Mạng cảm biến không dây (wireless sensor network WSN)

TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC HÀ NỘI
KHOA: ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG
-------  --------

BÁO CÁO TIỂU LUẬN
MÔN: Mạng máy tính

Mạng cảm biến không dây
(Wireless Sensor Netwơrk-WSN)

Giảng viên hướng dẫn
:
Sinh viên thực hiện
Nhóm 4

:Ts. Lê Anh NgọcLớp
:D7DTVT2

HàNội
Nội5/2016
5/2016
Hà


Báo Cáo Tiểu Luận

Gvhd:TS.Lê Anh Ngọc

LỜI NÓI ĐẦU
Nhờ có những tiến bộ trong lĩnh vực truyền thông vô tuyến trong những năm
gần đây, mạng cảm biến không dây (Wireless Sensor Netwơrk-WSN) với giá thành rẻ,

tiêu thụ ít năng lượng và đa chức năng nên rất được chú ý trong lĩnh vực thông tin.
Hiện nay, người ta đang tập trung triển khai các mạng cảm ứng không dây để áp dụng
vào trong cuộc sống hàng ngày. Mạng cảm ứng được ứng dụng rất nhiều trong đời
sống hàng ngày, y tế, kinh doanh…Tuy nhiên, mạng cảm ứng không dây đang phải
đối mặt với rất nhiều thách thức, một trong những thách thức lớn nhất trong mạng cảm
ứng không dây là nguồn năng lượng bị giới hạn, rất nhiều nghiên cứu đang tập trung
vào việc cải thiện khả năng sử dụng hiệu quả năng lượng trong từng lĩnh vực khác
nhau. Trong tương lai các ứng dụng của mạng cảm ứng không dây sẽ trở thành một
phần không thể thiếu trong cuộc sống.
Trong bài tiểu luận này nhóm em sẽ giới thiệu một cách tổng quan về mạng cảm
ứng không dây, các giao thức định tuyến phổ biến, đồng thời sử dụng phần mềm để
mô phỏng và đánh giá 1 giao thức cơ bản trong mạng cảm biến không dây. Đó là các
giao thức AODV.

Sinh viên thực: Nhóm 4_D7DTVT2

2


Báo Cáo Tiểu Luận

Gvhd:TS.Lê Anh Ngọc

BẢNG THUẬT NGỮ VIẾT TẮT
UDP
WSN
GPS
ID
CDMA
TDMA

User Datagram Protocol
Wireless Sensor Network
Global Positioning System
Identifier
Code Division Multiple Access
Time Divistion Multiple Access

CSMA

Carrier Sense Multiple Access

SPIN
AODV
MAC
GAF
GEAR
NAM
NS
TCP
QoS
SMP
TADAP
SQDDP
ADC
MAC
ADV
REQ
DS - SS
BS

CH

Sensor protocols for information via

Giao thức gói người dùng
Mạng cảm biến không dây
Hệ thống định vị toàn cầu
Mã nhận dạng
Đa truy nhập phân chia theo mã
Đa truy nhập phân chia theo thời gian
Truy cập đường truyền có lắng nghe
sóng mang.
Giao thức cho thông tin dữ liệu thông

negotiation
qua đàm phán
Ad-hoc on-demand distance vector Định tuyến cự ly theo yêu cầu tùy
routing.
Media Access Control
Geographic adaptive fidelity
Geographic
and
Energy-Aware

biến.
Điều khiển truy cập đường truyền
Giải thuật chính xác theo địa lý
Định tuyến theo vùng địa lý sử dụng

Routing

Network Animator
Network Simulator
Transmission Control Protocol
Quanlity of Service
Sensor Management Protocol
Task
Assignment
and
Data

hiệu quả năng lượng
Minh họa mạng
Mô phỏng mạng
Giao thức điều khiển truyền tải
Chất lượng dịch vụ
giao thúc quản lí mạng cảm biến
G.thức quảng bá dữ liệu và chỉ định

Advertisement Protocol
Sensor Query and Data
Analog-to-Digital Converter
Media Access Control
Advertise
Request
Directed-Sequence Spread Spectrum
Base Station (Sink)
Cluster Head

nhiệm vụ cho từng sensor
giao thức phân phối dữ liệu và

Bộ chuyển đổi tương tự - Số
Điều khiển truy nhập môi trường
Bản tin quảng bá
Bản tin yêu cầu
Trải phổ tuần tự
Trạm gốc
Nút chủ cụm

Sinh viên thực: Nhóm 4_D7DTVT2

3


Báo Cáo Tiểu Luận

Gvhd:TS.Lê Anh Ngọc

MỤC LỤC
CHƯƠNG I 5
TỔNG QUAN VỀ MẠNG CẢM BIẾN KHÔNG DÂY WSN 5
I.1 Giới thiệu 5
I.2 Cấu trúc mạng WSN 7
I.2.1 Cấu trúc 1 node mạng WSN 7
I.2.2 Cấu trúc mạng cảm biến không dây 8

I.3 Kiến trúc giao thức mạng WSN 9
I.4 Các yếu tố ảnh hưởng đến mạng WSN 12
I.4.1 Thời gian sống bên ngoài 12
I.4.2 Sự đáp ứng 12
I.4.3 Tính chất mạnh (Robustness) 12

I.4.4 Hiệu suất (Synergy) 13
I.4.5 Tính mở rộng (Scalability) 13
I.4.6 Tính không đồng nhất (Heterogeneity) 13
I.4.7 Tự cấu hình 13
I.4.8 Tự tối ưu và tự thích nghi 13
I.4.9 Thiết kế có hệ thống 14

I.5 Ứng dụng của mạng WSN 14

CHƯƠNG II 15
ĐỊNH TUYẾN TRONG MẠNG CẢM BIẾN KHÔNG DÂY
15
II.1 Giới thiệu 15
II.2 Thách thức trong vấn đề định tuyến 16
II.2.1 Tính động của mạng 16
II.2.2 Sự triển khai các node 16
II.2.3 Tính đến năng lượng 16
II.2.4 Phương pháp báo cáo số liệu 17
II.2.5 Khả năng của các node 17
II.2.6 Tập trung / hợp nhất dữ liệu 18

II.3 Phân loại và so sánh các giao thức định tuyến trong WSN 18
II.4 Các loại giao thức định tuyến 21
II.4.1 Giao thức định tuyến trung tâm dữ liệu (data centric protocols) 21
II.4.2 Giao thức phân cấp (Hierarchical protocols) 26
II.4.3 Giao thức dựa trên vị trí (Location-based protocols) 27

CHƯƠNG III 31
MÔ PHỎNG GIAO THỨC AODV BẰNG NS2 31
IV.1 Giới thiệu NS2 31

Sinh viên thực: Nhóm 4_D7DTVT2

4


Báo Cáo Tiểu Luận

Gvhd:TS.Lê Anh Ngọc

IV.1.1 Kiến trúc NS2 31
IV.1.2 Các đặc điểm NS2 33

IV.2 Các phần mềm dùng kết hợp với NS2 33
IV.2.1 NAM 33
IV.2.2 NSCRIPT 34
IV.2.3 XGRAPH 34
IV.2.4 TRACEGRAPH 35

IV.3 Mô phỏng WSN trên NS2 35
IV.3.1 Giả thiết 35
IV.3.2 Thực hiện mô phỏng cho giao thức: AODV 35
LỜI KẾT 36

CHƯƠNG I
TỔNG QUAN VỀ MẠNG CẢM BIẾN KHÔNG DÂY WSN
I.1 Giới thiệu
Mạng cảm biến không dây là một trong những công nghệ thông tin mới phát
triển nhanh chóng nhất, với nhiều ứng dụng trong nhiều lĩnh vực: điều khiển quá trình
công nghiệp, bảo mật và giám sát, cảm biến môi trường, kiểm tra sức khỏe…

Sinh viên thực: Nhóm 4_D7DTVT2

5


Báo Cáo Tiểu Luận

Gvhd:TS.Lê Anh Ngọc

Hình 1.1: Biểu tượng của mạng như mô hình trên
Mạng cảm biến không dây WSN là mạng liên kết các node với nhau nhờ sóng
radio. Nhưng trong đó, mỗi node mạng bao gồm đầy đủ các chức năng để cảm nhận,
thu thập, xử lý và truyền dữ liệu. Các node mạng thường là các thiết bị đơn giản, nhỏ
gọn, giá thành thấp ,…và có số lượng lớn, được phân bố không có hệ thống trên phạm
vi rộng, sử dụng nguồn năng lượng (pin) hạn chế thời gian hoạt động lâu dài.
Các mạng vô tuyến khác bao gồm mạng cellular, mạng WLAN, và mạng phạm
vi ở nhà (Bluetooth). Các gói chuyển từ mạng này qua mạng khác sẽ được hỗ trợ
internet không dây. Mạng cellular đích đến là tại những người sử dụng với tính di
động cao. Tốc độ dữ liệu cho tính di động tại mức này bị giới hạn do dịch tần Doppler.
Mặt khác, WLAN có tốc độ dữ liệu cao. Bluetooth và Home RF đích đến là tại nhà.
Tốc độ dữ liệu mong muốn có dải radio thấp hơn và ngắn hơn nhiều, tính di động cũng
thấp.
WSN khác với các mạng trên. Nó có 1 số lượng lớn các node. Khoảng cách
giữa các node neighbor là ngắn hơn so với các mạng trên. Do WSN hoàn toàn chỉ là
các node, chi phí cho mỗi node là ít. Mức tiêu thụ năng lượng thấp hơn nhiều, bởi vì
việc thay thế pin của mỗi node thậm chí 1 tháng 1 lần sẽ rất vất vả. Tốc độ dữ liệu và
tính di động trong WSN cũng thấp hơn.
Các nhà nghiên cứu ở Berkeley đã phát triển các thiết bị mạng cảm nhận không
dây, gọi là các hạt bụi “motes”, nó được tạo thành một cách công khai, sẵn sàng để
thương mại hóa, cùng với TinyOS một hệ điều hành kết nối nhúng để có thể dễ dàng

sử dụng thiết bị này. Hình dưới minh họa 1 thiết bị “mote”của Berkeley. Sự tiện ích
của các thiết bị này cũng như một chương trình dễ sử dụng, hoạt động đầy đủ, với giá
tương đối rẻ, cho các thí nghiệm và triển khai thực tế đã mang lại một vai trò đầy đủ
trong cuộc cách mạng vàng của mạng cảm nhận không dây.
Sinh viên thực: Nhóm 4_D7DTVT2

6


Báo Cáo Tiểu Luận

Gvhd:TS.Lê Anh Ngọc

Hình 1.2: Thiết bị “mote” của Berkeley
I.2 Cấu trúc mạng WSN
I.2.1 Cấu trúc 1 node mạng WSN
Để xây dựng mạng cảm biến trước hết phải chế tạo và phát triển các nút cấu
thành mạng nút cảm biến. Các nút này phải thỏa mãn một số yêu cầu nhất định tùy
theo ứng dụng: Chúng phải có kích thước nhỏ, giá thành rẻ, hoạt động hiệu quả về
năng lượng, có các thiết bị cảm biến chính xác có thể cảm nhận, thu thập các thông số
môi trường, có khả năng tính toán và có bộ nhớ đủ để lưu trữ, và phải có khả năng thu
phát sóng để truyền thông với các nút lân cận. Mỗi nút cảm ứng được cấu thành bởi 4
thành phần cơ bản, như ở hình 3, bộ cảm nhận (sensing unit), bộ xử lý (a processing
unit), bộ thu phát (a transceiver unit) và bộ nguồn (a power unit). Ngoài ra có thể có
thêm những thành phần khác tùy thuộc vào từng ứng dụng như là hệ thống định vị
(location finding system), bộ phát nguồn (power generator) và bộ phận di động
(mobilizer)

Sinh viên thực: Nhóm 4_D7DTVT2

7


Báo Cáo Tiểu Luận

Gvhd:TS.Lê Anh Ngọc

Hình 1.3: Các thành phần của một nút cảm ứng.
Các bộ phận cảm ứng (sensing units) bao gồm cảm biến và bộ chuyển đổi
tương tự-số (ADC – Analog to Digital Converter). Dựa trên những hiện tượng quan
sát được, tín hiệu tương tự tạo ra bởi sensor được chuyển sang tín hiệu số bằng bộ
ADC, sau đó được đưa vào bộ xử lý.
Bộ xử lý thường được kết hợp với bộ lưu trữ nhỏ (storage unit), quyết định các
thủ tục cho các nút kết hợp với nhau để thực hiện các nhiệm vụ định sẵn.
Phần thu phát vô tuyến kết nối các nút vào mạng. Chúng gửi và nhận các dữ
liệu thu được từ chính nó hoặc các nút lân cận tới các nút khác hoặc tới sink.
Phần quan trọng nhất của một nút mạng cảm ứng là bộ nguồn. Bộ nguồn có thể
là một số loại pin. Để các nút có thời gian sống lâu thì bộ nguồn rất quan trọng, nó
phải có khả năng nạp điện từ môi trường như là năng lượng ánh sáng mặt trời.
Hầu hết các kĩ thuật định tuyến và các nhiệm vụ cảm ứng của mạng đều yêu
cầu có độ chính xác cao về vị trí. Vì vậy cần phải có các bộ định vị. Các bộ phận di
động, đôi lúc cần để dịch chuyển các nút cảm ứng khi cần thiết để thực hiện các nhiệm
vụ đã ấn định như cảm biến theo dõi sự chuyển động của vật nào đó.
Tất cả những thành phần này cần phải phù hợp với kích cỡ từng module. Ngoài
kích cỡ ra các nút cảm ứng còn một số ràng buộc nghiêm ngặt khác, như là phải tiêu
thụ rất ít năng lượng, hoạt động ở mật độ cao, có giá thành thấp, có thể tự hoạt động,
và thích ứng với môi trường.
I.2.2 Cấu trúc mạng cảm biến không dây
Giao tiếp không dây multihop: Khi giao tiếp không dây là kĩ thuật chính, thì
giao tiếp trực tiếp giữa hai nút sẽ có nhiều hạn chế do khoảng cách hay các vật cản.

Đặc biệt là khi nút phát và nút thu cách xa nhau thì cần công suất phát lớn.Vì vậy cần
các nút trung gian làm nút chuyển tiếp để giảm công suất tổng thể. Do vậy các mạng
cảm biến không dây cần phải dùng giao tiếp multihop.
Hoạt động hiệu quả năng lượng: để hỗ trợ kéo dài thời gian sống của toàn
mạng, hoạt động hiệu quả năng lượng là kĩ thuật quan trọng mạng cảm biến không
dây.

Sinh viên thực: Nhóm 4_D7DTVT2

8


Báo Cáo Tiểu Luận

Gvhd:TS.Lê Anh Ngọc

Tự động cấu hình: Mạng cảm biến không dây cần phải cấu hình các thông số
một các tự động. Chẳng hạn như các nút có thể xác định vị trí địa lý của nó thông qua
các nút khác (gọi là tự định vị).
Xử lý trong mạng và tập trung dữ liệu: Trong một số ứng dụng một nút cảm biến
không thu thập đủ dữ liệu mà cần phải có nhiều nút cùng cộng tác hoạt động thì mới thu
thập đủ dữ liệu, khi đó mà từng nút thu dữ liệu gửi ngay đến sink thì sẽ rất tốn băng thông
và năng lượng. Cần phải kết hợp các dữ liệu của nhiều nút trong một vùng rồi mới gửi tới
sink thì sẽ tiết kiệm băng thông và năng lượng.
Do vậy , cấu trúc mạng mới sẽ:
 Kết hợp vấn đề năng lượng và khả năng định tuyến.
 Tích hợp dữ liệu và giao thức mạng.
 Truyền năng lượng hiệu quả qua các phương tiện không dây.
 Chia sẻ nhiệm vụ giữa các nút lân cận
Các nút cảm ứng được phân bố trong một sensor field như hình 1.4. Mỗi một

nút cảm ứng có khả năng thu thập dữ liệu và định tuyến lại đến các sink. Dữ liệu được
định tuyến lại đến các sink bởi một cấu trúc đa điểm. Các sink có thể giao tiếp với các
nút quản lý nhiệm vụ (task manager node) qua mạng Internet hoặc vệ tinh.

Hình 1.4: Cấu trúc mạng cảm biến không dây
I.3 Kiến trúc giao thức mạng WSN
Trong mạng cảm ứng, dữ liệu sau khi được thu thập bởi các nút sẽ được định
tuyến gửi đến sink. Sink sẽ gửi dữ liệu đến người dùng đầu cuối thông qua internet

Sinh viên thực: Nhóm 4_D7DTVT2

9


Báo Cáo Tiểu Luận

Gvhd:TS.Lê Anh Ngọc

hay vệ tinh. Kiến trúc giao thức được sử dụng bởi nút gốc và các nút cảm biến (hình
1.5)

Hình 1.5: Kiến trúc giao thức của mạng cảm biến.
Kiến trúc giao thức này kết hợp giữa công suất và chọn đường, kết hợp số liệu
với các giao thức mạng, sử dụng công suất hiệu quả với môi trường vô tuyến và sự
tương tác giữa các nút cảm biến. Kiến trúc giao thức bao gồm lớp vật lý, lớp liên kết
dữ liệu, lớp mạng, lớp truyền tải, lớp ứng dụng, phần quản lý công suất, phần quản lý
di động và phần quản lý nhiệm vụ.
 Lớp ứng dụng :Tùy vào từng nhiệm vụ của mạng cảm biến mà các phần
mềm ứng dụng khác nhau được xây dựng và sử dụng trong lớp ứng dụng. Trong lớp
ứng dụng có mốt số giao thức quan trọng như giao thức quản lí mạng cảm biến (SMP

– Sensor Management Protocol), giao thức quảng bá dữ liệu và chỉ định nhiệm vụ cho
từng sensor (TADAP – Task Assignment and Data Advertisement), giao thức phân
phối dữ liệu và truy vấn cảm biến (SQDDP – Sensor Query and Data Dissemination).
 Lớp truyền tải: giúp duy trì luồng số liệu nếu ứng dụng mạng cảm biến yêu
cầu. Lớp truyền tải đặc biệt cần khi mạng cảm biến kết nối với mạng bên ngoài, hay
kết nối với người dùng qua internet. Giao thức lớp vận chuyển giữa sink với người
dùng (nút quản lý nhiệm vụ) thì có thể là giao thức gói ngừời dùng (UDP – User
Datagram Protocol) hay giao thức điều khiển truyền tải (TCP – Transmission Control
Protocol) thông qua internet hoặc vệ tinh. Còn giao tiếp giữa sink và các nút cảm
biến cần các giao thức kiểu như UDP vì các nút cảm biến bị hạn chế về bộ nhớ. Hơn
nữa các giao thức này còn phải tính đến sự tiêu thụ công suất, tính mở rộng và định
tuyến tập trung dữ liệu .
Sinh viên thực: Nhóm 4_D7DTVT2

10


Báo Cáo Tiểu Luận

Gvhd:TS.Lê Anh Ngọc

 Lớp mạng: quan tâm đến việc định tuyến dữ liệu được cung cấp bởi lớp
truyền tải. Việc định tuyến trong mạng cảm biến phải đối mặt với rất nhiều thách thức
như mật độ các nút dày đặc, hạn chế về năng lượng…Do vậy thiết kế lớp mạng trong
mạng cảm biến phải theo các nguyên tắc sau:
 Hiệu quả về năng lượng luôn được xem là vấn đề quan trọng hàng đầu.
 Các mạng cảm biến gần như là tập trung dữ liệu
 Tích hợp dữ liệu và giao thức mạng.
 Phải có cơ chế địa chỉ theo thuộc tính và biết về vị trí
Có rất nhiều giao thức định tuyến được thiết kế cho mạng cảm biến không dây.

Nhìn tổng quan, chúng được chia thành ba loại dựa vào cấu trúc mạng, đó là định
tuyến ngang hàng, định tuyến phân cấp, định tuyến dựa theo vị trí. Xét theo hoạt động
thì chúng được chia thành định tuyến dựa trên đa đường (multipath-based), định tuyến
theo truy vấn (query- based), định tuyến thỏa thuận (negotiation-based), định tuyến
theo chất lượng dịch vụ (QoS – Quanlity of Service), định tuyến kết hợp (coherentbased).
 Lớp kết nối dữ liệu: Lớp kết nối dữ liệu chịu trách nhiệm cho việc ghép các
luồng dữ liệu, dò khung dữ liệu, điều khiển lỗi và truy nhập môi trường. Vì môi
trường có tạp âm và các nút cảm biến có thể di động, giao thức điều khiển truy nhập
môi trường (MAC – Media Access Control) phải xét đến vấn đề công suất và phải có
khả năng tối thiểu hoá việc va chạm với thông tin quảng bá của các nút lân cận.
 Lớp vật lý: Lớp vật lý chịu trách nhiệm lựa chọn tần số, phát tần số sóng
mang, điều chế, lập mã và tách sóng.
 Phần quản lý công suất: điều khiển việc sử dụng công suất của nút cảm
biến. Ví dụ, nút cảm biến có thể tắt khối thu của nó sau khi thu được một bản tin từ
một nút lân cận. Điều này giúp tránh tạo ra các bản tin giống nhau. Khi mức công suất
của nút cảm biến thấp, nút cảm biến phát quảng bá tới các nút lân cận để thông báo nó
có mức công suất thấp và không thể tham gia vào các bản tin chọn đường. Công suất
còn lại sẽ được dành riêng cho nhiệm vụ cảm biến.
 Phần quản lý di động phát hiện và ghi lại sự di chuyển của các nút cảm biến
để duy trì tuyến tới người sử dụng và các nút cảm biến. Nhờ xác định được các nút

Sinh viên thực: Nhóm 4_D7DTVT2

11


Báo Cáo Tiểu Luận

Gvhd:TS.Lê Anh Ngọc

cảm biến lân cận, các nút cảm biến có thể cân bằng giữa công suất của nó và nhiệm vụ
thực hiện.
 Phần quản lý nhiệm vụ có thể lên kế hoạch các nhiệm vụ cảm biến trong
một vùng xác định. Không phải tất cả các nút cảm biến trong vùng đó điều phải thực
hiện nhiệm vụ cảm biến tại cùng một thời điểm. Kết quả là một số nút cảm biến thực
hiện nhiệm vụ nhiều hơn các nút khác tuỳ theo mức công suất của nó.
Những phần quản lý này là cần thết để các nút cảm biến có thể làm việc cùng
nhau theo một cách thức sử dụng hiệu quả công suất, chọn đường số liệu trong mạng
cảm biến di động và phân chia tài nguyên giữa các nút cảm biến.
I.4 Các yếu tố ảnh hưởng đến mạng WSN
I.4.1 Thời gian sống bên ngoài
Các nút WSN với nguồn năng lượng pin giới hạn. Ví dụ: một loại pin kiềm
cung cấp 50Wh năng lượng, nó có thể truyền cho mỗi nút mạng ở chế độ tích cực gần
1 tháng hoạt động. Sự tiêu tốn và tính khả thi của giám sát và thay thế pin cho một
mạng rộng, thì thời gian sống dài hơn được thiết kế. Trong thực tế, pin rất cần thiết
trong rất nhiều ứng dụng để bảo đảm mạng WSN có thể tự động sử dụng không cần
thay thế trong vài năm. Sự cải thiện của phần cứng trong thiết kế pin và kĩ thuật thu
năng lượng sẽ giúp ta một phần trong việc tiết kiệm pin.
I.4.2 Sự đáp ứng
Giải pháp đơn giản nhất để kéo dài thời gian sống bên ngoài là điều khiển các
node trong 1 chu kì làm việc với chu kì chuyển mạch giữa 2 chế độ: chế độ ngủ (mode
sleep) và chế độ hoạt động (mode active). Trong khi quá trình đồng bộ ở chế độ ngủ là
1 thách thức của WSN, vấn đề lớn liên quan đến nữa là chu trình ngủ 1 cách tùy ý có
thể làm giảm khả năng đáp ứng cũng như hiệu suất của các sensor. Trong một số ứng
dụng, các sự kiện trong tự nhiên được tìm thấy và thông báo nhanh, thì sự trễ bởi lịch
ngủ phải được giữ ở giới hạn chính xác, thậm chí trong sự tồn tại của nghẽn mạng.
I.4.3 Tính chất mạnh (Robustness)
Mục tiêu của WSN là cung cấp ở phạm vi rộng lớn, độ bao phủ chính xác (finegrained coverage). Mục tiêu này phổ biến ở số lượng lớn các thiết bị không đắt tiền.
Tuy nhiên các thiết bị rẻ thường kém tin cậy và thường dễ xảy ra lỗi. Tốc độ lỗi cũng
sẽ cao khi các thiết bị cảm ứng được triển khai trong các môi trường khắc khe và trong

Sinh viên thực: Nhóm 4_D7DTVT2

12


Báo Cáo Tiểu Luận

Gvhd:TS.Lê Anh Ngọc

vùng của kẻ địch. Giao thức thiết kế do đó cũng phải xây dựng kỹ sảo để có thể đáp
ứng tốt. Rất khó để chắc chắn rằng việc định dạng toàn cầu của hệ thống là không bị
hỏng với các thiết bị lỗi.
I.4.4 Hiệu suất (Synergy)
Các cải tiến của luật Moore trong công nghệ đảm bảo dung năng của thiết bị về
các mặt: xử lí nguồn, bộ nhớ - lưu trữ, thực hiện truyền nhận vô tuyến, cải thiện nhanh
chóng sự chính xác của bộ cảm biến. Tuy nhiên, vấn đề kinh tế được đặt ra ở đây là
giá cả trên một node giảm mạnh (từ hàng trăm đô la xuống còn vài cent), nó có thể
làm cho dung năng của vài node sẽ bị hạn chế ở 1 mức độ nhất định. Đó là lý do để
thiết kế các giao thức cho hiệu suất cao, nó bảo đảm rằng hệ thống tổng thì sẽ có dung
năng lớn hơn so với dung năng của các thành phần trong nó cộng lại. Các giao thức
cung cấp một khả năng hợp tác giữa lưu trữ, máy tính và các tài nguyên thông tin.
I.4.5 Tính mở rộng (Scalability)
WSN có khả năng hoạt động ở một vùng cực rộng (lớn hơn 10 ngàn, thậm chí
là hàng triệu node trong một giới hạn về độ dài).Có một vài hạn chế về thông lượng và
dung lượng làm ảnh hưởng đến scalability của hoạt động mạng.
I.4.6 Tính không đồng nhất (Heterogeneity)
Sẽ tồn tại sự không đồng nhất trong dung năng của thiết bị trong quá trình cài
đặt thực tế (cụ thể là máy móc, thông tin dữ liệu và cảm biến). Sự không đồng nhất sẽ
có ảnh hưởng quan trọng đến thiết kế.
I.4.7 Tự cấu hình

Do phạm vi và các ứng dụng trong tự nhiên, WSN là các hệ thống phân phối
không cần chủ. Hoạt động tự động là vấn đề chính được đặt ra trong thiết kế. Ngay từ
khi bắt đầu, các node trong WSN có thể được cấu hình theo topo mạng của chúng; tự
đồng bộ, tự kiểm tra, và quyết định các thông số hoạt động khác.
I.4.8 Tự tối ưu và tự thích nghi
Trong WSN, thường có những tín hiệu không chắc chắn về điều kiện hoạt động
trước khi triển khai. Dưới những điều kiện đó, việc xây dựng những máy móc để có
thể tự học từ sensor và thu thập các phép đo mạng, sử dụng những cái học được đó để
tiếp tục hoạt động cải tiến là điều rất quan trọng.

Sinh viên thực: Nhóm 4_D7DTVT2

13


Báo Cáo Tiểu Luận

Gvhd:TS.Lê Anh Ngọc

Ngoài ra, một điều trước tiên không biết chắc được là môi trường mà WSN hoạt
động có thể thay đổi mạnh mẽ qua thời gian. Các giao thức WSN sẽ làm cho thiết bị có
thể thích nghi với môi trường năng động trong khi nó đang sử dụng.
I.4.9 Thiết kế có hệ thống
WSN có thể là một ứng dụng cao cho từng chức năng riêng, nên cần có sự cân
bằng giữa hai yếu tố:
 Mỗi ứng dụng cần có những đặc điểm khai thác ứng dụng riêng để đưa ra
những hoạt động phát triển cao.
 Tính mềm dẻo: các phương pháp thiết kế phải phổ biến cho các hoạt động
I.4.10 Cách biệt và bảo mật
Phạm vi hoạt động lớn, phổ biến rộng, nhạy của thông tin thu được bởi vì WSN

làm tăng yêu cầu chính cuối cùng là: bảo đảm sự cách biệt và bảo mật.
I.5 Ứng dụng của mạng WSN
WSN được ứng dụng đầu tiên trong các lĩnh vực quân sự. Cùng với sự phát
triển của ngành công nghiệp điều khiển tự động, robotic, thiết bị thông minh, môi
trường, y tế ... WSN ngày càng được sử dụng nhiều trong hoạt động công nhiệp và dân
dụng.
Một số ứng dụng cơ bản của WSN:
 Cảm biến môi trường:
 Quân sự: phát hiện mìn, chất độc, dịch chuyển quân địch,…
 Công nghiệp: hệ thống chiếu sáng, độ ẩm, phòng cháy, rò rỉ,…
 Dân dụng: hệ thống điều hòa nhiệt độ, chiếu sáng…
 Điều khiển:
 Quân sự: kích hoạt thiết bị, vũ khí quân sự,…
 Công nghiệp: điều khiển tự động các thiết bị, robot,…
 Môi trường: Giám sát lũ lụt, bão, gió, mưa, phát hiện ô nhiễm, chất thải...
 Y tế: định vị, theo dõi bệnh nhân, hệ thống báo động khẩn cấp,…
 Hệ thống giao thông thông minh:
 Giao tiếp giữa biển báo và phương tiện giao thông, hệ thống điều tiết lưu
thông công cộng, hệ thống báo hiệu tai nạn, kẹt xe,…

Sinh viên thực: Nhóm 4_D7DTVT2

14


Báo Cáo Tiểu Luận

Gvhd:TS.Lê Anh Ngọc

 Hệ thống định vị phương, trợ giúp điều khiển tự động phương tiện giao

thông,…
 Gia đình: nhà thông minh: hệ thống cảm biến, giao tiếp và điều khiển các thiết
bị thông minh,…
WSN tạo ra môi trường giao tiếp giữa các thiết bị thông minh, giữa các thiết bị
thông minh và con người, giao tiếp giữa các thiết bị thông minh và các hệ thống viễn
thông khác (hệ thống thông tin di động, internet,…)

CHƯƠNG II
ĐỊNH TUYẾN TRONG MẠNG CẢM BIẾN KHÔNG DÂY
Do những đặc điểm riêng biệt mà định tuyến trong mạng cảm biến không dây
phải đối mặt với rất nhiều vấn đề. Rất nhiều các giải thuật mới đã được đưa ra để giải
quyết vấn đề định tuyến dữ liệu. Các thuật toán phải đáp ứng được các yêu cầu về ứng
dụng và cấu trúc, cũng như các đặc điểm riêng của mạng. Chương này trình bày ba
loại giao thức thường được dùng trong mạng cảm biến, đó là định tuyến trung tâm dữ
liệu (data centric protocol), định tuyến phân cấp (hierarchical protocol) và định tuyến
dựa vào vị trí (location-based protocol).
II.1 Giới thiệu
Mặc dù mạng cảm biến có khá nhiều điểm tương đồng so với các mạng adhoc
có dây và không dây nhưng chúng cũng có một số các đặc tính duy nhất mà tạo cho
chúng tồn tại thành mạng riêng. Do vậy nó yêu cầu thiết kế các giao thức định tuyến

Sinh viên thực: Nhóm 4_D7DTVT2

15


Báo Cáo Tiểu Luận

Gvhd:TS.Lê Anh Ngọc

mới mà khác xa so với các giao thức định tuyến trong các mạng adhoc có dây và
không dây.
II.2 Thách thức trong vấn đề định tuyến
II.2.1 Tính động của mạng
Mạng cảm ứng bao gồm ba phần chính, đó là các nút cảm ứng, nút sink và các
sự kiện cần giám sát. Trừ một vài trường hợp thiết lập các nút cảm ứng di động, còn
lại hầu hết các nút cảm biến được giả thiết là cố định. Tuy nhiên trong một số ứng
dụng, cả nút gốc và các nút cảm biến có thể di chuyển . Khi đó các bản tin chọn đường
được lấy từ các nút di động hay được chuyển đến các nút di động sẽ phải đối mặt với
nhiều vấn đề hơn như đường liên lạc, cấu hình mạng, năng lượng, độ rộng băng... Các
sự kiện cảm nhận có thể là tĩnh hoặc động, tùy thuộc vào các ứng dụng.
II.2.2 Sự triển khai các node
Việc phân bố nút trong WSN phụ thuộc vào ứng dụng và có thể được xác định
trước hoặc tự phân bố. Trong trường hợp được xác định trước, các nút được đặt bằng
tay và dữ liệu được định tuyến thông qua các đường đã định. Tuy nhiên trong các hệ
thống tự tổ chức, các nút cảm ứng được phân bố ngẫu nhiên, tạo ra một cấu trúc theo
kiểu ad hoc. Trong các cấu trúc đó, vị trí của các sink hay là các nút chủ cũng góp
phần không nhỏ vào việc sử dụng hiệu quả năng lượng và hoạt động của mạng. Trong
hầu hết các cấu hình mạng, liên lạc giữa các nút cảm biến thường có cự ly ngắn do các
hạn chế về năng lượng và băng thông. Do đó việc chọn đường sẽ thực hiện qua nhiều
bước nhảy.
II.2.3 Tính đến năng lượng
Trong quá trình xây dựng mạng, quá trình định tuyến bị ảnh hưởng mạnh bởi
năng lượng. Vì năng lượng truyền đi của sóng vô tuyến là một hàm suy hao theo
khoảng cách và đặc biệt suy giảm mạnh trong trường hợp có nhiều vật cản, định tuyến
đa bước nhảy (multihop) sẽ tiêu thụ ít năng lượng hơn là việc truyền trực tiếp. Tuy
nhiên, định tuyến đa bước nhảy cần một số lượng lớn các tiêu đề (overhead) để điều
khiển cấu hình và điều khiển truy nhập đường truyền. Định tuyến trực tiếp sẽ tốt hơn
trong trường hợp tất cả các nút đều rất gần sink nhưng trong hầu hết các trường hợp
các nút đều được rải ngẫu nhiên trong một vùng rộng, do vậy định tuyến đa bước nhảy

hay được sử dụng hơn. Trong WSN đa bước nhảy, mỗi nút đóng hai vai trò là truyền
Sinh viên thực: Nhóm 4_D7DTVT2

16


Báo Cáo Tiểu Luận

Gvhd:TS.Lê Anh Ngọc

số liệu và chọn đường. Một số nút cảm biến hoạt động sai chức năng do lỗi nguồn
công suất có thể gây ra sự thay đổi cấu hình mạng nghiêm trọng và phải chọn đường
lại các gói hoặc tổ chức lại mạng.
II.2.4 Phương pháp báo cáo số liệu
Tùy thuộc vào từng ứng dụng của mạng mà việc báo cáo số liệu trong WSN có
thể được chia thành: báo cáo theo thời gian, theo sự kiện, theo yêu cầu hoặc ghép lại
các phương pháp này.
Phương pháp báo cáo theo thời gian phù hợp với các ứng dụng yêu cầu giám
sát số liệu định kỳ. Khi đó, các nút cảm biến sẽ bật bộ phận cảm biến và bộ phận phát
theo định kỳ, cảm nhận môi trường, phát số liệu yêu cầu theo chu kỳ thời gian xác
định.
Trong phương pháp báo cáo theo sự kiện và theo yêu cầu, các nút cảm biến sẽ
phản ứng tức thì đối với những thay đổi giá trị của thuộc tính cảm biến do xuất hiện
một sự kiện xác định nào đó hoặc để trả lời một yêu cầu được tạo ra bởi nút gốc hay
các nút khác trong mạng.
Do vậy, những phương pháp này phù hợp với các ứng dụng phụ thuộc thời
gian. Các giao thức định tuyến chịu ảnh hưởng đáng kể từ phương pháp báo cáo số
liệu, đặc biệt khi tính đến việc tối thiểu hóa năng lượng và sự ổn định tuyến.
II.2.5 Khả năng của các node
Các nghiên cứu trước đây đều giả thiết các nút là đồng nhất, nghĩa là có khả

năng như nhau trong việc tính toán, truyền tin và có công suất như nhau. Tuy nhiên
phụ thuộc vào từng ứng dụng khác nhau mà một nút có thể phải thực hiện các chức
năng cụ thể như truyền, cảm nhận và tập hợp, vì thế việc kết hợp ba chức năng trong
cùng một thời điểm có thể nhanh chóng làm tiêu hao năng lượng của nút đó.
Các nút không đồng nhất kết hợp với nhau đã tạo ra nhiều vấn đề kĩ thuật liên
quan đến định tuyến. Ví dụ một vài ứng dụng cần phải kết hợp nhiều sensor để kiểm
tra nhiệt độ, áp suất và độ ẩm của môi trường xung quanh, phát hiện sự dịch chuyển
thông qua tín hiệu âm thanh và ghi lại hình ảnh hoặc tín hiệu âm thanh của các vật
chuyển động. Tốc độ đọc của các sensor này có thể khác nhau, vì thế với những môi
trường không đồng nhất như vậy việc định tuyến dữ liệu gặp nhiều khó khăn hơn. Ví
dụ, các giao thức phân cấp chỉ rõ nút chủ nhóm khác so với các nút cảm biến bình
Sinh viên thực: Nhóm 4_D7DTVT2

17


Báo Cáo Tiểu Luận

Gvhd:TS.Lê Anh Ngọc

thường khác. Những nút chủ nhóm này có thể được chọn từ các nút cảm biến phân bố
hoặc các nút mạnh hơn các nút cảm biến khác về công suất, băng thông và bộ nhớ. Do
đó, nhiệm vụ truyền tin tới nút gốc được tập trung bởi một nhóm các nút chủ nhóm.
II.2.6 Tập trung / hợp nhất dữ liệu
Các nút cảm ứng có thể truyền một lượng đáng kể dữ liệu thừa, để giảm số lần
truyền thì các gói tương tự nhau từ nhiều nút khác nhau phải được tập trung lại. Tập
trung dữ liệu là sự kết hợp các dữ liệu từ nhiều nguồn khác nhau bằng việc dùng các
chức năng như nén (suppression), lấy min (min), lấy max (max) và lấy trung bình
(average). Các chức năng trên có thể được thực hiện một phần hoặc toàn bộ trong mỗi
một nút cảm ứng. Việc tinh toán sẽ tiêu tốn ít năng lượng hơn so với giao tiếp, và quá

trình tập hợp dữ liệu sẽ tiết kiệm được lượng năng lượng đáng kể. Kĩ thuật này được
sử dụng trong khá nhiều các giao thức định tuyến. Trong một số cấu trúc mạng, tất cả
các chức năng tập trung dữ liệu được chỉ định cho các nút nhiều năng lượng và chuyên
dụng. Tập trung dữ liệu cũng khả thi trong kỹ thuật xử lý tín hiệu.
II.3 Phân loại và so sánh các giao thức định tuyến trong WSN
Có nhiều cách phân loại các giao thức chọn đường trong WSN. Ngoài cách chia
làm ba loại như đã đề cập ở trên, đó là định tuyến trung tâm dữ liệu, định tuyến phân
cấp và định tuyến dựa vào vị trí việc chọn đường trong WSN còn có thể được chia
thành chọn đường ngang hàng, chọn đường phân cấp và chọn đường dựa theo vị trí
tuỳ thuộc vào cấu trúc mạng. Những giao thức này cũng có thể được chia thành các
giao thức chọn đường đa đường, yêu cầu hỏi/đáp, liên kết hoặc dựa vào chất lượng
dịch vụ -QoS tuỳ theo cơ chế hoạt động của giao thức. Ngoài ra, các giao thức chọn
đường có thể được chia thành ba loại là chủ động, tương tác hoặc ghép tuỳ thuộc vào
cách thức mà nguồn tìm đường tới đích. Trong các giao thức chủ động, tất cả các
đường được tính toán trước khi có yêu cầu, trong khi đối với các giao thức tương tác
thì các đường được tính toán theo yêu cầu. Để khái quát, có thể sử dụng phân loại theo
cấu trúc mạng và cơ chế hoạt động của giao thức (tiêu chuẩn chọn đường). Việc phân
loại và so sánh các giao thức chọn đường trong WSN được chỉ ra trong hình 2.1 và
hình 2.2

Sinh viên thực: Nhóm 4_D7DTVT2

18


Báo Cáo Tiểu Luận

Gvhd:TS.Lê Anh Ngọc

Hình 2.1: Phân loại giao thức chọn đường trong WSN

Sinh viên thực: Nhóm 4_D7DTVT2

19


Báo Cáo Tiểu Luận

Gvhd:TS.Lê Anh Ngọc

Hình 2.2: Phân loại và so sánh các giao thức chọn đường trong WSN

Sinh viên thực: Nhóm 4_D7DTVT2

20


Báo Cáo Tiểu Luận

Gvhd:TS.Lê Anh Ngọc

II.4 Các loại giao thức định tuyến
II.4.1 Giao thức định tuyến trung tâm dữ liệu (data centric protocols)
Trong nhiều ứng dụng của mạng cảm ứng thì việc xác định số nhận dạng toàn
cầu cho từng nút là không khả thi. Việc thiếu số nhận dạng toàn cầu cùng với việc
triển khai ngẫu nhiên các nút gây khó khăn trong việc chọn ra tập hợp các nút chuyên
dụng. Vì thế dữ liệu được truyền từ mọi nút trong vùng triển khai với độ dư thừa đáng
kể, nên việc sử dụng năng lượng sẽ không hiệu quả. Do vậy, người ta đã đưa ra các
giao thức định tuyến mà có khả năng chọn ra tập hợp các nút và thực hiện tập trung dữ
liệu trong suốt quá trình truyền. Điều này đã dẫn đến ý tưởng về giao thức trung tâm

dữ liệu. Trong giao thức định tuyến này, sink gửi yêu cầu đến các vùng xác định và
đợi dữ liệu từ các sensor đã được chọn trước trong vùng. SPIN là giao thức đầu tiên
thuộc loại này mà đã đề cập đến việc dàn xếp dữ liệu giữa các nút để giảm bớt sự dư
thừa dữ liệu và tiết kiệm năng lượng. Sau đó Directed Diffusion (truyền tin trực tiếp)
được phát triển và là một giao thức rất đáng chú ý trong định tuyến trung tâm dữ liệu.
II.4.1.1 SPIN (Sensor protocols for information via negotiation)
SPIN (Sensor Protocol for Information via Negotiation) là giao thức định tuyến
thông tin dựa trên sự dàn xếp dữ liệu. Mục tiêu chính của giao thức này đó là tập trung
việc quan sát môi trường có hiệu quả bằng một số các nút cảm biến riêng biệt trong
toàn bộ mạng. Nguyên lý của giao thức này đó là sự thích ứng về tài nguyên và sắp
xếp dữ liệu. Ý nghĩa của việc dàn xếp dữ liệu (data negotiation) này là các nút trong
SPIN sẽ biết về nội dung của dữ liệu trước khi bất kỳ dữ liệu nào được truyền trong
mạng . Nơi nhận dữ liệu có thể bày tỏ mối quan tâm đến nội dung dữ liệu bằng cách
gửi yêu cầu để lấy được dữ liệu quảng bá. Điều này tạo ra sự sắp xếp dữ liệu để đảm
bảo rằng dữ liệu chỉ được truyền đến nút quan tâm loại dữ liệu này. Do đó mà loại trừ
khả năng bản tin kép và giảm thiểu đáng kể việc truyền dữ liệu dư thừa qua mạng.
Việc sử dụng bộ miêu tả dữ liệu cũng loại trừ khả năng chồng chất vì các nút có thể
chỉ giới hạn về lọai dữ liệu mà chúng quan tâm đến. Mỗi nút có thể dò tìm tới bộ quản
lý để theo dõi mức tiêu thụ năng lượng của mình trước khi truyền hoặc xử lý dữ liệu.
Khi mức năng lượng còn lại thấp các nút này có thể giảm hoặc loại bỏ một số hoạt
động như là truyền miêu tả dữ liệu hoặc các gói. Chính việc thích nghi với tài nguyên
làm tăng thời gian sống của mạng.
Sinh viên thực: Nhóm 4_D7DTVT2

21


Báo Cáo Tiểu Luận

Gvhd:TS.Lê Anh Ngọc

Để thực hiện truyền và sắp xếp dữ liệu các nút sử dụng giao thức này sử dụng
ba loại bản tin (hình 2.3).

Hình 2.3: Ba tín hiệu bắt tay của SPIN

Hình 2.4: Hoạt động của SPIN
Hoạt động của SPIN gồm 6 bước
 Bước 1: ADV (Advertise) để thông báo dữ liệu mới tới các nút.
Sinh viên thực: Nhóm 4_D7DTVT2

22


Báo Cáo Tiểu Luận

Gvhd:TS.Lê Anh Ngọc

 Bước 2: REQ (Request) để yêu cầu dữ liệu cần quan tâm. Sau khi nhận
được ADV các nút quan tâm đến dữ liệu này sẽ gửi REQ để yêu cầu lấy dữ liệu.
 Bước 3: bản tin DATA, bản tin này thực sự chứa dữ liệu được cảm biến và
kèm theo mào đầu miêu tả dữ liệu.
 Bước 4: sau khi nút này nhận dữ liệu nó sẽ chia sẻ dữ liệu của nó cho các
nút còn lại trong mạng bằng việc phát bản tin ADV chứa miêu tả dữ liệu (metadata).
 Bước 5: sau đó các nút xung quanh lại gửi bản tin REQ yêu cầu dữ liệu.
 Bước 6: là DATA lại được truyền đến các nút mà yêu cầu dữ liệu này.
Tuy nhiên giao thức SPIN cũng có hạn chế khi mà nút trung gian không quan
tâm đến dữ liệu nào đó, khi đó dữ liệu không thể đến được đích.
II.4.1.2 Truyền tin trực tiếp (Directed Diffusion)
Đây là giao thức trung tâm dữ liệu đối với việc truyền và phân bổ thông tin

trong mạng cảm biến không dây. Mục tiêu chính là tiết kiệm năng lượng để tăng thời
gian sống của mạng để đạt được mục tiêu này, giao thức này giữ tương tác giữa các
nút cảm biến, dựa vào việc trao đổi các bản tin, định vị trong vùng lân cận mạng. Sử
dụng sự tương tác về vị trí nhận thấy có tập hợp tối thiểu các đường truyền dẫn. Đặc
điểm duy nhất của giao thức này là sự kết hợp với khả năng của nút để có thể tập trung
dữ liệu đáp ứng truy vấn của sink để tiết kiệm năng lượng.
Thành phần chính của giao thức này bao gồm 4 thành phần: interest (thông tin yêu
cầu), data message (các bản tin dữ liệu), gradient, reinforcements. Directed disffusion
sử dụng mô hình publish- and subcribe trong đó một người kiểm tra (tại sink) sẽ miêu
tả mối quan tâm (interest) bằng một cặp thuộc tính-giá trị.
Như vậy, yêu cầu dữ liệu gửi từ cảm biến nhiệt độ trong vòng 10’s và trong một miền
chi tiết như hình chử nhật có thể được trình bày như sau:
Cặp thuộc tính – giá trị

mô tả

Type = temperature

kiểu dữ liệu cảm biến

Start = 01:00:00

thời gian bắt đầu

Interval =1s

báo cáo sự kiện, chu kỳ là 1s

Duration = 10s

thời gian sống của interes (cho 10s)

Location = [24,48,36,40]

ở trong miền này

Và dữ liệu trả lời từ node chi tiết có thể là:
Sinh viên thực: Nhóm 4_D7DTVT2

23


Báo Cáo Tiểu Luận

Gvhd:TS.Lê Anh Ngọc

Type = temperature

kiểu của dữ liệu cảm biến

Valus = 38.3

giá trị nhiệt độ được đọc

Timestamp = 1:02:00

nhãn thời gian (t/g ngay tại thời điểm đọc)

Location = [30,38]

báo cáo từ cảm biến trong vùng x,y

Hoạt động của Directed Dissfusion. ( hình 2.5)
 Sink sẽ gởi quảng bá bản tin interest theo chu kỳ cho các nút lân cận. Bản tin
này sẽ truyền qua tất cả các nút trong mạng như là một sự quan tâm đến một dữ liệu
nào đó. Mục đích của việc thăm dò này là để xem xét xem có nút cảm biến nào đó có
thể tìm kiếm dữ liệu tương ứng với interest. Tất cả các nút đều duy trì một interest
cache để lưu trữ các interest entry khác nhau.
 Mỗi một mục (entry) trong interest cache sẽ lưu trữ một interest khác nhau.
Các entry cache này sẽ lưu trữ một số trường sau: một nhãn thời gian (timestamp),
nhiều trường gradient cho mỗi nút lân cận và và trường duration. Nhãn thời gian sẽ
lưu trữ nhãn thời gian của interest nhận được sau cùng. Mỗi gradient sẽ lưu trữ cả tốc
độ dữ liệu và chiều mà dữ liệu được gửi đi. Trường duration sẽ xác định khoảng thời
gian tồn tại của interest. Một gradient có thể coi như là một liên kết phản hồi của nút
lân cận khi mà nhận được bản tin interest. Việc truyền bản tin interest trong toàn mạng
cùng với việc thiết lập các gradient tại mỗi nút cho phép việc tìm ra và thiết lập các
đường dẫn giữa sink để đưa ra yêu cầu về dữ liệu quan tâm và các nút mà đáp ứng mối
quan tâm đó.
 Khi một nút phát hiện một sự kiện nó sẽ tìm kiếm trong cache xem có
interest nào phù hợp không, nếu có nó sẽ tính toán tốc độ sự kiện cao nhất cho tất cả
các gradient lối ra. Sau đó nó thiết lập một phân hệ cảm biến để lấy mẫu các sự kiện ở
mức tốc độ cao này. Các nút sẽ gửi ra ngoài miêu tả về sự kiện cho các nút lân cận có
gradient. Các nút lân cận này nhận dữ liệu và sẽ kiểm tra trong cache xem có entry nào
phù hợp không, nếu không nó sẽ loại bỏ dữ liệu còn nếu phù hợp nó sẽ nhận dữ liệu
các nút này, sẽ thêm bản tin vào cache dữ liệu và sau đó gửi bản tin dữ liệu cho các
nút lân cận.

Sinh viên thực: Nhóm 4_D7DTVT2

24

Báo Cáo Tiểu Luận

Gvhd:TS.Lê Anh Ngọc

Hình 2.5: Hoạt động cơ bản của Directed Diffusion
 Khi nhận được một interest các nút tìm kiếm trong interest cache của nó xem
có entry nào phù hợp không, nếu không nút sẽ tạo một cache entry mới. Các nút sẽ sử
dụng các thông tin chứa trong interest để tạo ra các thông số interest trong entry. Các
entry này là một tập hợp chứa các trường gradient với tốc độ và chiều tương ứng với
nút lân cận mà interest được nhận. Nếu như interest nhận được có trong cache thì nút
sẽ cập nhật nhãn thời gian và trường duration cho phù hợp với entry. Một trường
gradient sẽ được remove khỏi entry nếu quá hạn. Trong pha thiết lập gradient thì các
sink sẽ thiết lập một tập hợp các đường dẫn. Sink có thể sử dụng đường dẫn này với sự
kiện chất lượng cao để làm tăng tốc độ dữ liệu. Điều này đạt được thông qua một
đường dẫn được hỗ trợ xử lý (path reinforcement process). Các sink này có thể sử
dụng sự hỗ trợ của một số các nút lân cận. Để làm được điều này sink có thể gửi lại
bản tin interest nguồn ở tốc độ cao thông qua các đường dẫn được chọn, nhờ việc tăng
cường các nút nguồn trên đường dẫn để gửi dữ liệu thường xuyên hơn. Directed
disffusion có ưu điểm nếu một đường dẫn nào đó giữa sink và một nút bị lỗi, một
đường dẫn có tốc độ dữ liệu thấp hơn được thay thế. Kỹ thuật định tuyến này ổn định
dưới phạm vi mạng động. Loại giao thức định tuyến này tiết kiệm năng lượng đáng kể.

Sinh viên thực: Nhóm 4_D7DTVT2

25