BÙI TIẾNCS COURSE 51

C E N T E R F O R T R A I N I N G O F TA L E N T E D E N G I N E E R S

H A N O I U N I V E R S I T Y O F T E C H N O L O G YH A N O I , V I E T N A M

Introduction to WSN

04/13/2023Bùi Tiến Quân

2

Contents

Giới thiệu cảm biến và mạng cảm biến không dây. Cảm biến. Mạng cảm biến không dây.

Nghiên cứu về mạng cảm biến không dây. Hardware. Software. Research area.

04/13/2023Bùi Tiến Quân

3

1.Sensor

A sensor is a device that measures a physical quantity and converts it into a signal which can be read by an observer or by an instrument. http://en.wikipedia.org/wiki/Sensor

Bộ cảm biến là thiết bị điện tử cảm nhận những thay đổi từ môi trường bên ngoài và biến đổi thành tín hiệu điện hoặc tín hiệu số để tổng hợp, phân tích hoặc điều khiển.

04/13/2023Bùi Tiến Quân

4

04/13/2023Bùi Tiến Quân

5

2.Wireless sensor network

Wireless Sensor Network – WSN.WSN- Mạng cảm biến không dây.

04/13/2023Bùi Tiến Quân

6

Model

Mô hình tổng quát Sensor nodes Base station Internet User

04/13/2023Bùi Tiến Quân

7

2.Wireless sensor network-Application

An ninh Giám sát chiến trường. Bảo vệ an ninh các công trình trọng yếu. Theo dõi mục tiêu. Phát hiện mục tiêu. ……

04/13/2023Bùi Tiến Quân

8

Application

Môi trường: Cảnh báo thiên tai (động đất…) Cảnh báo cháy rừng. Giám sát trong nông nghiệp. Bảo vệ động vật.

04/13/2023Bùi Tiến Quân

9

Application

Ứng dụng điều khiển trong các tòa nhà thông minh:

Điều khiển trong công nghiệp

04/13/2023Bùi Tiến Quân

10

3.Hardware

Mô hình chung:

04/13/2023Bùi Tiến Quân

11

Sensor, processor, power Unit

Sensor unit: Sensor. ADC.

Processor unit : CPU : <20MHz Memory : <4KB

Power unit : Mini battery. Low power supply.

04/13/2023Bùi Tiến Quân

12

Transceiver

Transceiver : 1Kbs-10Mbs. 3-300m

IEEE 802.11

Bluetooth

Mote

Energy per bit Startup

time

Idle current

04/13/2023Bùi Tiến Quân

13

LFS, Moblizes Unit

Location Finding System: GPS: global position system [4] Dynamic fine-gained localization in Ad-hoc sensor

network [5]Mobilizes:

04/13/2023Bùi Tiến Quân

14

4.Software

Tương ứng với các thành phần phần cứng sẽ có một thành phần mềm hỗ trợ.

04/13/2023Bùi Tiến Quân

15

Problems

Các vấn đề được quan tâm trong thiết kế phần mềm trong các mạng cảm biến không dây: Tiết kiệm năng lượng, tăng tuổi thọ cho cảm biến. Tốc độ và khả năng xử lý có giới hạn. Bộ nhớ có giới hạn. Hình thái mạng thường xuyên thay đổi. Các node rủi ro cao. …..

04/13/2023Bùi Tiến Quân

16

Protocols

The sensor network protocol stack

04/13/2023Bùi Tiến Quân

17

MAC

MAC: Media Access Control- Điều khiển truy cập.Achieve 2 goals:

Creation of the network infrastructure. Sharing communition resources.

Saving energy listening, overhead, overhearing, conflict design algorithm.

Protocol: S-MAC : Sefl-Ogranizing Medium Access Control for Sensor EAR : Eaves drop And Registry …..

IEEE 802.15.4 standard.

04/13/2023Bùi Tiến Quân

18

SMACS

SMACS: Sefl-Ogranizing Medium access control for sensor. [3] Các cảm biến tự cấu hình. Cơ chế tự nhận biết láng giềng. Chuyển trạng thái theo chu kỳ

IEEE 802.15.4.[3]

04/13/2023Bùi Tiến Quân

19

Network layer

Các thuật toán tìm đường trong mạng WSN đều tập trung theo hướng dữ liệu (Data- centric).

04/13/2023Bùi Tiến Quân

20

Routing Protocol

Routing protocol in WSN

Network structure Protocol Operation

Flat Networ

k Routing

Hierarchical network Routing

Location Base Routing

Negotiatio

n based Routing

Multi-path based

Routing

Query based

Routing

QoS based

Routing

04/13/2023Bùi Tiến Quân

21

Location Based Algorithm

Là các thuật toán định tuyến dựa trên thông tin vị trí của cảm biến.

Phân loại: Có trạng thái (State) : ít sử dụng do đặc điểm bộ nhớ

sensor. Không trạng thái (Stateless): hay sử dụng.

Các thuật toán định tuyến không trạng thái: GPSR : Greedy Perimeter Stateless Routing.[6] EAGR : Energy Aware Greedy Routing GEAR: Geography Energy Aware Routing. ……

Tư tưởng chính : thuật toán tham lam- greedy.

04/13/2023Bùi Tiến Quân

22

Problems

Bài toán cái hố (Hole): tối ưu cục bộ?Tắc nghẽn ?Tổn hao năng lượng?Độ dài đường đi?Hiệu năng tính toán?Xác xuất truyền tin ?

04/13/2023Bùi Tiến Quân

23

5.Research

04/13/2023Bùi Tiến Quân

24

6.Reference

1. Akyildiz, I.F.; Weilian Su; Sankarasubramaniam, Y.; Cayirci, E ; “A survey on sensor network”-40 issue 8 Communications Managines IEEE.

2. Al-Karaki, J.N.;   Kamal, A.E.; “Routing techniques in wireless sensor network”-11 issue 8 Wireless communications IEEE.

3. Sunil K., Vineet S., Jing Deng ; “Medium Access Control protocol in ad-hoc wireless sensor network : A survey”

4. N. Bulusu, J Heiderman, D. Estrin; “GPS-less low cost outdoor localization for very small devices” , Technical report 00-079 Computer Science department, USC Apr 2000.

5. A.Savvides , C-C Han, anh M Srivastava ; “Dynamic fine- grained localization in Ad-hoc network of sensor”, Proceedings of 7th ACM Annual International Conference on Mobile Computing and Network, July 2001.

6. B.Karp and H.T.Kung , “GPSR: Greedy perimeter stateless routing for wireless sensor network”. Proceedings of 6th ACM Annual International Conference on Mobile Computing and Network, August 2000.