Đánh giá hiệu suất của giao thức định tuyến trong mạng cảm biến không dây

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƢỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ







NGUYỄN THỊ LOAN







ĐÁNH GIÁ HIỆU SUẤT CỦA GIAO THỨC ĐỊNH TUYẾN
CHO MẠNG CẢM BIẾN KHÔNG DÂY







LUẬN VĂN THẠC SĨ CÔNG NGHỆ THÔNG TIN

Hà Nội - 2014
ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƢỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ




NGUYỄN THỊ LOAN





ĐÁNH GIÁ HIỆU SUẤT CỦA GIAO THỨC ĐỊNH TUYẾN
CHO MẠNG CẢM BIẾN KHÔNG DÂY



Ngành: Công nghệ thông tin
Chuyên ngành: Truyền dữ liệu và mạng máy tính
Mã số:



LUẬN VĂN THẠC SĨ CÔNG NGHỆ THÔNG TIN

NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS NGUYỄN ĐÌNH VIỆT






Hà Nội - 2014

1
Lời cảm ơn
Trong suốt thời gian từ khi bắt đầu học tập tại trường đến nay, tôi đã nhận được
rất nhiều sự quan tâm, giúp đỡ của các thầy cô, gia đình và bạn bè.
Tôi xin chân thành cảm ơn các thầy cô trong trường Đại học Công Nghệ, Đại học
Quốc Gia Hà Nội đã giảng dạy, truyền đạt và tạo điều kiện tốt nhất cho tôi trong suốt
thời gian học tập cũng như trong thời gian làm luận văn.
Đặc biệt, tôi xin bày tỏ lòng cảm ơn sâu sắc đối với thầy PGS.TS. Nguyễn Đình
Việt - người trực tiếp hướng dẫn, chỉ bảo và cho tôi những góp ý quý báu nhất để tôi
có thể hoàn thành luận văn của mình.
Tôi xin cảm ơn gia đình, bạn bè và tập thể lớp K18 chuyên ngành Truyền dữ liệu
và Mạng máy tính đã động viên, giúp đỡ và chia sẻ kiến thức giúp tôi hoàn thành khóa
học này.


Hà Nội, ngày 10 tháng 06 năm 2014

2
Lời cam đoan

Tôi xin cam đoan kết quả đạt được trong luận văn là sản phẩm của riêng cá nhân
tôi, không sao chép lại của người khác. Trong toàn bộ nội dung của luận văn, những
vấn đề được trình bày hoặc là của cá nhân hoặc là được tổng hợp từ nhiều nguồn tài
liệu. Tất cả các tài liệu tham khảo đều có xuất xứ rõ ràng và được trích dẫn hợp pháp.
Tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm và chịu mọi hình thức kỷ luật cho lời cảm đoan của
mình.
Hà Nội, ngày 10 tháng 06 năm 2014
Học viên




Nguyễn Thị Loan

3
Mục lục
Lời cảm ơn 1
Lời cam đoan 2
Mục lục 3
Danh mục các ký hiệu và chữ viết tắt 6
Danh mục các bảng và sơ đồ 8
Danh mục các hình vẽ và đồ thị 9
MỞ ĐẦU 10
CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ MẠNG WSN 12
1.1. Giới thiệu 12
1.1.1. Nền tảng công nghệ của mạng WSN 12

1.1.2. Các thành phần chính trong mạng WSN 14
1.1.3. Công nghệ cảm biến 15
1.2. Mô hình giao thức của mạng WSN 16
1.2.1. Các lớp chức năng 16
1.2.2. Các thành phần quản lý 17
1.3. Các ứng dụng của mạng WSN 17
1.3.1. Ứng dụng trong an ninh, quốc phòng 17
1.3.2. Ứng dụng trong giám sát môi trường 18
1.3.3. Ứng dụng trong y tế 19
1.3.4. Ứng dụng trong gia đình 19
1.3.5. Ứng dụng trong ngành công nghiệp 20
1.4. Các yếu tố ảnh hưởng tới thiết kế mạng WSN 20
CHƢƠNG 2. CÁC GIAO THỨC ĐỊNH TUYẾN TRONG MẠNG WSN 23
2.1. Giới thiệu 23
2.2. Những khó khăn và các vấn đề trong thiết kế giao thức định tuyến 23
2.3. Phân loại các giao thức định tuyến 24
2.4. Các giao thức kiến trúc phẳng và tập trung dữ liệu 26
2.4.1. Giao thức Flooding 26
2.4.2. Giao thức Gossiping 27
2.4.3. Giao thức SPIN 28
2.4.4. Directed Difusion (Khuếch tán trực tiếp) 31
2.4.5. Đánh giá chất lượng các giao thức phẳng và tập trung dữ liệu 33
2.5. Các giao thức phân bậc 33
2.5.1. Giao thức LEACH 34
2.5.2. Static-cluster (Phân nhóm tĩnh) 37
2.5.3. Giao thức PEGASIS 37
2.5.4. Giao thức TEEN và APTEEN 40
2.5.5. Đánh giá chất lượng các giao thức định tuyến phân bậc 42

4

2.6. Các giao thức định tuyến theo địa lý 42
2.6.1. Giao thức MECN và Small MECN 43
2.6.2. Các giao thức chuyển tiếp theo địa lý (Geographical Forwarding) 44
2.6.3. Giao thức PRADA 46
2.6.4. Giao thức GAF 48
2.6.5. Giao thức GEAR 49
2.6.6. Đánh giá chất lượng các giao thức định tuyến theo địa lý 50
2.7. Các giao thức dựa trên chất lượng dịch vụ 51
2.7.1. Giao thức SAR 51
2.7.2. Giao thức MCPF 52
2.7.3. Giao thức SPEED 53
2.7.4. Đánh giá chất lượng các giao thức định tuyến theo chất lượng dịch vụ . 55
CHƢƠNG 3: LÝ THUYẾT VỀ ĐÁNH GIÁ HIỆU SUẤT VÀ CÁC CÔNG CỤ
MÔ PHỎNG MẠNG WSN 56
3.1. Giới thiệu 56
3.2. Đánh giá hiệu suất 56
3.2.1. Khái niệm hiệu suất và các độ đo 56
3.2.2. Tầm quan trọng của việc đánh giá hiệu suất mạng 57
3.2.3. Phân loại các phương pháp đánh giá hiệu suất 57
3.2.4. Các vấn đề cần giải quyết khi đánh giá hiệu suất 58
3.3. Các công cụ mô phỏng mạng WSN 59
3.3.1. NS2 (Network Simulatior version 2) 59
3.3.2. Omnet ++ 59
3.3.3. TOSSIM 60
3.3.4. OPNET 60
3.3.5. So sánh các công cụ mô phỏng mạng WSN 61
3.4. Mô tả bộ mô phỏng NS2 62
3.4.1. Giới thiệu 62
3.4.2. Đặc điểm của bộ mô phỏng NS2 62
3.4.3. Kiến trúc của bộ mô phỏng NS2 63

3.4.4. Lập trình mô phỏng bằng NS2 64
3.4.5. Mô hình năng lượng 66
3.4.6. Mô hình truyền vô tuyến 67
3.4.7. Công cụ hiển thị NAM 70
3.4.8. Các công cụ hỗ trợ phân tích và hiển thị kết quả mô phỏng 70
CHƢƠNG 4. KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM ĐÁNH GIÁ HIỆU SUẤT GIAO
THỨC ĐỊNH TUYẾN CỦA MẠNG WSN 72
4.1. Phát biểu bài toán 72
4.2. Các độ đo được sử dụng để đánh giá 72
4.3. Thực nghiệm mô phỏng 73
4.3.1. Chuẩn bị 73

5
4.3.2. Thiết lập giá trị cho các thông số mô phỏng 74
4.3.3. Chạy mô phỏng 75
4.3.4. Các file dữ liệu đầu ra 76
4.4. Kết quả mô phỏng và đánh giá 78
4.4.1 Thời gian sống của mạng 78
4.4.2 Mức năng lượng tiêu thụ theo thời gian 79
4.4.3 Tỷ lệ dữ liệu nhận được ở BS 80
4.4.4 Kết luận 81
KẾT LUẬN VÀ HƢỚNG PHÁT TRIỂN 82
KẾT LUẬN 82
HƢỚNG PHÁT TRIỂN 82
TÀI LIỆU THAM KHẢO 83

6
Danh mục các ký hiệu và chữ viết tắt

ACK

Acknownlegment
ADC
Analog to Digital Converter
ADV
Advertisement
APTEEN
Adaptive Threshold-sensitive Energy-Efficient sensor Network
CCIR
Consultive Committee for Internationnal Radio
CDMA
Code Division Multiple Access
CMOS
Complementary Metal-Oxide Semiconductor
C-PEGASIS
Concentric cluster - PEGASIS
GFSLL
Geographical Forwarding Schemes for Lossy Link
GPS
Global Positioning System
GUI
Graphical User Interface
H-PEGASIS
Hierarchical - PEGASIS
I/O
In/Out
ID
Identification
IEEE
Institute of Electrical and Electronics Engineers
KR

Knowledge Range
LEACH
Low-Energy Adaptive Clustering Hierarchy
LEACH-C
Centralizzed - LEACH
LEACH-F
Fixed cluster – LEACH
LEACH-X
Extended – LEACH
MAC
Medium Access Control
MANET
Mobile Ad hoc NETwork
MCPF
Minimum Cost Path Forwarding
MECN
Minimum Energy Communication Network
MEMS
MicroElectro-Mechanical Systems
NEMS
NanoElectro-Mechanical Systems
NFL
Neighborhood Feedback Loop
NS2
Network Simulator Version 2
OS
Operating System
PEGASIS
Power-Efficient Gathering in Sensor Information Systems
PRADA

PRobe-based Accuracy Distribute protocol for knowledge range
Adjustment
PRR
Packet Reception Rate
PTKF
Partial Topology Knowledge Forwarding
QoS
Quality of Service

7
REQ
Request
RX
Receiver
SAR
Sequential Assignment Routing
SMECN
Small Minimum Energy Communication Network
SNGF
Stateless Non-deterministic Geographic Forwarding
SPIN
Sensor Protocols for Information via Negotiation
SPIN-BC
SPIN for Broadcast Network
SPIN-EC
SPIN with Energy Consumption awareness
SPIN-PP
SPIN for Point to Point Network
SPIN-RL
SPIN with Reliability

TDMA
Time Division Multiple Access
TEEN
Threshold-sensitive Energy-Efficient sensor Network
TIREM
Terrain Integration Rough Earth Model
TTL
Time To Live
TX
Transmitter
UWB
Ultra-Wide Band
Wi-Fi
Wireless Fidelity
WSNs
Wireless Sensor Networks
XML
EXtensible Markup Language

8
Danh mục các bảng và sơ đồ
Bảng 1.1 Phân loại cảm biến 15
Bảng 3.1: Tổng quan một số công cụ mô phỏng mạng WSN 61
Bảng 3.2: Một vài giá trị mũ suy hao đường truyền (β) 69
Bảng 3.3: Một vài giá trị tiêu biểu của độ lệch Shadowing (Ϭ
dB
) 69
Bảng 4.1 : Các thông số mô phỏng 74

9
Danh mục các hình vẽ và đồ thị
Hình 1.1: Cấu trúc mạng cảm biến 14
Hình 1.2: Sự tiến triển của công nghệ cảm biến theo thời gian 15
Hình 1.3 : Mô hình giao thức của mạng WSN 16
Hình 1.4 Ứng dụng của mạng WSN trong an ninh, quốc phòng 17
Hình 1.5 : Ứng dụng của mạng WSN để theo dõi sự di chuyển của động vật 18
Hình 1.6 Ứng dụng của mạng WSN trong cảnh báo cháy rừng. 18
Hình 1.7 Ứng dụng của WSN trong theo dõi sức khỏe con người. 19
Hình 1.8 Ứng dụng của mạng WSN trong gia đình. 19
Hình 1.9 Ứng dụng của mạng WSN trong công nghiệp. 20
Hình 1.10 Cấu tạo của nút cảm biến 21
Hình 2.1: Tổng quan về các giao thức định tuyến của mạng WSN. 25
Hình 2.2: Flooding 26
Hình 2.3: Các vấn đề chính trong Flooding 27
Hình 2.4: Gossiping 28
Hình 2.5: Các hoạt động cơ bản của giao thức SPIN 29
Hình 2.6: Các hoạt động chính của SPIN-BC 30
Hình 2.7: Hoạt động của giao thức Khuếch tán trực tiếp 31
Hình 2.8: Từ chối củng cố đường đi trong khếch tán trực tiếp 32
Hình 2.9: Kiến trúc mạng phân bậc trong mạng WSN 34
Hình 2.10: Cấu trúc chuỗi của PEGASIS 37
Hình 2.11: Xây dựng chuỗi trong H-PEGASIS 39
Hình 2.12: Truyền dữ liệu dư thừa trong PEGASIS 39
Hình 2.13: C-PEGASIS (PEGASIS phân nhóm theo vòng tròn đồng tâm) 40
Hình 2.14: Kiến trúc phân cấp của TEEN và APTEEN 41
Hình 2.15 Hình thành đồ thị con trong MECN 43
Hình 2.16: Khái niệm vùng chuyển tiếp trong MECN 44
Hình 2.17: Vùng khả thi trong định tuyến theo địa lý 44
Hình 2.18: Các thuật toán chuyển tiếp theo địa lý 45

Hình 2.19: Ảnh hưởng của phạm vi kiến thức trong định tuyến địa 47
Hình 2.20: Thủ tục thiết lập trường chi phí của MSPF 53
Hình 2.21: Hoạt động của SNGF 54
Hình 3.1: Mô hình của NS2 dưới hướng nhìn của người dùng 62
Hình 3.2: Mối tương quan giữa C++ và OTCL 63
Hình 3.3: Kiến trúc tổng quát của NS2 64
Hình 3.4: Giao diện đồ họa của NAM 70
Hình 4.1: Kiến trúc của MIT 73
Hình 4.2 : Kiến trúc mạng 100 nút ngẫu nhiên 74
Hình 4.3: Cấu trúc file leach.alive 76
Hình 4.4: Cấu trúc file leach.energy 77
Hình 4.5: Cấu trúc file leach.data 77
Hình 4.6: Cấu trúc file leach.out 77
Hình 4.7: Thời gian sống của mạng 78
Hình 4.8: Thời gian sống của mạng trong 50s đầu 78
Hình 4.9 : Năng lượng tiêu thụ theo thời gian 79
Hình 4.10 Năng lượng tiêu thụ trong 50s đầu 80
Hình 4.11: Tỷ lệ dữ liệu nhận được tại BS theo thời gian. 80

10
MỞ ĐẦU

Trong những năm gần đây, việc nghiên cứu các hệ thống mạng thông tin máy
tính di động được phát triển mạnh mẽ. Đặc biệt là hệ thống mạng cảm biến không dây
– WSN (Wireless Sensor Networks) đã và đang thu hút được sự quan tâm của rất
nhiều nhà khoa học, viện nghiên cứu, tổ chức xã hội, quốc phòng, an ninh và kinh tế
khác nhau trên thế giới.
Trong các mô hình mạng đã tồn tại, mạng MANET và WSN có nhiều đặc điểm
giống nhau. Ví dụ như kiến trúc mạng là không cố định, các nút trong mạng được kết
nối với nút khác bằng các liên kết không dây và năng lượng là một vấn đề quan

trọng, Tuy nhiên các giao thức và kỹ thuật được phát triển cho mạng MANET không
thể ứng dụng trực tiếp cho mạng cảm biến do hai mạng này còn nhiều khía cạnh khác
nhau.
Như là một kết quả của tiến bộ trong công nghệ mạng cảm biến và truyền thông
không dây, mạng WSN đã trở thành một công cụ hữu ích và không thể thiếu được
trong nhiều lĩnh vực như: giám sát môi trường tự nhiên, giám sát và thu thập các sự
kiện trong môi trường độc hại, giám sát hoạt động của kẻ địch trên chiến trường hay
theo dõi sức khỏe của người bệnh,…Các nút trong mạng cảm biến bị hạn chế bởi năng
lượng, khả năng lưu trữ và khả năng tính toán. Để kéo dài tuổi thọ của các nút cảm
biến, việc thiết kế các giao thức định tuyến là rất quan trọng. Mặc dù, các mạng cảm
biến được thiết kế chủ yếu để giám sát và báo cáo các sự kiện nhưng mỗi mạng cảm
biến lại có những đặc thù riêng khi mà sử dụng chúng cho những ứng dụng khác nhau.
Mỗi giao thức định tuyến đều có những đặc điểm riêng và việc áp dụng nó vào mạng
cảm biến của ứng dụng nào lại là một vấn đề cần nghiên cứu.
Mức độ tiêu hao năng lượng của các nút cảm biến ảnh hưởng trực tiếp tới tuổi
thọ của mạng WSN. Trong khi đó, nguyên nhân lớn nhất dẫn tới năng lượng của các
nút cảm biến bị tiêu hao đó là hoạt động định tuyến. Vì vậy, đề tài “Đánh giá hiệu
suất của giao thức định tuyến trong mạng cảm biến không dây” đã được tôi lựa chọn
nghiên cứu trong luận văn này. Mục đích của luận văn là nghiên cứu các giao thức
định tuyến kết hợp với việc đưa ra các kết quả mô phỏng để đánh giá hiệu quả làm
việc của chúng, so sánh chúng và đưa ra các khuyến nghị về sử dụng. Căn cứ vào mục
đích chính của luận văn, tôi xin đưa ra các mục tiêu cụ thể sau:
 Tìm hiểu tổng quan về mạng cảm biến không dây.
 Trình bày tầm quan trọng của giao thức định tuyến trong mạng cảm biến
không dây và tìm hiểu một số giao thức định tuyến phổ biến đã được áp
dụng.
 Nghiên cứu một số công cụ mô phỏng mạng cảm biến và các công cụ hỗ
trợ việc phân tích và hiển thị kết quả mô phỏng

11

 Thiết lập kịch bản mô phỏng và kết quả thực nghiệm đánh giá hiệu suất
định tuyến của một số giao thức định tuyến cho mạng cảm biến không
dây.
 Trên cơ sở các tìm hiểu và nghiên cứu trên viết luận văn với nội dung:
Đánh giá hiệu suất của giao thức định tuyến cho mạng cảm biến không
dây.
Để thực hiện được các mục tiêu trên, bố cục luận văn được tổ chức thành 4
chương chính:
Chương 1: Tổng quan về mạng WSN: sẽ giới thiệu một cách tổng quan về mạng
WSN, nền tảng công nghệ của mạng WSN, các ứng dụng của mạng WSN và các yếu
tố cần quan tâm khi thiết kế, xây dựng mạng WSN.
Chương 2: Các giao thức định tuyến trong mạng WSN: Giới thiệu về định
tuyến trong mạng WSN, đồng thời nêu ra các khó khăn và các vấn đề trong định tuyến
mạng WSN, tìm hiểu các giao thức định tuyến thông qua đó lựa chọn một số giao thức
định tuyến sẽ đi sâu nghiên cứu.
Chương 3:Lý thuyết về đánh giá hiệu suất và các công cụ mô phỏng mạng
WSN: Giới thiệu về vai trò của việc đánh giá hiệu suất mạng, các độ đo thường
được sử dụng trong đánh giá hiệu suất mang. Đồng thời giới thiệu các công cụ mô
phỏng mạng WSN và các công cụ hỗ trợ phân tích và hiển thị kết quả mô phỏng.
Chương 4: Kết quả thực nghiệm đánh giá hiệu suất các giao thức định
tuyến trong mạng WSN: Xây dựng các kịch bản cụ thể để đánh giá hiệu suất các
giao thức định tuyến đã được lựa chọn nghiên cứu.
Phần kết luận tổng kết những công việc đã thực hiện và những kết quả đã đạt
được đồng thời cũng đề cập đến công việc và hướng nghiên cứu trong tương lai.

12
CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ MẠNG WSN

1.1. Giới thiệu
Mạng WSN được các nhà nghiên cứu coi như một lĩnh vực “thú vị” trong việc

liên kết mạng không dây giữa các nút mạng có kích thước nhỏ (thậm chí chỉ như hạt
bụi với đường kính được tính bằng đơn vị nanô mét). Cấu trúc của một nút mạng WSN
bao gồm phần cảm biến, phần xử lý tính toán, phần truyền thông và bộ nguồn. Trong
đó, từng thành phần này trong từng loại mạng WSN khác nhau sẽ có những đặc điểm
riêng phụ thuộc vào loại ứng dụng đặc trưng của mạng WSN đó.
Không chỉ thu hút được sự quan tâm của các nhà khoa học, theo các nhà quan sát
công nghiệp nhìn nhận, thị trường cảm biến không dây (WS – Wireless Sensor) hiện
nay có những tiềm năng thương mại rất lớn. Cùng với những tiến bộ trong lĩnh vực
thiết kế cảm biến và vật liệu đang diễn ra thì gần như có thể chắc chắn sẽ giảm được
kích thước, trọng lượng và chi phí của các nút cảm biến, đồng thời những tiến bộ này
cũng làm gia tăng về độ tin cậy và cải thiện độ đo chính xác hơn. Sự phát triển của
mạng WSN trong tương lai sẽ kéo theo sự ra đời và phát triển của vô số các ứng dụng
đa dạng khác.
1.1.1. Nền tảng công nghệ của mạng WSN [3, tr.2-4]
Mạng cảm biến là một lĩnh vực liên ngành, nó liên quan tới nhiều khía cạnh như:
sóng vô tuyến và kết nối mạng, xử lý tín hiệu, trí tuệ nhân tạo, quản lý cơ sở dữ liệu,
tối ưu hóa nguồn tài nguyên, các thuật toán quản lý năng lượng, nền tảng công nghệ
phần cứng, phần mềm hay các hệ điều hành. Các ứng dụng, các nguyên tắc kết nối
mạng, và các giao thức cho các hệ thống này chỉ mới bắt đầu được phát triển.
Các cảm biến được kết nối với nhau thông qua một chuỗi các liên kết không dây
(multi-hop) năng lượng thấp trong khoảng cách ngắn. Chúng thường sử dụng Internet
hay một số mạng khác để chuyển tiếp dữ liệu trên các tuyến đường dài tới điểm tập
hợp và phân tích dữ liệu cuối cùng. Nhìn chung, trong lĩnh vực cảm biến, mạng WSN
sử dụng các kỹ thuật truyền và kỹ thuật chia sẻ kênh truy cập ngẫu nhiên hướng kết
nối đã được mô tả trong họ chuẩn IEEE 802. Trên thực tế, những kỹ thuật này đã bắt
đầu được phát triển vào cuối những năm 1960, 1970 cho môi trường không dây với tập
lớn những nút mạng phân tán bị hạn chế về khả năng quản lý kênh. Bên cạnh đó, nhiều
kỹ thuật quản lý kênh khác cũng đã ra đời và được sử dụng.
Hiện tại, việc triển khai mạng WSN vẫn đang phải đối mặt với một loạt các thách
thức lớn. Tuy nhiên, công việc này đang dần được chuẩn hóa và nó sẽ trở nên đơn giản

hơn khi các thách thức trên chỉ phải giải quyết một lần và sau đó kết quả của nó sẽ
được thiết lập cố định trên các thành phần tương ứng. Một trong những thách thức lớn
đó là xây dựng phương thức truyền thông năng lượng thấp với khả năng xử lý ngay
trên nút để giảm thiểu chi phí và khả năng tự thiết lập kết nối, tự cấu hình giao thức
phù hợp. Một thách thức quan trọng khác đó là làm sao có thể kéo dài được thời gian

13
hoạt động của các nút cảm biến trong khi năng lượng của nó bị hạn chế hay bị phụ
thuộc vào tuổi thọ của pin.
Các mạng không dây nói chung thường được thiết kế cho phạm vi liên kết từ
hàng chục, hàng trăm tới hàng nghìn dặm. Tuy nhiên, giới hạn về năng lượng cùng với
mong muốn giảm giá thành của nút mạng lại làm phát sinh thêm vấn đề trong mạng
WSN. Việc xử lý các tín hiệu hợp tác giữa các nút mạng kề nhau có thể làm tăng tính
nhạy cảm và đặc hiệu khi dò tìm các sự kiện bất thường trong môi trường. Hiện nay,
các chipset CMOS đang mang lại sự tối ưu hóa cho mạng WSN và nó được coi là chìa
khóa thành công trong lĩnh vực thương mại.
Những năm đầu tiên, các nhà cung cấp linh kiện đã sử dụng các công nghệ độc
quyền để tập hợp dữ liệu thu được từ các thiết bị. Nhưng từ đầu năm 2000 đến nay,
các nhà cung cấp thiết bị cảm biến đang tìm cách chuẩn hóa công nghệ này. Các nhà
thiết kế đã loại trừ việc áp dụng các chuẩn của Wi-Fi (IEEE 802.11b) và Bluetooth
(IEEE 802.15.1) cho các cảm biến bởi nó quá phức tạp và đòi hỏi nhiều băng thông
hơn thực tế cần thiết cho các bộ cảm biến thông thường. Điều này đã mở ra cánh cửa
cho một chuẩn mới đó là ZigBee (IEEE 802.15.4). ZigBee bao gồm các lớp phần mềm
mới và hỗ trợ một loạt các ứng dụng. ZigBee hoạt động ở dải tần 2,4GHz và hỗ trợ
truyền dữ liệu với tốc độ lên tới 250kbps ở phạm vi 30 đến 200 ft (khoảng 9,144 mét
đến 60.96 mét). ZigBee được thiết kế để bổ sung cho các công nghệ không dây đang
tồn tại như Bluetooth, Wi-Fi và UWB với mục đích là áp dụng cho các ứng dụng cảm
biến điểm-điểm mà ở đó không thể kết nối cáp, năng lượng cực thấp và chi phí bị hạn
chế.
Các nghiên cứu đã chỉ ra nhiều điểm tương đồng giữa mạng WSN và mạng

MANET. Ví dụ như kiến trúc mạng là không cố định, năng lượng là một vấn đề đáng
quan tâm, các nút trong mạng được kết nối với nút khác bằng môi trường liên kết
không dây hay cả hai đều liên quan đến truyền thông multi-hop. Tuy nhiên các giao
thức và kỹ thuật được phát triển cho mạng MANET không thể ứng dụng trực tiếp cho
mạng cảm biến. Bởi vì hai mạng này có nhiều khía cạnh khác nhau sau đây [4]
- Mạng cảm biến được sử dụng chủ yếu để thu thập thông tin trong khi đó mạng
MANET được thiết kế để tính toán phân tán nhiều hơn là việc thu thập thông tin.
- Thông thường, một mạng lưới cảm biến được triển khai bởi 1 chủ sở hữu, trong
khi MANETs có thể được điều hành bởi 1 số đơn vị không liên quan.
- Không giống như các nút trong mạng MANET, một nút trong mạng cảm biến
không có định danh duy nhất.
- Các nút trong mạng cảm biến thường rẻ hơn nhiều so với các nút trong mạng
MANET và thường được triển khai lên tới hàng nghìn nút.
- Nguồn năng lượng của các nút cảm biến có thể rất hạn chế, tuy nhiên các nút
trong mạng MANET lại có thể được nạp bằng cách nào đó.

14
- Thông thường, dữ liệu trong mạng cảm biến bị ràng buộc bởi luồng dữ liệu tải
xuống các nút khác từ sink hoặc luồng dữ liệu tải lên sink từ các nút khác, trong khi ở
mạng MANET, luồng dữ liệu này là không tuân theo quy tắc.
- Thông thường, các mạng cảm biến được triển khai 1 lần trong vòng đời của
chúng, trong khi các nút trong mạng MANET thực sự có thể tái dùng lại.
- Các nút mạng cảm biến bị giới hạn khả năng tính toán và khả năng giao tiếp
hơn mạng MANET do chi phí tương ứng thấp.
Dựa trên nền tảng công nghệ và các mạng đã tồn tại, mạng WSN được triển khai
sẽ hỗ trợ và bổ sung nhằm làm phong phú hơn cho lĩnh vực kết nối mạng. Đồng thời
mở ra nhiều hướng phát triển và ứng dụng mới.
1.1.2. Các thành phần chính trong mạng WSN [4, tr.15-16]
Các nút cảm biến được phân bố phân tán trong trường cảm biến. Mỗi nút cảm
biến có khả năng thu thập số liệu và chọn đường để gửi dữ liệu tới sink. Việc chọn

đường để tới sink theo kiểu multi-hop như được minh họa trên Hình 1.1. Nút Sink có
thể liên lạc với người dùng qua các mạng khác như Internet hay vệ tinh.

Hình 1.1: Cấu trúc mạng cảm biến
Như vậy có thể thấy rằng, một mạng WSN bao gồm 4 thành phần chính:
 Tập các nút cảm biến, được trang bị cảm biến cho một hoặc một vài ứng
dụng cụ thể.
 Mạng kết nối, thường là mạng vô tuyến
 Sink có thể là thực thể bên trong mạng (là một nút cảm biến) hay ngoài
mạng (như một máy tính tương tác với mạng cảm biến, hoặc cũng có
thể là một gateway cho một mạng khác lớn hơn như Internet). Sink
chính là nơi đưa ra các yêu cầu đối với các thông tin lấy từ các nút cảm
biến trong mạng.
 Tập các tài nguyên để xử lý dữ liệu nhằm đưa ra các cảnh báo, các định
hướng hay các kết quả thống kê mà người dùng mong muốn.
Ngoài ra, chúng ta có thể thấy rằng, mạng WSN gồm 2 thành phần đặc trưng
khác đó là người dùng và trường cảm biến. Trong đó, người dùng có thể là một cơ
quan an ninh, một tổ chức xã hội hay một cá nhân người dùng đơn lẻ sở hữu nó… Còn

15
trường cảm biến có thể là thế giới vật lý, một hệ thống sinh học hay hóa học… mà ở
đó chứa dữ liệu cần thu thập.
1.1.3. Công nghệ cảm biến [2, tr.3][3, tr.75-91]
Gần đây, các nhà nghiên cứu đã thể hiện sự quan tâm lớn tới mạng WSN và đã
tập trung vào các vấn đề quan trọng trong việc phát triển mạng WSN như sử dụng hiệu
quả, chi phí thấp, an toàn và khả năng chống chịu lỗi. Cùng với đó, công nghệ chế tạo
các nút cảm biến cũng không ngừng được cải thiện cả về chất liệu, kích thước của như
tính năng.

Hình 1.2: Sự tiến triển của công nghệ cảm biến theo thời gian

WeC là một trong những loại cảm biến đầu tiên, nó hoạt động ở tần số 916 MHz
và tốc độ truyền dữ liệu 10kbps. Theo thời gian, nhiều loại cảm biến ra đời, trong đó từ
năm 2005 đến nay các cảm biến được chế tạo dựa trên công nghệ vi cơ điện MEMS có
kích thước chỉ bằng hạt bụi có đường kính từ 1-100nm nhưng lại có thể hoạt động ở
tần số 2,4GHz và tốc độ truyền lên tới 250kbps.
Hiện nay, có rất nhiều loại cảm biến khác nhau, và để dể sử dụng, người ta phân
loại chúng theo kích cỡ của cảm biến như sau [2, tr.3]
Bảng 1.1 Phân loại cảm biến
Kích cỡ
của cảm
biến
Tính di
động
Năng lượng
Khả năng
lưu trữ và
tính toán
logic
Chế độ cảm
biến
Các giao thức,
thiết bị truyền
thông
Lớn
Di động
Có thể tự bổ
sung
Lớn
Đa phương
thức, vật lý

Multi-hop, cấu
trúc lưới và định
tuyến động
Nhỏ
Cố định
Sử dụng pin,
tuổi thọ từ vài
giờ đến vài ngày
Trung bình
Đa phương
thức, hóa
học, sinh học
Single-hop với
định tuyến tĩnh
Kích cỡ
Micrô

Sử dụng pin,
tuổi thọ từ vài
tuần đến vài
tháng
Thấp
Chức năng
duy nhất, vật
lý

Kích cỡ
Nanô

Sử dụng pin,

tuổi thọ lên đến
vài năm

Chức năng
duy nhất,
hóa học và
sinh học


16
Cách phân loại như Bảng 1.1 chỉ mang tính tổng quát. Trên thực tế, chúng ta có
thể kết hợp tổ hợp các tiêu chí trên để đa dạng hóa các loại cảm biến nhằm đáp ứng
linh động với các điều kiện và ứng dụng cụ thể.
1.2. Mô hình giao thức của mạng WSN
Các nút mạng và sink sử dụng mô hình giao thức như được mô tả trong Hình 1.3
dưới đây. Mô hình này kết hợp năng lượng với định tuyến, kết hợp dữ liệu với các
giao thức mạng, sử dụng năng lượng hiệu quả với môi trường vô tuyến và thúc đẩy sự
hợp tác giữa các nút cảm biến.

Hình 1.3 : Mô hình giao thức của mạng WSN
Mô hình giao thức của mạng WSN được phân chia theo 2 hướng nhìn. Hướng
thứ nhất theo các lớp chức năng và hướng nhìn còn lại phân chia theo các thành phần
quản lý.
1.2.1. Các lớp chức năng
Theo các lớp chức năng, mô hình giao thức của mạng WSN được chia làm 5 lớp:
lớp vật lý, lớp liên kết số liệu, lớp mạng, lớp truyền tải và lớp ứng dụng. Trong đó mỗi
lớp sẽ đảm nhiệm những chức năng cụ thể:
 Lớp vật lý: thực hiện chức năng cảm biến, cung cấp các kênh truyền thông, các
kỹ thuật điều chế, truyền, phát và xử lý tín hiệu.
 Lớp liên kết số liệu: đảm bảo khả năng truy cập và chia sẻ kênh truyền cho các

nút cảm biến, giảm thiểu đụng độ dữ liệu và kiểm soát lỗi.
 Lớp mạng: thực hiện kết nối mạng, quản lý sự tương thích của định tuyến với
tô-pô mạng.
 Lớp truyền tải: thực hiện giao tiếp khi mạng WSN cần kết nối với mạng khác
như Internet, đảm bảo độ tin cậy và điều khiển tắc nghẽn trong quá trình truyền
thông nội bộ trong mạng WSN.
 Lớp ứng dụng: cung cấp các ứng dụng trên mạng, bao gồm xử lý ứng dụng, tập
hợp dữ liệu, xử lý các truy vấn với cơ sở dữ liệu bên ngoài.

17
1.2.2. Các thành phần quản lý
Theo các thành phần quản lý, mô hình giao thức của mạng WSN được chia làm 3
phần: phần quản lý năng lượng, phần quản lý di chuyển và phần quản lý nhiệm vụ.
Các thành phần này sẽ kết hợp với nhau nhằm đảm bảo cho các nút cảm biến có thể hỗ
trợ hoạt động cho nhau, tiết kiệm năng lượng cũng như kéo dài thời gian sống của toàn
mạng.
 Phần quản lý năng lượng: điều khiển quá trình sử dụng năng lượng của nút cảm
biến. Ví dụ, khi nút cảm biến bị suy hao và mức năng lượng còn lại thấp, nó sẽ
phát quảng bá tới các nút lân cận để thông báo rằng nó không thể tham gia quá
trình định tuyến trung gian khác.
 Phần quản lý di chuyển: phát hiện và ghi lại sự chuyển tiếp từ các nút cảm biến
do đó dễ dàng xác định được con đường quay trở lại. Nhờ xác định được các
nút cảm biến lân cận, các nút cảm biến có thể cân bằng giữa năng lượng của nó
và nhiệm vụ thực hiện.
 Phần quản lý nhiệm vụ: lập kế hoạch và cân bằng nhiệm vụ giữa các nút cảm
biến trong một vùng xác định.
1.3. Các ứng dụng của mạng WSN [2,3]
Sự xuất hiện của mạng WSN hứa hẹn một phạm vi rộng lớn các ứng dụng tiềm
năng như: an ninh quốc phòng, môi trường, y tế, thương mại và công nghiệp…Có thể
dự đoán trong tương lai, các mạng cảm biến không dây sẽ gắn liền với cuộc sống của

con người giống như các máy tính điện tử hiện nay.
1.3.1. Ứng dụng trong an ninh, quốc phòng
Dựa vào các đặc tính: triển khai nhanh, khả năng tự tổ chức và sự hư hỏng một
vài nút cảm biến không ảnh hưởng nhiều tới hệ thống …Vì vậy mà mạng WSN được
sử dụng phổ biến trong nhiều hoạt động an ninh, quốc phòng. Hình 1.4 dưới đây là
một ví dụ cụ thể, các cảm biến có thể thu thập hình ảnh, âm thanh và xác định vị trí
của các đối tượng khả nghi trong một phạm vi nhất định.

Hình 1.4 Ứng dụng của mạng WSN trong an ninh, quốc phòng

18
Một số ứng dụng chính của mạng WSN trong an ninh, quốc phòng là:
 Giám sát lực lượng, trang thiết bị và đạn dược: các binh lính, xe cộ, trang thiết
bị, đạn dược sẽ được gắn các cảm biến nhỏ để theo dõi tình trạng và vị trí hiện
tại. Các trạng thái này sẽ được gửi tới sink và được tổng hợp thành các báo cáo
có ý nghĩa đối với người chỉ huy.
 Giám sát chiến trường, kẻ địch: các tuyến đường, các địa điểm nhạy cảm sẽ dễ
dàng được bao phủ bởi các nút cảm biến siêu nhỏ. Vì vậy, kẻ địch khó có thể
phát hiện được. Khi kẻ địch di chuyển hay xâm phạm địa hình, các nút cảm
biến này sẽ cảm nhận được và nhanh chóng đưa ra các cảnh báo.
 Thăm dò và phát hiện các cuộc tấn công bằng hóa học, sinh học và hạt nhân:
vấn đề sử dụng vũ khí hóa học, sinh học và hạt nhân trong các cuộc chiến tranh
mang đến nhiều hiểm họa lớn cho loài người. Vì vậy, cần thiết phải có các hệ
thống dự đoán được điều này để có thể phòng, tránh và giảm thiểu thương
vong, thiệt hại.
1.3.2. Ứng dụng trong giám sát môi trƣờng
Khả năng cảm nhận nhạy bén, đo đạc chính xác và có thể hoạt động trong các
môi trường khác nhau của nút cảm biến mà mạng WSN được ứng dụng để theo dõi
sự di chuyển, nghiên cứu môi trường sống của các loài động vật hoang dã (Hình
1.5) cũng như đưa ra các cảnh báo về môi trường hay các hiện tượng tự nhiên như:

động đất, lũ lụt, cháy rừng (Hình 1.6),…

Hình 1.5 : Ứng dụng của mạng WSN để theo dõi sự di chuyển của động vật hoang dã

Hình 1.6 Ứng dụng của mạng WSN trong cảnh báo cháy rừng.

19
1.3.3. Ứng dụng trong y tế
Trong lĩnh vực y tế, mạng WSN hỗ trợ theo dõi bệnh nhân, quản trị thuốc trong
bệnh viện, theo dõi từ xa dữ liệu vật lý của con người, kiểm tra, theo dõi bác sĩ và
bệnh nhân trong bệnh viện. Mỗi bệnh nhân có thể được gắn kết các nút cảm biến nhỏ
và nhẹ, mỗi nút cảm biến có nhiệm vụ riêng, ví dụ, một nút cảm biến xác định nhịp
tim, trong khi nút khác sẽ xác định huyết áp …

Hình 1.7 Ứng dụng của WSN trong theo dõi sức khỏe con người.
1.3.4. Ứng dụng trong gia đình
Ngôi nhà thông minh là một trong những ứng dụng đặc trưng. Ở đó các nút
cảm biến dùng để phát hiện những sự dịch chuyển trong phòng và thông báo cho
chủ nhà hoặc các cơ quan an ninh. Đặc biệt, những nút cảm biến nhỏ gọn có thể được
trang bị bên trong những đồ dùng gia đình như máy hút bụi, lò vi sóng, tủ lạnh.
Những nút cảm biến này tương tác với nhau và với bên ngoài qua Internet hoặc vệ
tinh, cho phép chủ nhà quản lý từ xa thiết bị đồ dùng dễ dàng hơn.

Hình 1.8 Ứng dụng của mạng WSN trong gia đình.

20
1.3.5. Ứng dụng trong ngành công nghiệp
Trong lĩnh vực công nghiệp, mạng cảm biến được ứng dụng trong việc theo
dõi chất lượng sản phẩm, điều khiển môi trường trong những tòa nhà và công xưởng,
điều khiển tự động hóa, thiết bị chống mất cắp ô tô…

Hình 1.9 Ứng dụng của mạng WSN trong công nghiệp.
1.4. Các yếu tố ảnh hƣởng tới thiết kế mạng WSN [3,tr.29-30]
Mạng WSN là lĩnh vực liên ngành, nó đòi hỏi kiến phong phú của nhiều lĩnh vực
nghiên cứu như truyền thông không dây, kết nối mạng, các hệ thống nhúng, xử lý tín
hiệu số, và công nghệ phần mềm…Mạng WSN yêu cầu sự kết hợp khắt khe giữa phần
cứng và phần mềm trên từng nút cảm biến cũng như đặc tính hoạt động phân tán trên
toàn mạng. Do vậy, các yếu tố chính ảnh hưởng tới thiết kế mạng WSN bao gồm: hạn
chế về phần cứng, khả năng chống chịu lỗi, chi phí sản xuất, kiến trúc mạng, môi
trường truyền dữ liệu và công suất tiêu thụ năng lượng,…Những yếu tố này đã được
nhiều nhà khoa học tập trung giải quyết. Tuy nhiên thì hiện nay, sự tích hợp các yếu tố
này vẫn còn là một thách thức đối với lĩnh vực thiết kế mạng WSN vì tính chất liên
ngành của nó.
 Hạn chế về phần cứng
Một nút cảm biến gồm 4 thành phần cơ bản đó là: đơn vị cảm biến, đơn vị xử lý,
đơn vị truyền dẫn và bộ nguồn. Hơn nữa, tùy thuộc vào loại ứng dụng mà các nút cảm
biến sẽ được bổ sung thêm các thành phần khác như hệ thống định vị, bộ phận di động,
bộ phát nguồn,…Tất cả các thành phần này sẽ tích hợp trong nút cảm biến có kích
thước chỉ vài xăng-ti mét, thậm chí là vài na-nô mét. Các yêu cầu về tính năng và kích
thước đã gây ra hạn chế lớn đối với việc thiết kế và chế tạo nút cảm biến. Ngoài ra, các
nút cảm biến còn gặp phải các hạn chế khác như tiêu thụ năng lượng thấp, có khả năng
hoạt động ở những nơi có mật độ cao, chi phí sản xuất thấp, có khả năng tự trị và

21
hoạt động không cần có người kiểm soát, dễ thích nghi với môi trường…


Hình 1.10 Cấu tạo của nút cảm biến
 Khả năng chống chịu lỗi
Những hạn chế về phần cứng làm cho các nút cảm biến thường xuyên bị hỏng

sau một khoảng thời gian hoạt động. Các nguyên nhân gây ra có thể là hết năng lượng,
hỏng thiết bị phần cứng, tác động của môi trường hay do lỗi phần mềm. Một nút mạng
hỏng sẽ không thể tham gia vào kết nối mạng. Do đó khả năng chống chịu lỗi của
mạng WSN là làm thế nào để giảm thiểu mức độ ảnh hưởng tới toàn mạng khi một vài
nút cảm biến ngừng hoạt động.
 Khả năng mở rộng
Các mạng WSNs thường được triển khai với mật độ các nút cảm biến cao dẫn tới
trùng lặp dữ liệu và gây ra nhiều lỗi trên mạng. Điều này tạo ra một thách thức lớn đối
với khả năng mở rộng mạng. Số lượng nút cảm biến được triển khai có thể lên tới hàng
trăm, hàng nghìn hay hàng triệu tùy thuộc vào mỗi ứng dụng. Vì vậy mà các giao thức
được thiết kế cho mạng WSN phải có khả năng làm việc được với số lượng lớn các nút
này.
 Chi phí sản xuất
Thông thường, các nút cảm biến ít có khả năng tái sử dụng, nó chỉ được dùng
trong phạm vi một ứng dụng duy nhất. Hơn nữa, số lượng các nút cảm biến trong một
mạng WSN thường rất lớn vì vậy chi phí sản xuất của nút cảm biến sẽ ảnh hưởng trực
tiếp tới tổng chi phí của toàn mạng. Do vậy, khi thiết kế mạng WSN thì vấn đề chi phí
cũng cần được quan tâm.
 Kiến trúc mạng WSN
Số lượng lớn các nút cảm biến thường xuyên bị mất liên lạc do nhiều nguyên
nhân khác nhau. Do đó, việc duy trì kiến trúc liên kết của mạng WSN cũng là một trở
ngại lớn. Việc thiết lập và bảo trì kiến trúc mạng WSN có thể chia làm 3 giai đoạn:
- Giai đoạn trước và khi triển khai: các nút cảm biến thường được phân bố một
cách lộn xộn, không trật tự như thả từ máy bay xuống, do con người hoặc rô bốt
rải, đặt,

22
- Giai đoạn sau khi triển khai: các nút cảm biến thường bị thay đổi vị trí hoặc
hỏng hóc và nó bị loại ra khỏi liên kết mạng. Mặt khác, các liên kết giữa các nút
mạng cũng thường bị ảnh hưởng bởi nhiễu và các vật cản, Do đó kiến trúc liên

kết mạng sau khi triển khai thường xuyên bị thay đổi.
- Giai đoạn triển khai lại: để tiếp tục duy trì hoạt động của mạng, sau giai đoạn
triển khai có thể phải bổ sung một lượng các nút cảm biến mới. Do đó, phải tạo
ra các liên kết mới để duy trì vòng đời của mạng WSN.
 Môi trường truyền dữ liệu
Một mạng WSN chỉ thành công khi việc truyền thông giữa các nút cảm biến với
nhau là ổn định và đáng tin cậy. Với đặc tính giao tiếp không dây, các liên kết giữa các
nút mạng thường xuyên bị ảnh hưởng bởi các nhiễu hay vật cản. Các liên kết này có
thể hình thành từ sóng vô tuyến, sóng quang học,…Mặt khác, để đảm bảo khả năng
tương tác toàn cầu thì các mạng này cần phải sử dụng môi trường truyền dẫn đã tồn tại
trên thế giới.
 Công suất tiêu thụ năng lượng
Thông thường năng lượng của các nút cảm biến được lấy từ pin, do vậy tuổi thọ
của mỗi nút cảm biến tùy thuộc vào năng lượng của pin mà nó được cung cấp. Các nút
cảm biến thì thường được đặt trong các điều kiện khó tiếp xúc với nguồn năng lượng
do đó vấn để nạp năng lượng không thể triển khai. Hiện nay, vấn đề năng lượng đang
được các nhà nghiên cứu tập trung giải quyết, tuy nhiên chưa có giải pháp nào mang
tính toàn diện. Khi thiết kế mạng WSN cần lưu ý để chọn lựa các giao thức phù hợp
với điều kiện năng lượng thực tế.

23
CHƢƠNG 2. CÁC GIAO THỨC ĐỊNH TUYẾN TRONG MẠNG WSN

2.1. Giới thiệu
Các mạng WSNs rất linh hoạt nên có thể hỗ trợ nhiều loại ứng dụng trong nhiều
môi trường khác nhau ngay cả khi nút cảm biến là cố định hay di động. Việc triển khai
các mạng cảm biến phụ thuộc lớn vào loại ứng dụng tương ứng. Tuy các ứng dụng này
hướng tới những mục tiêu khác nhau nhưng mục tiêu chính của tất cả các mạng WSNs
là cảm nhận, thu thập dữ liệu từ một vùng nhất định, xử lý dữ liệu và truyền thông tin
tới người dùng. Để thực hiện được nhiệm vụ này một cách hiệu quả đòi hỏi các giao

thức định tuyến phải cân bằng được khả năng đáp ứng với hiệu quả năng lượng để có
thể kéo dài thời gian hoạt động của toàn mạng. Mặc dù lĩnh vực này còn đang trong
thời mới phát triển nhưng có thể thấy sự phát triển của giao thức định tuyến sẽ là nền
tảng của các mạng WSNs trong tương lai.
2.2. Những khó khăn và các vấn đề trong thiết kế giao thức định tuyến [3,tr200-
202] [2,tr.139-142]
Định tuyến trong mạng có quy mô lớn là một vấn đề khó khăn và phải đối mặt
với nhiều thách thức như độ chính xác, tính ổn định và tối ưu các số liệu hiệu
suất,…Các đặc tính nội tại của mạng WSNs kết hợp với các hạn chế về năng lượng,
băng thông và khả năng xử lý đã gây ra nhiều trở ngại hơn trong việc đáp ứng các yêu
cầu truyền thông và kéo dài thời gian sống của mạng. Do vậy, để thiết kế được một
giao thức định tuyến tốt thì vừa phải xem xét tới các yếu tố ảnh hưởng tới mạng, vừa
phải giải quyết các bài toán định tuyến cụ thể như: phạm vi và các đặc tính mạng thay
đổi theo thời gian, nguồn tài nguyên hạn chế và các mô hình cảm biến dữ liệu phụ
thuộc vào loại ứng dụng,…
 Phạm vi và các đặc tính mạng thay đổi theo thời gian: Trong mạng
WSNs, các nút mạng phải ở trạng thái động và phải có khả năng thích
nghi cao. Khi cần, nó phải có khả năng tự tổ chức và tự bảo tồn năng
lượng bằng cách liên tục điều chỉnh các hành vi để phù hợp với trạng
thái và khả năng hiện tại. Hơn nữa, mức độ năng lượng tiêu hao của các
nút cảm biến là không đồng đều dẫn tới nhiều nút mạng bị ngừng hoạt
động sớm hơn so với các nút mạng khác. Điều này làm thay đổi phạm vi
hoạt động, gây trở ngại cho vấn đề định tuyến cũng như ảnh hưởng tới
hiệu suất của toàn mạng.
 Nguồn tài nguyên hạn chế: Bài toán về năng lượng là bài toán cơ bản và
khó giải nhất đối với mạng WSNs khi mà các hoạt động của mạng hoàn
toàn phụ thuộc vào tình trạng năng lượng hiện tại của các nút cảm biến.
Ngoài ra, việc tích hợp nhiều thành phần vào trong một thiết bị cảm biến
nhỏ cũng làm hạn chế khả năng lưu trữ và khả năng xử lý của mỗi nút
mạng. Do đó, yêu cầu được đặt ra là phải thiết kế được các giao thức

định tuyến mới vừa có thể hoạt động hiệu quả với một loạt các hạn chế