vietquang_200489
New Member
Tải Vấn đề năng lượng trong mạng cảm biến không dây và đánh giá bằng mô phỏng
Mục lục
Mục lục. 1
Thuật ngữ viết tắt 4
Lời nói đầu. 6
Chương I : Tổng quan về mạng Wireless Sensor 7
1.1. Giới thiệu mạng cảm biến không dây. 7
1.2. Nền tảng phát triển mạng. 7
1.2.1. Mạng Ad hoc không dây. 7
1.2.2. Nền tảng công nghệ. 10
1.3. Mô tả hệ thống. 12
1.3.1. Mô tả hệ thống tổng quát 12
1.3.2. Hệ thống WISENET. 13
1.4. Tổng quan về kiến trúc mạng. 17
1.4.1. Lớp ứng dụng. 18
1.4.1.1. Giao thức quản lý Sensor. 18
1.4.1.2. Giao thức phân nhiệm vụ và quảng cáo số liệu. 19
1.4.1.3 Giao thức truy vấn Sensor và phổ biến số liệu. 20
1.4.2 Lớp giao vận. 20
1.4.3 Lớp mạng. 21
1.4.4. Liên kết liên mạng. 21
1.4.5 Lớp liên kết số liệu. 22
1.4.5.1 Điều khiển truy nhập môi trường truyền dẫn. 22
1.4.5.2 Điều khiển sửa lỗi 23
1.4.6 Lớp vật lý. 24
1.5. Đặc điểm của mạng Wireless Sensor 25
1.5.1. Kích thước vật lý nhỏ và tiêu thụ công suất thấp. 25
1.5.2. Hoạt động đồng thời với độ tập trung cao. 26
1.5.3. Khả năng liên kết vật lý và phân cấp điều khiển hạn chế. 26
1.5.4. Tính đa dạng trong thiết kế và sử dụng. 26
1.5.5. Hoạt động tin cậy. 27
1.6. ứng dụng của mạng Sensor 27
1.6.1. ứng dụng trong quân sự. 27
1.6.2. ứng dụng về môi trường. 29
1.6.3. ứng dụng trong y tế. 30
1.6.4. ứng dụng trong gia đình. 30
1.6.5. Các ứng dụng thương mại khác. 31
Chương II : Năng lượng trong mạng Wireless Sensor 33
2.1. Tính đặc thù của mạng. 33
2.1.1. Hạn chế phần cứng. 33
2.1.2. Môi trường hoạt động. 34
2.1.3. Môi trường truyền dẫn. 35
2.2. Sự tiêu thụ năng lượng. 36
2.2.1. Năng lượng cho nhiệm vụ cảm biến. 37
2.2.2. Năng lượng cho truyền thông. 37
2.2.3. Năng lượng cho xử lý. 38
2.3. Các giải pháp tiết kiệm năng lượng. 38
2.3.1. Giải pháp định tuyến. 38
2.3.1.1. Các phương pháp định tuyến tối ưu về năng lượng. 39
2.3.1.2. Phương pháp định tuyến số liệu tập trung. 40
2.3.1.3. Các giao thức lớp mạng khác được đề xuất cho mạng Sensor. 41
2.3.2. Giải pháp truy nhập môi trường truyền dẫn. 46
2.3.2.1. Yêu cầu với giao thức điều khiển truy nhập môi trường (MAC) cho mạng sensor 46
2.3.2.2. Các giao thức MAC cho mạng sensor. 47
2.3.2.3. Các chế độ hoạt động tiết kiệm năng lượng. 50
2.3.3. Quản lý nguồn công suất 50
2.3.3.1 Thời gian tồn tại 51
2.3.3.2 Phát hiện nguồn thấp "Low Battery". 51
2.3.3.3. thông báo "Low Battery". 53
2.3.4. Tận dụng các nguồn năng lượng trong tự nhiên. 54
2.3.1.1. Tế bào quang điện. 55
2.3.1.2. Các nguồn năng lượng khác. 56
Chương III : Phần mềm mô phỏng năng lượng cho mạng Wireless Sensor 57
3.1. Mô hình hoá mô phỏng. 57
3.1. Mô hình nguồn năng lượng. 57
3.3. Thiết kế phần mềm mô phỏng mạng Wireless Sensor 58
3.3.1. Phần mềm NS-2. 58
3.3.2. Cơ sở phát triển mô phỏng mạng Sensor trên nền NS-2. 61
3.3.3. Các định dạng mới trong NS-2. 62
3.3.4. Thay đổi trong NS-2. 64
3.4. Thiết lập mã lập trình mô phỏng. 66
3.4.1. Thiết lập kênh hiện tượng và kênh dữ liệu. 66
3.4.2. Thiết lập một giao thức MAC cho kênh Phenomenon. 66
3.4.3. Thiết lập các nút Phenomenon với giao thức "định tuyến" Phenom 66
3.4.4. Thiết lập tốc độ và kiểu xung của Phenomenon. 67
3.4.5. Định hình nút Sensor 68
3.4.6. Thiết lập các nút Non-Sensor (điểm thu thập dữ liệu, Gateway) 69
3.4.7. Gắn kết các tác nhân Sensor 70
3.4.8. Gắn kết một tác nhân UDP và ứng dụng Sensor cho mỗi nút 70
3.4.9. Khởi động ứng dụng Sensor 70
Chương IV: Mô phỏng mạng Wireless Sensor 71
4.1. Mục đính mô phỏng. 71
4.2. Thực hiện mô phỏng. 72
4.2.1. Mã chương trình. 72
4.2.1. Phân tích kết quả. 73
4.2. Kết quả. 74
4.2.1. Sự tổn hao năng lượng. 75
4.2.2. Tốc độ giảm năng lượng khi tăng số nút mạng. 77
4.2.3. Tốc độ giảm năng lượng khi mật độ mạng không đổi 78
4.2. Đánh giá. 79
Kết luận. 80
Tài liệu tham khảo. 81
Để tải bản Đầy Đủ của tài liệu, xin Trả lời bài viết này, Mods sẽ gửi Link download cho bạn sớm nhất qua hòm tin nhắn.
Ai cần download tài liệu gì mà không tìm thấy ở đây, thì đăng yêu cầu down tại đây nhé:
Nhận download tài liệu miễn phí
Bëi mçi nguån cã mét thêi gian tån t¹i giíi h¹n, ®Ó tr¸nh node háng khi vËn hµnh, ph¶i cã chØ thÞ khi nguån mét chiÒu gÇn hÕt thêi gian sèng, khi ®ã ta cã thÓ thay thÕ chóng. Mçi lo¹i nguån cã mét c¸ch biÓu hiÖn kh¸c nhau khi s¾p kÕt thóc chu kú sèng, v× vËy nguyªn lý x¸c ®Þnh n¨ng lîng cßn l¹i cña nguån ph¶i phï hîp víi chÊt ho¸ häc cÊu thµnh lªn nguån.
ViÖc x¸c ®Þnh râ thêi gian tån t¹i cßn l¹i kh«ng chØ lµ chøc n¨ng cña nguån mµ cßn lµ chøc n¨ng cña t¶i träng (the load). Nãi ®óng ra, t¶i träng sÏ x¸c ®Þnh ®iÓm kÕt thóc thêi gian sèng cña nguån, bëi viÖc x¸c ®Þnh thêi ®iÓm mµ nguån kh«ng cung cÊp ®ñ n¨ng lîng cÇn cho t¶i träng. Th«ng thêng lµ kh«ng cung cÊp ®ñ ®iÖn ¸p tiªu chuÈn, T¶i träng còng x¸c ®Þnh dßng ®iÖn t¹i ®iÖn ¸p nµy ®îc ®¶m b¶o, dßng ®iÖn cho bëi c¸c node m¹ng c¶m biÕn th× rÊt bÊt æn cïng dßng ®Ønh kh¸ cao gi¸n ®o¹n víi c¸c chu kú kh¸ dµi cña sù tiªu thô dßng thÊp. Tuy nhiªn hiÖn tr¹ng dßng nµy kh«ng lµm gi¶m thêi gian sèng cña nguån.
Do ®ã m¹ch ph¸t hiÖn nguån thÊp (low battery) lµ hÕt søc quan träng ®Ó gi¸m s¸t viÖc vît ngìng t¹m thêi. Mét c¸ch ®Ó thùc hiÖn ®iÒu nµy lµ chØ kÝch ho¹t m¹ch ph¸t hiÖn nguån thÊp sau chu kú dßng ®Ønh cao khi ®ã ®iÖn ¸p nguån cã gi¸ trÞ thÊp nhÊt. M¹ch ph¸t hiÖn nguån thÊp ®îc vËn hµnh nh tÇng ®Çu cña thñ tôc "gi¶m Êm"(warm down), chóng ®îc sö dông ®Ó lµm c¸c node m¹ng tõ chÕ ®é tÝch cùc sang chÕ ®é nghØ. Mét u ®iÓm cña c¸ch tiÕp cËn nµy lµ chØ mét c«ng suÊt nhá ®îc sö dông cho m¹ch ph¸t hiÖn.Dï nhá nhng nã còng lµ ®¸ng kÓ khi so s¸nh víi c«ng suÊt trung b×nh tiªu thô bëi node m¹ng. Mét u ®iÓm kh¸c lµ ®iÖn ¸p nguån sÏ æn ®Þnh h¬n ®iÒu nµy dÉn tíi sù vËn hµnh tin cËy h¬n cña viÖc c¶nh b¸o nguån thÊp
§Ó n©ng cao thêi gian sèng cña nguån, tØ lÖ dßng trung b×nh trªn dßng ®Ønh ®îc lµm gi¶m ë cuèi thêi gian sèng cña nguån ®Ó dßng ®Ønh ®îc gi¶m. §iÒu nµy ®îc thùc hiÖn b»ng c¸ch xen kÏ c¸c ho¹t ®éng cña m¹ch nguån cao ®Ó chóng kh«ng ho¹t ®éng ®ång thêi. B»ng c¸ch lµm gi¶m t¶i dßng ®Ønh trªn nguån, ngay lËp tøc ®iÖn ¸p r¬i däc ®iÖn trë trong cña nguån cã thÓ ®îc gi¶m khi ®ã ®iÖn ¸p cùc sÏ lín h¬n ngìng nguån thÊp(low battery)
M¹ch ph¸t hiÖn nguån thÊp rÊt quan träng trong viÖc x¸c ®Þnh mét ngìng chÝnh x¸c. Mét node m¹ng c¶m biÕn cã thÓ cã thêi gian sèng cña nguån lµ 1 n¨m. NÕu qu¸ thêi gian nµy, ®iÖn ¸p cùc cña nã díi 0.5v, vµ nÕu cho r»ng ®iÖn ¸p r¬i lµ tuyÕn tÝnh theo thêi gian th× ®iÖn ¸p sÏ sôt kho¶ng 1,37mV/ngµy, t¬ng ®¬ng víi 10mV/tuÇn.Mét sai sè ngìng d¬ng (ngìng lín h¬n gi¸ trÞ yªu cÇu) sÏ trùc tiÕp lµm gi¶m gian sèng cña node m¹ng do sù c¶nh b¸o nguån thÊp tríc khi nã thùc sù cÇn thiÕt. Mét sai sè ngìng ©m (ngìng thÊp h¬n gi¸ trÞ yªu cÇu) sÏ lµm t¨ng thêi gian sèng cña node m¹ng.
HiÖn tîng trÔ trong m¹ch ph¸t hiÖn nguån thÊp còng rÊt quan träng. Mét ®iÖn ¸p r¬i Ýt h¬n 10nV/tuÇn lµ sù thay ®æi rÊt chËm, ®Æc biÖt lµ víi c«ng nghÖ SoC(low-cost system-on-a-chip). Tuy nhiªn ®iÖn ¸p nguån chÞu ¶nh hëng cña mét lîng nhiÔu ®¸ng kÓ g©y ra bëi nhiÒu nguyªn nh©n trong m¹ch sè. NhiÔu nµy g©y ra hiÖn tîng sai lÖch trong c¶nh b¸o nguån thÊp(Low battery) khi ®iÖn ¸p nguån gÇn víi gi¸ trÞ ngìng. Do ®iÖn ¸p r¬i lµ rÊt chËm nªn hiÖn tîng sai lÖch nµy cã thÓ duy tr× nhiÒu h¬n mét tuÇn. Mét gi¶i ph¸p ®a ra lµ chèt c¶nh b¸o nguån thÊp t¹i lÇn ®Çu tiªn vît ngìng th× kh«ng ®îc mong ®îi. §iÒu nµy kh«ng chØ lµm gi¶m tuæi thä cña nguån mµ cßn kh«ng x¸c ®Þnh ®îc chÝnh x¸c c¸c t¸c ®éng g©y ra bëi nhiÔu. Mét gi¶i ph¸p gi¶i quyÕt vÊn ®Ò nµy lµ sö dông hiÖn tîng trÔ trong m¹ch ph¸t hiÖn nguån thÊp(low battery). HiÖn tîng trÔ nµy cã thÓ lÊy Ýt nhÊt 2 khu«n d¹ng: continuous-time hoÆc sampled hystrsis.
2.3.3.3. C¶nh b¸o "Low Battery"
Cã nhiÒu tÝn hiÖu c¶nh b¸o nguån ®îc t¹o ra, nã ph¶i trùc tiÕp t¸c ®éng tíi ngêi sö dông ®Ó qu¶n lý c¸c ho¹t ®éng cña nguån. C¸c biÓu tîng quen thuéc vÒ tÝn hiÖu c¶nh b¸o nguån thÊp(low battery) ®îc thÊy trªn camera, cell phone vµ c¸c PDA cã thÓ ®îc sö dông trong c¸c øng dông nh nguyªn lý m¸y tÝnh c¸ nh©n kh«ng d©y(wrireless PC) n¬i mµ ngêi sö dông chê ®Ó thÊy c¸c tÝn hiÖu c¶nh b¸o. Chó ý r»ng ngêi sö dông cã thÓ gÆp nhiÒu vÊn ®Ò ë c¸c node m¹ng kh«ng ®îc hiÓn thÞ vµ ë nh÷ng n¬i khã ®Ó qu¶n lý. Thêng th× bøc ®iÖn c¶nh b¸o ®îc göi lu©n phiªn th«ng qua m¹ng c¶m biÕn tíi mét node ®ang ch¹y c¸c tiÖn Ých tr¹ng th¸i m¹ng.
Mét tiÖn Ých tr¹ng th¸i m¹ng lµ mét cæng n¬i mµ ngêi sö dông cã thÓ qu¶n lý tr¹ng th¸i cña m¹ng. Phô thuéc vµo c¸c øng dông, tiÖn Ých tr¹ng th¸i m¹ng cã thÓ lµ:
Mé xö lý nÒn ch¹y trªn mét node m¹ng
Mét xö lý ®ang ch¹y trªn phÇn chuyªn dông cña phÇn cøng(nh lµ Laptop hoÆc PDA) ®îc ®Þnh kú truy nhËp vµo m¹ng.
Mét xö lý ®ang ch¹y t¹i cæng node m¹ng(nÕu cã), ë ®©y ngêi sö dông cã thÓ truy cËp c¸c tiÖn Ých th«ng qua m¹ng Internet.
Trong nhiÒu c¸c øng dông, tiÖn Ých tr¹ng th¸i m¹ng lµ vÊn ®Ò then chèt quyÕt ®Þnh tíi thµnh c«ng cña viÖc thiÕt kÕ m¹ng. MÆc dï m¹ng cã thÓ tù tæ chøc vµ tù vËn hµnh nhng ngêi sö dông mét m¹ng lín vÉn ph¶i ch¾c ch¾n m¹ng ®¶m b¶o c¸c chøc n¨ng cña nã; H¬n n÷a trong nhiÒu c¸c øng dông ®Æc biÖt trong trêng hîp khÈn cÊp tr¹ng th¸i m¹ng ph¶i h÷u dông .
NÕu c¶nh b¸o nguån thÊp ®îc göi th«ng qua chÝnh m¹ng c¶m biÕn, th× node m¹ng ph¶i ®îc thiÕt kÕ ®Î chøc n¨ng thu ph¸t lµ chøc n¨ng sau cïng trong c¸c ®iÒu khiÓn. Cßn c¸c ch¾c n¨ng kh¸c cña node nh sù vËn hµnh Sensor, Actuators vµ giao diÖn ngêi sö dông ph¶i chÊp nhËn sö dông nguån thÊp ®Ó ®¶m b¶o cho chøc n¨ng truyÒn nhËn ®îc thùc hiÖn vµ tÝn hiÖu c¶nh b¸o nguån thÊp ®îc göi
C¸c nguyªn lý thiÕt kÕ node m¹ng c¶m biÕn ®Ó node cã kh¶ n¨ng ®iÒu hoµ nguån thÊp:
- Node m¹ng chØ göi bøc ®iÖn "thay ®æi tr¹ng th¸i" ®¬n tíi vÞ trÝ trung t©m chØ khi nµo c¶nh b¸o nguån thÊp ®îc thiÕt lËp. Nguyªn lý nµy tèi u ho¸ mµo ®Çu lu lîng m¹ng nhng còng cung cÊp mét th«ng tin tèi thiÓu.
- Node m¹ng cã thÓ göi bøc ®iÖn "cËp nhËt tr¹ng th¸i m¹ng" mét c¸ch ®Þnh kú tíi gèc m¹ng. MÆc dï nguyªn lý nµy lµm dµi bøc ®iÖn vËn hµnh m¹ng nhng nã cung cÊp th«ng tin quan träng tíi ngêi sö dông.
- NÕu m¹ng kh«ng hç trî bøc ®iÖn "cËp nhËt tr¹ng th¸i m¹ng", node cã thÓ chia sÎ th«ng tin tr¹ng th¸i nguån tíi tÊt c¶ c¸c node l©n cËn. Node nµy cã thÓ tr¶ lêi c¸c truy vÊn liªn quan tíi tr¹ng th¸i cña nã nÕu nã cã thÓ thùc hiÖn ®îc ®iÒu nµy. Khi nguån cña nã háng c¸c node l©n cËn sÏ th«ng b¸o cho m¹ng lý do node háng.
2.3.4. TËn dông c¸c nguån n¨ng lîng trong tù nhiªn
Trong nhiÒu trêng hîp, viÖc lÊy n¨ng lîng trùc tiÕp tõ m«i trêng cã thÓ ®¶m b¶o cho viÖc vËn hµnh c¸c node m¹ng c¶m biÕn. N¨ng lîng nµy ngêi ta gäi lµ n¨ng lîng s¹ch vµ thuËt ng÷ "energy scavenging" bao gåm quang n¨ng, ®éng n¨ng vµ c¸c nguån n¨ng lîng kh¸c.
C¸c node m¹ng tËn dông n¨ng lîng s¹ch ®îc gäi lµ "live off the land" ®Ó thay thÕ cho nguån n¨ng lîng sö dông bëi chÝnh nã. NÕu ®îc thiÕt kÕ hîp lý c¸c node m¹ng sö dông n¨ng lîng s¹ch cã thÓ rÊt nhá bëi chóng kh«ng cÇn mang theo nguån chøa n¨ng lîng. Nguån n¨ng lîng ®îc lÊy tõ m«i trêng cã biÕn ®éng rÊt lín vµ chóng cã thÓ ®îc ng¾t trong qu¸ tr×nh ho¹t ®éng. Th«ng thêng viÖc ng¾t nguån sÏ ®îc dù ®o¸n tríc, nh lµ viÖc thay ®æi chu kú cña thiÕt bÞ chuyÓn ®éng. Trong trêng hîp kh¸c viÖc ng¾t nguån lµ do sù cè, do ®ã dù b¸o thèng kª thêng ®îc sö dông. X¸c suÊt nguån ngõng ho¹t ®éng lµ rÊt lín bëi v× c«ng suÊt tõ m«i trêng ®ñ cho vËn hµnh kh«ng thÓ ®¶m b¶o...
Download miễn phí Vấn đề năng lượng trong mạng cảm biến không dây và đánh giá bằng mô phỏng
Mục lục
Mục lục. 1
Thuật ngữ viết tắt 4
Lời nói đầu. 6
Chương I : Tổng quan về mạng Wireless Sensor 7
1.1. Giới thiệu mạng cảm biến không dây. 7
1.2. Nền tảng phát triển mạng. 7
1.2.1. Mạng Ad hoc không dây. 7
1.2.2. Nền tảng công nghệ. 10
1.3. Mô tả hệ thống. 12
1.3.1. Mô tả hệ thống tổng quát 12
1.3.2. Hệ thống WISENET. 13
1.4. Tổng quan về kiến trúc mạng. 17
1.4.1. Lớp ứng dụng. 18
1.4.1.1. Giao thức quản lý Sensor. 18
1.4.1.2. Giao thức phân nhiệm vụ và quảng cáo số liệu. 19
1.4.1.3 Giao thức truy vấn Sensor và phổ biến số liệu. 20
1.4.2 Lớp giao vận. 20
1.4.3 Lớp mạng. 21
1.4.4. Liên kết liên mạng. 21
1.4.5 Lớp liên kết số liệu. 22
1.4.5.1 Điều khiển truy nhập môi trường truyền dẫn. 22
1.4.5.2 Điều khiển sửa lỗi 23
1.4.6 Lớp vật lý. 24
1.5. Đặc điểm của mạng Wireless Sensor 25
1.5.1. Kích thước vật lý nhỏ và tiêu thụ công suất thấp. 25
1.5.2. Hoạt động đồng thời với độ tập trung cao. 26
1.5.3. Khả năng liên kết vật lý và phân cấp điều khiển hạn chế. 26
1.5.4. Tính đa dạng trong thiết kế và sử dụng. 26
1.5.5. Hoạt động tin cậy. 27
1.6. ứng dụng của mạng Sensor 27
1.6.1. ứng dụng trong quân sự. 27
1.6.2. ứng dụng về môi trường. 29
1.6.3. ứng dụng trong y tế. 30
1.6.4. ứng dụng trong gia đình. 30
1.6.5. Các ứng dụng thương mại khác. 31
Chương II : Năng lượng trong mạng Wireless Sensor 33
2.1. Tính đặc thù của mạng. 33
2.1.1. Hạn chế phần cứng. 33
2.1.2. Môi trường hoạt động. 34
2.1.3. Môi trường truyền dẫn. 35
2.2. Sự tiêu thụ năng lượng. 36
2.2.1. Năng lượng cho nhiệm vụ cảm biến. 37
2.2.2. Năng lượng cho truyền thông. 37
2.2.3. Năng lượng cho xử lý. 38
2.3. Các giải pháp tiết kiệm năng lượng. 38
2.3.1. Giải pháp định tuyến. 38
2.3.1.1. Các phương pháp định tuyến tối ưu về năng lượng. 39
2.3.1.2. Phương pháp định tuyến số liệu tập trung. 40
2.3.1.3. Các giao thức lớp mạng khác được đề xuất cho mạng Sensor. 41
2.3.2. Giải pháp truy nhập môi trường truyền dẫn. 46
2.3.2.1. Yêu cầu với giao thức điều khiển truy nhập môi trường (MAC) cho mạng sensor 46
2.3.2.2. Các giao thức MAC cho mạng sensor. 47
2.3.2.3. Các chế độ hoạt động tiết kiệm năng lượng. 50
2.3.3. Quản lý nguồn công suất 50
2.3.3.1 Thời gian tồn tại 51
2.3.3.2 Phát hiện nguồn thấp "Low Battery". 51
2.3.3.3. thông báo "Low Battery". 53
2.3.4. Tận dụng các nguồn năng lượng trong tự nhiên. 54
2.3.1.1. Tế bào quang điện. 55
2.3.1.2. Các nguồn năng lượng khác. 56
Chương III : Phần mềm mô phỏng năng lượng cho mạng Wireless Sensor 57
3.1. Mô hình hoá mô phỏng. 57
3.1. Mô hình nguồn năng lượng. 57
3.3. Thiết kế phần mềm mô phỏng mạng Wireless Sensor 58
3.3.1. Phần mềm NS-2. 58
3.3.2. Cơ sở phát triển mô phỏng mạng Sensor trên nền NS-2. 61
3.3.3. Các định dạng mới trong NS-2. 62
3.3.4. Thay đổi trong NS-2. 64
3.4. Thiết lập mã lập trình mô phỏng. 66
3.4.1. Thiết lập kênh hiện tượng và kênh dữ liệu. 66
3.4.2. Thiết lập một giao thức MAC cho kênh Phenomenon. 66
3.4.3. Thiết lập các nút Phenomenon với giao thức "định tuyến" Phenom 66
3.4.4. Thiết lập tốc độ và kiểu xung của Phenomenon. 67
3.4.5. Định hình nút Sensor 68
3.4.6. Thiết lập các nút Non-Sensor (điểm thu thập dữ liệu, Gateway) 69
3.4.7. Gắn kết các tác nhân Sensor 70
3.4.8. Gắn kết một tác nhân UDP và ứng dụng Sensor cho mỗi nút 70
3.4.9. Khởi động ứng dụng Sensor 70
Chương IV: Mô phỏng mạng Wireless Sensor 71
4.1. Mục đính mô phỏng. 71
4.2. Thực hiện mô phỏng. 72
4.2.1. Mã chương trình. 72
4.2.1. Phân tích kết quả. 73
4.2. Kết quả. 74
4.2.1. Sự tổn hao năng lượng. 75
4.2.2. Tốc độ giảm năng lượng khi tăng số nút mạng. 77
4.2.3. Tốc độ giảm năng lượng khi mật độ mạng không đổi 78
4.2. Đánh giá. 79
Kết luận. 80
Tài liệu tham khảo. 81
Để tải bản Đầy Đủ của tài liệu, xin Trả lời bài viết này, Mods sẽ gửi Link download cho bạn sớm nhất qua hòm tin nhắn.
Ai cần download tài liệu gì mà không tìm thấy ở đây, thì đăng yêu cầu down tại đây nhé:
Nhận download tài liệu miễn phí
Tóm tắt nội dung tài liệu:
tery"Bëi mçi nguån cã mét thêi gian tån t¹i giíi h¹n, ®Ó tr¸nh node háng khi vËn hµnh, ph¶i cã chØ thÞ khi nguån mét chiÒu gÇn hÕt thêi gian sèng, khi ®ã ta cã thÓ thay thÕ chóng. Mçi lo¹i nguån cã mét c¸ch biÓu hiÖn kh¸c nhau khi s¾p kÕt thóc chu kú sèng, v× vËy nguyªn lý x¸c ®Þnh n¨ng lîng cßn l¹i cña nguån ph¶i phï hîp víi chÊt ho¸ häc cÊu thµnh lªn nguån.
ViÖc x¸c ®Þnh râ thêi gian tån t¹i cßn l¹i kh«ng chØ lµ chøc n¨ng cña nguån mµ cßn lµ chøc n¨ng cña t¶i träng (the load). Nãi ®óng ra, t¶i träng sÏ x¸c ®Þnh ®iÓm kÕt thóc thêi gian sèng cña nguån, bëi viÖc x¸c ®Þnh thêi ®iÓm mµ nguån kh«ng cung cÊp ®ñ n¨ng lîng cÇn cho t¶i träng. Th«ng thêng lµ kh«ng cung cÊp ®ñ ®iÖn ¸p tiªu chuÈn, T¶i träng còng x¸c ®Þnh dßng ®iÖn t¹i ®iÖn ¸p nµy ®îc ®¶m b¶o, dßng ®iÖn cho bëi c¸c node m¹ng c¶m biÕn th× rÊt bÊt æn cïng dßng ®Ønh kh¸ cao gi¸n ®o¹n víi c¸c chu kú kh¸ dµi cña sù tiªu thô dßng thÊp. Tuy nhiªn hiÖn tr¹ng dßng nµy kh«ng lµm gi¶m thêi gian sèng cña nguån.
Do ®ã m¹ch ph¸t hiÖn nguån thÊp (low battery) lµ hÕt søc quan träng ®Ó gi¸m s¸t viÖc vît ngìng t¹m thêi. Mét c¸ch ®Ó thùc hiÖn ®iÒu nµy lµ chØ kÝch ho¹t m¹ch ph¸t hiÖn nguån thÊp sau chu kú dßng ®Ønh cao khi ®ã ®iÖn ¸p nguån cã gi¸ trÞ thÊp nhÊt. M¹ch ph¸t hiÖn nguån thÊp ®îc vËn hµnh nh tÇng ®Çu cña thñ tôc "gi¶m Êm"(warm down), chóng ®îc sö dông ®Ó lµm c¸c node m¹ng tõ chÕ ®é tÝch cùc sang chÕ ®é nghØ. Mét u ®iÓm cña c¸ch tiÕp cËn nµy lµ chØ mét c«ng suÊt nhá ®îc sö dông cho m¹ch ph¸t hiÖn.Dï nhá nhng nã còng lµ ®¸ng kÓ khi so s¸nh víi c«ng suÊt trung b×nh tiªu thô bëi node m¹ng. Mét u ®iÓm kh¸c lµ ®iÖn ¸p nguån sÏ æn ®Þnh h¬n ®iÒu nµy dÉn tíi sù vËn hµnh tin cËy h¬n cña viÖc c¶nh b¸o nguån thÊp
§Ó n©ng cao thêi gian sèng cña nguån, tØ lÖ dßng trung b×nh trªn dßng ®Ønh ®îc lµm gi¶m ë cuèi thêi gian sèng cña nguån ®Ó dßng ®Ønh ®îc gi¶m. §iÒu nµy ®îc thùc hiÖn b»ng c¸ch xen kÏ c¸c ho¹t ®éng cña m¹ch nguån cao ®Ó chóng kh«ng ho¹t ®éng ®ång thêi. B»ng c¸ch lµm gi¶m t¶i dßng ®Ønh trªn nguån, ngay lËp tøc ®iÖn ¸p r¬i däc ®iÖn trë trong cña nguån cã thÓ ®îc gi¶m khi ®ã ®iÖn ¸p cùc sÏ lín h¬n ngìng nguån thÊp(low battery)
M¹ch ph¸t hiÖn nguån thÊp rÊt quan träng trong viÖc x¸c ®Þnh mét ngìng chÝnh x¸c. Mét node m¹ng c¶m biÕn cã thÓ cã thêi gian sèng cña nguån lµ 1 n¨m. NÕu qu¸ thêi gian nµy, ®iÖn ¸p cùc cña nã díi 0.5v, vµ nÕu cho r»ng ®iÖn ¸p r¬i lµ tuyÕn tÝnh theo thêi gian th× ®iÖn ¸p sÏ sôt kho¶ng 1,37mV/ngµy, t¬ng ®¬ng víi 10mV/tuÇn.Mét sai sè ngìng d¬ng (ngìng lín h¬n gi¸ trÞ yªu cÇu) sÏ trùc tiÕp lµm gi¶m gian sèng cña node m¹ng do sù c¶nh b¸o nguån thÊp tríc khi nã thùc sù cÇn thiÕt. Mét sai sè ngìng ©m (ngìng thÊp h¬n gi¸ trÞ yªu cÇu) sÏ lµm t¨ng thêi gian sèng cña node m¹ng.
HiÖn tîng trÔ trong m¹ch ph¸t hiÖn nguån thÊp còng rÊt quan träng. Mét ®iÖn ¸p r¬i Ýt h¬n 10nV/tuÇn lµ sù thay ®æi rÊt chËm, ®Æc biÖt lµ víi c«ng nghÖ SoC(low-cost system-on-a-chip). Tuy nhiªn ®iÖn ¸p nguån chÞu ¶nh hëng cña mét lîng nhiÔu ®¸ng kÓ g©y ra bëi nhiÒu nguyªn nh©n trong m¹ch sè. NhiÔu nµy g©y ra hiÖn tîng sai lÖch trong c¶nh b¸o nguån thÊp(Low battery) khi ®iÖn ¸p nguån gÇn víi gi¸ trÞ ngìng. Do ®iÖn ¸p r¬i lµ rÊt chËm nªn hiÖn tîng sai lÖch nµy cã thÓ duy tr× nhiÒu h¬n mét tuÇn. Mét gi¶i ph¸p ®a ra lµ chèt c¶nh b¸o nguån thÊp t¹i lÇn ®Çu tiªn vît ngìng th× kh«ng ®îc mong ®îi. §iÒu nµy kh«ng chØ lµm gi¶m tuæi thä cña nguån mµ cßn kh«ng x¸c ®Þnh ®îc chÝnh x¸c c¸c t¸c ®éng g©y ra bëi nhiÔu. Mét gi¶i ph¸p gi¶i quyÕt vÊn ®Ò nµy lµ sö dông hiÖn tîng trÔ trong m¹ch ph¸t hiÖn nguån thÊp(low battery). HiÖn tîng trÔ nµy cã thÓ lÊy Ýt nhÊt 2 khu«n d¹ng: continuous-time hoÆc sampled hystrsis.
2.3.3.3. C¶nh b¸o "Low Battery"
Cã nhiÒu tÝn hiÖu c¶nh b¸o nguån ®îc t¹o ra, nã ph¶i trùc tiÕp t¸c ®éng tíi ngêi sö dông ®Ó qu¶n lý c¸c ho¹t ®éng cña nguån. C¸c biÓu tîng quen thuéc vÒ tÝn hiÖu c¶nh b¸o nguån thÊp(low battery) ®îc thÊy trªn camera, cell phone vµ c¸c PDA cã thÓ ®îc sö dông trong c¸c øng dông nh nguyªn lý m¸y tÝnh c¸ nh©n kh«ng d©y(wrireless PC) n¬i mµ ngêi sö dông chê ®Ó thÊy c¸c tÝn hiÖu c¶nh b¸o. Chó ý r»ng ngêi sö dông cã thÓ gÆp nhiÒu vÊn ®Ò ë c¸c node m¹ng kh«ng ®îc hiÓn thÞ vµ ë nh÷ng n¬i khã ®Ó qu¶n lý. Thêng th× bøc ®iÖn c¶nh b¸o ®îc göi lu©n phiªn th«ng qua m¹ng c¶m biÕn tíi mét node ®ang ch¹y c¸c tiÖn Ých tr¹ng th¸i m¹ng.
Mét tiÖn Ých tr¹ng th¸i m¹ng lµ mét cæng n¬i mµ ngêi sö dông cã thÓ qu¶n lý tr¹ng th¸i cña m¹ng. Phô thuéc vµo c¸c øng dông, tiÖn Ých tr¹ng th¸i m¹ng cã thÓ lµ:
Mé xö lý nÒn ch¹y trªn mét node m¹ng
Mét xö lý ®ang ch¹y trªn phÇn chuyªn dông cña phÇn cøng(nh lµ Laptop hoÆc PDA) ®îc ®Þnh kú truy nhËp vµo m¹ng.
Mét xö lý ®ang ch¹y t¹i cæng node m¹ng(nÕu cã), ë ®©y ngêi sö dông cã thÓ truy cËp c¸c tiÖn Ých th«ng qua m¹ng Internet.
Trong nhiÒu c¸c øng dông, tiÖn Ých tr¹ng th¸i m¹ng lµ vÊn ®Ò then chèt quyÕt ®Þnh tíi thµnh c«ng cña viÖc thiÕt kÕ m¹ng. MÆc dï m¹ng cã thÓ tù tæ chøc vµ tù vËn hµnh nhng ngêi sö dông mét m¹ng lín vÉn ph¶i ch¾c ch¾n m¹ng ®¶m b¶o c¸c chøc n¨ng cña nã; H¬n n÷a trong nhiÒu c¸c øng dông ®Æc biÖt trong trêng hîp khÈn cÊp tr¹ng th¸i m¹ng ph¶i h÷u dông .
NÕu c¶nh b¸o nguån thÊp ®îc göi th«ng qua chÝnh m¹ng c¶m biÕn, th× node m¹ng ph¶i ®îc thiÕt kÕ ®Î chøc n¨ng thu ph¸t lµ chøc n¨ng sau cïng trong c¸c ®iÒu khiÓn. Cßn c¸c ch¾c n¨ng kh¸c cña node nh sù vËn hµnh Sensor, Actuators vµ giao diÖn ngêi sö dông ph¶i chÊp nhËn sö dông nguån thÊp ®Ó ®¶m b¶o cho chøc n¨ng truyÒn nhËn ®îc thùc hiÖn vµ tÝn hiÖu c¶nh b¸o nguån thÊp ®îc göi
C¸c nguyªn lý thiÕt kÕ node m¹ng c¶m biÕn ®Ó node cã kh¶ n¨ng ®iÒu hoµ nguån thÊp:
- Node m¹ng chØ göi bøc ®iÖn "thay ®æi tr¹ng th¸i" ®¬n tíi vÞ trÝ trung t©m chØ khi nµo c¶nh b¸o nguån thÊp ®îc thiÕt lËp. Nguyªn lý nµy tèi u ho¸ mµo ®Çu lu lîng m¹ng nhng còng cung cÊp mét th«ng tin tèi thiÓu.
- Node m¹ng cã thÓ göi bøc ®iÖn "cËp nhËt tr¹ng th¸i m¹ng" mét c¸ch ®Þnh kú tíi gèc m¹ng. MÆc dï nguyªn lý nµy lµm dµi bøc ®iÖn vËn hµnh m¹ng nhng nã cung cÊp th«ng tin quan träng tíi ngêi sö dông.
- NÕu m¹ng kh«ng hç trî bøc ®iÖn "cËp nhËt tr¹ng th¸i m¹ng", node cã thÓ chia sÎ th«ng tin tr¹ng th¸i nguån tíi tÊt c¶ c¸c node l©n cËn. Node nµy cã thÓ tr¶ lêi c¸c truy vÊn liªn quan tíi tr¹ng th¸i cña nã nÕu nã cã thÓ thùc hiÖn ®îc ®iÒu nµy. Khi nguån cña nã háng c¸c node l©n cËn sÏ th«ng b¸o cho m¹ng lý do node háng.
2.3.4. TËn dông c¸c nguån n¨ng lîng trong tù nhiªn
Trong nhiÒu trêng hîp, viÖc lÊy n¨ng lîng trùc tiÕp tõ m«i trêng cã thÓ ®¶m b¶o cho viÖc vËn hµnh c¸c node m¹ng c¶m biÕn. N¨ng lîng nµy ngêi ta gäi lµ n¨ng lîng s¹ch vµ thuËt ng÷ "energy scavenging" bao gåm quang n¨ng, ®éng n¨ng vµ c¸c nguån n¨ng lîng kh¸c.
C¸c node m¹ng tËn dông n¨ng lîng s¹ch ®îc gäi lµ "live off the land" ®Ó thay thÕ cho nguån n¨ng lîng sö dông bëi chÝnh nã. NÕu ®îc thiÕt kÕ hîp lý c¸c node m¹ng sö dông n¨ng lîng s¹ch cã thÓ rÊt nhá bëi chóng kh«ng cÇn mang theo nguån chøa n¨ng lîng. Nguån n¨ng lîng ®îc lÊy tõ m«i trêng cã biÕn ®éng rÊt lín vµ chóng cã thÓ ®îc ng¾t trong qu¸ tr×nh ho¹t ®éng. Th«ng thêng viÖc ng¾t nguån sÏ ®îc dù ®o¸n tríc, nh lµ viÖc thay ®æi chu kú cña thiÕt bÞ chuyÓn ®éng. Trong trêng hîp kh¸c viÖc ng¾t nguån lµ do sù cè, do ®ã dù b¸o thèng kª thêng ®îc sö dông. X¸c suÊt nguån ngõng ho¹t ®éng lµ rÊt lín bëi v× c«ng suÊt tõ m«i trêng ®ñ cho vËn hµnh kh«ng thÓ ®¶m b¶o...