Wireless Sensor Network Là Gì

  -  



*

IoT tuy không còn mới ở nước ta nhưng xu hướng này bắt đầu chỉ được coi là ở tiến trình sơ khai, còn không hề ít thứ cần phải làm. Vào đó, tích phù hợp hệ thống, bức tốc bảo mật là nhị thứ bạn có thể làm thành thạo, thậm chí là làm tốt.

Bạn đang xem: Wireless sensor network là gì


Mạng cảm ứng không dây (Wireless Sensor Network – WSN) được tế bào tả là 1 chuỗi những nút mạng có tác dụng cảm dìm và kiểm soát và điều chỉnh môi trường, đồng thời chất nhận được sự ảnh hưởng giữa con fan với máy tính và môi trường thiên nhiên xung xung quanh <1>. Những nút mạng có thể là cảm biến, bộ chấp hành, cổng giao tiếp hay chính là người dùng. Một lượng lớn cảm biến được thực thi một cách thiên nhiên trong khu vực cần thống kê giám sát (sensor field) với cấu thành mạng cảm biến. Dữ liệu sau khi thu thập ngơi nghỉ mỗi nút mạng sẽ được truyền qua các nút mạng không giống và sau cùng là nút thống trị thông qua kinh nghiệm định tuyến đường gián tiếp đa điểm (multihop routing). Fan dùng có thể điều khiển và làm chủ mạng WSN trải qua các dữ liệu trải qua các dữ liệu tích lũy được.

altHình 1: Một nút cảm ứng không dây tích hợp công nghệ Intel (www.fpmled.com.my) 

Công nghệ ngày càng phát triển, ngân sách của những thiết bị tương quan tới mạng WSN càng ngày giảm để cho các áp dụng của WSN không chỉ giới hạn trong lĩnh vực quân sự mà còn được triển khai rộng thoải mái trong công nghiệp và thương mại. Những giao thức chuẩn cho WSN cũng khá được phát triển như Zigbee, WirelessHart, ISA 100.11a,… Đồng thời, thị trường của WSN ở các ngành công nghiệp và mái ấm gia đình cũng tăng lên nhanh chóng. Sau đó là những technology góp phần làm cho IoT ngày dần trở nên gần gụi với cuộc sống thường ngày hàng ngày.


Các nút cảm ứng là trong những thành phần thiết yếu của WSN. Thành phần của nút cảm ứng bao gồm: module nguồn, cảm biến, vi tinh chỉnh và bộ truyền bộc lộ không dây (hình 2). Module mối cung cấp sẽ cung cấp nguồn nuôi cho cả nút cảm biến hoạt động. Cảm ứng thu nhận biểu hiện từ môi trường thiên nhiên và bạn dạng thân thiết bị, hoàn toàn có thể là biểu lộ sinh lý, đồ dùng lý, hóa học và chuyển chúng thành biểu hiện điện năng để mang vào vi điều khiển. Vi tinh chỉnh và điều khiển sẽ thu nhận biểu hiện từ cảm ứng và xử lý chúng. Bộ truyền nhận biểu đạt (RF transceiver) sẽ tùy chỉnh thiết lập giao tiếp truyền dữ liệu đã được xử lý đến những nút trong mạng. Các nút cảm biến thu thập tài liệu theo thời hạn thực trong một thời hạn dài, cho nên chúng rất cần được tiêu thụ không nhiều năng lượng.

alt


Sự cải tiến và phát triển của technology MEMS đã hỗ trợ thu nhỏ dại đáng kể form size của cảm biến. Technology MEMS là sự kết hợp của công nghệ vi năng lượng điện tử (microelectron- ics), vi cơ khí (micromachining) và technology đóng gói (packaging). Nó chất nhận được các thông số kỹ thuật 2D cùng 3D phức hợp được thu nhỏ dại trên một diện tích s đế khôn cùng nhỏ, bên cạnh đó tích hợp được cả các thành phần cảm biến, nguồn nuôi với mạch xử lý tín hiệu. Ngày nay, nhiều loại cảm biến MEMS sẽ được sản xuất và có khả năng đo những đại lượng thứ lý, hóa học, sinh học như vận tốc, âm thanh, pH…

Khai thác tích điện từ môi trường

Các nút mạng bắt buộc một nguồn nuôi nhằm hoạt động, với nguồn năng lượng lúc này không chỉ bị giới hạn từ pin, ắc quy nhưng mà còn hoàn toàn có thể được đem từ những nguồn không giống như năng lượng mặt trời, tinh thể áp điện, gửi hóa nhiệt độ – điện – từ <2> <3>.

Một số công ty đã bắt đầu thương mại hóa các ứng dụng mang lại mạng cảm biến với phần mối cung cấp sử dụng technology khai thác năng lượng từ môi trường. EnOcean của Đức đã hỗ trợ thiết bị cho phép chuyển hóa quang năng, sức nóng năng và cơ năng thành năng lượng điện năng để áp dụng trong đo lường và tính toán ánh sáng cùng không khí vào nhà. Trong lĩnh vực y tế, những thiết bị sử dụng tinh thể áp năng lượng điện cũng dần trở bắt buộc phổ biến. Perpetuum của Anh phát triển một dòng sản phẩm cho phép chuyển hóa cơ năng thành điện năng trong ứng dụng thiết bị di chuyển. Với nguồn năng lượng từ xê dịch xung, việc gõ ngón tay lên bàn hoàn toàn có thể hỗ trợ nút cảm biến truyền 2 kB dữ liệu đi khoảng cách 100m giải pháp mỗi 60s.

Kết nối các nút mạng

Các nút mạng rất có thể được phân bổ rải rác ở khoảng cách từ vài trăm mét cho đến vài km, bao gồm các lắp thêm trong mạng và khối hệ thống người dùng. Biểu hiện sẽ được triệu tập về một điểm trước khi được truyền đi trong hệ thống cáp quang. Các thiết bị luôn luôn trong trạng thái chuẩn bị sẵn sàng để truyền nhận tài liệu nên kỹ năng xảy ra xung bất chợt là khôn xiết lớn. Bởi vì đó, công nghệ liên kết cần phải có khả năng quản lý việc áp dụng tài nguyên của các kênh để đảm bảo sự links nhiều thành phần nằm trong mạng.

Các công nghệ kết nối mạng bây giờ có thể được phân vào 4 loại: WLAN (wireless local area network), WMAN (wireless metropolitan area network), WPAN (wireless personal area network) và WWAN (wireless wide area network). Tuy vậy các công nghệ mạng lúc này không thỏa mãn nhu cầu tốt được những ứng dụng WSNs vì một số lý do:

– Về độ tin cậy, môi trường truyền thông media tin của WSN khá khắc nghiệt. Dải tần hẹp, nhiễu đa tần và những hiệu ứng nhiều chiều khiến cho việc bảo vệ tính link trở thành vấn đề.

– những ứng dụng IoT yêu cầu khắt khe hơn về xử lý thời hạn thực. Độ trễ khi truyền biểu lộ phải rất là nhỏ.


– Về vấn đề hiệu năng, các ứng dụng WSNs rất cần được tiết kiệm tích điện ở mức về tối đa để có khả năng tự vận hành trong thời hạn dài (vài năm). Điều đó hiện nay khó hoàn toàn có thể đạt được với các thiết bị thực hiện pin.

Xem thêm: 10+ Những Bộ Phim Siêu Nhân Mới Nhất, Phim Siêu Nhân Nhật Bản

Hiện nay bluetooth 5.0 đã thành lập với khoảng cách truyền gấp hai Bluetooth 4.0, trong khi năng lượng tiêu thụ lại được sụt giảm và được hy vọng sẽ đáp ứng những yêu cầu nói trên.

Phân bố những nút mạng

Một mạng cảm ứng không dây bao hàm các nút mạng là các cảm biến, cổng liên kết (gateway) và người tiêu dùng được liên kết chặt chẽ với nhau. Mạng cảm ứng có thể được tổ chức theo khá nhiều cấu trong khi hình sao, hình thẳng, hình cây, hình vòng,… các nút liên kết với nhau trải qua kĩ thuật định tuyến gián tiếp đa điểm (multihop routing). Nút cảm biến đầu tiên sẽ truyền tài liệu đến nút mạng ngay sát nhất, sau đó dữ liệu được truyền tiếp tới nút mặt cạnh, cùng cứ thế quy trình lặp lại cho đến khi dữ liệu được truyền mang đến cổng giao tiếp. Mỗi nút mạng đang đóng sứ mệnh vừa là vấn đề phát vừa là điểm thu sóng. Khoảng cách truyền có thể đạt cho 800 – 1000m quanh đó trời. Đặc tính của WSNs ở tinh vi này bao gồm tự tổ chức triển khai (self organization), tự mê thích nghi (self – adaptation), giới hạn năng lượng (limited nodes energy) và link thiếu bất biến (unstable transmission links).

alt


Hình 3: các kiểu thực hiện mạng: hình sao, hình cây và mắt xích

Do các nút mạng được phân bố ngẫu nhiên yêu cầu chúng cần phải có khả năng tự link với nhau. Từng nút mạng rất có thể được gán mang đến 2 hay các đường truyền để tăng độ tin cậy. Nút mạng bây giờ được liên kết với nhau hầu hết qua mạng wifi, cùng các technology mới như 6LoWPAN dựa trên IPv6 đã thành lập để cung ứng cho mạng WSN.


Tính hóa học thứ nhị là tự đam mê nghi đường truyền. đối với mạng dây truyền thống, truyền thông qua mạng ko dây dễ bị thất thoát tài liệu hơn khôn cùng nhiều. Để xử lý vấn đề này, technology tự ham mê nghi đường truyền (Self-adaptive Flow Control) đã ra đời. SFC mày mò lý do gây ra mất tài liệu và kiểm soát và điều chỉnh dòng tài liệu truyền tải. Tùy theo chất lượng đường truyền và số lỗi xảy ra, tốc độ truyền (transmission rate) với lượng dữ liệu truyền (throughput) sẽ được điều chỉnh.


Tập vừa lòng dữ liệu

Dữ liệu sẽ không còn được truyền từ mỗi nút mạng về cổng tiếp xúc (gateway) mà sẽ tiến hành truyền qua những nút mạng khác nhau, tới một (sink node) nút tập trung. Mỗi khoanh vùng mạng sẽ sở hữu một nút tập trung như vậy cho phép kết phù hợp nhiều dữ liệu từ các nút xung quanh, bỏ đi các dữ liệu thừa, tiết kiệm ngân sách băng thông với năng lượng. Trong quá trình truyền, việc tập thích hợp dữ liệu như vậy sẽ làm tăng cường độ trễ của hệ thống, đồng thời tỉ lệ mất dữ liệu sẽ cao hơn. Việc tập hợp tài liệu mặc dù rất có thể bỏ đi không hề ít thông tin thừa, huyết kiệm tích điện và tăng độ chính xác (accuracy) của tin tức nhưng cũng làm cho thông tin không thể giữ được tính thiết thực (robustness).

Bảo mật

Bảo mật là vấn đề chung và rất quan trọng đặc biệt khi bọn họ làm câu hỏi với WSNs, khi mà hầu hết thứ mọi được links với nhau. Vụ việc khi thao tác làm việc với mạng TCP/IP truyền thống lâu đời là tính chính xác (authentication), độ trọn vẹn (integrity) và chuẩn bị (availability) của dữ liệu.


Nhưng so với WSN, sự việc bảo mật rất có thể đến tự phía người dùng hay chủ yếu từ phía đơn vị cung cấp. Ngoài việc giữ bình an cho dữ liệu truyền vào mạng, những vấn đề thông tin cá nhân của người sử dụng hay của sản phẩm cũng rất cần phải xem xét. Những vấn đề bảo mật của WSN rất có thể được nói tới như: bảo mật nút mạng, thuật toán mã hóa thông tin, làm chủ khóa, cai quản đường truyền với tập hòa hợp dữ liệu.

alt


Hình 5: Một quy mô bảo mật ngơi nghỉ nút cảm biến

Tại từng nút cảm biến đều có những MCU nhằm truyền dìm dữ liệu. MCU có thể bảo mật dưới những hình thức như bảo mật thông tin khởi động, xác thực thông qua tin nhắn hay mã hóa gói dữ liệu để đảm bảo vi xử trí khỏi bị tấn công trải qua sóng radio, bluetooth không dây hay wifi. Khi dữ liệu được truyền đi, chúng có thể được mã hóa từ nội dung cho tới phương thức truyền để bảo vệ các tin tức khỏi bị thu dìm bởi những thiết bị không giống hoặc giả sử tin tức có bị chiếm được thì cũng ko thể áp dụng nếu như không có thuật toán giải mã thích hợp. Việc truyền thông media tin bởi kĩ thuật truyền con gián tiếp nhiều điểm cũng khiến cho từng nút mạng rất nhiều dễ bị tấn công. Bởi đó, một số phương pháp để bảo đảm các nút mạng cũng được đề xuất như đánh giá thông tin, xác định vị trí, thuật toán mã hóa hay cấu trúc thứ bậc (hierarchical). Từng kĩ thuật rất có thể được vận dụng ở những ứng dụng khác biệt để bảo đảm an toàn thông tin sinh hoạt mỗi nút mạng các được an toàn.


IoT tuy không thể mới ở nước ta nhưng xu thế này bắt đầu chỉ được xem như là ở quá trình sơ khai, còn rất nhiều thứ rất cần được làm. Vào đó, tích hợp hệ thống, tăng tốc bảo mật là nhì thứ chúng ta cũng có thể làm thành thạo, thậm chí là làm tốt. Trường hợp có chế độ tốt và tầm quan sát lãnh đạo các công ty đầy đủ tốt, IoT sẽ mang đến nguồn lợi rất to lớn nhờ tiết kiệm chi phí, nâng cao giá trị thêm vào đó của sản phẩm, tăng sức đối đầu và cạnh tranh cho sản phẩm.

Xem thêm: Hướng Dẫn 8 Cách Giảm Lag Khi Chơi Game Online, Hướng Dẫn 7 Cách Giảm Ping Khi Chơi Game Online

(Kỳ tới: thách thức của mạng WSN, đón đọc tự động hóa hóa ngày này số mon 4/2017)

THAM KHẢO

<1> BRÖRING, A. Et al. New generation sensor web enablement. Sensors, 11, 2011, pp. 26522699. ISSN 1424-8220. Available from: doi:10.3390/s110302652

<2> ANG, R.J., TAN, Y.K. And PANDA, S.K. Energy harvesting for autonomous wind sensor in remote area. 33rd Annual IEEE Conference of Industrial Electronics Society (IECON’07), Taipei, Taiwan, 2007.

<3> TANG, L. Và GUY C. Radio frequency energy harvesting in wireless sensor networks. International conference on communications and mobile computing, 2009, pp. 644648