Luận văn: Nghiên cứu các giải pháp để sử dụng TCP/IP cho mạng cảm biến không dây (Wireless Sensor Networks) : Luận văn ThS. Kỹ thuật điện tử-Viễn thông: 60 52 02 03
Nhà xuất bản: ĐHCN
Ngày: 2014
Miêu tả: Luận văn ThS. Kỹ thuật điện tử -- Trường Đại học Công nghệ. Đại học Quốc gia Hà Nội, 2014
ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ - ĐHQGHN
MỤC LỤC
Trang
THUẬT NGỮ VIẾT TẮT
DANH MỤC CÁC BẢNG
DANH MỤC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ
LỜI NÓI ĐẦU
LỜI CAM ĐOAN
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ MẠNG CẢM BIẾN KHÔNG DÂY
1.1. Giới thiệu chung 3
1.2. Đặc điểm và kiến trúc giao thức mạng 3
1.2.1. Đặc điểm 4
1.2.2. Kiến trúc giao thức mạng 6
1.3. Ứng dụng 7
1.3.1. Thu thập dữ liệu môi trường
1.3.2. Giám sát an ninh
1.3.3. Theo dõi đối tượng
1.4. Kết luận
CHƯƠNG 2: ĐỀ XUẤT CÁC GIẢI PHÁP ĐỂ SỬ DỤNG TCP/IP CHO MẠNG CẢM BIẾN KHÔNG DÂY
2.1. Các vấn đề gặp phải khi sử dụng TCP/IP trong mạng WSN 9
2.2. Giải pháp sử dụng TCP/IP cho mạng cảm biến không dây 9
2.2.1. Gán địa chỉ IP theo không gian 11
2.2.2. Nén tiêu đề
2.2.3. Định tuyến ứng dụng phủ 16
2.2.4. Bộ giao thức TCP/IP uIP 19
2.2.5. Lưu trữ TCP phân tán 21
2.3. Kết luận 29
CHƯƠNG 3: PHÂN TÍCH, ĐÁNH GIÁ CÁC GIẢI PHÁP ĐỀ XUẤT 34
3.1. Đánh giá các giải pháp đề xuất để sử dụng TCP/IP trong mạng WSN 35
3.1.1. Gán địa chỉ IP theo không gian 35
3.1.2. Nén tiêu đề
3.1.3. Bộ giao thức TCP/IP uIP
3.1.4. Lưu trữ TCP phân tán
3.2. Tìm hiểu một ứng dụng của mạng WSN sử dụng TCP/IP
3.2.1. Giới thiệu
3.2.2. Nền tảng phần cứng
3.2.3. Hệ điều hành
3.2.4. Cơ chế và giao thức mạng
3.2.5. Đánh giá
3.3. Kết luận
KẾT LUẬN
TÀI LIỆU THAM KHẢO
Đặng Thị Sương - K16D2
LỜI MỞ ĐẦU
Ngày nay, nhờ có những tiến bộ nhanh chóng trong khoa học và công nghệ, các mạng bao gồm các cảm biến giá thành rẻ, tiêu thụ ít năng lượng và đa chức năng đã và đang phát triển ngày càng mạnh mẽ và ứng dụng trong mọi lĩnh vực của đời sống xã hội. Mạng cảm biến không dây là một đích đến tiêu biểu cho các nhà nghiên cứu, cho những mục đích phát triển đầy tiềm năng.
Mạng cảm biến không dây bao gồm số lượng lớn lên đến hàng ngàn các cảm biến nhỏ. Mỗi cảm biến có một bộ vi xử lý nhỏ với đủ năng lượng cho phép các cảm biến tự thiết lập mạng nội tập trung thông tin cảm biến cảm nhận được. Các mạng cảm biến có thể giám sát ở những nơi như các khu vực thảm họa hạt nhân hay miệng núi lửa mà không yêu cầu sự có mặt của con người. Nhiều ứng dụng mạng cảm biến không dây không thể thực hiện độc lập mà cần kết nối để giám sát và điều khiển các thực thể.
Luận văn này khảo sát một phương pháp mới để kết nối mạng cảm biến không dây với các mạng đã tồn tại bằng cách sử dụng bộ giao thức TCP/IP trong mạng cảm biến không dây. Các cảm biến có thể kết nối trực tiếp với mạng ngoài mà không cần proxy server hay bộ chuyển đổi giao thức.
Tuy nhiên, đưa bộ giao thức TCP/IP vào mạng cảm biến không dây là một nhiệm vụ đầy thử thách. Đầu tiên, do giới hạn về kích thước vật lý và chi phí thấp, các node cảm biến bị hạn chế về bộ nhớ và năng lực xử lý. Thứ hai, các ràng buộc này hạn chế khả năng thực hiện giao thức TCP/IP truyền thống trong các node cảm biến. Trong luận văn này, em sẽ thảo luận về một số giải pháp tối ưu để có thể sử dụng TCP/IP trong mạng cảm biến không dây.
Nội dung của luận văn với đề tài "Nghiên cứu các giải pháp để sử dụng TCP/IP cho mạng cảm biến không dây" gồm có 3 chương:
Chương 1: Tổng quan về mạng cảm biến không dây.
Chương 2: Đề xuất các giải pháp để sử dụng TCP/IP cho mạng cảm biến không dây.
Chương 3: Phân tích, đánh giá các giải pháp đề xuất.
Do kiến thức và khả năng của bản thân còn nhiều hạn chế nên luận văn không tránh khỏi các sai sót. Mong được sự góp ý của các thầy, các cô và các bạn để nội dung luận văn được hoàn thiện hơn.
1.1. Giới thiệu chung
Trong những năm gần đây, WSN là một trong những công nghệ thông tin mới phát triển nhanh chóng nhất, đã và đang được triển khai cho nhiều các ứng dụng khác nhau như: điều khiển quá trình công nghiệp, bảo mật và giám sát, cảm biến môi trường, kiểm tra sức khỏe...
WSN liên kết các node với nhau bằng kết nối sóng vô tuyến, trong đó các node mạng thường là các thiết bị đơn giản, nhỏ gọn, giá thành thấp và có số lượng lớn, được phân bố trên một diện tích rộng, sử dụng nguồn năng lượng pin, có thời gian hoạt động lâu dài (vài tháng đến vài năm) và có thể hoạt động trong môi trường khắc nghiệt (chất độc, ô nhiễm, nhiệt độ không ổn định...).
Các node cảm biến được triển khai trong một trường cảm biến (sensor field) được minh họa trên hình 1.1. Mỗi node cảm biến trong mạng có khả năng thu thập số liệu, định tuyến về bộ thu nhận (sink) để chuyển tới người dùng và định tuyến các bản tin mang theo lệnh hay yêu cầu từ node sink đến các node cảm biến. Số liệu được định tuyến về phía node sink theo cấu trúc đa liên kết không có cơ sở hạ tầng nền tảng, tức là không có các trạm thu phát gốc hay các trung tâm điều khiển. Bộ thu nhận có thể liên lạc trực tiếp với người dùng hay gián tiếp thông qua Internet hay vệ tinh.
1.2. Đặc điểm và kiến trúc giao thức mạng
1.2.1. Đặc điểm
Mạng cảm biến bao gồm một số lượng lớn các node cảm biến, các node cảm biến có giới hạn và ràng buộc khắt khe về tài nguyên, đặc biệt là năng lượng. Do đó, cấu trúc mạng cảm biến có đặc điểm rất khác với các mạng truyền thống. Sau đây sẽ phân tích một số đặc điểm nổi bật trong mạng cảm biến như sau:
Khả năng chịu lỗi: Một số các node cảm biến có thể không hoạt động nữa do thiếu năng lượng, do những hư hỏng vật lý hay do ảnh hưởng của môi trường. Khả năng chịu lỗi thể hiện ở việc mạng vẫn hoạt động bình thường, duy trì những chức năng của nó ngay cả khi một số node mạng không hoạt động.
Khả năng mở rộng: Khi nghiên cứu một hiện tượng, số lượng các node cảm biến được triển khai có thể đến hàng trăm nghìn node, phụ thuộc vào từng ứng dụng con số này có thể vượt quá hàng triệu. Do đó cấu trúc mạng mới phải có khả năng mở rộng để có thể làm việc với số lượng lớn các node này.
Giá thành sản xuất: Vì các mạng cảm biến bao gồm một số lượng lớn các node cảm biến nên chi phí của mỗi node rất quan trọng trong việc điều chỉnh chi phí của toàn mạng. Nếu chi phí của toàn mạng đắt hơn việc triển khai sensor theo kiểu truyền thống, như vậy mạng không có giá thành hợp lý. Do vậy, chi phí của mỗi node cảm biến phải giữ ở mức thấp.
Ràng buộc về phần cứng: Vì số lượng các node trong mạng rất nhiều nên các node cảm biến cần có các ràng buộc về phần cứng như sau: kích thước phải nhỏ, tiêu thụ năng lượng thấp, chi phí sản xuất thấp, có khả năng tự trị và hoạt động không cần có người kiểm soát, thích nghi với môi trường.
Môi trường hoạt động: Các node cảm biến được thiết lập dày đặc, rất gần hay trực tiếp bên trong các hiện tượng để quan sát. Vì thế, chúng thường làm việc mà không cần giám sát ở những vùng xa xôi. Chúng có thể làm việc ở bên trong các máy móc lớn, ở dưới đáy biển, hay trong những vùng ô nhiễm hóa học hay sinh học, ở gia đình hay những tòa nhà lớn.
Phương tiện truyền dẫn: Trong những mạng cảm biến đa hop, các node liên kết với nhau bằng kết nối không dây. Các kết nối này có thể tạo nên bởi sóng vô tuyến, hồng ngoại hay những phương tiện quang học. Để thiết lập sự hoạt động thống nhất của những mạng này, các phương tiện truyền dẫn phải được chọn phải phù hợp trên toàn thế giới. Hiện tại nhiều phần cứng của các node cảm biến dựa vào thiết kế mạch RF. Những thiết bị cảm biến năng lượng thấp dùng bộ thu phát vô tuyến 1 kênh RF hoạt động ở tần số 916MHz. Một cách khác mà các node trong mạng giao tiếp với...
Do Drive thay đổi chính sách, nên một số link cũ yêu cầu duyệt download.
Password giải nén nếu cần: ket-noi.com | Bấm vào Link, đợi vài giây sau đó bấm Get Website để tải:
Nhà xuất bản: ĐHCN
Ngày: 2014
Miêu tả: Luận văn ThS. Kỹ thuật điện tử -- Trường Đại học Công nghệ. Đại học Quốc gia Hà Nội, 2014
ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ - ĐHQGHN
MỤC LỤC
Trang
THUẬT NGỮ VIẾT TẮT
DANH MỤC CÁC BẢNG
DANH MỤC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ
LỜI NÓI ĐẦU
LỜI CAM ĐOAN
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ MẠNG CẢM BIẾN KHÔNG DÂY
1.1. Giới thiệu chung 3
1.2. Đặc điểm và kiến trúc giao thức mạng 3
1.2.1. Đặc điểm 4
1.2.2. Kiến trúc giao thức mạng 6
1.3. Ứng dụng 7
1.3.1. Thu thập dữ liệu môi trường
1.3.2. Giám sát an ninh
1.3.3. Theo dõi đối tượng
1.4. Kết luận
CHƯƠNG 2: ĐỀ XUẤT CÁC GIẢI PHÁP ĐỂ SỬ DỤNG TCP/IP CHO MẠNG CẢM BIẾN KHÔNG DÂY
2.1. Các vấn đề gặp phải khi sử dụng TCP/IP trong mạng WSN 9
2.2. Giải pháp sử dụng TCP/IP cho mạng cảm biến không dây 9
2.2.1. Gán địa chỉ IP theo không gian 11
2.2.2. Nén tiêu đề
2.2.3. Định tuyến ứng dụng phủ 16
2.2.4. Bộ giao thức TCP/IP uIP 19
2.2.5. Lưu trữ TCP phân tán 21
2.3. Kết luận 29
CHƯƠNG 3: PHÂN TÍCH, ĐÁNH GIÁ CÁC GIẢI PHÁP ĐỀ XUẤT 34
3.1. Đánh giá các giải pháp đề xuất để sử dụng TCP/IP trong mạng WSN 35
3.1.1. Gán địa chỉ IP theo không gian 35
3.1.2. Nén tiêu đề
3.1.3. Bộ giao thức TCP/IP uIP
3.1.4. Lưu trữ TCP phân tán
3.2. Tìm hiểu một ứng dụng của mạng WSN sử dụng TCP/IP
3.2.1. Giới thiệu
3.2.2. Nền tảng phần cứng
3.2.3. Hệ điều hành
3.2.4. Cơ chế và giao thức mạng
3.2.5. Đánh giá
3.3. Kết luận
KẾT LUẬN
TÀI LIỆU THAM KHẢO
Đặng Thị Sương - K16D2
LỜI MỞ ĐẦU
Ngày nay, nhờ có những tiến bộ nhanh chóng trong khoa học và công nghệ, các mạng bao gồm các cảm biến giá thành rẻ, tiêu thụ ít năng lượng và đa chức năng đã và đang phát triển ngày càng mạnh mẽ và ứng dụng trong mọi lĩnh vực của đời sống xã hội. Mạng cảm biến không dây là một đích đến tiêu biểu cho các nhà nghiên cứu, cho những mục đích phát triển đầy tiềm năng.
Mạng cảm biến không dây bao gồm số lượng lớn lên đến hàng ngàn các cảm biến nhỏ. Mỗi cảm biến có một bộ vi xử lý nhỏ với đủ năng lượng cho phép các cảm biến tự thiết lập mạng nội tập trung thông tin cảm biến cảm nhận được. Các mạng cảm biến có thể giám sát ở những nơi như các khu vực thảm họa hạt nhân hay miệng núi lửa mà không yêu cầu sự có mặt của con người. Nhiều ứng dụng mạng cảm biến không dây không thể thực hiện độc lập mà cần kết nối để giám sát và điều khiển các thực thể.
Luận văn này khảo sát một phương pháp mới để kết nối mạng cảm biến không dây với các mạng đã tồn tại bằng cách sử dụng bộ giao thức TCP/IP trong mạng cảm biến không dây. Các cảm biến có thể kết nối trực tiếp với mạng ngoài mà không cần proxy server hay bộ chuyển đổi giao thức.
Tuy nhiên, đưa bộ giao thức TCP/IP vào mạng cảm biến không dây là một nhiệm vụ đầy thử thách. Đầu tiên, do giới hạn về kích thước vật lý và chi phí thấp, các node cảm biến bị hạn chế về bộ nhớ và năng lực xử lý. Thứ hai, các ràng buộc này hạn chế khả năng thực hiện giao thức TCP/IP truyền thống trong các node cảm biến. Trong luận văn này, em sẽ thảo luận về một số giải pháp tối ưu để có thể sử dụng TCP/IP trong mạng cảm biến không dây.
Nội dung của luận văn với đề tài "Nghiên cứu các giải pháp để sử dụng TCP/IP cho mạng cảm biến không dây" gồm có 3 chương:
Chương 1: Tổng quan về mạng cảm biến không dây.
Chương 2: Đề xuất các giải pháp để sử dụng TCP/IP cho mạng cảm biến không dây.
Chương 3: Phân tích, đánh giá các giải pháp đề xuất.
Do kiến thức và khả năng của bản thân còn nhiều hạn chế nên luận văn không tránh khỏi các sai sót. Mong được sự góp ý của các thầy, các cô và các bạn để nội dung luận văn được hoàn thiện hơn.
1.1. Giới thiệu chung
Trong những năm gần đây, WSN là một trong những công nghệ thông tin mới phát triển nhanh chóng nhất, đã và đang được triển khai cho nhiều các ứng dụng khác nhau như: điều khiển quá trình công nghiệp, bảo mật và giám sát, cảm biến môi trường, kiểm tra sức khỏe...
WSN liên kết các node với nhau bằng kết nối sóng vô tuyến, trong đó các node mạng thường là các thiết bị đơn giản, nhỏ gọn, giá thành thấp và có số lượng lớn, được phân bố trên một diện tích rộng, sử dụng nguồn năng lượng pin, có thời gian hoạt động lâu dài (vài tháng đến vài năm) và có thể hoạt động trong môi trường khắc nghiệt (chất độc, ô nhiễm, nhiệt độ không ổn định...).
Các node cảm biến được triển khai trong một trường cảm biến (sensor field) được minh họa trên hình 1.1. Mỗi node cảm biến trong mạng có khả năng thu thập số liệu, định tuyến về bộ thu nhận (sink) để chuyển tới người dùng và định tuyến các bản tin mang theo lệnh hay yêu cầu từ node sink đến các node cảm biến. Số liệu được định tuyến về phía node sink theo cấu trúc đa liên kết không có cơ sở hạ tầng nền tảng, tức là không có các trạm thu phát gốc hay các trung tâm điều khiển. Bộ thu nhận có thể liên lạc trực tiếp với người dùng hay gián tiếp thông qua Internet hay vệ tinh.
1.2. Đặc điểm và kiến trúc giao thức mạng
1.2.1. Đặc điểm
Mạng cảm biến bao gồm một số lượng lớn các node cảm biến, các node cảm biến có giới hạn và ràng buộc khắt khe về tài nguyên, đặc biệt là năng lượng. Do đó, cấu trúc mạng cảm biến có đặc điểm rất khác với các mạng truyền thống. Sau đây sẽ phân tích một số đặc điểm nổi bật trong mạng cảm biến như sau:
Khả năng chịu lỗi: Một số các node cảm biến có thể không hoạt động nữa do thiếu năng lượng, do những hư hỏng vật lý hay do ảnh hưởng của môi trường. Khả năng chịu lỗi thể hiện ở việc mạng vẫn hoạt động bình thường, duy trì những chức năng của nó ngay cả khi một số node mạng không hoạt động.
Khả năng mở rộng: Khi nghiên cứu một hiện tượng, số lượng các node cảm biến được triển khai có thể đến hàng trăm nghìn node, phụ thuộc vào từng ứng dụng con số này có thể vượt quá hàng triệu. Do đó cấu trúc mạng mới phải có khả năng mở rộng để có thể làm việc với số lượng lớn các node này.
Giá thành sản xuất: Vì các mạng cảm biến bao gồm một số lượng lớn các node cảm biến nên chi phí của mỗi node rất quan trọng trong việc điều chỉnh chi phí của toàn mạng. Nếu chi phí của toàn mạng đắt hơn việc triển khai sensor theo kiểu truyền thống, như vậy mạng không có giá thành hợp lý. Do vậy, chi phí của mỗi node cảm biến phải giữ ở mức thấp.
Ràng buộc về phần cứng: Vì số lượng các node trong mạng rất nhiều nên các node cảm biến cần có các ràng buộc về phần cứng như sau: kích thước phải nhỏ, tiêu thụ năng lượng thấp, chi phí sản xuất thấp, có khả năng tự trị và hoạt động không cần có người kiểm soát, thích nghi với môi trường.
Môi trường hoạt động: Các node cảm biến được thiết lập dày đặc, rất gần hay trực tiếp bên trong các hiện tượng để quan sát. Vì thế, chúng thường làm việc mà không cần giám sát ở những vùng xa xôi. Chúng có thể làm việc ở bên trong các máy móc lớn, ở dưới đáy biển, hay trong những vùng ô nhiễm hóa học hay sinh học, ở gia đình hay những tòa nhà lớn.
Phương tiện truyền dẫn: Trong những mạng cảm biến đa hop, các node liên kết với nhau bằng kết nối không dây. Các kết nối này có thể tạo nên bởi sóng vô tuyến, hồng ngoại hay những phương tiện quang học. Để thiết lập sự hoạt động thống nhất của những mạng này, các phương tiện truyền dẫn phải được chọn phải phù hợp trên toàn thế giới. Hiện tại nhiều phần cứng của các node cảm biến dựa vào thiết kế mạch RF. Những thiết bị cảm biến năng lượng thấp dùng bộ thu phát vô tuyến 1 kênh RF hoạt động ở tần số 916MHz. Một cách khác mà các node trong mạng giao tiếp với...
Do Drive thay đổi chính sách, nên một số link cũ yêu cầu duyệt download.
Password giải nén nếu cần: ket-noi.com | Bấm vào Link, đợi vài giây sau đó bấm Get Website để tải:
You must be registered for see links
Last edited by a moderator: