Định vị nút mạng không dây trong mạng cảm biến

Hệ thống mạng cảm biến đã và đang được phát triển, được triển khai cho nhiều các ứng dụng khác nhau như: theo dõi sự thay đổi của môi trường, khí hậu, giám sát các mặt trận quân sự, phát hiện và do thám việc tấn công bằng hạt nhân, sinh học và hoá học, chuẩn đoán sự hỏng hóc của máy móc, thiết bị, theo dấu và giám sát các bác sỹ, bệnh nhân cũng như quản lý thuốc trong các bệnh viện, theo dõi và điều khiển giao thông...

Mạng cảm biến bao gồm rất nhiều các node cảm biến được phân bố trong một trường cảm biến. Các node này có khả năng thu thập dữ liệu thực tế, sau đó chọn đường (thường là theo phương pháp đa bước nhảy) để chuyển những dữ liệu thu thập này về node gốc. Node gốc liên lạc với node quản lý nhiệm vụ thông qua Internet hoặc vệ tinh.

Mạng cảm biến được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực, bao gồm:

• Theo dõi môi trường: Mạng cảm biến có thể theo dõi nhiệt độ, độ ẩm, mức ô nhiễm và các thông số môi trường khác, giúp đưa ra cảnh báo sớm về các nguy cơ tiềm ẩn.
• Tự động hóa: Mạng cảm biến có thể được sử dụng để tự động hóa các tác vụ hàng ngày, như điều khiển nhiệt độ, chiếu sáng và hệ thống an ninh.
• Y tế: Mạng cảm biến có thể được sử dụng để theo dõi bệnh nhân và cung cấp chăm sóc từ xa, giúp cải thiện kết quả sức khỏe.
• Quân sự: Mạng cảm biến có thể được sử dụng để giám sát chiến trường, phát hiện rủi ro và hướng dẫn nhiệm vụ.
• An ninh: Mạng cảm biến có thể được sử dụng để bảo vệ tài sản, theo dõi sự xâm nhập và ngăn chặn hành vi trộm cắp.

Lưu trữ dữ liệu: Các cảm biến lấy mẫu từ môi trường liên tục. Với khả năng lưu trữ hạn chế của các cảm biến trên mạng dữ liệu không được lưu trữ vĩnh viễn. Dữ liệu được lén, lọc, tổng hợp từ các nút, và các dữ liệu cũ phải được xóa đi. Dữ liệu mà muốn lưu trữ trên mạng phải chuyển tiếp đến máy chủ trung tâm.

An ninh: Các thông tin về nhiệt độ đối với ứng dụng giám sát môi trường đường như vô hại nhưng việc giữ bí mật thông tin là rất quan trọng. Các hoạt động của một toà nhà có thể thu thập được dễ dàng bằng cách lấy thông tin về nhiệt độ và ánh sáng của toà nhà đó. Những thông tin này có thể được sử dụng để sắp xếp một kế hoạch tấn công vào một công ty. Do đó, WSN cần có khả năng giữ bí mật các thông tin thu thập được. Trong các ứng dụng an ninh, dữ liệu bảo mật trở nên rất quan trọng. Không chỉ duy trì tính bí mật, nó còn phải có khả năng xác thực dữ liệu truyền. Sự kết hợp tính bí mật và xác thực là yêu cầu cần thiết của cả ba dạng ứng dụng. Việc sử dụng mã hoá và giải mã sẽ làm tăng chi phí về năng lượng và băng thông. Dữ liệu mã hoá và giải mã cần được truyền cùng với mỗi gói tin. Điều đó ảnh hưởng tới hiệu suất ứng dụng do giảm số lượng dữ liệu lấy từ mạng và thời gian sống mong đợi.

Ví dụ như những nơi công cộng như hành lang, cầu thang, những nơi có không gian lớn hoặc những nơi không cần sự chiếu sáng thường xuyên, việc bật sáng thường xuyên sẽ gây ra tình trạng lãng phí điện, làm giảm tuổi thọ của bóng đèn. Vì vậy chúng ta có thể sử dụng thiết bị cảm biến hồng ngoại để tự động điều khiển bật tắt các thiết bị. Các cảm biến hồng ngoại được đặt ngay tại nơi cần chiếu sáng, trong vùng quét. Khi có người đi qua cảm biến hồng ngoại sẽ nhận biết và truyền tín hiệu về bộ điều khiển trung tâm để điều khiển bật tắt thiết bị. Thời gian bật tắt được tùy biến cài đặt đảm bảo sự chiếu sáng tiện nghi.

Trong các sự kiện phát hiện hoặc theo dõi các mục tiêu, các cảm biến phải biết được vị trí của chúng để tính toán sự di chuyển.

Để giúp hướng dẫn qua một cánh đồng, các cảm biến phải biết được vị trí.

Hầu hết các kỹ thuật định vị bao gồm hai thao tác. Trong giai đoạn đầu, phải xác định được khoảng cách hoặc góc đo giữa các điểm và các đối tượng cần tìm. Giai đoạn đầu được gọi là phân khoảng. Trong giai đoạn thứ hai, những khoảng cách và góc đo được kết hợp để tạo ra vị trí của đối tượng. Pha này là được gọi là pha đinh vị.

Trong bối cảnh Internet và công nghệ thông tin phát triển mạnh mẽ, mạng cảm biến đã và đang được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực khác nhau như theo dõi môi trường, khí hậu, giám sát quân sự, y tế, quốc phòng, an ninh,...

Mạng cảm biến có cấu trúc mạng nhiều tầng, cấu trúc này có độ ổn định cao. Các lớp mạng đảm bảo được yêu cầu tiết kiệm năng lượng trong mạng cảm biến.

Có nhiều thách thức và trở ngại chính cần khắc phục để tích hợp mạng cảm biến vào các ứng dụng: lưu trữ dữ liệu, an ninh, sử dụng năng lượng,... Tối ưu hóa được những thách thức này giúp mạng cảm biến hoạt động hiệu quả hơn.

Mạng cảm biến có nhiều ứng dụng thực tế: giám sát môi trường, y tế, quân sự,...

Định vị chính xác vị trí nút mạng rất quan trọng để đảm bảo mạng cảm biến hoạt động tốt. Nhiều kỹ thuật định vị khác nhau đã được nghiên cứu và áp dụng, mỗi kỹ thuật có những ưu điểm và nhược điểm riêng.

Ferret là hệ thống định vị nút mạng trong mạng không dây sử dụng hai kỹ thuật khác nhau: RSSI và tăng công suất truyền.

LESS là hệ thống định vị dựa trên chiến lược tiến hóa, ước lượng vị trí của các nút trong mạng cảm biến bằng cách sử dụng vị trí của một số nút đã biết.

Mạng cảm biến còn là một lĩnh vực tương đối mới với nhiều thách thức. Tuy nhiên, với sự phát triển nhanh chóng của công nghệ, mạng cảm biến được kỳ vọng sẽ trở thành một phần không thể thiếu trong cuộc sống hiện đại, mang lại nhiều tiện ích và ứng dụng hữu ích cho con người.