Bộ giáo dục đào tạo Trờng Đại học bách khoa Hà nội -DNG KIM THANH GII PHP GIM ST V CNH BO HOT NG CA TRM VIN THễNG DNG MNG CM BIN KHễNG DY Luận Văn Thạc sỹ khoa học NGNH: K THUT MY TNH V TRUYN THễNG NGI HNG DN KHOA HC TS NGUYN KIM KHNH H NI 2011 Gii phỏp giỏm sỏt, cnh bỏo hot ng ca trm vin thụng dựng mng cm bin khụng dõy MC LC MC LC Danh mc hỡnh v Danh mc bng biu Danh sỏch thut ng v vit tt LI NểI U CHNG PHN M U CHNG 12 TNG QUAN MNG CM BIN KHễNG DY 12 2.1 Gii thiu chung v mng cm bin khụng dõy 12 2.1.1 Tng quan v mng cm bin khụng dõy 12 2.1.2 c im mng cm bin khụng dõy 13 2.2 Cu trỳc node cm bin khụng dõy 14 2.2.1 Phn cng 14 2.2.2 Phn mm 17 2.3 Cu trỳc mng cm bin khụng dõy 18 2.4 ng dng ca mng cm bin khụng dõy 19 CHNG 21 CHUN ZIGBEE/IEEE 802.15.4 21 3.1 Mng khụng dõy WPAN 21 3.1.1 Khỏi nim mng WPAN 21 3.1.2 Phõn loi cỏc chun mng WPAN 21 3.2 Cỏc cụng ngh cm bin khụng dõy 22 3.2.1 Chun Bluetooth 22 3.2.2 Chun ZIGBEE 22 3.2.3 ỏnh giỏ v la chn cụng ngh 23 3.3 Chun ZigBee 25 Gii phỏp giỏm sỏt, cnh bỏo hot ng ca trm vin thụng dựng mng cm bin khụng dõy 3.3.1 Mụ hỡnh giao thc ca ZigBee/IEEE 802.15.4 25 3.3.2 Tng vt lý ZigBee/IEEE 802.15.4 26 3.3.3 Tng iu khin d liu ZigBee/IEEE802.15.4 MAC 27 3.3.4 Tng mng v bo mt ca ZigBee/IEEE 802.15.4 35 3.3.5 Tng ng dng 39 3.3.6 Phõn loi thit b theo ZigBee 39 3.3.7 Cu hỡnh mng ZigBee 40 CHNG 42 GII PHP GIM ST V CNH BO CHO TRM VIN THễNG DNG MNG CM BIN KHễNG DY 42 4.1 Kho sỏt thc t 43 4.1.1 Gii thiu chung v trm vin thụng 43 4.1.2 Cỏc thụng s cn giỏm sỏt trm vin thụng 43 4.1.3 Tỡnh hỡnh hin 44 4.2 xut mụ hỡnh gii phỏp mi 46 4.3 Phõn tớch v thit k h thng 49 4.3.1 Biu phõn cp chc nng: 49 4.3.2 Cỏc quỏ trỡnh thu thp v x lý thụng tin 50 4.3.2.1 Quỏ trỡnh ng nhp mng ca mt node: 50 4.3.2.2 Quỏ trỡnh cp nht thụng tin ca mt node 51 4.3.2.3 Quỏ trỡnh ly thụng tin t mt node .52 4.3.2.4 Thay i cu hỡnh ci t ca mt node mng 53 4.3.2.5 iu khin h thng .53 4.3.2.6 Hin th thụng tin 54 4.3.3 Kt lun 55 CHNG 56 PHN MM V KCH BN Mễ PHNG 56 5.1 Gii thiu cỏc phn mm mụ phng 56 * NS-2 56 Gii phỏp giỏm sỏt, cnh bỏo hot ng ca trm vin thụng dựng mng cm bin khụng dõy * OPNET 57 * WSNET 57 * ỏnh giỏ v la chn phn mm 58 5.2 Phn mm WSNET 59 5.3 Lp trỡnh mụ phng bi toỏn 62 5.3.1 Lp file cu hỡnh: 62 5.3.2 Cỏc module phỏt trin thờm: 63 5.3.3 Kch bn th nghim: 64 5.4 Kt qu mụ phng 69 CHNG 70 KT QU, NH GI V HNG PHT TRIN 70 6.1 Kt qu, ỏnh giỏ kt qu ó t c 70 6.2 Hng phỏt trin 71 Ti liu tham kho 72 Gii phỏp giỏm sỏt, cnh bỏo hot ng ca trm vin thụng dựng mng cm bin khụng dõy Danh mc hỡnh v Hỡnh 1: Mụ hỡnh mng cm bin khụng dõy 13 Hỡnh 2: Cu trỳc phn cng ca mt node cm bin khụng dõy 14 Hỡnh 3: Cu trỳc phn cng v phn mm ca mt node cm bin khụng dõy .17 Hỡnh 4: Cu trỳc mt mng cm bin thụng thng .18 Hỡnh 5: Mụ hỡnh giao thc ca ZigBee 25 Hỡnh : Cu trỳc khung lp vt lý theo chun IEEE 802.15.4 .27 Hỡnh 7: Tn s v cỏc kờnh truyn theo chun ZigBee 27 Hỡnh 8: nh dng siờu khung 28 Hỡnh 9: Liờn lc n thit b iu phi mng khụng h tr beacon 30 Hỡnh 10: Liờn lc n thit b iu phi mng cú h tr beacon 31 Hỡnh 11: Liờn lc t thit b iu phi mng khụng h tr beacon .32 Hỡnh 12: Liờn lc t thit b iu phi mng cú h tr beacon 33 Hỡnh 13: nh dng khung tng MAC .35 Hỡnh 14: nh dng khung tng mng 35 Hỡnh 15: nh dng tuyn ng giao thc AODV .36 Hỡnh 16: Cỏc loi topo mng ZigBee 40 Hỡnh 17: Mụ hỡnh cnh bỏo v giỏm sỏt ca hp cỏc trm vin thụng 47 Hỡnh 18: Mụ hỡnh c th mng cm bin ti mt trm 47 Hỡnh 19: Biu phõn cp chc nng 49 Hỡnh 20: Quỏ trỡnh ng nhp mng ca Node 50 Hỡnh 21: Quỏ trỡnh cp nht thụng tin ca node 51 Hỡnh 22: Quỏ trỡnh ly thụng tin t node .52 Hỡnh 23: Quỏ trỡnh thay i cu hỡnh ci t ca Node 53 Hỡnh 24: Quỏ trỡnh iu khin c cu chp hnh ca node 54 Hỡnh 25: Quỏ trỡnh hin th thụng tin 55 Hỡnh 26: Cu trỳc Node cm bin mụ phng WSNET 59 Hỡnh 27: Giao din phn mm WsnetStudio 61 Hỡnh 28: Biu thng kờ s gúi tin ca giao thc ZigBee ng vi 50 node 64 Hỡnh 29: Biu thng kờ s gúi tin ca giao thc ZigBee ng vi 25 node 65 Hỡnh 30: Biu thng kờ s gúi tin ca giao thc flooding ng vi 50 node 66 Hỡnh 31: S lp t cm bin mt trm (s node l 25 v 50) 68 Gii phỏp giỏm sỏt, cnh bỏo hot ng ca trm vin thụng dựng mng cm bin khụng dõy Danh mc bng biu Bng So sỏnh cỏc cụng ngh 24 Bng Bng tn v tc d liu 26 Bng Kờnh truyn v tn s 26 Bng Cỏc th vin c h tr bi WSNET 60 Gii phỏp giỏm sỏt, cnh bỏo hot ng ca trm vin thụng dựng mng cm bin khụng dõy Danh sỏch thut ng v vit tt T vit tt Vit y í ngha ACK Acknowledgment S xỏc nhn AES Advance Encryption Standard Chun mó húa nõng cao AODV Ad-hoc On Demand Distance nh tuyn vect khong cỏch Vector da trờn yờu cu mng ad-hoc API Application Programming Giao din lp trỡnh ng dng Interface BI Beacon interval Khong thi gian gia mc beacon BTS Base transceiver station Trm thu phỏt gc CSMA-CA Carrier Sense Multiple Access iu khin a truy nhp trỏnh Collision Avoidance ng CAP Contention access period Giai on tranh chp truy cp CFP Contention free period Giai on gian tranh chp t ED Energy Detection Phỏt hin nng lng FCS Frame Check Sequence Chui kim tra khung GTS Guaranteed Time Slot Khe thi gian m bo LQI Link Quality Indication Ch s cht lng liờn kt FFD Full Funtion Device Thit b cú y chc nng MAC Medium Access Control iu khin truy nhp ng truyn MFR MAC Footer Phn cui tng MAC MHR MAC Header Phn u tng MAC NWK Network Layer Tng mng PHR Physical Header Phn u tng vt lý PHY Physical Layer Tng vt lý Gii phỏp giỏm sỏt, cnh bỏo hot ng ca trm vin thụng dựng mng cm bin khụng dõy PPDU Physical Protocol Data n v d liu giao thc tng vt Unit lý RREP Route Reply Packet Gúi tin tr li ng i RREQ Route Request Yờu cu ng i RFD Reduced Function Device Thit b cú chc nng rỳt gn WPAN Wireless Personal Area Network Mng cỏ nhõn khụng dõy ZDO Zigbee Device Objects i tng thit b Zigbee Gii phỏp giỏm sỏt, cnh bỏo hot ng ca trm vin thụng dựng mng cm bin khụng dõy LI NểI U S phỏt trin ca Internet, truyn thụng v cụng ngh thụng tin kt hp vi nhng tin b k thut ó to iu kin cho cỏc th h cm bin mi vi giỏ thnh thp, kh nng trin khai quy mụ ln vi chớnh xỏc cao ngy cng phỏt trin Trong cụng nghip cng nh cuc sng, nhu cu v vic s dng cỏc b cm bin phc v cnh bỏo, giỏm sỏt hay cỏc thu thp s liu l rt ln Nhng h thng ny giỳp ớch cho ngi rt nhiu cuc sng, nõng cao nng sut, gii phúng sc lao ng, thm giỳp ngi nhng nhim v nguy him v cú hi thc hin mt nhim v giỏm sỏt v bo v, cú nhiu cỏch thit lp mng Cú th dựng mng cm bin cú dõy, nhiờn mng cú dõy cú nhc im l phi i dõy gõy mt m quan v khú trin khai cỏc nh trm cú sn Mt nhc im ln na ca mng cú dõy l tiờu tn nhiu nng lng Gii phỏp a l s dng mng cm bin khụng dõy Trong phm lun ca mỡnh, di s hng dn ca Tin s Nguyn Kim Khỏnh, tụi ó chn nghiờn cu ti Gii phỏp giỏm sỏt v cnh bỏo hot ng ca trm vin thụng dựng mng cm bin khụng dõy Tụi xin gi li cm n chõn thnh ti Tin s Nguyn Kim Khỏnh, ngi ó tn tõm hng dn, nh hng cho tụi sut quỏ trỡnh thc hin lun Xin cm n cỏc thy cụ Vin Cụng ngh thụng tin v Vin o to sau i hc ó ging dy v truyn th kin thc cho tụi sut quỏ trỡnh hc Tụi cng xin gi li cm n ti tt c ngi thõn v bn bố ó ng viờn v giỳp tụi hon thnh lun ny Hc viờn Dng Kim Thanh Gii phỏp giỏm sỏt, cnh bỏo hot ng ca trm vin thụng dựng mng cm bin khụng dõy CHNG PHN M U Cựng vi s phỏt trin ca khoa hc v cụng ngh, cỏc cm bin khụng dõy ngy cng phỏt trin v phc v nhu cu ca ngi Trong cụng nghip cng nh cuc sng, nhu cu v vic s dng cỏc b cm bin phc v cnh bỏo, giỏm sỏt hay thu thp cỏc s liu l rt ln Nhng h thng ny giỳp ớch cho ngi rt nhiu cuc sng, gii phúng sc lao ng, thm giỳp ngi nhng nhim v nguy him v cú hi Mt s h thng dựng cỏc b cm bin nh: H thng giỏm sỏt v iu khin v cnh bỏo cỏc tũa nh, nh mỏy cụng nghip; H thng giỏm sỏt giao thụng; H thng giỏm sỏt mụi trng; H thng theo dừi sc khe Trờn th gii núi chung v c bit l Vit Nam, h thng giỏm sỏt v iu khin c dựng ph bin nht hin l s dng cỏc mng cm bin cú dõy Nhng nhng nm gn õy, mng cm bin khụng dõy ó bt u c s dng ph bin, v cú nhiu t chc ang nghiờn cu v a cỏc chun dựng chung Trong mng cú dõy, d liu quan sỏt v thu nhn c ni mng vi v ni vi trung tõm x lý Cỏc cm bin c kt ni cú dõy thụng qua cỏc giao din RS232/485/USB/COM Gii phỏp s dng mng cú dõy cú n nh, ó c phỏt trin, s dng v kim nghim thi gian di Tuy nhiờn, cụng ngh ny cng cú nhng nhc im nht nh Vic dựng cm bin cú dõy lm tiờu tn mt lng ln cụng sut, thng phi dựng ngun in li Cỏc node cm bin cú dõy thng cú kớch thc ln, gõy mt m quan Bờn cnh ú, vic trin khai lp t nhng a hỡnh phc hoc cỏc khu nh ó c xõy dng sn, vớ d nh cỏc i trm vin thụng, nh mỏy, xớ nghip, bnh vin, trng hc cú khú khn i vi nhng mng cú s lng node ln, dựng mng cú dõy khụng linh hat, yờu cu kh nng tớnh toỏn v ti nguyờn ca node mng tng i ln Gii phỏp giỏm sỏt, cnh bỏo hot ng ca trm vin thụng dựng mng cm bin khụng dõy dõy Mc tiờu chớnh ca nú l cung cp kh nng m rng module, th nghim giao thc mi, th nghim mụ hỡnh phn cng vi kh nng mụ phng truyn súng RF chớnh xỏc Wsnet cung cp cỏc kh nng mụ phng sau: - Mụ phng cỏc nỳt mng - Mụ phng mụi trng xung quanh nỳt mng - Mụ phng mụi trng truyn u im: õy l phn mm mó ngun m c vit riờng mụ phng mng khụng dõy Dựng phn mm ny, ngi s dng s ch ng hn vic phỏt trin cỏc ng dng theo ý mun ca mỡnh Cỏc module phỏt trin nh gn, d dng tớch hp c vi cỏc module sn cú ca WSNET, to nờn c phn mm mụ phng cú kh nng ng dng ln, v thc hin c cỏc kch bn m ngi s dng t Nhc im: ang quỏ trỡnh phỏt trin sn phm, cha h tr nhiu module * NH GI V LA CHN PHN MM Trong cỏc chng trỡnh trờn thỡ WSNET cú u im: - Phỏt trin c cỏc module theo yờu cu riờng bit ca ngi s dng Cỏc module phỏt trin thờm cú th tớch hp d dng vi cỏc module sn cú, to c kh nng mụ phng c cỏc kch bn theo yờu cu ngi s dng - Mc dự i sau mun hn cỏc phn mm mụ phng ó gii thiu trc õy, nhng nú l phn mm mụ phng c thit k trc tip mụ phng mng cm bin khụng dõy Vi mc ớch mụ phng vic truyn, nhn d liu mụ phng mng giỏm sỏt v cnh bỏo, tụi nhn thy, phn mm WSNET phự hp vi mc ớch ca mỡnh Chớnh vỡ vy, tụi chn phn mm ny mụ phng bi toỏn t 58 Gii phỏp giỏm sỏt, cnh bỏo hot ng ca trm vin thụng dựng mng cm bin khụng dõy 5.2 PHN MM WSNET * Cỏc c tớnh c bn ca phn mm mụ phng WSNET: - Mụ phng hon chnh mt node mng: Mi node mng cú cỏc chc nng tham chiu theo mụ hỡnh lp OSI WSNET cú th linh hot, cho phộp mi mt node mng cú nhiu chc nng khỏc Cho phộp ngi s dng cú th to nhiu giao thc mt tng Cỏc chc nng ca mt node mng gm: Antenna, Radio Transmission, MAC, Routing, Application, energy v mobility Di õy l vớ d v cỏc chc nng c lp ghộp to thnh mt node mng hon chnh Ngi s dng cú th thit lp bng cỏch thay i file cu hỡnh chng trỡnh mụ phng Hỡnh 26: Cu trỳc Node cm bin mụ phng WSNET - Mụ phng mụi trng xung quanh nỳt mng WSNET cho phộp ngi s dng mụ phng cỏc hin tng vt lý liờn quan n node mng nh: nhit , m, hin tng chỏy - Mụ phng mụi trng truyn WSNET cho phộp ngi s dng mụ phng cỏc mụi trng truyn khỏc nhau, cỏc kiu iu ch v cỏc kiu truyn súng khỏc 59 Gii phỏp giỏm sỏt, cnh bỏo hot ng ca trm vin thụng dựng mng cm bin khụng dõy - Trong quỏ trỡnh mụ phng, thi gian cỏc nỳt bt u hot ng cú th cu hỡnh c, khụng nht thit phi trựng vi thi gian bt u mụ phng Tng t nh vy, thi im nỳt ngng hot ng cng khụng c nh, nú ph thuc vo cỏc thụng tin nh nng lng cũn li ca nỳt, tỏc ng ca cỏc yu t mụi trng xung quanh, vớ d nh nhit * Cỏc chc nng c h tr bi WSNET di dng cỏc th vin: Model Cỏc th vin c h tr bi WSNET Radio propagation file static, disk model (range), free space, tworay ground, lognormal shadowing, rayleigh fading, ITU indoor model, nakagami fading Interferences none, orthogonal, factor Modulation none, step, bpsk, oqpsk, mqam Antenna omnidirectional Mobility static, file static, billiard, torus central, torus plane, teleport Battery/energy linear Environment fire Monitor nodes, nrj Radio half1d, 802.15.4 868MHz bpsk, 802.15.4 902MHz bpsk,802.15.4 2400MHz oqpsk MAC 802.11 DCF, 802.15.4 868MHz bpsk, 802.15.4 902MHz bpsk,802.15.4 2400MHz oqpsk, B-MAC, Ideal MAC Routing greedy geographic, file static Application CBR, CBR_v2, Hello protocol, GHT, LBDD, XY, Data_Sink,Data_Source, GOSSIP, BMAC application sample Bng Cỏc th vin c h tr bi WSNET 60 Gii phỏp giỏm sỏt, cnh bỏo hot ng ca trm vin thụng dựng mng cm bin khụng dõy * Ci tin v m rng phn mm: Phn mm Wsnetstudio Phn mm WsnetStudio c phỏt trin nhm h tr giao din cho phn mm Wsnet, phn mm ny cho phộp to v chnh sa cỏc hỡnh mng s dng giao din Sau ú s s dng cỏc file log sinh t phn mm Wsnet mụ t li quỏ trỡnh mụ phng vỡ vy ngi dựng d dng hn vic quan sỏt ng i ca cỏc gúi tin v phõn tớch cỏc gúi tin vi giao din trc quan Ngi dựng cú th quan sỏt cỏc gúi tin cỏc ch chy y v chy tng gúi tin Trong quỏ trỡnh chy li, ngi dựng cú th d dng click lờn cỏc gúi tin xem chi tit thụng tin cỏc trng gúi tin, thay i tc mụ phng cỏc gúi tin bng cỏch di chuyn slide bar, xem mụ t trc tip cỏc gúi tin ca s textbox gúc di bờn phi mn hỡnh, iu khin tm dng, tip tc chy mụ phng Hỡnh 27: Giao din phn mm WsnetStudio Lp file cu hỡnh v phỏt trin thờm cỏc module - Lp file cu hỡnh - Cỏc module mụ phng cỏc thụng tin v mụi trng v module giỏm sỏt chuyn ng - Module x lý thụng tin cỏc thụng tin vt ngng giỏm sỏt 61 Gii phỏp giỏm sỏt, cnh bỏo hot ng ca trm vin thụng dựng mng cm bin khụng dõy - Module v giao thc nh tuyn ZigBee - Module ghi li nht ký hot ng - Module phõn tớch gúi tin v phõn tớch thụng tin nng lng - c kt qu 5.3 LP TRèNH Mễ PHNG BI TON Phm vi mụ phng: thc hin vic mụ phng quỏ trỡnh giỏm sỏt v cnh bỏo hot ng ca trm vin thụng, chỳng ta cn giỏm sỏt rt nhiu cỏc thụng s: bỏo nhit , cnh bỏo m, cnh bỏo t nhp, cnh bỏo v giỏm sỏt trng thỏi vt lý ca ng truyn, giỏm sỏt lu lng v ti ca ng truyn Nhng lun ny, tỏc gi ch a v mt s thụng s c bn giỏm sỏt v cnh bỏo (bao gm cỏc thụng s: giỏm sỏt nhit , m, t nhp.) ỏnh giỏ hot ng ca cụng ngh ZigBee Qua ú, cng ỏnh giỏ phn nh tuyn v phn tiờu hao nng lng ca chun giao tip ZigBee ó la chn so vi cỏc chun khỏc 5.3.1 Lp file cu hỡnh: S dng cỏc LIB c h tr bi WSNET v cỏc module phỏt trin thờm Cỏc thụng s t nh sau: - Interferences: None - iu ch: OQPSK - Anten: Omnidirectional - Kiu di chuyn ca node: static - Nng lng pin: energy_linear Ly nng lng ban u l 400.000.000 n v Khi truyn gúi tin thỡ node tiờu tn 0,02 n v nng lng Khi nhn gúi tin, node tiờu tn 0,01 n v nng lng - Mụi trng truyn súng: 802.15.4 2400MHz - Tng Mac: 802.15.4 2400MHz - Tng nh tuyn: Zigbee 62 Gii phỏp giỏm sỏt, cnh bỏo hot ng ca trm vin thụng dựng mng cm bin khụng dõy - Mụ phng vi s lng node l 25 v 50 node - Kớch thc nh trm c mụ phng l 50m2 - Nhit ly ngu nhiờn di 150C n 500C - S kin chuyn ng ly ngu nhiờn 5.3.2 Cỏc module phỏt trin thờm: * Mụi trng: Module ny mụ phng cỏc thụng tin v mụi trng Cỏc cm bin ny sinh cỏc s kin ngu nhiờn mụ phng s thay i ca nhit v m - Thụng s v nhit : Thụng s c tu chnh ngu nhiờn di t 150C n 500C Khi nhit ln hn 250C, module s phỏt cnh bỏo a v trung tõm - Thụng s v m: Thụng s c tu chnh ngu nhiờn di t < 95% Khi m ln hn di ny, module s phỏt cnh bỏo a v trung tõm * Module giỏm sỏt chuyn ng: Module ny sinh cỏc s kin ngu nhiờn, mụ phng quỏ trỡnh phỏt sinh mt chuyn ng khu vc giỏm sỏt Khi phỏt sinh chuyn ng, module ny s phỏt cnh bỏo a v trung tõm * Module nh tuyn ZigBee - nh dng bng tin dũ ng ZigBee Src Add Broadcast Src seq ID num Dest Dest Add seq num - Src Add: a ch node ngun - Broadcast ID: S ID qung bỏ tỡm ng - Src seq num: S chui ngun - Dest Add: a ch node ớch - Dest seq num: S chui ớch - Hop cnt: S bc nhy * nh dng Bng nh tuyn Dest Add Next hop Add 63 Trng thỏi Hop cnt Gii phỏp giỏm sỏt, cnh bỏo hot ng ca trm vin thụng dựng mng cm bin khụng dõy - Dest Add: a ch node ớch (hoc node cha ca nú) - Next hop Add: a ch node tip theo cú th i n node ớch - Trng thỏi: Mt giỏ tr: Hot ng, dũ ng, khụng hot ng * Module ghi li hot ng ca cỏc thnh phn: Phỏt trin cỏc hm log ghi li bt k cỏc hot ng no ú Khi mun ghi li hot ng, ta ch vic gi hm Nu khụng cn thit, cú th hu dch v bng cỏch gi hm hu * Module tớnh toỏn phõn tớch gúi tin v nng lng * c kt qu: Xõy dng file count.py c kt qu mỡnh mun truy cp 5.3.3 Kch bn th nghim: 1) Mụ phng vic gi v nhn d liu dựng nh tuyn ca ZigBee v flooding nh ngha: - tx: s gúi tin phỏt i tng ng dng - rx: s gúi tin nhn c tng ng dng - forward: s gúi tin chuyn tip gia cỏc node - discard: s gúi tin b hu (bao gm s gúi tin b hu loopback v looplimit) - loopback: s gúi tin chy vũng trờn mng - looplimit: s gúi tin vt quỏ gii hn v s node trung gian * Thng kờ s gúi tin ca giao thc nh tuyn Zigbee, vi s lng node l 50 Thng kờ gúi tin S lng gúi tin 40000 30000 20000 50 node 10000 50 node tx rx forward discard 6758 6758 30120 1000 Loi gúi tin Hỡnh 28: Biu thng kờ s gúi tin ca giao thc ZigBee ng vi 50 node mng 64 Gii phỏp giỏm sỏt, cnh bỏo hot ng ca trm vin thụng dựng mng cm bin khụng dõy Theo th ny, ta nhn thy rng: - S gúi tin nhõn c khụng b mt so vi s gúi tin phỏt i - S gúi tin chuyn tip qua cỏc node mng n ớch gp 4,5 ln so vi s gúi tin gi i - S gúi tin b hy ch bng 1/6 so vi s gúi tin gi i * Thng kờ s gúi tin ca giao thc nh tuyn Zigbee, vi s lng node l 25 Thng kờ gúi tin S lng gúi tin 25000 20000 15000 25 node 10000 5000 25 node tx rx forward discard 3520 3515 20780 785 Loi gúi tin Hỡnh 29: Biu thng kờ s gúi tin ca giao thc ZigBee ng vi 25 node mng Theo th ny, ta nhn thy rng: - S gúi tin nhõn c khụng b mt so vi s gúi tin phỏt i - S gúi tin chuyn tip qua cỏc node mng n ớch gp 5,9 ln so vi s gúi tin gi i - S gúi tin b hy ch bng 1/5 so vi s gúi tin gi i 65 Gii phỏp giỏm sỏt, cnh bỏo hot ng ca trm vin thụng dựng mng cm bin khụng dõy * Thng kờ s gúi tin ca giao thc nh tuyn flooding, vi s lng node l 50 Thng kờ gúi tin S lng gúi tin 2000000 1500000 1000000 50 node 500000 50 node tx rx forward discard 6758 5758 1574000 12358 Loi gúi tin Hỡnh 30: Biu thng kờ s gúi tin ca giao thc flooding ng vi 50 node mng Theo th ny, ta nhn thy rng: - S gúi tin nhõn c b mt 15% so vi s gúi tin phỏt i - S gúi tin chuyn tip qua cỏc node mng n ớch gp 232 ln so vi s gúi tin gi i - S gúi tin b hy ch gp 1,8 ln so vi s gúi tin gi i * Kt lun: So sỏnh giao thc ZigBee vi giao thc flooding, ta thy: - Giao thc Zigbee khụng b mt gúi tin nh giao thc flooding - Gúi tin chuyn tip ca giao thc ZigBee nh hn, ch bng 2% so vi s lng gúi tin chuyn tip ca giao thc flooding - Gúi tin hu tip ca giao thc ZigBee nh hn, ch bng 9% so vi s lng gúi tin b hy ca giao thc flooding iu ny cho thy, dựng giao thc nh tuyn ca ZigBee hiu qu hn vic truyn v nhn d liu 66 Gii phỏp giỏm sỏt, cnh bỏo hot ng ca trm vin thụng dựng mng cm bin khụng dõy 2) Phõn tớch nng lng ca mi node dựng giao thc nh tuyn giao thc ZigBee v giao thc flooding - Sau thi gian mụ phng 10 ngy, nng lng suy gim ca cỏc node dựng giao thc nh tuyn Zigbee l 11%, ca giao thc nh tuyn flooding l 38% * Kt lun: Khi dựng Zigbee, cỏc node s tit kim c nhiu nng lng hn so vi dựng giao thc flooding 3) Mụ phng vic gi v nhn d liu, trung v x lý d liu ti trung tõm Kch bn nh sau: * Mụ phng mt trm vin thụng cú quy mụ nh sau: Trm cú din tớch 50m2, chia lm phũng mỏy Trong ú cú t 25 node cm bin: ú cú nỳt mng trung tõm, thu nhn thụng tin v chuyn v trung tõm iu khin thụng qua mng Internet v 23 node cm bin thụng thng thu nhp d liu gi v (cm bin nhit , m, di chuyn, bỏo chỏy) 67 Gii phỏp giỏm sỏt, cnh bỏo hot ng ca trm vin thụng dựng mng cm bin khụng dõy Hỡnh 31: S lp t cm bin mt trm (s node l 25 v 50) - Mi node cm bin u n gi d liu v trung tõm - Nu cỏc thụng s (nhit , m, ) khụng nm gii hn cho phộp ặ phỏt cnh bỏo Cú kt ni ti cnh bỏo bng chuụng kờu - Cm bin bỏo chỏy gi d liu v trung tõm cú s gia tng nhit v cú khúi phũng mỏy - Cnh bỏo chuyn ng gi d liu v trung tõm cú s kin xy (cú ngi hoc vt t nhp vo phũng mỏy) v cú kt ni ti cnh bỏo bng chuụng - Cỏc nỳt mng cm bin cú th c yờu cu gi d liu v trung tõm ti mt thi im bt k - Lu d liu vo file 68 Gii phỏp giỏm sỏt, cnh bỏo hot ng ca trm vin thụng dựng mng cm bin khụng dõy 5.4 KT QU Mễ PHNG ỏnh giỏ ti u ca giao thc nh tuyn ZigBee v cỏc giao thc khỏc - Khi theo dừi thng kờ cỏc gúi tin tng ng dng, ta thy rng: Giao thc Zigbee khụng b mt gúi tin nh giao thc flooding - Khi theo dừi thng kờ gúi tin phn nh tuyn, thy rng: - Gúi tin chuyn tip ca giao thc ZigBee nh hn, ch bng 2% so vi s lng gúi tin chuyn tip ca giao thc flooding - Gúi tin hu tip ca giao thc ZigBee nh hn, ch bng 9% so vi s lng gúi tin b hy ca giao thc flooding Kim tra iu khin ca Server xy cnh bỏo Di õy l s b trớ cỏc nỳt mng trm - Cỏc nỳt mu xanh l cỏc nỳt cm bin thu nhn thụng tin ca mụi trng v gi v trung tõm - Nỳt mu l node mng trung tõm (b iu phi) - Nỳt mu vng mụ phng ốn cnh bỏo Khi cú s kin cnh bỏo xy ra, nỳt mu vng bt sỏng v phỏt ting bip Cỏc gúi tin d liu c gi u n v trung tõm phỳt/1 bn tin Khi phỏt hin thụng s no ú vt ngng, ốn cnh bỏo mu vng s c bt v phỏt ting kờu bip Kim tra thi gian sng ca pin (s suy hao nng lng mi node) Sau thi gian mụ phng 10 ngy, nng lng suy gim ca cỏc node dựng giao thc nh tuyn Zigbee l 11%, ca giao thc nh tuyn flooding l 38% 69 Gii phỏp giỏm sỏt, cnh bỏo hot ng ca trm vin thụng dựng mng cm bin khụng dõy CHNG KT QU, NH GI V HNG PHT TRIN 6.1 KT QU, NH GI KT QU T C Kt qu sau quỏ trỡnh nghiờn cu: Nghiờn cu mng cm bin khụng dõy - Mt s cụng ngh cm bin khụng dõy nng lng thp - Cụng ngh ZigBee - ỏnh giỏ v la chn cụng ngh, chn ZigBee cho gii phỏp cnh bỏo v giỏm sỏt Trờn c s tỡm hiu v cụng ngh ZigBee, a gii phỏp giỏm sỏt v cnh bỏo cho trm vin thụng Tỡm hiu tỡnh hỡnh thc t Xõy dng c mụ hỡnh c th dựng mng cm bin khụng dõy cnh bỏo v giỏm sỏt hot ng ca mt trm vin thụng núi riờng v mụ hỡnh khụng gian thụng minh núi chung Xõy dng c mụ hỡnh trao i thụng tin gia cỏc node vi Mụ phng quỏ trỡnh cnh bỏo v giỏm sỏt - Tỡm hiu cỏc phn mm mụ phng hin nay: NS, Opnet, WSNET - ỏnh giỏ v la chn phn mm mụ phng mụ phng quỏ trỡnh cnh bỏo v giỏm sỏt Chy thnh cụng chng trỡnh mụ phng WSNET trờn h iu hnh Linux Xõy dng kch bn truyn tin gia cỏc node mng Vit thnh cụng cỏc modul v nh tuyn Zigbee, nh tuyn flooding, s thay i iu kin nhit , nh, t nhp v cnh bỏo vt quỏ ngng Cỏc module v phõn tớch gúi tin v ghi nht ký hot ng Kt hp c cỏc thụng s giỏm sỏt, gi v trung tõm 70 Gii phỏp giỏm sỏt, cnh bỏo hot ng ca trm vin thụng dựng mng cm bin khụng dõy 6.2 HNG PHT TRIN Trờn c s nhng cũn tn ti v kh nng phỏt trin ca ti, tụi s tip tc nghiờn cu v phỏt trin ni dung sau: Trờn c s thit k ó t ra, tụi s tip tc hon thin thit b giỏm sỏt v cnh bỏo thc t T biu phõn cp chc nng, quỏ trỡnh trao i thụng tin gia cỏc node, cú th thit k phn mm cho IC VXL Hon thin phn cng ca b giỏm sỏt v cnh bỏo Hon thin phn qun lý v giỏm sỏt, giỳp cho vic qun lý trung c ng b, x lý kp thi cỏc cnh bỏo Vi s phỏt trin mng ca mng WIFI, c bit l nh hng ca VNPT vic phỏt trin cỏc im truy nhp khụng dõy, chớnh vỡ th, hng phỏt trin tip theo ca ti l cỏc Gateway s giao tip khụng dõy vi theo chun Wifi Lỳc ú, h thng giỏm sỏt v cnh bỏo ca trm vin thụng l hot ng c lp vi h tng mng Bt k s c no xy cng khụng nh hng n vic truyn thụng gia cỏc node vi Vỡ cỏc module cnh bỏo v giỏm sỏt l c lp Phn iu khin cng cú th c thay i, nờn ti ny cú th c ỏp dng nhiu lnh vc Trờn c s ti ny, ng dng cnh bỏo v giỏm sỏt cú th c thc hin dõn dng (nh , khu dõn c, cỏc ca hng) hoc cụng nghip (cỏc nh mỏy, phũng).Thc t, cú th ỏp dng c trờn rt nhiu lnh vc, c gi l mụ hỡnh khụng gian thụng minh Vi s n lc ca bn thõn, s ng viờn ca gia ỡnh v bố bn, c bit l s tn tỡnh hng dn ca Tin s Nguyn Kim Khỏnh, tụi ó hon thnh c yờu cu t ban u ca lun Trong thi gian sp ti, tụi hy vng s tip tc phỏt trin thờm ti, t c kt qu tt hn Vỡ kin thc ti rng, tụi rt mong nhn c ý kin úng gúp tip tc phỏt trin ti, giỳp a ng dng cnh bỏo v giỏm sỏt vo thc tin hot ng ti cỏc i trm vin thụng Tin ti, ỏp dng c cho nhiu lnh vc khỏc 71 Gii phỏp giỏm sỏt, cnh bỏo hot ng ca trm vin thụng dựng mng cm bin khụng dõy Ti liu tham kho Anna Hỏc (2003).Wireless Sensor Network Designs.John Wiley & Sons, Inc Kazem Sohraby, Daniel Minoli, Taieb Znati (2007) Wireless Sensor Network Technology, Protocol and Application John Wiley & Sons, Inc Marko Korkalainen, Mikko Sallinen, Niilo Kọrkkọinen, Pirkka Tukeva, (2009), Survey of Wireless Sensor Networks Simulation Tools for Demanding Applications Pham Van Thuan (2009), Otimazing routing protocol for Wireless Sensor Network, Ha Noi University of Science and Technology Sinem Coleri Ergen (September 10, 2004), ZigBee/IEEE 802.15.4 Summary WSNET - An event-driven simulator for large scale wireless sensor networks Monitoring & control system AMC (2009), Viteco Company 72 ... thường node xử lý mạng 17 Giải pháp giám sát, cảnh báo hoạt động trạm viễn thông dùng mạng cảm biến không dây 2.3 CẤU TRÚC MẠNG CẢM BIẾN KHÔNG DÂY Hoạt động mạng cảm biến không dây mô tả tổng quát... 11 Giải pháp giám sát, cảnh báo hoạt động trạm viễn thông dùng mạng cảm biến không dây CHƯƠNG TỔNG QUAN MẠNG CẢM BIẾN KHÔNG DÂY 2.1 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ MẠNG CẢM BIẾN KHÔNG DÂY 2.1.1 Tổng quan mạng. .. node trung gian 18 Giải pháp giám sát, cảnh báo hoạt động trạm viễn thông dùng mạng cảm biến không dây 2.4 ỨNG DỤNG CỦA MẠNG CẢM BIẾN KHÔNG DÂY Trên giới, mạng cảm biến không dây sử dụng rộng rãi