Tải bản đầy đủ

Nghiên cứu một số công nghệ vô tuyến thế hệ mới và khả năng ứng dụng tại việt nam

1

HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG





PHAN TRUNG KIÊN


Nghiên cứu một số công nghệ vô tuyến thế hệ mới và khả năng
ứng dụng tại Việt Nam


Chuyên ngành: KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ
Mã số : 60.52.70
Người hướng dẫn khoa học: TS. LÊ XUÂN CÔNG

TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT





HÀ NỘI - 2012





2

LỜI MỞ ĐẦU
Như chúng ta biết mục tiêu của các hệ thống truyền thông vô tuyến thế hệ kế tiếp là
cung cấp truy nhập tốc độ dữ liệu cao, hiệu quả sử dụng phổ cao, độ tin cậy truyền dẫn cao,
đảm bảo chất lượng dịch vụ cao cho người sử dụng. Trong các công nghệ vô tuyến thế hệ kế
tiếp, thì công nghệ truyền thông quang không dây, và các mạng sensor vô tuyến đã thu hút
sự quan tâm đặc biệt trong nghiên cứu trong thời gian chục năm trở lại đây và đã đạt đến
giai đoạn có thể xem như sẵn sàng được sử dụng trong các hệ thống thực tế; các công nghệ
này đã được tiêu chuẩn hoá bởi các tổ chức tiêu chuẩn quốc tế, hoặc quy định sử dụng bởi
nhiều quốc gia, các sản phẩm thương mại của các công nghệ vô tuyến này đã bắt đầu xuất
hiện trên thị trường với dải rộng các ứng dụng. Việc nghiên cứu các công nghệ vô tuyến thế
hệ kế tiếp và các ứng dụng của các công nghệ này trong thực tế là rất quan trọng trong quá
trình nắm bắt, làm chủ công nghệ và ứng dụng phát triển công nghệ tại Việt Nam. Do đó,
việc nghiên cứu đặt vấn đề nghiên cứu các công nghệ vô tuyến thế hệ mới và khả năng ứng
dụng tại Việt nam và lấy tên luận văn là: “Nghiên cứu các công nghệ vô tuyến thế hệ mới và
khả năng ứng dụng tại Việt Nam”. Nội dung của đề tài được trình này như sau:
- Chương 1. Tổng quan về các công nghệ vô tuyến thế hệ mới
- Chương 2. Nghiên cứu công nghệ quang không dây
- Chương 3. Nghiên cứu công nghệ mạng sensor vô tuyến
- Chương 4. Khuyến nghị về khả năng ứng dụng các công nghệ
vô tuyến thế hệ mới tại Việt Nam
Em xin chân thành cảm ơn các cán bộ, giảng viên Học Viện Công nghệ Bưu chính
Viễn thông và thầy hướng dẫn đã tạo mọi điều kiện thuận lợi và có những đóng góp quý báu
trong quá trình nghiên cứu thực hiện luận văn. Trong luận văn chắc không thể tránh khỏi
các thiếu sót, em mong nhận được sự lượng thứ và góp ý hơn nữa để tiếp tục hoàn thiện
luận văn.





2. Các kết quả nghiên cứu đạt được
2.1. Chương 1: “Tổng quan về các công nghệ vô tuyến thế hệ mới”
Nội dung chương này nghiên cứu các vấn đề:
+ Tổng quan về công nghệ quang không dây.
3

+ Tổng quan về công nghệ mạng sensor vô tuyến.
Truyền thông quang không dây là hệ thống truyền thông quang sử dụng môi trường
vô tuyến làm kênh truyền thông. Truyền thông quang không dây được xem là công nghệ
tiềm năng cho các ứng dụng vô tuyến băng rộng trong môi trường trong nhà và ngoài trời.
Các hệ thống truyền thông quang không dây hấp dẫn trong việc cung cấp các dịch vụ băng
rộng do có băng thông cao, dễ dàng triển khai và không cần yêu cầu cấp phổ tần số. Ý tưởng
sử dụng vô tuyến làm môi trường truyền thông quang đã xuất hiện kể từ khi phát minh ra
laser. Truyền thông quang không dây xuất hiện vào những năm 1960 cho các ứng dụng
trong quân sự. Vào cuối những năm 1980, truyền thông quang không dây mới được xem
như là lựa chọn để thương mại hoá, tuy nhiên các hạn chế về mặt công nghệ đã ngăn không
cho công nghệ này thành công. Công nghệ truyền thông quang không dây mới chỉ trở nên
hấp dẫn trong thời gian gần đây khi mà các công nghệ như công nghệ laser bán dẫn công
suất cao, công nghệ thích nghi, công nghệ thiết kế anten quang, đã phát triển. Truyền
thông quang không dây trong môi trường trong nhà được gọi là truyền thông hồng ngoại
không dây, còn truyền thông quang không dây trong môi trường ngoài trời được gọi là
truyền thông quang qua không gian tự do (FSO).
Để truyền thông hồng ngoại không dây, mong muốn tồn tại các đường truyền dẫn
không trực tiếp, không yêu cầu sự đồng chỉnh chính xác giữa máy phát và máy thu. Chúng
có thể được phân loại thành đường truyền trong tầm nhìn thẳng (LOS) và các đường truyền
khuếch tán. Đường truyền LOS yêu cầu không có chướng ngại che chắn để truyền thông tin
cậy. Trong khi đó, truyền thông FSO thường yêu cầu LOS trực tiếp và các đường liên kết
laser điểm-tới-điểm từ máy phát đến máy thu qua không gian. Truyền thông FSO có thể đạt
tốc độ tới vài Gbps, với khoảng cách lên tới vài km.

Hình 1.1. Công nghệ quang không dây và các công nghệ khác [7].
Công nghiệp truyền thông quang không dây đã trải qua sự phát triển bền vững trong
một thập kỷ trở lại đây mặc dù có những biến động của nền kinh tế toàn cầu. Đó là do công
nghệ truyền thông quang không dây có ba ưu điểm quan trọng so với các công nghệ cạnh
4

tranh khác. Thứ nhất, chi phí triển khai truyền thông quang không dây chỉ bằng 10% so với
chi phí của hệ thống cáp sợi quang [2], truyền thông quang không dây chỉ yêu cầu vài giờ
hoặc vài ngày để cài đặt giống như thời gian thiết lập đường truyền RF, trong khi cài đặt cáp
sợi quang phải mất tới vài tháng. Thứ hai, các hệ thống truyền thông quang không dây có
khoảng cách truyền dẫn lớn hơn các hệ thống dựa trên các bước sóng mm. Các hệ thống
truyền thông quang không dây có thể truyền dẫn qua khoảng cách vài km, trong khi đó các
hệ thống bước sóng mm yêu cầu phải có các bộ lặp ở cùng khoảng cách. Ngoài ra, các hệ
thống bước sóng mm bị ảnh hưởng bởi mưa, trong khi các hệ thống truyền thông quang
không dây bị ảnh hưởng bởi sương mù làm cho hai công nghệ truyền dẫn này bù trừ cho
nhau. Cuối cùng, công nghệ truyền thông quang không dây không cần yêu cầu cấp phép và
không gây nhiễu, trong khi phổ tần số của hệ thống RF đang ngày càng trở nên trật trội.
Việc nghiên cứu về các hệ thống truyền thông quang không dây liên quan đến dải rộng
các lĩnh vực bao gồm: thiết kế quang, quang điện tử, thiết kế điện tử, mô hình hoá kênh, lý
thuyết thông tin và truyền thông, điều chế và san bằng, các kiến trúc mạng quang không
dây, Hiện nay, các sản phẩm quang không dây trong nhà đã được sản xuất bởi các hãng
như: ACTiSYS Corporation, Cannon, Seiko Epson, Brother Casio, Clarinet Systems,
Fujitsu, Sharp, Panasonic, Fujifilm… Các sản phẩm thiết bị và giải pháp FSO được cung
cấp bởi nhiều hãng sản xuất như: LightPointe MRV, CableFree Solutions, SKYFIBER,…
Mạng cảm biến vô tuyến (WSN) là tập hợp các node cảm biến được triển khai dày
đặc bên trong hoặc rất gần hiện tượng vật lý, thực hiện việc đo lường các điều kiện môi
trường hoặc các thông số khác và chuyển tiếp những thông số đo được tới điểm trung tâm
để xử lý. Các node cảm biến (WN) có thể cảm nhận môi trường, có thể truyền thông với các
node lân cận, và trong nhiều trường hợp có thể thực hiện các tính toán đơn giản dựa trên dữ
liệu đã thu thập được. Với sự tiến bộ gần đây của công nghệ các hệ thống cơ điện tử vi mô
(MEMS), truyền thông vô tuyến, và điện tử số, việc thiết kế và phát triển các node cảm biến
có chi phí thấp, công suất thấp, đa chức năng với kích thước nhỏ và có khả năng truyền
thông không dây qua khoảng cách ngắn đã trở thành hiện thực. Các đặc tính cơ bản của các
mạng cảm biến vô tuyến là:
 Có khả năng tự tổ chức
 Truyền thông quảng bá qua khoảng cách ngắn và định tuyến multihop
 Triển khai dày đặc và nỗ lực hợp tác của các node cảm biến
 Cấu hình thường xuyên thay đổi do fading và node bị thất bại
5

 Hạn chế về năng lượng, công suất phát, bộ nhớ và tiêu thụ công suất
2.2. Chương 2: “Nghiên cứu công nghệ quang không dây”
Nội dung chương này nghiên cứu:
+ Bước sóng hoạt động của công nghệ quang không dây.
+ Mô tả hệ thống quang không dây gồm máy phát, môi trường truyền dẫn, máy thu,
các kỹ thuật truyền dẫn gồm DBIR, DFIR, QDIR.
+ Các thách thức thiết kế hệ thống gồm sự đảm bảo an toàn cho mắt, nhiễu từ các
nguồn sáng xung quanh, các đặc tính đa đường của kênh đối với bức xạ khuếch tán.
+ Các kỹ thuật điều chế và các kỹ thuật đa truy nhập trong quang không dây.
+ Giới thiệu công nghệ mạng LAN quang không dây và công nghệ quang không dây
ngoài trời FSO.
Truyền thông quang không dây (OWC) là hệ thống truyền thông quang sử dụng môi
trường vô tuyến làm kênh truyền thông [32, 33]. Truyền thông vô tuyến RF và quang không
dây sử dụng dải sóng hồng ngoại và gần hồng ngoại(IR: 1 - 750 nm (300 GHz - 400 THz);
gần IR: 750 - 950 nm) là những hệ thống chủ yếu hiện nay sử dụng phổ điện từ để phát
thông tin vô tuyến. Mặc dù hiện nay hầu hết môi trường được sử dụng cho truyền thông
không dây là vô tuyến radio, công nghệ quang không dây IR đang trở nên phổ biến hơn và
với các ưu điểm của mình, đang trở nên trội hơn truyền thông vô tuyến ở một số ứng dụng.
Xét về khía cạnh phổ tần, công nghệ IR cung cấp băng thông rộng tiềm năng, và hiện nay
không cần yêu cầu cấp phép. Trong khi đó, phổ tần số vô tuyến RF đang ngày càng trở nên
chật trội và có chi phí cao. Hơn nữa, phân bổ tần số RF giữa các nước là khác nhau, nên các
hệ thống hoặc thiết bị có thể không tương thích với nhau. Phổ quang không cần cấp phép
cho phép các nhà sản xuất thiết kế sản phẩm mang tính toàn cầu mà không phải lo lắng về
các quy định về phổ tần khác nhau giữa các nước. Công nghệ IR với băng thông rộng có thể
cung cấp việc truyền thông ở tốc độ bit rất cao (cỡ hàng Gbps so với hàng chục Mbps bởi
RF).

Hình 2.1. Phổ tần số cho các công nghệ [2].
Ưu điểm khác của công nghệ IR là khả năng chống chịu nhiễu điện từ (EMI). Điều
này làm cho IR trở thành sự lựa chọn trong các môi trường mà nhiễu phải được cực tiểu hoá
hoặc bị loại bỏ. Hơn nữa, IR không gây nhiễu và không bị ảnh hưởng bởi các tần số vô
tuyến, điều này làm cho IR đặc biệt phù hợp trong các bệnh viện. Ví dụ, Hagihira và cộng
6

sự [1] đã chỉ ra rằng các mạng cục bộ vô tuyến (WLAN) phát và quản lý thông tin về bệnh
nhân, gây nhiễu với các thiết bị y tế như máy điều hoà nhịp tim, máy truyền chất lỏng… gây
hậu quả tai hại tiềm năng, trong khi đó các mạng LAN quang không dây cung cấp sự an
toàn và hiệu quả hơn với các ứng dụng trên.
Công nghệ IR cũng có tính bảo mật cao. Bởi vì IR phản ứng như ánh sáng nhìn thấy,
nó bị hấp thụ bởi các đối tượng tối, bị phản xạ khuếch tán bởi các đối tượng màu nhạt, và
phản xạ có hướng từ các bề mặt sáng bóng. IR có thể thâm nhập qua thuỷ tinh nhưng không
thể thâm nhập qua các bức tường. Do đó, truyền dẫn IR bị giam giữ trong phòng mà tín hiệu
IR được phát (giả sử không có cửa sổ hoặc các vật cản trong suốt giữa các phòng). Điều này
ngăn ngừa thông tin được phát bị phát hiện ở bên ngoài, làm cho IR có tính bảo mật cao
chống lại những kẻ nghe trộm. Đồng thời, sóng mang quang tương tự có thể được tái sử
dụng ở phòng lân cận mà không bị nhiễu. Đặc tính này làm cho các hệ thống IR dễ dàng
hơn trong việc xây dựng mạng dựa trên tế bào. Ví dụ, trong một toà nhà văn phòng, mỗi
phòng sẽ là một tế bào và không có nhiễu giữa các tế bào. Do đó, tất cả các đơn vị có thể
đồng nhất trong kiến trúc tế bào so với cấu hình RF khi mà các tần số hoạt động của các tế
bào lân cận phải khác nhau. Hơn nữa, IR cung cấp khả năng triển khai nhanh và linh hoạt
trong việc thiết lập các đường liên kết truyền thông tạm thời.
Ưu điểm khác của công nghệ IR là chi phí thấp, kích thước nhỏ, và sự tiêu thụ công
suất hạn chế của các phần tử IR. Đó là do các hệ thống truyền thông IR sử dụng các thiết bị
quang điện tử đã được phát triển và cải tiến qua hàng chục năm cho truyền thông sợi quang
và các ứng dụng khác. Một trong những phần tử như vậy là diode phát quang (LED) với
thời gian đáp ứng nhanh hơn, công suất bức xạ đầu ra cao, hiệu quả được cải thiện, đang là
sự lựa chọn cho các ứng dụng truyền thông quang không dây khoảng cách ngắn. Phần tử
khác cũng đã được cải tiến qua hàng chục năm là laser diode (LD) và bộ tách sóng dương-
bên trong-âm (PIN) ngày càng trở nên nhanh hơn và đáp ứng được tốc độ dữ liệu cao hơn.
Mặc dù có các ưu điểm nêu trên, công nghệ IR cũng có các nhược điểm. Truyền
thông quang không dây dễ bị blocking bởi người và các đối tượng, dẫn đến làm tổn hao tín
hiệu thu được hoặc ngắt đường liên kết truyền thông (phụ thuộc vào cấu hình của hệ thống).
Hơn nữa, các hệ thống IR nói chung hoạt động trong các môi trường trong đó có các nguồn
sáng khác hiện diện. Nguồn sáng cơ bản này có năng lượng trong vùng phổ tần được sử
dụng bởi các máy phát và máy thu IR, gây tạp âm trong bộ tách sóng photodetector, do đó
giới hạn khoảng cách của hệ thống. Mặt khác, các hệ thống quang không dây cũng bị ảnh
7

hưởng bởi các hiện tượng khí quyển như sương mù và tuyết, làm giảm khoảng cách của hệ
thống và làm suy giảm chất lượng truyền dẫn tín hiệu khi hoạt động ở môi trường ngoài trời.
Một số nhược điểm của công nghệ IR như tổn hao và tạp âm ánh sáng nền… có thể
được khắc phục bằng cách tăng mức công suất quang ở máy phát. Tuy nhiên, mức phát xạ
công suất cao từ một số máy phát có thể gây nguy hiểm tới võng mạc (do dó cần có các quy
định về an toàn cho mắt), và với việc xem xét quỹ công suất, sẽ tồn tại giới hạn công suất
quang có thể được phát an toàn và hiệu quả bởi các máy phát IR vô tuyến.
Với các ưu nhược điểm nêu trên của công nghệ IR, thì dường như cả IR và RF được
xem là các công nghệ bổ trợ cho nhau, tuỳ thuộc vào ứng dụng cụ thể. IR sẽ được sử dụng
cho các hệ thống khoảng cách ngắn trong đó có yêu cầu về bảo mật, chi phí thấp, và chống
nhiễu vô tuyến. Vô tuyến RF sẽ tiếp tục được sử dụng cho truyền dẫn đường dài, trong đó
yêu cầu tính di động cao hoặc hệ thống hoạt động trong những môi trường có các điều kiện
khí quyển phù hợp hơn IR. Trong môi trường trong nhà, ví dụ, nếu mạng LAN vô tuyến
được yêu cầu để phủ sóng vùng rộng, trong đó người sử dụng có thể chuyển vùng tự do và
vẫn kết nối tới mạng ở mọi thời điểm, thì RF là môi trường hiệu quả chi phí để thực hiện
điều này. Tuy nhiên, nếu mạng LAN vô tuyến được yêu cầu để phủ sóng vùng có diện tích
trung bình, nhưng lại yêu cầu phân phát các dịch vụ multimedia băng thông rộng như video
theo yêu cầu, truyền hình hội nghị… thì IR là môi trường có băng thông khả dụng để phân
phát các dịch vụ này.
Ý tưởng sử dụng IR là môi trường để phát thông tin giữa các đầu cuối máy tính mà
không cần cáp nối được đề nghị bởi Gfeller và cộng sự vào những năm 1970 [1]. Gfeller đã
mô tả phương thức kết nối nhóm các đầu cuối máy tính ở tốc độ thấp qua khoảng cách ngắn
(lên tới 50 m) sử dụng bức xạ IR. Các thiết bị đầu cuối được đặt trong cùng phòng, trao đổi
thông tin qua vệ tinh điện-quang được gán trên trần nhà. Vệ tinh quang này chuyển tiếp
thông tin sử dụng bức xạ IR đã được tán xạ như là sóng mang truyền tải thông tin tới và từ
các đầu cuối máy tính. Bộ điều khiển của vệ tinh được kết nối tới một host qua vòng ring
như mô tả trên Hình 2.2; mỗi vệ tinh và đầu cuối máy tính gồm bộ thu phát IR tạo thành bởi
mảng các LED và photodiode hướng vào các hướng khác nhau.
8


Hình 2.2. Kiến trúc kết nối IR được đề nghị đầu tiên [1].
Hệ thống được đề nghị bởi Gfeller và cộng sự gồm bộ điều khiển hệ số khuếch đại tự
động ở các máy thu, cho phép máy thu bù lại những sự thay đổi về mức tín hiệu gây ra bởi
các chướng ngại trên đường truyền dẫn. Hơn nữa, nhờ sử dụng các tính chất phản xạ của
tường và trần, hệ thống đảm bảo vùng phủ cực đại, tránh được yêu cầu tầm nhìn thẳng giữa
các thiết bị đầu cuối và vệ tinh quang. Xung đột giữa đường lên và đường xuống tránh được
nhờ sử dụng các tần số sóng mang khác nhau, với điều chế dịch pha (PSK) hay điều tần
(FM), hoặc sử dụng các nguồn phát xạ ở các bước sóng khác nhau có thể được phân tách ở
máy thu sử dụng các bộ lọc quang. Gfeller cũng mô tả cơ chế truyền dẫn song công cơ bản
giữa bộ điều khiển và các đầu cuối, nhờ các kênh quảng bá và kênh dành riêng loại bỏ được
các xung đột từ các đầu cuối khác nhau.
Từ những năm 1970 cho đến nay, các nghiên cứu về lĩnh vực truyền thông quang không dây
đã tăng lên đáng kể, và một số sản phẩm thương mại dựa trên công nghệ này đã trở thành
hiện thực. Việc tiêu chuẩn hoá IR và truyền thông vô tuyến được hiệp hội dữ liệu bức xạ
hồng ngoại (IrDA) thực hiện, nhu cầu đối với các ứng dụng đang ngày càng tăng, chứng tỏ
cả công nghệ IR và RF sẽ tiếp tục phát triển và mở rộng trong tương lai.
2.3. Chương 3: “Nghiên cứu công nghệ mạng sensor vô tuyến”
Nội dung chương này nghiên cứu:
+ Kiến trúc của mạng cảm biến.
+ Kiến trúc giao thức node cảm biến gồm lớp vật lý; lớp liên kết dữ liệu với giao thức
MAC và điều khiển sửa lỗi; lớp mạng với các giao thức SMECN, Flooding, Gossiping,
SPIN, SAR, LEACH, và truyền tin trực tiếp; lớp truyền tải gồm truyền tải sự kiện tới node
đích, truyền tải node đích tới node cảm biến; lớp ứng dụng với các giao thức SMP, TADAP,
và SQDDP.
Mạng cảm biến vô tuyến (WSN) là tập hợp các node cảm biến tính toán có kích
thước gọn, chi phí tương đối thấp thực hiện việc đo lường các điều kiện môi trường hoặc
các tham số khác và chuyển tiếp những thông số đo được tới điểm trung tâm để xử lý. Các
node cảm biến (WN) có thể cảm nhận môi trường, có thể truyền thông với các node lân cận,
9

và trong nhiều trường hợp có thể thực hiện các tính toán đơn giản dựa trên dữ liệu đã thu
thập được. Các mạng cảm biến WSN hỗ trợ dải rộng các ứng dụng hữu ích.
Một mạng cảm biến bao gồm một số lượng lớn các node cảm biến được triển khai
dày đặc hoặc ở trong hiện tượng hoặc rất gần hiện tượng. Vị trí của node cảm biến không
cần thiết được xác định trước, điều này cho phép sự triển khai ngẫu nhiên mạng cảm biến ở
những địa hình không thể truy nhập tới hoặc các hoạt động làm giảm nhẹ tai hoạ. Nói khác
đi, điều này có nghĩa là các giao thức và các thuật toán mạng cảm biến phải có khả năng tự
tổ chức. Đặc tính duy nhất khác của mạng cảm biến là sự nỗ lực hợp tác của các node cảm
biến.
Các đặc tính trên của mạng cảm biến đảm bảo một dải rộng các ứng dụng của mạng
cảm biến. Một số lĩnh vực ứng dụng mạng cảm biến như sức khoẻ, quân đội, nhà ở. Ví dụ,
trong quân đội, sự triển khai nhanh chóng, các đặc tính tự tổ chức, và bỏ qua node lỗi của
mạng cảm biến làm cho chúng trở thành kỹ thuật cảm biến hứa hẹn cho các hệ thống ra
lệnh, điều khiển, truyền thông, tính toán, thông minh, giám sát, do thám, và hệ thống mục
tiêu. Trong lĩnh vực sức khoẻ, các node cảm biến có thể được triển khai để giám sát các
bệnh nhân và trợ giúp những người khuyết tật. Các ứng dụng thương mại khác bao gồm
giám sát chất lượng sản phẩm, giám sát các vùng tai hoạ, quản lý hàng hoá…
Các mạng cảm biến thường hỗ trợ việc tính toán bên trong mạng. Một số mạng cảm
biến sử dụng xử lý nguồn-node; các mạng cảm biến khác sử dụng kiến trúc xử lý phân cấp.
Các node cảm biến phù hợp với bộ xử lý onboard. Thay vì gửi dữ liệu thô tới các node chịu
trách nhiệm đối với việc thu thập dữ liệu, các node cảm biến thường sử dụng các khả năng
tính toán của chúng để thực hiện nội bộ những tính toán cơ bản, sau đó chỉ phát tập con dữ
liệu và/hoặc dữ liệu đã được xử lý một phần. Ở kiến trúc xử lý phân cấp, việc xử lý diễn ra
ở các lớp liên tiếp cho đến khi thông tin về các sự kiện quan tâm đến được điểm quyết định
và/hoặc quản trị phù hợp. Các node cảm biến bị hạn chế về năng lượng được cung cấp và
băng thông truyền dẫn của kênh vô tuyến, những ràng buộc này cùng với sự triển khai số
lượng lớn các node cảm biến đã đặt ra nhiều thách thức trong việc thiết kế và quản lý các
mạng cảm biến WSN. Các thách thức này yêu cầu sự tiết kiệm năng lượng cần thiết ở tất cả
các lớp của kiến trúc giao thức truyền thông. Một số phần tử tiêu chuẩn và công nghệ cơ
bản cho mạng cảm biến là [11]:
- Các cảm biến:
 Chức năng bên trong
10

 Xử lý tín hiệu
 Nén, sửa lỗi, mật mã hoá
 Điều khiển/khởi động
 Cluster và tính toán bên trong mạng
 Tự lắp ghép
- Các công nghệ vô tuyến:
 Vô tuyến định nghĩa bằng phần mềm
 Dải truyền dẫn
 Các tác động trên đường truyền dẫn
 Các kỹ thuật điều chế
 Các topology mạng
- Các tiêu chuẩn (chính thức):
 IEEE 802.11 a/b/g cùng với các giao thức bảo mật
 IEEE 802.9.1 PAN/Bluetooth
 IEEE 80.15.3 băng thông cực rộng (UWB)
 IEEE 802.9.4/ZigBee (IEEE 80.15.4 là lớp vật lý, ZigBee là mạng logic và phần
mềm ứng dụng)
 IEEE 80.16 WiMax
 IEEE 1451.5 (Nhóm hợp tác về cảm biến vô tuyến)
 IP di động
- Các tiêu chuẩn (thực tế):
 Tiny OS (hệ điều hành)
 Tiny DB (hệ thống xử lý để chiết xuất thông tin từ mạng các cảm biến TinyOS)
- Các ứng dụng phần mềm:
 Các hệ điều hành
 Phần mềm mạng
 Phần mềm kết nối cơ sở dữ liệu trực tiếp
 Phần mềm middleware
 Phần mềm quản lý dữ liệu
2.4. Chương 4: “Khuyến nghị về khả năng ứng dụng công nghệ vô tuyến thế hệ mới
tại Việt Nam”
11

Nội dung chương này là dựa trên các kết quả nghiên cứu ở các chương trước và tình
hình thực tế tại Việt Nam để đưa ra các khuyến nghị, đề xuất cho các doanh nghiệp về khả
năng ứng dụng triển khai các công nghệ vô tuyến thế hệ mới tiềm năng tại Việt Nam, tổng
hợp bảng so sánh các công nghệ vô tuyến.
+ Ứng dụng của công nghệ mạng sensor vô tuyến trong các lĩnh vực khác nhau như
quân sự, giám sát môi trường, sức khỏe, gia đình và công nghiệp.
+ Ứng dụng của công nghệ quang không dây trong môi trường trong nhà và môi
trường ngoài trời; giới thiệu các sản phẩm quang không dây FSO thực tế đã được triển khai,
thử nghiệm ở các nước thế giới.
3. Kết luận và kiến nghị
Các nội dung nghiên cứu đã thực hiện bám sát yêu cầu nội dung đề cương đã được
duyệt. Kết quả nghiên cứu có thể sử dụng làm cơ sở cho việc hoạch định các chính sách
quản lý, phát triển các công nghệ vô tuyến thế hệ mới ở Việt Nam. Đồng thời cũng có thể sử
dụng cho các doanh nghiệp trong việc lựa chọn hướng triển khai, phát triển sản phẩm công
nghệ vô tuyến thế hệ mới tiềm năng.
Những đề xuất của đề tài cần được các cấp quản lý quan tâm, sử dụng cho các hoạch
định chính sách đối với phát triển các công nghệ vô tuyến thế hệ mới ở Việt Nam.
Đề tài đã nghiên cứu các công nghệ vô tuyến thế hệ mới bao gồm: công nghệ quang
không dây công nghệ mạng sensor vô tuyến, đề tài cũng đã đề xuất khuyến nghị khả năng
ứng dụng các công nghệ vô tuyến mới này tại Việt Nam.
- Truyền thông quang không dây là hệ thống truyền thông quang sử dụng môi trường
vô tuyến làm kênh truyền thông. Công nghệ quang không dây sử dụng dải sóng hồng ngoại
và gần hồng ngoại IR không cần yêu cầu cấp phép, và cung cấp băng thông rộng. Phổ quang
không cần cấp phép cho phép các nhà sản xuất thiết kế sản phẩm mang tính toàn cầu mà
không phải lo lắng về các quy định về phổ tần khác nhau giữa các nước. Công nghệ quang
không dây với băng thông rộng có thể cung cấp việc truyền thông ở tốc độ bit rất cao cỡ
hàng Gbps so với hàng chục Mbps bởi RF. Ưu điểm khác của công nghệ quang không dây
là khả năng chống chịu nhiễu điện từ, không gây nhiễu và không bị ảnh hưởng bởi các tần
số vô tuyến, cung cấp tính bảo mật, khả năng triển khai nhanh và linh hoạt trong việc thiết
lập các đường liên kết truyền thông tạm thời, có chi phí thấp, kích thước nhỏ, và sự tiêu thụ
công suất hạn chế của các phần tử. Các hệ thống quang không dây IR trong môi trường
trong nhà được sử dụng trong các liên kết khoảng cách ngắn giữa các thiết bị di động như
điện thoại di động, thiết bị hỗ trợ số cầm tay, máy tính xách tay, máy in,… cung cấp điểm
truy nhập Ethernet hồng ngoại kết nối mạng LAN. Truyền thông quang không dây FSO
12

ngoài trời được sử dụng để cung cấp truyền thông băng rộng điểm tới điểm, khoảng cách
ngắn tới trung bình (dưới 10 km), triển khai nhanh, linh hoạt, và hiệu quả về chi phí. Hiện
nay, sản phẩm quang không dây trong nhà đã được sản xuất bởi các hãng như: ACTiSYS
Corporation, Cannon, Seiko Epson, Brother Casio, Clarinet Systems, Fujitsu, Sharp,
Panasonic, Fujifilm… Sản phẩm thiết bị và giải pháp FSO được cung cấp bởi nhiều hãng
sản xuất như: LightPointe MRV, CableFree Solutions, SKYFIBER,…
- Mạng cảm biến vô tuyến WSN là tập hợp các node cảm biến được triển khai dày
đặc bên trong hoặc rất gần hiện tượng vật lý, thực hiện việc đo lường các điều kiện môi
trường hoặc các thông số khác và chuyển tiếp những thông số đo được tới điểm trung tâm
để xử lý. Các node cảm biến có thể cảm nhận môi trường, có thể truyền thông với các node
lân cận, và trong nhiều trường hợp có thể thực hiện các tính toán đơn giản dựa trên dữ liệu
đã thu thập được. Kiến trúc giao thức mạng cảm biến được nghiên cứu từ lớp vật lý, lớp liên
kết dữ liệu, lớp mạng với các giao thức như SMECN, flooding, gossiping, SPIN,… đến lớp
truyền tải và lớp ứng dụng. Hiện nay, các platform phần cứng, platform phần mềm, và nỗ
lực tiêu chuẩn hoá đã được phát triển cho các mạng WSN. Mạng cảm biến WSN có nhiều
ứng dụng trong các lĩnh vực khác nhau như ứng dụng trong quân sự, trong giám sát môi
trường, trong sức khoẻ, trong khu vực gia đình, và trong công nghiệp.
Việc ứng dụng các công nghệ vô tuyến thế hệ mới là hoàn toàn khả thi tại Việt Nam,
với rất nhiều ứng dụng hữu ích trong các lĩnh vực khác nhau trong truyền thông, quân sự, y
tế,…
Một số hướng nghiên cứu tiếp theo của đề tài có thể là nghiên cứu sâu về từng loại
công nghệ vô tuyến thế hệ mới, nghiên cứu các tiêu chuẩn cho các công nghệ vô tuyến thế
hệ mới, nghiên cứu mạng Internet quang, LTE Advanced, WiMAX IEEE 802.10m, nghiên
cứu giải pháp triển khai, chế tạo, thử nghiệm thiết bị cho các công nghệ vô tuyến thế hệ
mới


Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về

Tải bản đầy đủ ngay

×

×