Báo Cáo Bài Tập Lớn: Công Nghệ Bảo Mật Trong WSN | Công nghệ mạng không dây

lOMoAR cPSD| 46342576
Công Nghệ Bảo Mật Trên Mạng WSN
BÁO CÁO BÀI TẬP LỚN ----- -----
MÔN CÔNG NGHỆ MẠNG KHÔNG DÂY
Đề Tài: CÔNG NGHỆ BẢO MẬT TRÊN MẠNG WSN Mã đề tài Mã Nhóm
Nhóm sinh iên thực hiện : Võ Nguyễn Đại Hiếu lOMoAR cPSD| 46342576 LỜI NÓI ĐẦU
Trong thời đại công nghệ 4.0, mạng không dây đã trở thành một phần không thể
thiếu trong cuộc sống hiện đại. Từ các ứng dụng cá nhân như kết nối Internet, truyền
thông đa phương tiện, đến các hệ thống lớn như thành phố thông minh, nông nghiệp
thông minh và y tế điện tử, công nghệ mạng không dây đã mang lại những tiện ích
vượt trội và thay đổi cách thức con người tương tác với thế giới xung quanh.
Mạng cảm biến không dây (WSN) đã và đang đóng vai trò quan trọng trong nhiều
lĩnh vực như giám sát môi trường, y tế, nông nghiệp thông minh và thành phố thông
minh. Tuy nhiên, để đáp ứng nhu cầu ngày càng cao về hiệu suất, bảo mật và khả
năng tích hợp, WSN cần tiếp tục phát triển theo hướng tối ưu hóa năng lượng, nâng
cao độ tin cậy và tận dụng công nghệ mới như IoT và AI. Tuy nhiên, để đáp ứng nhu
cầu ngày càng cao về tốc độ, độ tin cậy, bảo mật và khả năng mở rộng, công nghệ
mạng không dây cần không ngừng cải tiến và phát triển.
Đề tài này được thực hiện với mục đích tìm hiểu sâu hơn về công nghệ mạng
không dây, từ những nguyên lý cơ bản đến các xu hướng phát triển hiện đại. Qua
đó, chúng em mong muốn nắm bắt được các công nghệ tiên tiến, các thách thức hiện
tại và tương lai, cũng như những ứng dụng thực tiễn của mạng không dây trong đời sống và sản xuất.
Chúng em hy vọng rằng kết quả nghiên cứu của đề tài sẽ góp phần cung cấp cái
nhìn tổng quan và chi tiết về công nghệ mạng không dây, đồng thời mở ra hướng tiếp
cận mới cho việc ứng dụng và phát triển công nghệ này trong tương lai. Trang 1 lOMoAR cPSD| 46342576
Công Nghệ Bảo Mật Trên Mạng WSN MỤC LỤC
LỜI NÓI ĐẦU ........................................................................................................... 2
MỤC LỤC .................................................................................................................. 1
DANH MỤC HÌNH VẼ ............................................................................................. 3
CHỮ VIẾT TẮT TIẾNG VIỆT ................................................................................. 4
CHỮ VIẾT TẮT TIẾNG ANH .................................................................................. 5
Chương I GIỚI THIỆU VỀ MẠNG CẢM BIẾN KHÔNG DÂY (WSN)................1
1.1 Định nghĩa mạng cảm biến không dây.............................................................1
1.2 Cấu trúc của mạng cảm biến không dây...........................................................1
1.2.1 Nút cảm biến (Sensor Node)......................................................................1
1.2.2 Nút trung tâm (Sink Node/Base Station)...................................................3
1.2.3 Mạng truyền thông (Communication Network)........................................3
1.2.4 Máy chủ điều khiển và phân tích dữ liệu (Control and Data Processing
Server)................................................................................................................. 4
1.2.5 Giao diện người dùng (User Interface)......................................................4
1.3 Ứng dụng của mạng cảm biến không dây........................................................5
1.3.1 Ứng dụng quân sự......................................................................................5
1.3.2 Ứng dụng môi trường................................................................................7
1.3.3 Ứng dụng y tế............................................................................................8
1.3.4 Ứng dụng thương mại và công nghiệp......................................................9
1.4 Ưu điểm của mạng cảm biến không dây........................................................11
1.4.1 Không cần dây cáp, dễ triển khai.............................................................12
1.4.2 Linh hoạt và mở rộng dễ dàng.................................................................12
1.4.3 Tự động cấu hình và sửa lỗi.....................................................................12
1.4.4 Giám sát thời gian thực, ứng dụng đa dạng.............................................12
1.4.5 Chi phí thấp hơn so với hệ thống có dây.................................................13
1.4.6 Hỗ trợ nhiều giao thức truyền thông........................................................13
1.5 Các nhược điểm của mạng cảm biến không dây và giải pháp khắc phục......13
1.5.1 Năng lượng..............................................................................................13 Trang 1 lOMoAR cPSD| 46342576
Công Nghệ Bảo Mật Trên Mạng WSN
1.5.2 Bộ nhớ và xử lý........................................................................................14
1.5.3 Môi trường triển khai khắc nghiệt...........................................................15 Chương 2 KIẾN TRÚC VÀ GIAO THỨC TRONG
WSN.....................................17
2.1 Kiến Trúc mạng WSN....................................................................................17
2.1.1 Mạng phẳng (Flat Network)....................................................................17
2.1.2 Mạng phân cấp (Hierarchical Network)..................................................18
2.2 Giao thức truyền thông trong WSN................................................................20
2.2.2 Giao thức định tuyến................................................................................20
2.2.3 Giao thức MAC (Medium Access Control).............................................22
2.3 Tổng hợp dữ liệu (Data Aggregation)............................................................23
2.3.1 Khái niệm và lợi ích của tổng hợp dữ liệu...............................................23
2.3.2 Các thuật toán tổng hợp dữ liệu...............................................................24
Chương 3 BẢO MẬT TRONG WSN......................................................................25
3.1 Các vấn đề bảo mật trong WSN.....................................................................25
3.2 Môi trường hoạt động không an toàn.............................................................27
3.2.2 Các nút có thể thay đổi vị trí, gây khó khăn cho bảo mật........................28
3.2.3 Nguy cơ tấn công cao:.............................................................................29
3.3 Các loại tấn công phổ biến.............................................................................30
3.3.1 Tấn công thụ động (Eavesdropping, Traffic Analysis)............................30
3.3.2 Tấn công chủ động (Wormhole, Sinkhole, Blackhole, Sybil).................32
3.4 Các dịch vụ bảo mật cần thiết.........................................................................37
3.4.1 Bảo mật dữ liệu (Confidentiality)............................................................37
3.4.2 Toàn vẹn dữ liệu (Integrity).....................................................................38
3.4.3 Xác thực (Authentication).......................................................................39
3.5 Các thuật toán mã hóa trong WSN.................................................................39
3.5.1 Mã hóa đối xứng......................................................................................39
3.5.2 Mã hóa bất đối xứng................................................................................41
3.5.3 Thuật toán mã hóa nhẹ (Lightweight Encryption Algorithms)................43
3.6 Giới thiệu về thuật toán IF (Iterative Filtering)..............................................43
3.6.1 Khái niệm.................................................................................................43
3.6.2 Mục tiêu...................................................................................................44 Trang 2 lOMoAR cPSD| 46342576
Công Nghệ Bảo Mật Trên Mạng WSN
3.7 Nguyên lý hoạt động của thuật toán IF..........................................................44
3.7.1 Quá trình lặp............................................................................................44
3.7.2 Gán trọng số.............................................................................................45
3.8 Ứng dụng của thuật toán IF trong WSN.........................................................45
3.8.1 Phát hiện và loại bỏ nút tấn công.............................................................45
3.8.2 Tăng cường độ chính xác của dữ liệu......................................................46
Chương 4 HƯỚNG PHÁT TRIỂN TƯƠNG LAI CỦA WSN................................48
4.1 Cải thiện hiệu suất và tiết kiệm năng lượng...................................................48
4.1.1 Tối ưu hóa thuật toán định tuyến.............................................................48
4.1.2 Tối ưu hóa năng lượng.............................................................................49
4.2 Cải thiện bảo mật và quyền riêng tư...............................................................50
4.2.1 Mã Hóa Dữ Liệu Từ Cảm Biến...............................................................50
4.2.2 Phát Hiện Xâm Nhập và Tấn Công.........................................................50
4.2.3 Bảo Vệ Quyền Riêng Tư Người Dùng....................................................50
4.3 Tích hợp WSN với IoT và AI.........................................................................51
4.3.1 Ứng dụng của WSN trong IoT.................................................................51
4.3.2 Lợi ích của tích hợp AI trong WSN.........................................................51
4.3.3 Các công nghệ AI thường được sử dụng.................................................52
4.4 Ứng dụng thực tế mở rộng..............................................................................52
4.4.1 Ứng dụng trong Nông nghiệp thông minh...............................................52
4.4.2 Ứng dụng trong Y tế và Chăm sóc sức khỏe...........................................53
4.4.3 Ứng dụng trong Thành phố thông minh (Smart City).............................53
4.4.4 Ứng dụng trong Công nghiệp 4.0 và IoT.................................................54
4.4.5 Ứng dụng trong Quốc phòng và An ninh................................................55
4.4.6 Ứng dụng trong Khám phá Không gian và Đại dương............................55
KẾT LUẬN..............................................................................................................57 DANH MỤC HÌNH VẼ
Hình 1.1: Ứng dụng mạng không dây trong quân sự.....................5
Hình 1.2: Ứng dụng mạng không dây trong môi trường.................7 Hình 1.3: Ứng dụng mạng cảm biến không dây trong chăn nuôi và trồng Trang 3 lOMoAR cPSD| 46342576
Công Nghệ Bảo Mật Trên Mạng WSN
trọt.....................................................................................10 Hình 1.4: Quá trình
hoạt động của vi xử lý...................................15
Hình 2.1: Mạng phân cấp (Hierarchical Network)............................................................18
Hình 2.2: Giao thức truyền thông trong WSN..................................................................20
Hình 2.3: Giao thức định tuyến trong WSN......................................................................21
Hình 2.4: Thuật toán tổng hợp dữ liệu Tiny Aggregation.................................................24
Hình 2.5: Thuật toán tổng hợp dữ liệu - Directed Diffusion............................................24
Hình 3.1: Tấn công nghe lén (Eavesdropping):.................................................................30
Hình 3.2: Ví dụ tấng công luồng (Traffic Analysis)..........................................................31
Hình 3.3: Tấn công Wormhole (Wormhole Attack)..........................................................32
Hình 3.4: Tấn công Sinkhole (Sinkhole Attack)...............................................................33
Hình 3.5: Tấn công Blackhole (Blackhole Attack)...........................................................34
Hình 3.6: Tấn công Sybil (Sybil Attack)...........................................................................35
Hình 3.7: Tấn công Selective Forwarding (Selective Forwarding Attack)........................36
Hình 3.8: Mã hóa SHA-256..............................................................................................38
Hình 3.9: Mã hóa bất đối xứng.........................................................................................42
CHỮ VIẾT TẮT TIẾNG VIỆT Stt Chữ viết tắt Giải nghĩa 1 CNTT Công nghệ thông tin Trang 4 lOMoAR cPSD| 46342576
Công Nghệ Bảo Mật Trên Mạng WSN
CHỮ VIẾT TẮT TIẾNG ANH
Stt Chữ viết tắt Giải nghĩa Nghĩa tiếng Việt 1 WSN Wireless Sensor Network
Mạng cảm biến không dây 2 UAV Unmanned Aerial Vehicles
Thiết bị bay không người lái 3 GPS Global Positioning System
Hệ thống định vị toàn cầu 4 ECG Electrocardiogram Điện tim 5 MAC Medium Access Control Giao thức đa truy nhập AES Advanced Encryption Chuẩn mã hóa cấp cao 6 Standard TDMA Time Division Multiple
Đa truy nhập phân chia theo 7 Access thời gian 8 CSMA Carrier Sense Multiple Access Truy cập đa kênh TAG Tiny Agregation
Phương pháp tổng hợp dữ 9 liệu nhỏ gọn. USRP Universal Software Radio
Thiết bị phần cứng vô tuyến 10 Peripheral phần mềm đa năng. 11 ECC
Elliptic Curve Cryptography Mật mã đường cong elliptic. HMAC Hash-based Message
Mã xác thực thông điệp dựa 12 Authentication Code trên hàm băm. MEMS Micro-Electro-Mechanical
Hệ thống vi cơ điện tử, công Systems
nghệ kết hợp các thành phần 13
cơ học và điện tử ở quy mô micro. RL Reinforcement Learning
Học tăng cường, một nhánh 14 của học máy. Trang 5 lOMoAR cPSD| 46342576
Công Nghệ Bảo Mật Trên Mạng WSN 15 DL Deep Learning
Học sâu, một nhánh của AI
sử dụng các mạng nơ-ron
Stt Chữ viết tắt Giải nghĩa Nghĩa tiếng Việt
nhiều lớp để học các biểu
diễn phức tạp từ dữ liệu. ML Machine Learning
Học máy, lĩnh vực nghiên
cứu cho phép máy tính học 16
từ dữ liệu mà không cần
được lập trình một cách rõ ràng. GPSR Greedy Perimeter Stateless
Giao thức định tuyến không Routing
trạng thái, một thuật toán 17 định tuyến trong mạng
không dây sử dụng thông tin vị trí. IF Iterative Filtering
Lọc lặp, một phương pháp
xử lý dữ liệu bằng cách áp 18
dụng các bộ lọc nhiều lần để cải thiện kết quả. EAP Extensible Authentication Giao thức xác thực mở
rộng, giao thưc được sử 19 Protocol dụng trong mạng không dây. Trang 6 lOMoAR cPSD| 46342576
Công Nghệ Bảo Mật Trên Mạng WSN Chương 1
GIỚI THIỆU VỀ MẠNG CẢM BIẾN KHÔNG DÂY (WSN)
1.1 Định nghĩa mạng cảm biến không dây
Mạng cảm biến không dây (WSN - Wireless Sensor Network) là một hệ thống
gồm nhiều cảm biến nhỏ có khả năng thu thập, xử lý dữ liệu và truyền thông không
dây. WSN thường được sử dụng để giám sát môi trường, theo dõi đối tượng hoặc tự
động hóa các quy trình công nghiệp.
WSN hoạt động dựa trên các nút cảm biến (sensor nodes) có khả năng thu thập
thông tin từ môi trường như nhiệt độ, độ ẩm, áp suất, ánh sáng, chuyển động, v.v.
Các cảm biến này gửi dữ liệu về một nút trung tâm (sink node) hoặc một hệ thống
xử lý dữ liệu thông qua giao thức truyền thông không dây như ZigBee, Bluetooth, Wi-Fi hoặc LoRa.
1.2 Cấu trúc của mạng cảm biến không dây
Mạng cảm biến không dây (Wireless Sensor Network - WSN) là một hệ thống
gồm nhiều nút cảm biến (sensor nodes) được phân bố trong một khu vực nhất định
để thu thập, xử lý và truyền dữ liệu thông qua mạng không dây.
1.2.1 Cảm biến (Sensor Node)
Về cơ bản, cấu trúc của Sink Node và Sensor Node có sự tương đồng, nhưng Sink
Node mạnh hơn về khả năng xử lý, lưu trữ, và truyền thông.
Cảm biến là thiết bị có nhiệm vụ thu thập dữ liệu từ môi trường xung quanh. Nó
chuyển đổi các đại lượng vật lý (như nhiệt độ, độ ẩm, ánh sáng, áp suất, âm thanh,
v.v.) thành tín hiệu điện tử để xử lý. Mỗi nút cảm biến thường bao gồm các thành phần sau:
Ví dụ: Cảm biến nhiệt độ, cảm biến ánh sáng, cảm biến âm thanh Trang 1 lOMoAR cPSD| 46342576
Công Nghệ Bảo Mật Trên Mạng WSN -
Bộ cảm biến (Sensor Unit): Bộ cảm biến là thành phần quan trọng của nút
cảm biến, có nhiệm vụ phát hiện và đo lường các thông số môi trường xung quanh.
Nó giúp thu thập dữ liệu đầu vào từ môi trường thực và chuyển đổi thành tín hiệu số
hoặc tương tự để xử lý. -
Bộ xử lý (Processor): Bộ xử lý là thành phần trung tâm của nút cảm biến, có
nhiệm vụ xử lý dữ liệu thu thập được từ cảm biến trước khi truyền đi. Giúp xử lý tín
hiệu thô từ cảm biến thành dữ liệu có ý nghĩa, thực hiện các thuật toán đơn giản để
lọc nhiễu, nén dữ liệu hoặc tính toán, điều khiển hoạt động của các thành phần khác trong nút cảm biến. -
Bộ truyền thông không dây (Communication Unit): Bộ truyền thông không
dây là thiết bị cho phép nút cảm biến gửi và nhận dữ liệu qua mạng không dây. Thiết
bị này có chức năng truyền dữ liệu đã xử lý đến các nút khác hoặc cổng kết nối, nhận
lệnh hoặc dữ liệu từ bên ngoài như lệnh cập nhật cấu hình, đồng thời hỗ trợ kết nối
đa chặng (multi-hop) để mở rộng phạm vi mạng. Một số công nghệ truyền thông phổ
biến được sử dụng bao gồm Zigbee, LoRa, Bluetooth và Wi-Fi. -
Nguồn năng lượng (Power Source): Nguồn năng lượng là thành phần cung
cấp điện năng để duy trì hoạt động của nút cảm biến. Vai trò chính của nó là cung
cấp năng lượng cho cảm biến, bộ xử lý, bộ truyền thông và các thành phần khác,
đồng thời đảm bảo nút cảm biến có thể hoạt động liên tục trong thời gian dài. Các
loại nguồn năng lượng phổ biến bao gồm pin (AA, AAA, pin lithium), năng lượng
mặt trời (solar cell) và năng lượng thu hoạch (energy harvesting) từ các nguồn như
rung động, nhiệt độ hoặc sóng RF. -
Bộ nhớ (Memory): Bộ nhớ là nơi lưu trữ dữ liệu tạm thời trước khi truyền đi
hoặc lưu trữ chương trình điều khiển cho bộ xử lý. Nó có vai trò quan trọng trong
việc lưu trữ dữ liệu thu thập được khi chưa thể truyền đi ngay, chẳng hạn như khi kết
nối mạng bị gián đoạn, đồng thời lưu trữ mã chương trình (firmware) để điều khiển
hoạt động của nút cảm biến. Bộ nhớ được chia thành hai loại chính: bộ nhớ trong Trang 2 lOMoAR cPSD| 46342576
Công Nghệ Bảo Mật Trên Mạng WSN
(RAM) dùng để lưu trữ tạm thời và bộ nhớ ngoài (Flash, EEPROM) dùng để lưu trữ
dữ liệu và chương trình lâu dài.
1.2.2 Nút trung tâm (Sink Node/Base Station)
Nút trung tâm (Sink Node/Base Station) là thành phần quan trọng trong mạng cảm
biến không dây, chịu trách nhiệm thu thập dữ liệu từ các nút cảm biến và truyền đến
hệ thống xử lý trung tâm. Nút trung tâm thường có năng lượng mạnh hơn, bộ nhớ
lớn hơn và khả năng kết nối ổn định với máy chủ hoặc đám mây để đảm bảo dữ liệu
được truyền đi nhanh chóng và chính xác.
Chức năng chính của nút trung tâm bao gồm nhận dữ liệu từ các nút cảm biến
trong hệ thống, truyền dữ liệu thu thập được đến máy chủ hoặc nền tảng đám mây để
phân tích, và có thể gửi lệnh điều khiển đến các nút cảm biến để thay đổi cấu hình
hoặc chế độ hoạt động.
Ví dụ, trong một hệ thống giám sát môi trường, một gateway LoRa có thể kết nối
với máy chủ xử lý dữ liệu trên nền tảng đám mây, hoặc một bộ thu phát Zigbee có
thể được kết nối với máy tính để thu thập dữ liệu từ các cảm biến đo nhiệt độ, độ ẩm.
1.2.3 Mạng truyền thông (Communication Network)
Mạng truyền thông (Communication Network) là cơ sở hạ tầng quan trọng cho
phép các nút cảm biến giao tiếp với nhau và với nút trung tâm.
Hệ thống mạng truyền thông đảm bảo kết nối giữa các nút cảm biến và nút trung
tâm, hỗ trợ các phương thức truyền dữ liệu như đơn hướng (unicast), đa hướng
(multicast) hoặc truyền tải theo nhiều chặng (multi-hop) để mở rộng phạm vi mạng.
Ví dụ, Zigbee thường được sử dụng trong nhà thông minh để kết nối các cảm biến
nhiệt độ, độ ẩm, đèn thông minh, trong khi LoRa được ứng dụng trong các hệ thống
IoT để theo dõi dữ liệu nông nghiệp trên diện rộng. Bluetooth thường được dùng để
kết nối các thiết bị cự ly gần như đồng hồ thông minh và cảm biến nhịp tim, còn Wi- Trang 3 lOMoAR cPSD| 46342576
Công Nghệ Bảo Mật Trên Mạng WSN
Fi phù hợp cho các ứng dụng cần tốc độ truyền tải cao như giám sát video từ camera an ninh.
1.2.4 Máy chủ điều khiển và phân tích dữ liệu (Control and Data Processing Server)
Máy chủ điều khiển và phân tích dữ liệu (Control and Data Processing Server)
đóng vai trò là trung tâm xử lý dữ liệu trong mạng cảm biến không dây. Đây là nơi
tiếp nhận, xử lý, phân tích và lưu trữ thông tin từ các nút cảm biến, giúp đưa ra các quyết định quan trọng.
Các chức năng chính của máy chủ bao gồm tiếp nhận và xử lý dữ liệu từ nút trung
tâm, phân tích dữ liệu để tìm ra xu hướng, phát hiện sự bất thường hoặc đưa ra cảnh
báo, lưu trữ dữ liệu để sử dụng trong tương lai hoặc tích hợp với các hệ thống quản
lý khác, đồng thời hiển thị thông tin trên giao diện trực quan cho người dùng.
Ví dụ, một hệ thống máy chủ có thể sử dụng nền tảng AWS hoặc Google Cloud
để phân tích dữ liệu thời gian thực từ cảm biến giao thông, hoặc một hệ thống xử lý
cục bộ trên máy tính có thể giúp giám sát môi trường trong nhà máy sản xuất.
1.2.5 Giao diện người dùng (User Interface)
Giao diện người dùng (User Interface) là cầu nối giữa con người và hệ thống mạng
cảm biến không dây, giúp người dùng dễ dàng theo dõi, quản lý và điều khiển hệ thống.
Chức năng chính của giao diện người dùng bao gồm hiển thị dữ liệu thu thập dưới
dạng bảng số liệu, biểu đồ trực quan giúp dễ dàng theo dõi, cung cấp công cụ để
người dùng thiết lập và điều khiển hệ thống cảm biến từ xa, đồng thời gửi thông báo
hoặc cảnh báo khi phát hiện sự cố hoặc thay đổi bất thường trong hệ thống.
Ví dụ, một ứng dụng di động có thể giúp giám sát và điều khiển hệ thống nhà
thông minh, một dashboard web có thể hiển thị dữ liệu môi trường từ cảm biến nhiệt Trang 4 lOMoAR cPSD| 46342576
Công Nghệ Bảo Mật Trên Mạng WSN
độ, độ ẩm trong nhà kính nông nghiệp, hoặc một hệ thống cảnh báo trên máy tính có
thể được sử dụng để giám sát chất lượng không khí trong thành phố.
1.3 Ứng dụng của mạng cảm biến không dây
Mạng cảm biến không dây (WSN) đã trở thành một công nghệ quan trọng trong
nhiều lĩnh vực khác nhau nhờ khả năng thu thập, giám sát và truyền tải dữ liệu theo
thời gian thực mà không cần đến hạ tầng có dây truyền thống. Dưới đây là một số
ứng dụng nổi bật của WSN trong các lĩnh vực quân sự, môi trường, y tế, thương mại và công nghiệp.
1.3.1 Ứng dụng quân sự
WSN đóng vai trò quan trọng trong lĩnh vực quân sự nhờ khả năng giám sát, thu
thập thông tin và truyền tải dữ liệu theo thời gian thực mà không cần đến hạ tầng có
dây truyền thống. Dưới đây là một số ứng dụng cụ thể của WSN trong quân sự:
Hình 1.1: Ứng dụng mạng không dây trong quân sự Trang 5 lOMoAR cPSD| 46342576
Công Nghệ Bảo Mật Trên Mạng WSN -
Giám sát chiến trường:WSN có thể được triển khai trên chiến trường để giám
sát chuyển động của quân địch. Các cảm biến phát hiện âm thanh, rung động hoặc
nhiệt độ có thể được sử dụng để phát hiện xe quân sự hoặc binh lính di chuyển. Dữ
liệu thu thập được sẽ được gửi về trung tâm chỉ huy để đưa ra quyết định chiến thuật kịp thời. -
Phát hiện và theo dõi mục tiêu: Các cảm biến hình ảnh và cảm biến hồng
ngoại giúp phát hiện mục tiêu trong điều kiện thời tiết khắc nghiệt hoặc ban đêm. Hệ
thống WSN có thể xác định vị trí chính xác của mục tiêu và gửi thông tin cho lực
lượng quân sự để triển khai hành động kịp thời. -
Phát hiện vũ khí sinh học, hóa học và phóng xạ: Các cảm biến có thể phát
hiện khí độc, phóng xạ hoặc các tác nhân sinh học nguy hiểm trên chiến trường. Dữ
liệu sẽ được gửi ngay lập tức về trung tâm xử lý để có biện pháp ứng phó kịp thời. -
Hỗ trợ hậu cần và chuỗi cung ứng: WSN giúp quản lý và theo dõi các nguồn
cung ứng quân sự, đảm bảo rằng các nhu yếu phẩm và thiết bị được vận chuyển đúng
thời gian và địa điểm. -
Bảo vệ căn cứ quân sự và biên giới:Cảm biến giám sát có thể được triển khai
tại các căn cứ quân sự hoặc biên giới để phát hiện xâm nhập trái phép. Các cảm biến
áp suất, chuyển động và hình ảnh có thể phát hiện sự di chuyển bất thường và kích hoạt cảnh báo. -
Hệ thống liên lạc chiến thuật: WSN giúp duy trì liên lạc giữa các đơn vị quân
đội ngay cả trong điều kiện địa hình phức tạp hoặc khi hệ thống liên lạc truyền thống
bị gián đoạn. Có thể kết hợp với UAV (Unmanned Aerial Vehicles) để mở rộng phạm vi liên lạc. -
Dò mìn và phát hiện vật liệu nổ: Các cảm biến địa chấn và từ trường có thể
phát hiện mìn hoặc vật liệu nổ trong khu vực nguy hiểm. WSN giúp quân đội dò mìn
mà không cần sự can thiệp trực tiếp của con người, giảm thiểu rủi ro. Trang 6 lOMoAR cPSD| 46342576
Công Nghệ Bảo Mật Trên Mạng WSN
1.3.2 Ứng dụng môi trường
Mạng cảm biến không dây (WSN) đóng vai trò quan trọng trong giám sát và bảo
vệ môi trường. Với khả năng triển khai linh hoạt, WSN giúp thu thập dữ liệu theo
thời gian thực, hỗ trợ các nhà khoa học và nhà quản lý trong việc theo dõi và đưa ra
quyết định nhanh chóng. Dưới đây là các ứng dụng cụ thể của WSN trong lĩnh vực môi trường:
Hình 1.1: Ứng dụng mạng không dây trong môi trường -
Giám sát chất lượng không khí:Cảm biến đo nồng độ CO , CO, NO , SO ,
bụi₂ ₂ ₂ mịn (PM2.5, PM10) giúp theo dõi mức độ ô nhiễm không khí. Dữ liệu từ
WSN có thể được sử dụng để cảnh báo sớm về tình trạng ô nhiễm, giúp chính quyền
có biện pháp kiểm soát. Ứng dụng trong các thành phố thông minh để theo dõi chất
lượng không khí theo thời gian thực. -
Giám sát nước và tài nguyên nước:Cảm biến phát hiện mức độ pH, độ đục,
oxy hòa tan, kim loại nặng trong nước để đánh giá chất lượng nước. Ứng dụng trong Trang 7 lOMoAR cPSD| 46342576
Công Nghệ Bảo Mật Trên Mạng WSN
giám sát nguồn nước sinh hoạt, hồ chứa, sông ngòi và đại dương. WSN giúp phát
hiện rò rỉ hoặc ô nhiễm nước do chất thải công nghiệp hoặc dầu tràn. -
Theo dõi biến đổi khí hậu:Hệ thống cảm biến đo nhiệt độ, độ ẩm, áp suất khí
quyển, lượng mưa để phân tích sự biến đổi khí hậu theo thời gian. Dữ liệu từ WSN
giúp các nhà nghiên cứu dự đoán xu hướng thời tiết và tác động của biến đổi khí hậu.
Ứng dụng trong nghiên cứu về hiệu ứng nhà kính, nước biển dâng và thiên tai. - Dự
báo và cảnh báo thiên tai:Cảm biến địa chấn giúp phát hiện động đất, sóng thần
sớm để cảnh báo cho cộng đồng. Hệ thống giám sát lũ lụt giúp theo dõi mực nước
sông và lượng mưa, cảnh báo nguy cơ lũ lụt. WSN cũng được sử dụng để phát hiện
cháy rừng bằng cách đo nhiệt độ, độ ẩm và mức độ khói trong không khí. -
Giám sát hệ sinh thái và bảo tồn động vật hoang dã:WSN giúp theo dõi
nhiệt độ, độ ẩm, chất lượng đất để bảo vệ rừng và đa dạng sinh học. Cảm biến và
thiết bị GPS được gắn trên động vật giúp nghiên cứu hành vi và di cư của các loài
quý hiếm. Hệ thống cảm biến phát hiện săn bắn trộm hoặc xâm nhập bất hợp pháp
vào khu bảo tồn thiên nhiên. -
Kiểm soát ô nhiễm đất:Cảm biến giám sát mức độ ô nhiễm do kim loại nặng,
thuốc trừ sâu và hóa chất trong đất. Hỗ trợ nông nghiệp thông minh bằng cách cung
cấp dữ liệu về độ ẩm, dinh dưỡng trong đất để tối ưu hóa tưới tiêu và bón phân.
1.3.3 Ứng dụng y tế
Mạng cảm biến không dây (WSN) có nhiều ứng dụng quan trọng trong lĩnh vực y
tế, đặc biệt là trong giám sát sức khỏe, hỗ trợ điều trị bệnh và nâng cao chất lượng
dịch vụ y tế. Các hệ thống cảm biến có thể theo dõi tình trạng bệnh nhân theo thời
gian thực, giúp bác sĩ và nhân viên y tế đưa ra quyết định kịp thời. -
Giám sát sức khỏe từ xa:Các cảm biến đeo trên cơ thể có thể đo nhịp tim,
huyết áp, nhiệt độ cơ thể, nồng độ oxy trong máu và ECG (điện tim). Dữ liệu được
truyền về trung tâm y tế hoặc bác sĩ để theo dõi bệnh nhân từ xa, đặc biệt hữu ích Trang 8 lOMoAR cPSD| 46342576
Công Nghệ Bảo Mật Trên Mạng WSN
cho người già và bệnh nhân mắc bệnh mãn tính. Hệ thống có thể gửi cảnh báo ngay
khi phát hiện dấu hiệu bất thường. -
Hệ thống cảnh báo sớm cho bệnh nhân: WSN có thể phát hiện cơn đau tim,
đột quỵ hoặc té ngã, sau đó gửi tín hiệu cấp cứu đến bác sĩ hoặc người thân. Ứng
dụng phổ biến trong bệnh viện, viện dưỡng lão hoặc nhà ở thông minh cho người cao tuổi. -
Hỗ trợ phẫu thuật và chăm sóc bệnh nhân trong bệnh viện: Cảm biến theo
dõi bệnh nhân trong phòng hồi sức để đảm bảo họ luôn trong tình trạng ổn định.
WSN giúp theo dõi nhiệt độ, độ ẩm trong phòng mổ để đảm bảo điều kiện phẫu thuật
tốt nhất. Hỗ trợ bác sĩ trong các ca phẫu thuật bằng cách cung cấp dữ liệu theo thời gian thực. -
Quản lý dược phẩm và thiết bị y tế: Cảm biến giám sát nhiệt độ và độ ẩm
trong kho dược phẩm, giúp bảo quản thuốc trong điều kiện tối ưu. Theo dõi vị trí của
thiết bị y tế trong bệnh viện để giảm thất thoát và tối ưu hóa việc sử dụng.
1.3.4 Ứng dụng thương mại và công nghiệp
Mạng cảm biến không dây (WSN) có nhiều ứng dụng trong thương mại và công
nghiệp, giúp giám sát, tự động hóa, nâng cao hiệu suất và tối ưu hóa chi phí trong nhiều lĩnh vực. Trang 9 lOMoAR cPSD| 46342576
Công Nghệ Bảo Mật Trên Mạng WSN
Hình 1.1: Ứng dụng mạng cảm biến không dây trong chăn nuôi và trồng trọt
1.3.4.2 Tự động hóa trong nhà máy và sản xuất thông minh
WSN giúp giám sát trạng thái của máy móc và thiết bị để phát hiện hỏng hóc
trước khi xảy ra sự cố (bảo trì dự đoán - Predictive Maintenance).
Cảm biến theo dõi rung động, nhiệt độ, áp suất của động cơ và dây chuyền sản
xuất để tối ưu hóa hiệu suất.
Hệ thống WSN có thể tự động điều chỉnh quy trình sản xuất nhằm giảm lãng
phí nguyên liệu và nâng cao năng suất.
1.3.4.3 Quản lý chuỗi cung ứng và logistics
WSN được sử dụng để theo dõi hàng hóa trong suốt quá trình vận chuyển, từ kho
hàng đến tay người tiêu dùng. Trang 10 lOMoAR cPSD| 46342576
Công Nghệ Bảo Mật Trên Mạng WSN
Cảm biến nhiệt độ và độ ẩm giúp bảo quản hàng hóa nhạy cảm như thực phẩm,
dược phẩm trong điều kiện tối ưu.
Công nghệ RFID kết hợp với WSN giúp theo dõi vị trí và số lượng sản phẩm
trong kho hàng theo thời gian thực.
1.3.4.4 Tòa nhà thông minh
Cảm biến giám sát mức tiêu thụ năng lượng, điều khiển hệ thống chiếu sáng và
điều hòa không khí để tiết kiệm điện.
Phát hiện hỏng hóc hoặc lỗi trong hệ thống điện, nước, khí để bảo trì kịp thời.
Hệ thống an ninh thông minh sử dụng cảm biến chuyển động, cảm biến cửa để
phát hiện xâm nhập trái phép.
1.3.4.5 Giám sát và tối ưu hóa năng lượng
WSN giúp theo dõi và quản lý mức tiêu thụ điện trong các nhà máy, tòa nhà
thương mại, trung tâm dữ liệu.
Các công ty năng lượng sử dụng WSN để giám sát hệ thống điện lưới, phát hiện
lỗi và tối ưu hóa phân phối điện.
Cảm biến trong các trang trại năng lượng mặt trời hoặc điện gió giúp theo dõi
hiệu suất và bảo trì hệ thống.
1.4 Ưu điểm của mạng cảm biến không dây
Mạng cảm biến không dây (Wireless Sensor Network - WSN) là một hệ thống bao
gồm nhiều nút cảm biến nhỏ gọn, có khả năng thu thập, xử lý và truyền tải dữ liệu
trong các môi trường khác nhau. Nhờ những đặc điểm nổi bật về tính linh hoạt, khả
năng mở rộng và tiết kiệm năng lượng, WSN đã trở thành một giải pháp quan trọng
trong nhiều lĩnh vực như y tế, nông nghiệp, quân sự, và nhà thông minh.
Dưới đây là những ưu điểm chính của mạng cảm biến không dây. Trang 11 lOMoAR cPSD| 46342576
Công Nghệ Bảo Mật Trên Mạng WSN
1.4.1 Không cần dây cáp, dễ triển khai
Không giống như các hệ thống mạng có dây truyền thống, WSN hoạt động hoàn
toàn không dây, giúp giảm đáng kể chi phí lắp đặt và bảo trì. Việc không phải đi dây
giúp cho mạng cảm biến không dây trở nên lý tưởng trong các môi trường khó tiếp
cận như rừng rậm, sa mạc, lòng biển, hoặc các khu vực có địa hình hiểm trở. Nhờ
vào tính di động cao, các cảm biến có thể được triển khai một cách linh hoạt và dễ
dàng điều chỉnh theo nhu cầu sử dụng mà không cần can thiệp vào cấu trúc hạ tầng.
1.4.2 Linh hoạt và mở rộng dễ dàng
Một ưu điểm nổi bật khác của WSN là khả năng linh hoạt và mở rộng dễ dàng.
Trong một hệ thống mạng cảm biến không dây, việc thêm hoặc bớt các nút cảm biến
không làm ảnh hưởng đến hoạt động chung của toàn bộ hệ thống. Điều này giúp
WSN trở thành một giải pháp lý tưởng cho các ứng dụng cần mở rộng quy mô theo
thời gian. Ngoài ra, các giao thức truyền thông trong WSN cho phép mạng tự động
cấu hình và thích nghi với những thay đổi trong môi trường hoạt động mà không cần can thiệp thủ công.
1.4.3 Tự động cấu hình và sửa lỗi
WSN có khả năng tự động thiết lập cấu trúc mạng và điều chỉnh theo điều kiện
thực tế. Khi một nút cảm biến gặp sự cố hoặc bị loại bỏ khỏi hệ thống, mạng lưới có
thể tự động điều chỉnh, tái cấu trúc và tìm đường truyền thay thế để đảm bảo dữ liệu
vẫn được truyền tải một cách chính xác. Tính năng này giúp tăng cường độ tin cậy
của mạng và giảm thiểu sự cố gián đoạn trong quá trình vận hành.
1.4.4 Giám sát thời gian thực, ứng dụng đa dạng
Nhờ khả năng thu thập và truyền tải dữ liệu một cách liên tục, WSN hỗ trợ giám
sát thời gian thực trong nhiều lĩnh vực khác nhau. Trong ngành y tế, WSN giúp theo
dõi tình trạng sức khỏe của bệnh nhân, phát hiện sớm các dấu hiệu bất thường và gửi
cảnh báo kịp thời cho đội ngũ y tế. Trong nông nghiệp, các cảm biến có thể giám sát Trang 12