Tài liệu Nghiên cứu mã sửa lỗi trong mạng cảm biến không dây luận văn ths. kỹ thuật điện tử - viễn thông

Nghiên cứu mã sửa lỗi trong mạng cảm biến không dây 2012 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ ----------***---------- TRẦN TRỌNG NGHĨA NGHIÊN CỨU MÃ SỬA LỖI TRONG MẠNG CẢM BIẾN KHÔNG DÂY LUẬN VĂN THẠC SĨ CÔNG NGHỆ ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG Hà Nội, 2012 Học viên: Trần Trọng Nghĩa Trang 1 Nghiên cứu mã sửa lỗi trong mạng cảm biến không dây 2012 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ ----------***---------- TRẦN TRỌNG NGHĨA NGHIÊN CỨU MÃ SỬA LỖI TRONG MẠNG CẢM BIẾN KHÔNG DÂY Ngành: Công nghệ Điện tử - Viễn thông Chuyên Ngành: Kỹ thuật Điện tử Mã số: 60 52 70 LUẬN VĂN THẠC SĨ CÔNG NGHỆ ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC : PGS.TS. VƯƠNG ĐẠO VY Hà Nội - 2012 Học viên: Trần Trọng Nghĩa Trang 2 Nghiên cứu mã sửa lỗi trong mạng cảm biến không dây 2012 MỤC LỤC Danh mục các thuật ngữ ..................................................................................... 3 Danh mục các hình vẽ ......................................................................................... 5 Danh mục các bảng ............................................................................................. 6 Mở đầu................................................................................................................ 7 CHƢƠNG 1.TỔNG QUAN VỀ MẠNG CẢM BIẾN KHÔNG DÂY ..................... 11 Mạng cảm biến không dây ............................................................................... 11 1.1. Các ứng dụng mạng cảm biến không dây ................................................... 11 1.2. Thách thức trong mạng cảm biến không dây .............................................. 21 1.3. Đặc điểm của mạng cảm biến không dây ................................................... 24 1.4. Kiến trúc và giao thức phân tầng mạng cảm biến không dây ...................... 25 2. Giới thiệu chuẩn không dây IEEE 802.15.4 ..................................................... 30 2.1. Lớp vật lý của chuẩn IEEE 802.15.4.......................................................... 30 2.2. Lớp vật lý chuẩn IEEE 802.15.4 tại dải tần 2.4 GHz .................................. 32 3. Kết luận chương .............................................................................................. 34 CHƢƠNG 2.MÃ SỬA LỖI....................................................................................... 35 1. Giới thiệu về hệ truyền tin ............................................................................... 35 1.1. Mô hình hệ truyền tin ................................................................................ 35 1.2. Phân loại kênh truyền ................................................................................ 36 1.3. Hiệu suất kênh truyền ................................................................................ 37 2. Mã sửa lỗi trong mạng cảm biến không dây ..................................................... 37 2.1. Mã khối tuyến tính .................................................................................... 38 2.2. Hội chứng lỗi và sửa lỗi............................................................................. 41 2.3. Khoảng cách tối thiểu của mã khối tuyến tính ............................................ 45 2.4. Khả năng phát hiện lỗi và khả năng sửa lỗi của mã khối tuyến tính ............ 45 2.5. Mã Hamming ............................................................................................ 47 2.6. Mã dịch vòng tuyến tính ............................................................................ 50 3. Kết Luận Chương ............................................................................................ 55 CHƢƠNG 3.ÁP DỤNG MÃ SỬA LỖI - MẠNG CẢM BIẾN KHÔNG DÂY ...... 56 1. 1. 2. 3. 4. Đặc trưng lỗi trong mạng cảm biến không dây ................................................. 56 Ứng dụng mã sửa lỗi trong việc khắc phục mẫu lỗi 1 bit, mẫu lỗi 2 bit ............ 58 Hiệu quả kênh truyền khi áp dụng mã sửa lỗi................................................... 61 Kết luận Chương ............................................................................................. 65 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .......................................................................... 58 TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................. 59 Học viên: Trần Trọng Nghĩa Trang 4 Nghiên cứu mã sửa lỗi trong mạng cảm biến không dây 2012 DANH MỤC CÁC THUẬT NGỮ Chữ đầy đủ Chữ viết tắt Nghĩa tiếng Việt WSNs Wireless Sensor Networks Mạng cảm biến không dây GPS Global Positioning System Hệ thống định vị toàn cầu WINS Wireless Integrated Network Sensors Cảm biến mạng tích hợp không dây CDMA Code Division Multiple Access Đa truy nhập phân chia theo mã TDMA Time Division Multiple Access Đa truy nhập phân chia theo thời gian CSMA Truy cập đường truyền có lắng Carrier Sense Multiple Access nghe sóng mang. SPIN Sensor protocols for information via Giao thức cho thông tin dữ liệu thông qua đàm phán negotiation LEACH Low-energy adaptive clustering Giao thức phân cấp theo cụm thích ứng năng lượng thấp hierarchy PEGASIS Power-efficient Gathering in Sensor Tổng hợp năng lượng trong các Information Systems hệ thống thông tin cảm biến GAF Geographic adaptive fidelity Giải thuật chính xác theo địa lý GEAR Geographic and Energy-Aware Định tuyến theo vùng địa lý sử dụng hiệu quả năng lượng Routing TEEN Threshold sensitive Energy Efficient Giao thức hiệu quả về năng lượng nhạy cảm với mức sensor Network protocol ngưỡng APTEEN Adaptive Threshold sensitive Energy Giao thức hiệu quả về năng Efficient sensor Network protocol lượng nhạy cảm với mức ngưỡng thích ứng SPEED A Spatiotemporal Communication Giao thức truyền tin không Protocol QoS for Wireless Sensor gian-thời gian cho mạng cảm Network biến không dây Quality of Service Chất lượng dịch vụ Học viên: Trần Trọng Nghĩa Trang 5 Nghiên cứu mã sửa lỗi trong mạng cảm biến không dây SMP 2012 giao thúc quản lí mạng cảm Sensor Management Protocol biến TADAP Task Assignment and Data giao thức quảng bá dữ liệu và chỉ định nhiệm vụ cho từng Advertisement Protocol sensor SQDDP Sensor Query and Data giao thức phân phối dữ liệu và Dissemination Protocol truy vấn cảm biến ADC Analog-to-Digital Converter Bộ chuyển đổi tương tự - Số MAC Media Access Control Điều khiển truy nhập môi trường ADV Advertise Bản tin quảng bá REQ Request Bản tin yêu cầu DS - SS Directed-Sequence Spread Spectrum Trải phổ tuần tự BS Base Station (Sink) Trạm gốc CH Cluster Head Nút chủ cụm ECC Error Correcting Code Mã sửa lỗi FEC Forward Error Correction Mã sửa lỗi chuyển tiếp ARQ Auto Repeat Request Tự động yêu cầu phát lại Học viên: Trần Trọng Nghĩa Trang 6 Nghiên cứu mã sửa lỗi trong mạng cảm biến không dây 2012 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình 1.1: Ứng dụng mạng cảm biến không dây trong quân sự[6] ...................... 12 Hình 1.2: Ứng dụng mạng cảm biến không dây trong chăm sóc sức khỏe[6] ..... 15 Hình 1.3: Cấu trúc mạng cảm biến không dây[6]............................................... 23 Hình 1.4: Giao thức phân tầng trong mạng cảm biến không dây[6]. .................. 24 Hình 1.5: Các dải tần vật lý trong chuẩn không dây IEEE 802.15.4[6]. ............. 29 Hình 1.6: Mô hình mạng theo chuẩn IEEE 802.15.4[6] ..................................... 30 Hình 1.7: Điều chế trong lớp vật lý chuẩn IEEE 802.15.4[4] ............................. 31 Hình 1.8: Các pha điều chế trong O-QPSK[4] ................................................... 32 Hình 2.1: Mô hình hệ truyền tin[7]. ................................................................... 33 Hình 2.2: xác suất a) kênh truyền đối xứng nhị phân; b) kênh truyền nhị phân có xóa[7]................................................................................................................ 34 Hình 2.3: Hai kiểu truyền giữa đầu phát và đầu thu[7]....................................... 35 Hình 2.4: Định dạng của một từ mã[7]. ............................................................ .37 Hình 2.5: Mạch điện tử mã hóa cho mã khối tuyến tính[7] ................................ 39 Hình 2.6: Mạch điện tử với hội chứng lỗi cho hệ thống mã hóa tuyến tính (n,k)[7] .............................................................................................................. 41 Hình 2.7 : Mạch điện mã hóa cho mã dịch vòng tuyến tính (n,k) với đa thức sinh[7] ............................................................................................................... 51 Hình 2.8: Mạch điện mã hóa cho mã dịch vòng tuyến tính dựa trên đa thức kiểm lỗi h(X)=1+h1X+…+Xk[7] ............................................................................... .51 Hình 2.9: Mạch điện logic với n-k trạng thái lỗi[7]............................................ 52 Hình 3.1: Tỉ lệ mất gói khoảng cách[9] ............................................................ .55 Hình 3.2: Chiều dài khối lỗi [10]. ...................................................................... 56 Hình 3.3: Ảnh hưởng lỗi bit dẫn đường lên tỉ lệ gói tin[10] ............................... 57 Hình 3.4: Cách chèn bit dư thừa trong mã Hamming ........................................ 58 Hình 3.5: Giản đồ kênh truyền .......................................................................... 56 Học viên: Trần Trọng Nghĩa Trang 7 Nghiên cứu mã sửa lỗi trong mạng cảm biến không dây 2012 DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1: Các dải tần dành cho các ứng dụng Công nghiệp, khoa học và y tế ISM ................................................................................................................... 27 Bảng 1.2: Dải tần số và tốc độ của lớp vật lý chuẩn IEEE 802.15.4[6] .............. 29 Bảng 1.3 : Ánh xạ các ký tự sang giá trị chip[4]. ............................................... 31 Bảng 2.1 : Bảng từ mã Hamming (7,4,3). .......................................................... 46 Bảng 2.2: Bảng các giá trị của mẫu lỗi e............................................................ 48 Bảng 2.3: Bảng giải mã cho mã dịch vòng tuyến tính (7,4) với đa thức sinh g(X)=1+X+X3[7]............................................................................................... 53 Học viên: Trần Trọng Nghĩa Trang 8 Nghiên cứu mã sửa lỗi trong mạng cảm biến không dây 2012 MỞ ĐẦU Trong quá trình phát triển khoa học, những cuộc các mạng về công nghệ đóng một vai trò rất quan trọng, làm thay đổi từng ngày từng giờ cuộc sống của con người, theo hướng hiện đại hơn. Đi đôi với quá trình phát triển ấy, những thay đổi theo chiều hướng xấu, do chính tác động của con người đối với tự nhiên, đối với môi trường sống cũng đang diễn ra, tác động ngược trở lại; như ô nhiễm môi trường, thay đổi khí hậu, hiệu ứng nhà kính, v.v... Áp dụng các công nghệ của các ngành điện tử, công nghệ thông tin và viễn thông vào trong thực tiễn cuộc sống là yêu cầu cấp thiết nhằm đạt được chất lượng cuộc sống tốt hơn. Công nghệ cảm biến không dây được tích hợp từ các công nghệ: kỹ thuật điện tử, tin học và viễn thông, được ứng dụng rộng rãi phục vụ các nhu cầu, các mục đích khác nhau của con người. Rất nhiều chuẩn công nghệ không dây ra đời: chuẩn không dây IEEE 802.11b, IEEE 802.11g, IEEE 802.11n, bluetooth, IEEE 802.15.4 ... trong đó các chuẩn không dây phù hợp với mức tiêu thụ năng lượng thấp được chú trọng nghiên cứu và phát triển, giải quyết được nhiều vấn đề từ sự tương tác giữa con người với tự nhiên. Tuy nhiên quá trình truyền tin trong công nghệ mạng không dây luôn xảy ra tình trạng lỗi, truyền sai thông tin do tác động nhiễu của môi trường. Trên cơ sở đó các kỹ thuật sửa lỗi được nghiên cứu để phục vụ cho việc tối ưu kênh truyền, tối ưu năng lượng, tăng độ tin cậy kênh truyền trong hệ thống mạng cảm biến không dây. Với mục đích đó, em đã quyết định nghiên cứu và xây dựng luận văn tốt nghiệp: “Nghiên cứu mã sửa lỗi trong mạng cảm biến không dây ”. Nội dung tìm hiểu của luận văn gồm 3 chương, trình bày các vấn đề sau: Chương 1: Tổng quan về mạng cảm biến không dây Giới thiệu tổng quan về mạng cảm biến không dây: Trong đó nêu rõ vai trò phạm vi ứng dụng, cũng như những thách thức gặp phải. Chương 1 cũng tìm hiểu các chức năng nhiệm vụ của từng phân lớp trong mô hình kiến trúc mạng, đồng thời giới thiệu về chuẩn không dây thường được sử dụng trong mạng cảm biến: chuẩn không dây IEEE 802.15.4. Chương 2: Mã sữa lỗi Chương 2 giới thiệu những kiến thức cơ bản về mô hình truyền tin, điều kiện các kênh truyền, và các kỹ thuật sửa lỗi được sử dụng cho mạng truyền dữ liệu nói chung và mạng không dây nói riêng. Chương này sẽ tập trung giới thiệu kỹ thuật mã sửa lỗi chuyển tiếp, thường được sử dụng để sửa các mẫu lỗi đơn bit, sửa các mẫu lỗi hai bit trong truyền dữ liệu. Trong đó, sẽ đi sâu tìm hiểu mã khối Học viên: Trần Trọng Nghĩa Trang 9 Nghiên cứu mã sửa lỗi trong mạng cảm biến không dây 2012 tuyến tính, mã Hamming, mã dịch vòng được ứng dụng nhiều trong kỹ thuật sửa lỗi chuyển tiếp. Chương 3: Áp dụng mã sửa lỗi trong mạng cảm biến không dây Chương này sẽ khảo sát những tình huống lỗi đặc trưng của mạng cảm biến không dây, đồng thời tính toán giải quyết bài toán sửa lỗi truyền dữ liệu trong mạng cảm biến không dây; đánh giá hiệu quả các kỹ thuật sửa lỗi được áp dụng. Với khuôn khổ và mục tiêu của đề tài khá rộng lớn, nhưng kinh nghiệm của bản thân còn nhiều hạn chế nên luận văn không thể tránh khỏi những thiếu sót. Rất mong nhận được ý kiến đóng góp của các thầy cô giáo cùng các bạn bè đồng nghiệp để luận văn có thể hoàn thiện hơn. Xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới thầy giáo hướng dẫn PGS.TS Vƣơng Đạo Vy đã định hướng, hướng dẫn, quan tâm giúp đỡ em trong quá trình thực hiện và hoàn thành bản luận văn này. Xin chân thành cảm ơn các thầy, cô giáo trong khoa Điện tử - Viễn thông trường Đại Học Công Nghệ, đã hỗ trợ những kiến thức quí báu. Xin chân thành cảm ơn tất cả ! Hà Nội, ngày 12 tháng 05 năm 2012 Học viên Trần Trọng Nghĩa Học viên: Trần Trọng Nghĩa Trang 10 Nghiên cứu mã sửa lỗi trong mạng cảm biến không dây CHƢƠNG 1. 1. 2012 TỔNG QUAN VỀ MẠNG CẢM BIẾN KHÔNG DÂY Mạng cảm biến không dây Mạng cảm biến không dây (Wireless Sensor Networks) là một mạng cảm biến, tập hợp nhiều thiết bị cảm biến, sử dụng cách thức liên kết truyền tin không dây (sóng vô tuyến,) để thực hiện kết nối các nút mạng với nhau. Các nút mạng cảm biến thực hiện tương tác với môi trường tự nhiên, như giám sát các chỉ số môi trường; cập nhật trạng thái của các sự kiện, hoặc các hiện tượng xảy ra trong môi trường khác nhau. Môi trường tương tác có thể là thế giới vật lý, hệ thống sinh học. Các thông số cần cập nhất thông qua mạng cảm biến thường là: nhiệt độ, độ ẩm, hướng gió, cường độ sáng, cường độ rung, cường độ âm thanh, mức điện áp, nồng độ hóa chất, mức độ ô nhiễm, hay các chức năng trên cơ thể sống. Mạng cảm biến không dây bao gồm nhiều nút mạng hoạt động độc lập, thực hiện cảm biến, tương tác với môi trường, có khả năng điều khiển, đo lường các thông số vật lý. Các nút mạng liên kết với nhau để hoàn thành tất cả các tác vụ, bởi nếu một nút mạng hoạt động đơn lẻ thì không thể đảm nhận hết các nhiệm vụ: cảm biến môi trường, xử lý, truyền tin... Lý do chính phải sử dụng kết nối không dây là hệ thống các mạng cảm biến thường được xây dựng từ hàng trăm đến hàng nghìn nút mạng, nên việc đi dây cho từng nút mạng là không khả thi. Mạng cảm biến không dây rất hữu ích, hỗ trợ nhiều ứng dụng khác nhau trong thế giới thực, trong đó lợi ích to lớn do mạng cảm biến không dây mang lại chính là khả năng triển khai trên bất kỳ các loại địa hình, địa lý nào, ngay cả trong những môi trường nguy hiểm, mà việc đi dây cho các nút mạng cảm biến được không thể tiến hành được. Tính năng tự tổ chức, tự cấu hình, là tính năng đặc trưng trên mỗi nút mạng, tăng khả năng mềm dẻo linh hoạt cho hệ thống mạng cảm biến không dây. Vì thế, rất phù hợp khi phải triển khai mạng cảm biến không dây cho những ứng dụng trong khu vực rộng lớn, đảm bảo khả năng xử lý, tính toán hiệu quả cao. Từ sự trợ giúp của hệ thống mạng cảm biến không dây, con người đã thực hiện nhiều mô hình tương tác, khám phá ra nhiều hiện tượng, bản chất của các sự vật trong tự nhiên, mà trước đây chưa có điều kiện tìm hiểu nghiên cứu. 1.1. Các ứng dụng mạng cảm biến không dây Mạng cảm biến không dây được áp dụng trong rất nhiều lĩnh vực của cuộc sống. Dựa vào những đặc điểm cơ bản của từng nút mạng, sự khác nhau trong vai trò, nhiệm vụ, có thể phân chia các nút mạng trong mạng cảm biến không dây thành những nút mạng chính như sau: nút mạng đóng vai trò nút mạng cảm biến, hoạt động cảm biến môi trường và truyền dữ liệu; nút mạng đóng vai trò nút mạng chuyển tiếp, cũng có thể gọi là nút mạng gốc, có nhiệm vụ điều khiển, nhận dữ liệu và chuyển tiếp dữ liệu tới hệ thống xử lý. Dựa trên mối quan hệ, liên kết, Học viên: Trần Trọng Nghĩa Trang 11 Nghiên cứu mã sửa lỗi trong mạng cảm biến không dây 2012 tương tác giữa các nút mạng, cho phép xây dựng các mô hình mạng cảm biến phục vụ cho mục đích nghiên cứu hay nhằm nâng cao chất lượng cuộc sống:  Mô hình phát hiện sự kiện: Khi các nút mạng cảm biến hoạt động, cảm biến tương tác với môi trường, cập nhật về tần suất xuất hiện của một sự kiện cần theo dõi theo quy chuẩn, sau đó xử lý và truyền thông tin tới các nút mạng nguồn, nút mạng nguồn tập hợp các thông tin này từ nhiều nút mạng cảm biến, xử lý và chuyển tiếp thông tin này về hệ thống xử lý cao hơn. Sự kiện có thể là một sự kiện đơn giản do một nút mạng cảm biến đơn lẻ phát hiện hoặc có thể là một sự kiện phức tạp, do nhiều nút cảm biến cùng đảm nhận  Mô hình cập nhật, tính toán giá trị đo hoặc thông số môi trường: Có những giá trị vật lý như nhiệt độ, độ ẩm, có thể thay đổi từ giá trị này sang giá trị khác. Mạng cảm biến sẽ thực hiện việc cảm biến, ghi nhận lại những thay đổi giá trị và xấp xỉ hoặc tính gần đúng các biến đổi của giá trị đo, thành những hàm toán học trong việc giới hạn mẫu đo tại các nút cảm biến.  Mô hình theo dõi những đối tượng di động: Có nhiều nguồn sự kiện, đối tượng cần nghiên cứu có tính di động, vì vậy việc nghiên cứu các sự kiện này là rất khó khăn. Mạng cảm biến không dây có thể hỗ trợ cho hướng nghiên cứu này, cập nhật thông số đối tượng nghiên cứu, kể cả khi các đối tượng di chuyển, và truyền dữ liệu về các nút mạng nguồn. Trong mô hình này, các nút mạng cảm biến sẽ liên kết với nhau, thường xuyên cập nhật kết quả trước khi gửi đến nút mạng nguồn. Thông qua các mô hình ứng dụng của mạng cảm biến không dây, tùy theo mục đích nghiên cứu khoa học, khám phá thế giới tự nhiên cho đến mục đích phục vụ chất lượng cuộc sống con người, có thể lựa chọn mô hình phù hợp với từng ứng dụng cụ thể. Có rất nhiều ứng dụng từ mạng cảm biến không dây đã được triển khai trong dịch vụ chăm sóc sức khỏe tại các bệnh viện, phát triển hệ thống ngôi nhà thông minh, hoặc là giảm thiểu những hy sinh của con người khi có chiến tranh xảy ra... 1.1.1. Ứng dụng trong quân sự Mạng cảm biến không dây là một phần ứng dụng không thể thiếu trong các hoạt động quân sự ngày nay, cho phép xây dựng các hệ thống quân sự hiện đại (C4ISRT): phục vụ hệ thống chỉ huy quân sự; phục vụ hệ thống tính toán số liệu; thu thập tin tức tình báo, liên lạc, thiết lập vùng theo dõi, trinh sát và xác định mục tiêu. Nhờ đặc tính triển khai nhanh chóng, có khả năng tự tổ chức, tự cấu hình, nên mạng cảm biến rất phù hợp với nhiều hoạt động trong môi trường squân sự. Có nhiều lợi ích khi áp dụng mạng cảm biến không dây, nổi bật nhất là triển khai mạng với mật độ nút mạng cao, rất nhiều nút mạng trên một diện tích, Học viên: Trần Trọng Nghĩa Trang 12 Nghiên cứu mã sửa lỗi trong mạng cảm biến không dây 2012 giá rẻ, chỉ sử dụng một lần, cho dù bị phía đối địch phá huỷ một phần các nút mạng cảm biến cũng không ảnh hưởng tới hoạt động chung của mạng. Triển khai với mật độ cao giúp tăng cường mục tiêu tiếp cận chiến trường, thuận tiện cho việc đánh giá tình hình, ra lệnh chỉ huy kịp thời, nhanh chóng với những thay đổi trên chiến trường. Các ứng dụng mạng cảm biến không dây đã được triển khai trong lĩnh vực quân sự thường là các ứng dụng trong kiểm tra lực lượng, trong kiểm tra trang bị khí tài quân sự, giám sát tình hình chiến trường, trinh sát vùng đóng quân và lực lượng địch, xác định mục tiêu cần tiêu diệt, phát hiện các vũ khí hóa học - sinh học - hạt nhân (NCB).  Ứng dụng kiểm tra lực lượng, trang bị khí tài quân sự: Các nhà lãnh đạo trung ương và các chỉ huy ở chiến trường có thể kiểm tra thường xuyên tình trạng của quân lính, điều kiện và khả năng sẵn sàng chiến đấu của các trang bị, khí tài quân sự trên các chiến trường chính. Khi đó mỗi người lính, phương tiện chiến tranh, trang bị khí tài quân sự đều được gắn một cảm biến, thông tin về tình hình, trạng thái sẽ được các nút mạng này cập nhật thường xuyên. Các cập nhật này được tập hợp tại một nút nguồn và được gửi tới người chỉ huy chính, hoặc hệ thống xử lý có thẩm quyền. Các số liệu này có thể được chuyển tiếp tới các bộ phận chỉ huy cấp cao hơn cùng với các số liệu từ các đơn vị khác.  Ứng dụng theo dõi chiến trường : Tại các vùng có vị trí chiến lược quan trọng: các tuyến tiếp cận, các con đường và eo biển, triển khai mạng cảm biến không dây có thể theo dõi hoạt động của đối phương một cách rõ ràng, bí mật. Trên bản đồ thao tác chiến trường, thông tin từ những vị trí chiến lược được các nút mạng cảm biến cập nhật thường xuyên, giúp cho việc theo dõi tình hình chiến sự được chính xác, kịp thời đưa ra chiến sách đúng.  Ứng dụng trinh sát lực lượng đối phương: Khi các cảm biến không dây được triển khai tại các vùng chiến lược, sẽ thu thập thông tin tình báo có giá trị, chi tiết và kịp thời về tình hình phía địch rất nhanh chóng trong một vài phút trước khi bị đối phương ngăn chặn, phá hủy.  Ứng dụng xác định mục tiêu: Mạng cảm biến có thể được kết hợp chặt chẽ với các hệ thống hướng đạo trong các quân trang thông minh để xác định mục tiêu quân sự chính xác.  Ứng dụng đánh giá thiệt hại của trận đánh: Ngay trước hoặc sau khi tấn công diễn ra, các cảm biến có thể được triển khai trong vùng mục tiêu, từ các số liệu tổng hợp có thể đánh giá thiệt hại trận chiến một cách nhanh chóng.  Ứng dụng trinh sát, phát hiện các vũ khí hóa học, sinh học, hạt nhân: Trong các cuộc chiến tranh sinh học và hóa học, việc phát hiện chính xác và kịp thời các tác nhân chính của vũ khí sinh hóa được sử dụng là điều rất quan Học viên: Trần Trọng Nghĩa Trang 13 Nghiên cứu mã sửa lỗi trong mạng cảm biến không dây 2012 trọng. Các cảm biến được triển khai trong vùng chiếm đóng và được sử dụng như các hệ thống cảnh báo vũ khí sinh hóa, hệ thống cảnh báo sẽ thu thập những thông tin về các tác nhân có thể gây nguy hiểm, gây thương vong và cảnh báo cho người lính được biết, nhằm trang bị các khí tài phòng độc trước khi vào chiến trường. Mạng cảm biến còn được dùng để giám sát các vùng sau khi xảy ra các cuộc tấn công sinh, hóa và hạt nhân. Với mạng cảm biến không dây có thể thu thập được những thông tin trinh sát về vũ khí hạt nhân, vũ khí hóa học chính xác mà không phải đưa các đội trinh sát vào vùng bức xạ nguy hiểm, gây ra thương vong về con người. Hình 1.1: Ứng dụng mạng cảm biến không dây trong quân sự[6]  Ứng dụng triển khai hệ thống chiến tranh thông minh: Mạng cảm biến có thể được triển khai trên xe không người lái, xe tăng, máy bay chiến đấu, tàu ngầm, tên lửa hoặc ngư lôi, đưa ra hướng dẫn, chỉ đường cho chúng tiến tới mục tiêu, đồng thời phối hợp cùng với các thiết bị quân sự khác để tham gia tấn công hoặc phòng thủ theo chiến lược 1.1.2. Ứng dụng giám sát môi trường Một số các ứng dụng về môi trường của mạng cảm biến bao gồm theo dõi sự di chuyển của các loài chim, loài thú nhỏ, côn trùng; kiểm tra các điều kiện môi trường ảnh hưởng tới mùa màng và vật nuôi; tình trạng nước tưới nông nghiệp; các công cụ vệ tinh cho việc giám sát mặt đất ở phạm vi rộng và thám hiểm các hành tinh; phát hiện hóa học, sinh học; tính toán trong nông nghiệp; kiểm tra môi trường không khí, đất trồng, biển; phát hiện cháy rừng; nghiên cứu khí tượng và địa lý; phát hiện lũ lụt, động đất; vẽ bản đồ sinh học phức tạp của môi trường và nghiên cứu ô nhiễm .  Ứng dụng cảnh báo, phát hiện cháy rừng: Các nút cảm biến có thể triển khai dày đặc, tự do ở các vị trí cần thiết nên chúng có thể cung cấp tin tức chính xác về nhiệt độ thu được so với ngưỡng báo động tại những khu vực có nguy cơ cháy rừng cao và đưa ra cảnh báo về Học viên: Trần Trọng Nghĩa Trang 14 Nghiên cứu mã sửa lỗi trong mạng cảm biến không dây 2012 cháy rừng trước khi xuất hiện đám cháy chưa thể lan rộng đến nỗi không kiểm soát được. Hàng nghìn nút cảm biến có thể được triển khai và tích hợp với nhau thông qua hệ thống quang và các tần số vô tuyến. Ngoài ra, các nút cảm biến còn được trang bị các kỹ thuật tự cấp nguồn hiện đại, sử dụng cấp nguồn với pin mặt trời, để các cảm biến có thể tự duy trì trong nhiều tháng, thậm chí nhiều năm. Các nút cảm biến sẽ phối hợp với các nút khác để kiểm tra thông số nhiệt độ môi trường, chống lại các trở ngại như các cành cây, khối đá làm cản trở “tầm nhìn” của các cảm biến.  Ứng dụng xây dựng bản đồ sinh học phức tạp của môi trường: Việc lập bản đồ sinh học của môi trường đòi hỏi phải tiếp cận một cách tinh vi để kết hợp các thông tin qua các trục không gian và thời gian. Các tiến bộ kỹ thuật trong lĩnh vực cảm biến từ xa và thu thập dữ liệu tự động cho phép độ phân giải không gian, quang phổ và thời gian cao tại một đơn vị diện tích. Dựa vào công nghệ hiện nay, các nút cảm biến có thể được kết nối Internet, điều này cho phép người sử dụng từ xa có thể điều khiển, kiểm tra và theo dõi các thành phần sinh học trong môi trường. Mặc dù các hệ thống cảm biến vệ tinh và trên máy bay rất hữu ích cho việc theo dõi tính đa dạng sinh học vĩ mô nhưng chúng không đủ tinh vi để tiếp cận các thành phần sinh học có kích cỡ nhỏ. Do đó cần thiết phải sử dụng mạng cảm biến để theo dõi chi tiết các thành phần sinh học một cách đầy đủ.  Ứng dụng phát hiện lũ lụt, phòng chống thiên tai, cảnh báo“sóng thần”: Các nút cảm biến được triển khai tại, lưu vực các dòng sông, các bờ biển, những nơi có thể xảy ra lũ lụt động đất nhằm phát hiện kịp thời các thông tin lũ lụt các thông tin động đất sóng thần, đưa ra cảnh báo, xây dựng phương án đối phó hữu hiệu. Các nút mạng cảm biến được triển khai trong các hệ thống này thường là các cảm biến về lượng mưa, mức nước và thời tiết, về độ rung... Thông tin cảm biến từ những nút mạng được triển khai sẽ chuyển tiếp cho hệ thống cơ sở dữ liệu trung tâm, để phân tích, đánh giá và đưa ra cảnh báo phù hợp.  Ứng dụng trong nông nghiệp: Ứng dụng cơ bản của việc sử dụng mạng cảm biến không dây trong nông nghiệp là xây dựng một lối canh tác thông minh. Trong canh tác nông nghiệp quan trọng nhất là nguồn nước tưới. Các trang trại trồng trọt và các trang trại chăn nuôi lớn có thể có diện tích canh tác vượt quá vài hecta, trên diện tích lớn như vậy chỉ có một vài phần diện tích nhận được lượng mưa, các phần diện tích còn lại chỉ có mưa ít hoặc không nhận được mưa. Nguồn nước tưới cần phải tiết kiệm và cung cấp vừa đủ cho cây trồng, vì vậy quan trọng cần phải biết được các cánh đồng nào đã nhận được lượng nước tưới đầy đủ, những cánh đồng nào không nhận được mưa thì cần phải được tưới thêm nước. Triển khai mạng cảm biến không dây sẽ thu thập các số liệu cần thiết Học viên: Trần Trọng Nghĩa Trang 15 Nghiên cứu mã sửa lỗi trong mạng cảm biến không dây 2012 về cảm biến lượng nước, các thông số sinh hóa khác trên các cánh đồng, từ đó thiết lập việc tưới nước tự động một cách phù hợp. Mạng cảm biến không dây cũng được áp dụng đo lường độ ẩm của đất, về các thông số hoá học và sinh học trong đất nông nghiệp. Dữ liệu thu thập này giúp cho người nông dân có cái nhìn sinh động, đầy đủ về độ ẩm của đất trồng; nhiệt độ trên diện tích canh tác của mình, từ đó lựa chọn các phương thức chăm sóc phù hợp, khi nào cần sử dụng thuốc trừ sâu, thuốc diệt cỏ, và phân bón; tỉ lệ chiếu sáng từ mặt trời; và nhiều con số khác. Kiểu ứng dụng này rất quan trọng, đặc biệt trong các vườn nho, nơi mà những thay đổi môi trường nhạy cảm có thể ảnh hưởng lớn đến giá trị vụ mùa, chất lượng nho... Các ứng dụng của mạng cảm biến không dây cũng được sử dụng trên các trang trại chăn nuôi. Người chăn nuôi có thể sử dụng các mạng cảm biến trong quá trình xác định vị trí của vật nuôi trong trang trại, các cảm biến được gắn theo mỗi vật nuôi, từ các thông số cập nhật được về chỉ số sinh hóa trên vật nuôi, sẽ giúp cho người chăn nuôi có các biện pháp, kỹ thuật phù hợp như điều trị phòng chống các động vật ký sinh trên mỗi vật nuôi, tăng hay giảm lượng thức ăn cho phù hợp. Người chăn nuôi lợn hoặc chăn nuôi gà sử dụng mạng cảm biến không dây để theo dõi thông số chuồng nuôi thoáng mát, thoáng khí. Nhờ mạng cảm biến không dây có thể giám sát nhiệt độ khắp chuồng nuôi, giữ cho an toàn cho đàn. 1.1.3. Ứng dụng trong dịch vụ y tế chăm sóc sức khỏe Một số ứng dụng trong y tế của mạng cảm biến không dây là cung cấp khả năng giao tiếp chăm sóc với người khuyết tật; kiểm tra tình trạng của bệnh nhân, chẩn đoán, quản lý dược phẩm trong bệnh viện; kiểm tra sự di chuyển và các cơ chế sinh học bên trong của các loại động vật tham gia trong những thử nghiệm thuốc mới; kiểm tra từ xa các số liệu về sinh lý con người; giám sát, kiểm tra các bác sĩ và bệnh nhân bên trong bệnh viện.  Ứng dụng kiểm tra từ xa các số liệu về sinh lý bệnh nhân: Các số liệu về sinh lý được thu thập bằng mạng cảm biến có thể được lưu trữ trong thời gian dài và có thể được sử dụng để làm tư liệu y học. Mạng cảm biến còn được sử dụng để kiểm tra và phát hiện tình trạng hiện thời của người cao tuổi như khi bị đột quỵ, bệnh nan y. Dựa trên các nút cảm biến nhỏ này được gắn vào bệnh nhân cho phép các đối tượng đang được điều trị có thể di chuyển tự do trong phạm vi rộng và các bác sĩ có thể không cần ở bên cạnh, nhưng vẫn có thể phát hiện các hội chứng dấu hiệu bệnh để ra phương án, phác đồ điều trị phù hợp. Các mạng cảm biến này tạo thuận lợi hơn cho các bệnh nhân so với việc phải đến các trung tâm, các bệnh viện và phải điều trị trong thời gian dài. Một hệ thống có tên là “Health Smart Home” được tổ chức tại khoa y học của Grenoble – France đã được đánh giá, công nhận, triền khai trên nhiều bệnh viện, trung tâm y tế. Học viên: Trần Trọng Nghĩa Trang 16 Nghiên cứu mã sửa lỗi trong mạng cảm biến không dây 2012  Ứng dụng giám sát, kiểm tra các bác sĩ và bệnh nhân bên trong bệnh viện: Mỗi bệnh nhân có các nút cảm biến nhỏ và nhẹ được gắn với họ. Mỗi nút cảm biến có một nhiệm vụ riêng. Ví dụ, một nút có thể theo dõi nhịp tim, trong khi một nút khác theo dõi huyết áp. Các bác sĩ cũng có thể mang theo các nút cảm biến để các bác sĩ khác biết được vị trí của họ trong bệnh viện. Hình 1.2: Ứng dụng mạng cảm biến không dây trong chăm sóc sức khỏe[6]  Ứng dụng quản lý dược phẩm trong bệnh viện: Các bệnh nhân được gắn các nút cảm biến có thể nhận biết các dị ứng thuốc và các dược phẩm cần thiết. Như vậy, có thể giảm tối đa các sai sót trong việc kê đơn thuốc và sử dụng thuốc của bệnh nhân 1.1.4. Ứng dụng trong phát triển ngôi nhà thông minh Ngôi nhà thông minh là không gian ứng dụng rất lớn đối với mạng cảm biến không dây. Nhiều ứng dụng công nghiệp được mô tả cũng có thể áp dụng trong ngôi nhà thông minh. Chẳng hạn như một hệ thống điều nhiệt, điều hòa không khí (HVAC) được trang bị với các bộ ổn nhiệt và chống rung không dây có thể bảo vệ các căn phòng dưới ánh nắng mặt trời. Hoặc áp dụng các hệ thống điều khiển chiếu sáng thông minh cho gia đình, mang đến sự tiện nghi, tự động hóa, tiết kiệm.  Ứng dụng kết hợp với các thiết bị cầm tay thông minh Mọi ứng dụng cảm biến đều được điều khiển chung từ xa, từ các thiết bị hỗ trợ cá nhân thông minh PDA, thông qua hệ thống mạng cảm biến không dây, không chỉ điều khiển TV, đầu đĩa DVD, dàn âm thanh nổi và các thiết bị điện tử gia đình khác mà còn điều khiển các bóng đèn, các cánh cửa, và các ổ khoá, khi được trang bị, kết nối với mạng cảm biến không dây. Hấp dẫn nhất đến từ sự kết hợp nhiều dịch vụ cùng được điều khiển thông qua mạng cảm biến không dây, giống như các cánh cửa tự động đóng khi TV được bật, hoặc có thể tự động ngưng hệ thống giải trí gia đình khi có một cuộc gọi đến trên Học viên: Trần Trọng Nghĩa Trang 17 Nghiên cứu mã sửa lỗi trong mạng cảm biến không dây 2012 máy điện thoại hoặc chuông cửa kêu. Kết hợp chiếc cân và máy tính cá nhân thông qua một mạng cảm biến không dây, sức nặng của một vật có thể được tự động ghi lại không cần phải sử dụng sức lao động để kiểm tra.  Ứng dụng khác giám sát việc sử dụng nước. Hệ thống giám sát nguồn nước giúp cho việc sử dụng nước một cách tiết kiệm. Các nhà máy nước thông qua hệ các bộ cảm biến đặt tại đường ống nước mỗi gia đình có thể thu thập thông tin về lượng nước sử dụng tại gia đình đó, vượt hay không vượt hạn mức sử dụng mà không phải mất công sức đi đến tận nơi để ghi lại.  Ứng dụng tự động hóa cho ngôi nhà thông minh Triển khai ngôi nhà thông minh với bộ mở rộng điều khiển RKE (Remote Keyless Entry) được lắp đặt . Thông qua các mạng cảm biến không dây với các cảm biến được triển khai, các ổ khoá không dây, cảm biến cửa ra vào và cửa sổ, và các bộ điều khiển bóng đèn không dây. Khi bấm nút điều khiển, thực hiện khoá tất cả các cửa ra vào và cửa sổ trong nhà, tắt hầu hết các bóng đèn trong nhà (trừ một vài bóng đèn ngủ), bật các bóng đèn an toàn ngoài nhà, chuyển chế độ cho bộ điều khiển điều nhiệt và không khí sang chế độ “nghỉ”. Người sử dụng nhận một tiếng beep một lần hồi đáp, thể hiện tất cả các yêu cầu đã thực hiện thành công, và ngôi nhà như “nghỉ ngơi” hoàn toàn. Khi một cánh cửa hỏng không thể mở, hoặc vấn đề phát sinh, một màn hình hiển thị trên thiết bị chỉ thị nơi bị hỏng. Mạng cảm biến không dây thậm trí có thể tích hợp với một hệ thống an ninh gia đình đầy đủ để phát hiện một cửa sổ bị gãy hoặc chỗ hỏng khác. Bên ngoài ngôi nhà, khả năng so sánh, định vị theo vị trí thực khi sử dụng các mạng cảm biến không dây rất phù hợp cho các các hoạt động liên quan tới người tiêu dùng, bao gồm đi du lịch và đi mua sắm. Trong các ứng dụng này, quá trình định vị có thể được sử dụng để cung cấp thông tin theo ngữ cảnh cụ thể đến người tiêu dùng. Trong trường hợp của người hướng dẫn viên du lịch, người sử dụng chỉ được cung câp thông tin liên quan đến quang cảnh hiện tại, trong trường hợp của nhân viên bán bán hàng, người sử dụng được cung cấp thông tin liên quan đến sản phẩm trước mặt. bao gồm các khoản mua bán và khấu hao đặc biệt. 1.1.5. Ứng dụng giám sát và điều khiển công nghiệp Trong công nghiệp ứng dụng của mạng cảm biến có dây đã được sử dụng từ lâu, sử dụng trong điều khiển công nghiệp, tính tự động hóa,... Tuy nhiên chi phí vận hành cũng như giới hạn của các ứng dụng này đã hạn chế sự phát triển của chúng. Thêm vào đó, đối với một hệ thống cảm biến có dây đã được triển khai, chi phí nâng cấp hệ thống xấp xỉ bằng chi phí cho việc triển khai hệ thống mới. Ngoài ra để vận hành, quản trị, giám sát hệ thống này phải yêu cầu người có kinh Học viên: Trần Trọng Nghĩa Trang 18 Nghiên cứu mã sửa lỗi trong mạng cảm biến không dây 2012 nghiệm, sử dụng các thiết bị cầm tay kết nối với hệ thống, dựa trên thông tin giám sát tại phòng trung tâm để phân tích. So với mạng cảm biến có dây trong trường hợp này thì mạng cảm biến không dây có những lợi ích: dễ dàng triển khai, tính chi tiết và độ chính xác cao...  Ứng dụng điều khiển ánh sáng quảng cáo. Rất nhiều chi phí trong quá trình lắp đặt các bóng đèn chiếu sáng trong các toà nhà lớn, và cũng liên quan đến việc điều khiển hệ thống chiếu sáng này sao cho phù hợp – sửu dụng hệ thống điều khiển toàn bộ bóng đèn chiếu sáng này với yêu cầu các bóng đèn được điều khiển bật và tắt cùng nhau, nhịp nhàng, sử dụng ánh sáng tiết kiệm mà vẫn gây được ấn tượng quảng cáo tối đa. Một hệ thống cảm biến không dây có tính mềm dẻo kết hợp với bộ điều khiển từ thiết bị cầm tay, được lập trình để điều khiển một số lượng các bóng đèn theo nhiều cách khác nhau, trong khi vẫn đảm bảo mức độ ánh sáng phù hợp cho những quảng cáo chuyên nghiệp.  Ứng dụng quản lý an toàn công nghiệp. Các mạng cảm biến không dây có thể phát hiện sự hiện diện của các chất độc hại hoặc các vật liệu nguy hiểm, phát hiện và nhận dạng sớm các khe hở hoặc phát hiện tràn các tác nhân hoá học hoặc sinh học trước khi thiệt hại nghiêm trọng có xảy ra (và trước khi các chất độc này vượt ra ngoài vùng kiểm soát). Nhờ khả năng triển khai linh hoạt, với khả năng phân tán, tự cấu hình và tự duy trì, nên mạng cảm biến không dây có thể triển khai ở những nơi có địa hình phức tạp, những khu vực có các điều kiện ngặt nghèo về môi trường làm việc trong những nhà máy quy mô lớn, đảm bảo điều kiện an toàn lao động.  Ứng dụng giám sát và điều khiển cơ cấu quay hoặc chuyển động Trong các ứng dụng dụng giám sát và điều khiển cơ cấu quay, các cảm biến có dây và các bộ truyền động thường không thực hiện được, điều rất quan trọng để giám sát nhiệt độ, dao động, dòng bôi trơn, của các thành phần trục quay của các máy để tối ưu hoá thời gian giữa các chu kỳ bảo trì, khi máy phải được giữ ở chế độ nghỉ. Để làm được điều này, quan trọng là hệ thống cảm biến không dây có khả năng thực hiện đánh giá trong khoảng thời gian nghỉ hoặc giữa các chu kỳ bảo trì, với yêu cầu mức năng lượng rất thấp.  Ứng dụng trong hệ thống điều nhiệt và không khí (HVAC) trong các toà nhà. Các hệ thống điều nhiệt và không khí cổ điển được điều khiển thông qua một số lượng nhỏ các máy ổn nhiệt và máy điều hòa (độ ẩm, tạo gió). Số lượng các máy ổn nhiệt và điều hòa này bị giới hạn, vì để xây dựng hệ thống điều nhiệt và không khí trên những thiết bị này phải đi dây cho những cảm biến. Thêm vào đó, các bộ điều khiển không khí và chống rung được điều khiển trực tiếp trong môi trường phạm vi phòng cũng phải đi dây, điều này dẫn đến ứng dụng từ mạng cảm biến có dây điều khiển hệ thống điều nhiệt và không Học viên: Trần Trọng Nghĩa Trang 19 Nghiên cứu mã sửa lỗi trong mạng cảm biến không dây 2012 khí bị giới hạn. Thêm nữa hệ thống điều nhiệt và không khí không thể cố định tại một khu vực hay một không gian cụ thể. Lý do là thân nhiệt phát sinh do con người luôn thay đổi hoặc những thay đổi theo mùa luôn xảy ra. Những thay đổi này được kết hợp với quá trình phân tán, di động của con người trong toà nhà dẫn đến ảnh hưởng đến lượng nhiệt phân bố trong toà nhà. Khi tổ chức cải tạo, sửa chữa lại không gian sử dụng cho các văn phòng có thể phát sinh thêm các thiết bị hoạt động phát sinh nhiệt như lò nướng. Tất cả những thay đổi này sẽ dẫn đến những thay đổi về nhiệt, về độ rung, ánh sáng không còn là môi trường phù hợp. Điều khiển hệ thống điều nhiệt và điều hòa không khí không tốt sẽ dẫn đến môi trường làm việc không thoải mái, bởi những tin dự báo không chính xác, không điều khiển phân phối được cho toàn bộ diện tích, bởi việc đi dây nhiều cho hệ thống mạng cảm biến có dây không khả thi và mất tính thẩm mỹ. Ứng dụng mạng cảm biến không dây có thể đáp ứng thông tin chính xác về giá trị môi trường trong các khu vực toà nhà. Bộ điều khiển điều nhiệt và không khí thông qua kết nối không dây có thể được đặt tại một vài vị trí trong mỗi phòng để cung cấp thông tin điều khiển đến toàn bộ hệ thống. Tương tự, các bộ giảm rung vòng và giảm dung âm lượng không dây có thể được sử dụng, kết nối với hệ thống điều nhiệt và không khí để đưa ra yêu cầu điều khiển lượng nhiệt và không khí phù hợp. Khi mọi người di chuyển từ khu vực văn phòng chuyển đến phòng hội nghị để tiến hành cuộc họp, hệ thống điều nhiệt và không khí sẽ nhận được thông tin từ các bộ chống rung âm lượng trong phạm vi văn phòng và bộ chống rung âm lượng tại phòng hội nghị, sẽ điều khiển lượng nhiệt và không khí phù hợp cho khu vực phòng họp; giảm điều hòa không khí tại văn phòng. Khi mọi người rời khỏi toà nhà, hệ thống này kết hợp bộ chống rung điều khiển thay đổi toàn bộ thân nhiệt toà nhà. Hệ thống cảm biến điều nhiệt và không khí không dây cũng có thể đáp ứng một trong những vấn đề: Cân bằng nhiệt ấm và tình trạng không khí. Với trường hợp mà các nguồn nhiệt được phân tán không đều nhau. Trong ngôi nhà, khu vực nhà bếp có khuynh hướng ấm hơn, bởi vì nhiệt độ của bếp nấu ăn, trong khi các khu vực phòng ngủ có khuynh hướng lạnh hơn. Vào mùa đông, không khí ấm hơn yêu cầu được tăng cường đến khu vực phòng ngủ, nơi mà không khí lạnh hơn, và nguồn không khí mát yêu cầu được gửi đến khu vực nhà bếp, nơi không khí ấm hơn. Trong mùa hè, ngược lại – không khí lạnh yêu cầu được gửi đến nhà bếp, nơi mà không khí nóng, và không khí ấm yêu cầu được gửi đến phòng ngủ, nơi mà không khí lạnh hơn. Sự khác biệt này giữa các quá trình phân tán không khí của nhiệt ấm và tình trạng không khí là một vấn đề khó và có chi phí cao khi triển khai hệ thống điều khiển có dây, bởi vì một bộ chống rung âm lượng đến mỗi phòng trong căn nhà phải được điều khiển độc lập. Với các cảm biến và các thiết bị điều khiển Học viên: Trần Trọng Nghĩa Trang 20 Nghiên cứu mã sửa lỗi trong mạng cảm biến không dây 2012 không dây trong hệ thống điều nhiệt và không khí, sẽ giải quyết vấn đề này ổn thỏa về mặt công nghệ và chi phí. 1.2. Thách thức trong mạng cảm biến không dây Mạng cảm biến không dây có rất nhiều vấn đề, thách thức thu hút sự nghiên cứu của các nhà khoa học. 1.2.1. Vấn đề năng lượng Khó khăn đầu tiên nhất là vấn đề cấp nguồn hoạt động cho các nút mạng trong mạng cảm biến không dây, vì các nút mạng có sự hạn chế về cấp nguồn. Thông thường các nút mạng sử dụng kỹ thuật cấp nguồn truyền thống, sử dụng pin, và để cấp nguồn liên tục thì pin phải được sạc hoặc thay mới. Đối với một số ứng dụng có thể loại bỏ nút mạng cảm biến khi hết năng lượng, hoặc muốn sử dụng tiếp phải thay thế pin. Chiều dài của nhiệm vụ tùy thuộc vào mục đích của ứng dụng. Chẳng hạn đối với ứng dụng nghiên cứu chuyển động băng trôi cần những nút mạng có thể hoạt động trong nhiều năm, còn đối với ứng dụng quân sự trong các kịch bản chiến trường các nút mạng chỉ cần hoạt động trong vài giờ hoặc vài ngày. Kết quả thách thức đầu tiên và thường là quan trọng nhất cho mạng cảm biến không dây là thiết kế sử dụng năng lượng sao cho hiệu quả. Nhiều giải pháp đã được nghiên cứu, chẳng hạn thiết kế lớp vật lý của nút mạng cảm biến có thể ảnh hưởng đến công suất tiêu thụ trên toàn bộ nút mạng hoặc các phân lớp cao hơn. Lớp điều khiển truy cập thường chịu trách nhiệm điều khiển các nút cảm biến truy cập vào kênh truyền không dây. Rắc rối sẽ nảy sinh khi các nút mạng cố gắng truy cập vào kênh truyền, khi đó đụng độ sẽ xảy ra và lớp điều khiển truy cập phải giải quyết và đảm bảo việc truyền thông tin trên kênh truyền luôn thành công. Nút mạng sẽ tốn nhiều năng lượng để lắng nghe lớp điều khiển truy cập để đảm bảo không gói tin nào truyền lỗi, thêm vào đó cũng tốn năng lượng để phục hồi truyền tin từ những nút mạng khi xảy ra đụng độ. Vì vậy một số giao thức điều khiển truy cập của mạng cảm biến không dây phải loại bỏ được những đụng độ từ các nút mạng, cho phép các nút mạng chuyển sang chế độ nghỉ, không phát sóng vô tuyến khi không thực hiện truyền thông tin. Lớp mạng trong mạng cảm biến không dây chịu trách nhiệm xác định đường đi ngắn nhất cho các nút mạng cảm biến đến nút mạng nguồn, với những yêu cầu đặc trưng về định tuyến: chiều dài, công suất cho các nút mạng thực hiện chức năng chuyển tiếp (relay) trong mô hình truyền đa đường. Bên cạnh các giải pháp tiết kiệm năng lượng trên những giao thức truyền có thể loại những năng lượng vô ích trên thiết kế phần cứng nút mạng, giảm những tác vụ chuyển đổi không cần thiết, các cơ chế bảo mật... đảm bảo cân bằng giữa việc tính toán dữ liệu cảm biến và truyền thông. Học viên: Trần Trọng Nghĩa Trang 21