Bài giảng Giới thiệu về mạng cảm biến không dây (WSN): Chương 4 - TS. Nguyễn Duy Thông

Bài giảng "Giới thiệu về mạng cảm biến không dây (WSN): Chương 4 - Kỹ thuật cảm biến không dây" trình bày các nội dung chính sau đây: Quá trình truyền sóng; Điều chế tín hiệu; Các công nghệ không dây; Đặc điểm Bluetooth; Bluetooth Low Energy – BLE;... Mời các bạn cùng tham khảo!
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Bài giảng Giới thiệu về mạng cảm biến không dây (WSN): Chương 4 - TS. Nguyễn Duy Thông CHƯƠNG 4: KỸ THUẬT TRUYỀN DẪN KHÔNG DÂY1/15/2024 23 1. Quá trình truyền sóng Truyền sóng radio dùng trong mạng WSN thường dưới dạng trực tiếp hay không gian tự do. Sóng phát ra từ nguồn, đi theo tất cả các hướng theo đường thẳng, năng lượng thay đổi tỉ lệ nghịch với khoảng cách. Suy hao trong môi trường không phải là không gian tự do (như cáp đồng trục, vật liệu xây dựng, tòa nhà, vật cản…). 1/15/2024 24 2. Điều chế tín hiệu Ứng dụng baseband là các ứng dụng mà tín hiệu mã hóa được phát đi trực tiếp qua kênh truyền mà không thay đổi về sóng mang. Non-baseband sử dụng các kỹ thuật điều chế tín hiệu trước khi truyền đi. Hệ thống baseband thường bị giới hạn về khả năng truyền thông tin ở khoảng cách đến và dặm Dạng điều chế thường được dùng là điều chế biên độ (AM), điều chế tần số (FM), điều chế pha (PM). Một số dạng điều chế số tương ứng là ASK (amplitude shift keying), FSK (frequency shift keying), PSK (phase shift keying) và sự kết hợp PSK-ASK tạo thành QAM (quadrature amplitude modulation). 1/15/2024 252. Điều chế tín hiệu (tt) Hình: So sánh một số phương pháp điều chế tín hiệu 1/15/2024 26 3. Các công nghệ không dây Có nhiều giao thức không dây, được sử dụng khá rộng rãi là IEEE 802.15.1(Bluetooth), IEEE 802.11a/b/g/n wireless LANs, IEEE 802.15.4 (ZigBee), Man- scope IEEE 802.16 (WiMax), mạng di động và kỹ thuật nhận dạng bằng sóng vô tuyến (RFID) 1/15/2024 273. Các công nghệ không dây (tt) Bảng: So sánh các công nghệ không dây1/15/2024 28 4. Bluetooth Đặc điểm Bluetooth:  Là công suất tiêu thụ thấp, giá thành thấp, cung cấp cho ứng dụng không dây giữa các thiết bị di động và làm đơn giản kết nối giữa các thiết bị.  Hệ thống dùng sóng radio phát đẳng hướng, có thể xuyên qua tường và các vật cản phi kim loại khác.  Sóng radio dùng trong Bluetooth hoạt động ở tần số 2.4GHz ISM, phổ biến trên toàn thế giới.  Bluetooth dùng kỹ thuật trải phổ, song công hoàn toàn  Dùng để truyền tải một lượng lớn dữ liệu 1/15/2024 29 5. Bluetooth Low Energy – BLE Siêu tiết kiệm năng lượng, cho phép thiết bị hoạt động trong vài tháng hoặc vài năm chỉ với một viên pin đồng xu (coin-cell battery); Khoảng cách ngắn, hoạt động ổn định trong phạm vi 10m Dữ liệu truyền tải không lớn, thích hợp cho các ứng dụng điều khiển không liên tục, cảm biến. Các ứng dụng điển hình sử dụng BLE như thiết bị theo dõi sức khỏe, beacons, nhà thông minh, an ninh, giải trí, cảm biến tiệm cận, ô tô. Trung tâm của một hệ thống ứng dụng BLE thường là Smart phones, tablets và PCs 1/15/2024 305. Bluetooth Low Energy – BLE (tt) Bảng: So sánh các công nghệ Bluetooth thông thường và BLE1/15/2024 31 6. WLAN Mạng WLAN tốc độ cao hơn cung cấp cho số lượng lớn người dùng với mật độ cao. Chuẩn IEEE 802.11g và 802.11n cần thiết cho ứng dụng băng thông rộng và mật độ cao. Cung cấp QoS (chất lượng dịch vụ) cao qua giao tiếp không dây. Chuẩn IEEE 802.11e là kỹ thuật cung cấp QoS cần thiết. Bảo mật thông tin là nhu cầu lớn. Chuẩn IEEE 802.11i đáp ứng tốt yêu cầu này. 1/15/2024 326. WLAN (tt)1/15/2024 33 7. ZigBee ZigBee là một công nghệ được xây dựng dựa trên tiêu chuẩn của IEEE, đáp ứng cho sự phát triển rộng khắp của mạng WSNs giá thành thấp, công suất tiêu thụ thấp dùng cho các ứng dụng điều khiển từ xa, điều khiển thiết bị trong nhà, ứng dụng trong các tòa nhà tự động trong công nghiệp và thương mại. Trái ngược với mạng Wi-Fi được sử dụng để kết nối thiết bị đầu cuối với mạng tốc độ cao, Zigbee hỗ trợ tốc độ dữ liệu thấp hơn nhiều và sử dụng giao thức mạng lưới MESH để tránh các thiết bị trung tâm và tạo ra một kiến ​trúc tự phục hồi. Tiêu chuẩn IEEE 802.15.4 cung cấp chuẩn tốc độ dữ liệu thấp với thời gian sử dụng pin nhiều tháng đến nhiều năm và ít phức tạp. 1/15/2024 34 7. ZigBee (tt) Đặc điểm của ZigBee Zigbee cũng tương tự như Bluetooth nhưng đơn giản hơn, Zigbee có tốc độ truyền dữ liệu thấp hơn, tiết kiệm năng lượng hơn. Một nốt mạng trong mạng Zigbee có khả năng hoạt động từ 6 tháng đến 2 năm chỉ với nguồn là hai acqui AA. Phạm vi hoạt động của Zigbee là 10-75m trong khi của Bluetooth chỉ là 10m (trong trườn ...