Trong những năm gần đây, tính hiệu suất cao của Mạng cảm biến không dây đã trở thành nghành nghiên cứu và điều tra số 1. Cảm biến là một thiết bị phản hồi và phát hiện 1 số ít loại nguồn vào tín hiệu vật lý hoặc thiên nhiên và môi trường, ví dụ điển hình như áp suất, nhiệt, ánh sáng, … Đầu ra của cảm biến là tín hiệu điện được truyền đến bộ tinh chỉnh và điều khiển để giải quyết và xử lý thêm. Bài viết này để trình làng đến những bạn tổng quan về những loại mạng cảm biến không dây, phân loại, cũng như ứng dụng của chúng .

Mục lục nội dung

Mạng cảm biến không dây là gì ?

Mạng cảm biến không dây ( Wireless Sensor Networks – WSNs ) là một mạng tập hợp những thiết bị tiếp xúc thông tin tích lũy được từ hiện trường được giám sát trải qua những link không dây, sóng vô tuyến .
WSN gồm có những trạm gốc và những nút. Các nút thường là những cảm biến không dây ( wireless sensors ), có phong cách thiết kế nhỏ gọn, được phân bổ với số lượng lớn trên phạm vị rộng. Các nút này được sử dụng để theo dõi những điều kiện kèm theo vật lý hoặc môi trường tự nhiên như nhiệt độ, âm thanh, rung động, áp suất, hoạt động hoặc những chất ô nhiễm và hợp tác truyền tài liệu của chúng qua mạng tới trạm thu phát ( Sink ) hoặc trạm gốc nơi tài liệu hoàn toàn có thể được quan sát và nghiên cứu 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.

Bạn đang đọc: Mạng cảm biến không dây là gì? Phân loại và ứng dụng của WSN

Cấu trúc của một nút cảm biến không dây

Các nút cảm biến hoàn toàn có thể tiếp xúc với nhau bằng tín hiệu vô tuyến. Một nút cảm biến được tạo thành từ bốn thành phần cơ bản gồm : bộ phận cảm biến, bộ giải quyết và xử lý, bộ thu phát vô tuyến và nguồn cấp. Tuỳ theo ứng dụng đơn cử, nút cảm biến còn hoàn toàn có thể có những thành phần bổ trợ như mạng lưới hệ thống xác định GPS, bộ phát điện và thiết bị di động .
Các đơn vị chức năng cảm biến thường gồm có hai đơn vị chức năng con : cảm biến và bộ chuyển đổi tựa như sang kỹ thuật số ( ADC ). Các tín hiệu tương tự do cảm biến tạo ra được ADC quy đổi thành tín hiệu kỹ thuật số, sau đó được đưa vào bộ giải quyết và xử lý. Đơn vị giải quyết và xử lý thường được link với một đơn vị chức năng tàng trữ nhỏ và nó hoàn toàn có thể quản trị những thủ tục làm cho nút cảm biến cộng tác với những nút khác để thực thi những trách nhiệm cảm biến được giao .
Bộ thu phát liên kết nút với mạng. Một trong những thành phần quan trọng nhất của nút cảm biến là khối nguồn. Các đơn vị chức năng nguồn năng lượng điện hoàn toàn có thể được tương hỗ bởi một đơn vị chức năng thu gom nguồn năng lượng như pin mặt trời. Các đơn vị chức năng con khác của nút phụ thuộc vào vào ứng dụng .

Cấu trúc link mạng cảm biến không dây

Cấu trúc của Mạng cảm biến không dây gồm có những cấu trúc link khác nhau cho mạng tiếp thị quảng cáo vô tuyến. Dưới đây là một cuộc đàm đạo ngắn về cấu trúc link mạng vận dụng cho mạng cảm biến không dây .

Cấu trúc hình sao – Star

Cấu trúc link hình sao là một cấu trúc link truyền thông online, trong đó mỗi nút liên kết trực tiếp với trạm gốc. Trạm gốc duy nhất hoàn toàn có thể gửi hoặc nhận tin nhắn đến 1 số ít nút từ xa. Các nút không được phép gửi thông tin cho nhau .

Ưu điểm

Tính đơn thuần, năng lực giữ mức tiêu thụ điện năng của nút từ xa ở mức tối thiểu. Nó cũng được cho phép thông tin liên lạc có độ trễ thấp giữa nút từ xa và trạm gốc .

Nhược điểm

Trạm gốc phải nằm trong khoanh vùng phạm vi truyền dẫn vô tuyến của tổng thể những nút riêng không liên quan gì đến nhau và năng lực lan rộng ra không bằng những mạng khác do sự nhờ vào của nó vào một trạm gốc để quản trị mạng .

Cấu trúc cây – Tree

Cấu trúc link cây còn được gọi là cấu trúc link hình sao nhiều tầng. Trong cấu trúc link cây, mỗi nút liên kết với một nút được đặt cao hơn trong cây, sau đó gateway .

Ưu điểm

Có thể thuận tiện lan rộng ra mạng và việc phát hiện lỗi cũng trở nên thuận tiện .

Nhược điểm

phụ thuộc vào rất nhiều vào cáp bus, nếu nó bị hỏng, toàn bộ mạng sẽ sụp đổ .

Cấu trúc link lưới – Mesh

Các cấu trúc link Mesh được cho phép truyền tài liệu từ nút này sang nút khác, nằm trong khoanh vùng phạm vi truyền dẫn vô tuyến của nó. Điều này được cho phép cái được gọi là truyền thông online đa bước, nghĩa là, nếu một nút muốn gửi một thông điệp đến một nút khác nằm ngoài khoanh vùng phạm vi liên lạc vô tuyến, nó hoàn toàn có thể sử dụng một nút trung gian để chuyển tiếp thông điệp đến nút mong ước .

Ưu điểm

Có lợi thế về năng lực dự trữ và năng lực lan rộng ra. Nếu một nút riêng không liên quan gì đến nhau bị lỗi, một nút từ xa vẫn hoàn toàn có thể tiếp xúc với bất kể nút nào khác trong khoanh vùng phạm vi của nó, do đó, hoàn toàn có thể chuyển tiếp thông điệp đến vị trí mong ước. Ngoài ra, khoanh vùng phạm vi của mạng không nhất thiết bị số lượng giới hạn bởi khoanh vùng phạm vi giữa những nút đơn lẻ ; nó chỉ hoàn toàn có thể được lan rộng ra bằng cách thêm nhiều nút hơn vào mạng lưới hệ thống .

Nhược điểm

Tiêu thụ nguồn năng lượng cho những nút tiến hành tiếp thị quảng cáo đa bước thường cao hơn so với những nút không có năng lực này, thường làm hạn chế tuổi thọ pin. Ngoài ra, khi số lượng những bước truyền thông tin đến đích tăng lên, thời hạn để gửi thông điệp cũng tăng lên. Ngân sách chi tiêu góp vốn đầu tư mạng lưới lớn và yên cầu vốn góp vốn đầu tư nhiều .

Các loại mạng cảm biến không dây

Tùy thuộc vào môi trường, các loại mạng được quyết định để chúng có thể được triển khai dưới nước, dưới lòng đất, trên cạn,… Các loại WSN khác nhau bao gồm:

Xem thêm: Những ứng dụng cho điện thoại smartphone hay và cần thiết nhất

WSN trên cạn ( Terrestrial wireless sensor networks )

Các WSN trên mặt đất có năng lực tiếp xúc những trạm gốc một cách hiệu suất cao và gồm có hàng trăm đến hàng nghìn nút cảm biến không dây được tiến hành theo cách phi cấu trúc hoặc có cấu trúc ( được lên kế hoạch trước ). Trong WSN này, nguồn pin bị hạn chế ; tuy nhiên, pin được trang bị pin mặt trời như một nguồn nguồn năng lượng thứ cấp .

WSN ngầm ( Underground wireless sensor networks )

Mạng cảm biến không dây ngầm đắt hơn mạng WSN trên mặt đất về mặt tiến hành, bảo dưỡng. Mạng WSNs gồm có một số ít nút cảm biến được ẩn trong lòng đất để theo dõi những điều kiện kèm theo dưới lòng đất. Để chuyển tiếp thông tin từ những nút cảm biến đến trạm gốc, những nút chìm bổ trợ được đặt trên mặt đất .
Các mạng cảm biến không dây ngầm được tiến hành trong lòng đất rất khó để sạc pin lại. Thêm vào đó, môi trường tự nhiên ngầm khiến tiếp xúc không dây trở thành một thử thách do mức độ suy giảm và mất tín hiệu cao .

WSN dưới nước ( Under Water wireless sensor networks )

Hơn 70 % diện tích quy hoạnh toàn cầu là nước. Các mạng này gồm có một số ít nút cảm biến và những phương tiện đi lại được tiến hành dưới nước. Các phương tiện đi lại tự hành dưới nước được sử dụng để thu thập dữ liệu từ những nút cảm biến này. Một thử thách của liên lạc dưới nước là độ trễ truyền dài, băng thông và cảm biến bị lỗi .
Ở dưới nước, WSN được trang bị một loại pin hạn chế không hề sạc lại hoặc thay thế sửa chữa. Vấn đề bảo tồn nguồn năng lượng cho những WSN dưới nước tương quan đến sự tăng trưởng của những kỹ thuật mạng và tiếp thị quảng cáo dưới nước .

WSN đa phương tiện ( Multimedia wireless sensor networks )

Mạng cảm biến không dây đa phương tiện đã được đề xuất kiến nghị để cho phép theo dõi và giám sát những sự kiện dưới dạng đa phương tiện, ví dụ điển hình như hình ảnh, video và âm thanh. Các mạng này gồm có những nút cảm biến ngân sách thấp được trang bị micrô và máy ảnh. Các nút này được liên kết với nhau qua liên kết không dây để nén tài liệu, truy xuất tài liệu và đối sánh tương quan .

Những thử thách với WSN đa phương tiện là tiêu thụ nguồn năng lượng cao, nhu yếu băng thông cao, giải quyết và xử lý tài liệu và kỹ thuật nén. Ngoài ra, nội dung đa phương tiện nhu yếu băng thông cao để nội dung được truyền tải đúng cách và thuận tiện .

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

Các mạng này gồm có một tập hợp những nút cảm biến hoàn toàn có thể tự chuyển dời và hoàn toàn có thể tương tác với thiên nhiên và môi trường vật lý. MWSN linh động hơn nhiều so với WSN tĩnh vì những nút cảm biến hoàn toàn có thể được tiến hành trong bất kể trường hợp nào và đối phó với những biến hóa cấu trúc link nhanh gọn .. Ưu điểm của MWSN so với mạng cảm biến không dây tĩnh gồm có khoanh vùng phạm vi phủ sóng tốt hơn và được cải tổ, hiệu suất cao nguồn năng lượng tốt hơn, dung tích kênh tiêu biểu vượt trội, v.v.

Ứng dụng mạng cảm biến không dây

Ứng dụng trong môi trường và ngành nông nghiệp

Kiểm tra những điều kiện kèm theo thiên nhiên và môi trường tác động ảnh hưởng tới mùa màng và vật nuôi, thực trạng nước tưới, kiểm tra thiên nhiên và môi trường không khí, đất trồng, phát hiện cháy rừng ; nghiên cứu và điều tra khí tượng và địa lý ; phát hiện lũ lụt ; vẽ map sinh học phức tạp của thiên nhiên và môi trường và điều tra và nghiên cứu ô nhiễm môi trường tự nhiên .

Ứng dụng trong y tế và giám sát sức khoẻ

Kiểm tra thực trạng của bệnh nhân ; chẩn đoán ; quản trị dược phẩm trong bệnh viện ; kiểm tra sự vận động và di chuyển và những chính sách sinh học bên trong của côn trùng nhỏ và những loài sinh vật nhỏ khác ; kiểm tra từ xa những số liệu về sinh lý con người ; giám sát, kiểm tra những bác sĩ và bệnh nhân bên trong bệnh viện .

Ứng dụng trong quân sự

Một số ứng dụng của mạng cảm biến trong quân sự chiến lược hoàn toàn có thể kể đến : kiểm tra lực lượng, trang bị, đạn dược, giám sát mặt trận, trinh thám vùng và lực lượng địch, tìm tiềm năng, nhìn nhận thiệt hại trận đánh, trinh thám và phát hiện những vũ khí hóa học – sinh học – hạt nhân .

Tự động hoá gia đình, Smart Home
Giám sát và điều khiển công nghiệp

Mạng cảm biến không dây được ứng dụng trong linh vực này chủ yêu phục vụ việc tích lũy thông tin, giám sát trạng thái hoạt động giải trí của mạng lưới hệ thống như trạng thái những van, trạng thái thiết bị, nhiệt độ và áp suất, …

Những thử thách của WSN

Những thử thách khác nhau trong mạng cảm biến không dây gồm có những điều sau đây .

Khả năng chịu lỗi

Một số nút cảm biến ngừng hoạt động do mất nguồn nên có thể xảy ra hư hỏng vật lý. Khả năng chịu lỗi không gì khác ngoài khả năng duy trì các chức năng của mạng cảm biến mà không bị gián đoạn do lỗi của các nút cảm biến.

Xem thêm: Hướng dẫn Cách tải Facebook về máy tính Laptop nhanh

Tính ổn đinh khi mở rộng hệ thống

Số lượng nút được sử dụng trong khu vực phát hiện hoàn toàn có thể theo thứ tự hàng nghìn, hàng trăm và sơ đồ định tuyến phải đủ năng lực lan rộng ra để phản hồi những sự kiện .

Chi phí sản xuất

Mạng cảm biến gồm có nhiều nút cảm biến ; trong đó giá một nút là rất quan trọng để xác nhận ngân sách của mạng toàn diện và tổng thể và do đó giá của mỗi nút cảm biến phải được giữ ở mức thấp .