nghiên cứu và đánh giá hiệu năng của giao thức định tuyến dymo trong mạng cảm biến không dây wsn
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (2.66 MB, 78 trang )
Đồ án tốt nghiệp đại học
Mục lục
MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN……………………………………………………………………………..i
MỤC LỤC………………………………………………………………………….……..ii
THUẬT NGỮ VIẾT TẮT……………………………………………………………….iv
DANH MỤC HÌNH VẼ VÀ BẢNG BIỂU………….………………………………….vii
LỜI NÓI ĐẦU………………………………………………………………………...…..1
CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ MẠNG CẢM BIẾN KHÔNG DÂY WSN ................ 2
1.1.
Giới thiệu chung ...................................................................................................... 2
1.2.
Phân loại mạng cảm biến không dây. ..................................................................... 3
1.3.
Cấu trúc mạng cảm biến không dây. ....................................................................... 5
1.3.1.
Cấu trúc mạng .................................................................................................. 5
1.3.2.
Cấu trúc và nhiệm vụ của một node mạng ....................................................... 6
1.4.
Kiến trúc giao thức WSN ........................................................................................ 9
1.5.
Chuẩn Zigbee/IEEE 802.15.4 ............................................................................... 12
1.6.
Ứng dụng của mạng cảm biến không dây............................................................. 13
1.6.1.
Các ứng dụng cụ thể trong mạng WSN loại 1(C1WSN) ............................... 14
1.6.2.
Các ứng dụng cụ thể mạng WSN loại 2 (C2WSNs) ...................................... 15
1.7.
Kết luận chương .................................................................................................... 17
CHƯƠNG II: ĐỊNH TUYẾN TRONG MẠNG CẢM BIẾN KHÔNG DÂY VÀ VẤN
ĐỀ QOS ............................................................................................................................. 23
2.1.
Những thách thức trong kỹ thuật định tuyến WSN .............................................. 23
2.1.1.
Kích thước mạng và đặc tính thay đổi theo thời gian .................................... 24
2.1.2.
Tài nguyên hạn chế ........................................................................................ 24
2.1.3.
Mô hình dữ liệu trong mạng cảm biến ........................................................... 24
2.1.4.
Cách thức liên lạc giữa các node .................................................................... 24
2.2.
Các loại giao thức định tuyến trong WSN ............................................................ 25
2.2.1.
2.3.
Giao thức định tuyến cổ điển ......................................................................... 27
Giao thức định tuyến trong mạng WSN ............................................................... 28
Nguyễn Quốc Hữu – B13DCVT027
ii
Đồ án tốt nghiệp đại học
Mục lục
2.3.1.
Giao thức định tuyến AODV (Ad Hoc On-Demand Distance Vector Routing)
………………………………………………………………………………28
2.3.2.
Giao thức định tuyến DYMO (Dynamic MANET On-Demand) .................. 33
2.4.
Vấn đề của Qos trong mạng cảm biến không dây. ............................................... 34
2.5.
Kết luận chương .................................................................................................... 36
CHƯƠNG III: PHÂN TÍCH VÀ ĐÁNH GIÁ HIỆU NĂNG CỦA GIAO THỨC
DYMO................................................................................................................................ 42
3.1.
Giao thức định tuyến DYMO trong mạng cảm biến không dây WSN ................. 42
3.1.1.
Giới thiệu ........................................................................................................ 42
3.1.2.
Cấu trúc dữ liệu .............................................................................................. 43
3.1.3.
Hoạt động của DYMO ................................................................................... 45
3.2. Qos trong giao thức định tuyến DYMO, giao thức DYMO_MQ. ........................... 48
3.2.1. Giao thức định tuyến DYMO_MQ(DYMO Multipath with Qos) .................... 48
3.3.
Mô phỏng và đánh giá hiệu năng của giao thức DYMO ...................................... 53
3.3.1.
Các tham số hiệu năng của giao thức định tuyến. .......................................... 53
3.3.2.
NS-2 ............................................................................................................... 55
3.3.3. Mô phỏng giao thức DYMO_MQ sử dụng chương trình DYMOUM (NS2)…………………………………………………………………………………......55
3.3.4.
3.4.
Xây dựng hệ thống mô phỏng và kết quả mô phỏng ..................................... 58
Kết luận chương .................................................................................................... 66
KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ...................................................................... 66
TÀI LIỆU THAM KHẢO…………………...………………………………………….67
PHỤ LỤC………..………………………………………………………………………69
Nguyễn Quốc Hữu – B13DCVT027
iii
Đồ án tốt nghiệp đại học
Thuật ngữ viết tắt
THUẬT NGỮ VIẾT TẮT
WSN
Wireless sensor network
Mạng cảm biến không dây
IEEE
Institute of Electrical and
Electronics Engineer
Viện kỹ nghệ Điện và Điện
tử
FTP
File Tranfer Protocol
Giao thức truyền tải tệp
WLAN
Wireless Local Area
Network
Mạng LAN không dây
WPAN
Wireless Personal Area
Network
Mạng cá nhân không dây
WMAN
Wireless Metropolitan
Area Network
Mạng đô thị không dây
GSM
Global System for
Mobile Communications
Hệ thống định vị toàn cầu
GPRS
General Packet Radio
Service
Dịch vụ vô tuyến gói tổng
hợp
EDGE
Enhanced Data Rates for
GSM Evolution
Nâng cao tốc độ dữ liệu cho
sự tiến hóa của GSM
UTMS
Universal Mobile
Telecommunications
System
Hệ thống viễn thông di động
toàn cầu
HSDPA
High-Speed Downlink
Packet Access
hay truy nhập gói đường
xuống tốc độ cao
C1WSNs
Category 1 WSNs
Mạng cảm biến không dây
loại 1
C2WSNs
Category 2 WSNs
Mạng cảm biến không dây
loại 1
RFID
Radio Frequency
Identification
công nghệ nhận dạng đối
tượng bằng sóng vô tuyến
ADC
Analog to Digital
Convert
Chuyển đổi tương tự sang số
OS
Operation system
Hệ điều hành
Nguyễn Quốc Hữu – B13DCVT027
iv
Đồ án tốt nghiệp đại học
Thuật ngữ viết tắt
OSI
Open Systems
Interconnection
Reference Model
Mô hình tham chiếu kết nối
các hệ thống mở
MAC
Medium Access Control
Điều khiển truy cập môi
trường
ID
identify
Định danh
TCP
Transmission Control
Protocol
Giao thức điều khiển truyền
vận
MANET
mobile ad hoc network
Mạng tùy biến di động
IP
Internet Protocol
Giao thức Internet
OLSR
Optimized Link State
Routing Protocol
Giao thức định tuyến trạng
thái liên kết tối ưu
DSDV
Destination Sequence
Distance Vecto
giao thức định tuyến theo
bảng, dựa trên vector khoảng
cách
ZRP
Zone Routing Protocol
giao thức định tuyến theo
vùng
RREQ
Route request
Bản tin yêu cầu tuyến đường
RREP
Routing Reply
Bản tin phản hồi tuyến
đường
RERR
Route error
Bản tin lỗi tuyến đường
IETF
Internet Engineering
Task Force
Lực lượng Chuyên trách về
Kỹ thuật Liên mạng
IPv4
Internet Protocol version
4
Gói tin IPv4
IPv6
Internet Protocol version
6
Gói tin IPv6
RM
Routing request
Bản tin định tuyến
DYMO_MQ
Dynamic MANET Ondemand multipath with
qos
Giao thức định tuyến động
theo yêu cầu cho mạng
Nguyễn Quốc Hữu – B13DCVT027
v
Đồ án tốt nghiệp đại học
Thuật ngữ viết tắt
MANET kết hợp kỹ thuật đa
đường và qos
Qos
Quality of service
Chất lượng dịch vụ
AODV_MQ
Ad hoc On-Demand
Distance Vector Routing
multipath with qos
Giao thức định tuyến vector
khoảng cách theo yêu cầu kết
hợp kỹ thuật đa đường và qos
NS-2
Network Simulation
Phần mềm mô phỏng mạng
TTL
Time to live
Thời gian sống
TLV
Type length value
Loại giá trị chiều dài
UDP
User Datagram Protocol
Giao thức dữ liệu người dùng
DYMO_M
Dynamic MANET Ondemand multipath
Giao thức định tuyến động
theo yêu cầu cho mạng
MANET hỗ trợ kỹ thuật định
tuyến đa đường
DYMO
Dynamic MANET Ondemand
Giao thức định tuyến động
theo yêu cầu cho mạng
MANET
AODV
Ad hoc On-Demand
Distance Vector Routing
Giao thức định tuyến vector
khoảng cách theo yêu cầu
Nguyễn Quốc Hữu – B13DCVT027
vi
Đồ án tốt nghiệp đại học
Danh mục hình vẽ và bảng biểu
DANH MỤC HÌNH VẼ VÀ BẢNG BIỂU
Hình 1.1 Các chuẩn không dây và một số đặc tính .............................................................. 3
Hình 1.2: Mô hình mạng WSN loại 1 (C1WSNs) ................................................................ 4
Hình 1.3: Mô hình mạng WSN loại 2 (C2WSNs) ................................................................ 4
Hình 1.4: Mô hình mạng WSN chia theo kiểu hợp tác và bất hợp tác ................................. 5
Hình 1.5 : Cấu trúc của mạng cảm biến không dây ............................................................. 5
Hình 1.6: Sự phát triển về phần cứng của các node cảm biến.............................................. 7
Hình 1.7: Cấu trúc phần cứng của một node cảm biến ........................................................ 7
Hình 1.8: Cấu trúc phần mềm của một node cảm biến ........................................................ 9
Hình 1.9: Kiến trúc giao thức của mạng cảm biến WSN theo mô hình OSI và mặt phẳng
quản lý ................................................................................................................................ 10
Hình 1.10: Kiến trúc theo lớp của công nghệ Zigbee......................................................... 13
Hình 1.11: Các ứng dụng của WSN vào quân sự ............................................................... 14
Hình 1.12: Ứng dụng của WSN vào giao thông................................................................. 15
Hình 1.13: Ứng dụng của WSN vào các thiết bị trong nhà ................................................ 16
Hình 1.14: Ứng dụng của WSN vào công nghiệp .............................................................. 16
Hình 1.15: Ứng dụng của WSN vào y tế ............................................................................ 17
Hình 2.1: Mô hình chung của mạng cảm biến không dây .................................................. 24
Hình 2.2: Phân loại các giao thức định tuyến trong WSN ................................................. 26
Hình 2.3: Các giao thức định tuyến phân loại theo tiến trình xử lý thông tin định tuyến .. 26
Hình 2.4: Thiết lập tuyến đường thuận............................................................................... 31
Hình 2.5: Quản lý và cập nhật bảng định tuyến ................................................................. 32
Hình 2.6: Sự khác nhau giữa quá trình khám phá tuyến của AODV và DYMO ............... 34
Hình 3.1: Cấu trúc bản tin RM ........................................................................................... 44
Hình 3.2: Cấu trúc bản tin RERR ....................................................................................... 45
Hình 3.3: Quá trình khám phá tuyến của giao thức DYMO .............................................. 47
Bảng 3.1: Các thông số mặc định của giao thức DYMO ................................................... 48
Hình 3.4: Định dạng cấu trúc bản tin định tuyến DYMO .................................................. 49
Bảng 3.2: Mô tả module của DYMOUM ........................................................................... 56
Nguyễn Quốc Hữu – B13DCVT027
vii
Đồ án tốt nghiệp đại học
Danh mục hình vẽ và bảng biểu
Bảng 3.3: Các tham số mô phỏng đánh giá hiệu năng của giao thức DYMO trong mạng
cảm biến không dây WSN .................................................................................................. 59
Hình 3.5: Sự phụ thuộc của độ trễ tổng vào số node.......................................................... 60
Hình 3.6: Sự phụ thuộc của năng lượng tiêu thụ vào số node trong mạng ........................ 60
Hình 3.7: Sự phụ thuộc của độ trễ vào số node trong mạng với giao thức AODV_MQ và
DYMO_MQ........................................................................................................................ 61
Hình 3.8: Sự phụ thuộc của năng lượng tiêu thụ vào số node trong mạng với giao thức
AODV_MQ và DYMO_MQ .............................................................................................. 62
Hình 3.9: Sự phụ thuộc của độ trễ trung bình đầu cuối vào tốc độ di chuyển của node .... 63
Hình 3.10: Sự phụ thuộc của năng lượng tiêu thụ trên mỗi node vào tốc độ di chuyển của
node. ................................................................................................................................... 64
Hình 3.11: Ảnh hưởng của độ trễ trung bình đầu cuối vào tốc độ di chuyển của node. .... 65
Hình 3.12: Ảnh hưởng của mức tiêu thụ năng lượng của node vào tốc độ di chuyển của
node. ................................................................................................................................... 65
Nguyễn Quốc Hữu – B13DCVT027
viii
Đồ án tốt nghiệp đại học
Lời nói đầu
LỜI NÓI ĐẦU
Trong những năm gần đây, mạng truyền thông không dây đã có những bước tiến rất
dài, và là nền tảng tiền đề cho hàng loạt các công nghệ mới trong tương lai, đặc biệt là mạng
cảm biến không dây WSN. Với cấu trúc linh động, WSN đã và đang thể hiện vai trò then
chốt đại diện cho mạng không dây thế hệ mới với tính ứng dụng cao do một số đặc tính ưu
việt của nó như: dễ dàng triển khai, hoạt động được trong nhiều địa hình phức tạp, các ứng
dụng khám phá môi trường,.... Bên cạnh đó, những thách thức đặt ra về hiệu quả sử dụng
cho WSN cũng là vấn đề được yêu cầu cấp thiết.
Đồ án này nghiên cứu về đề tài: “Nghiên cứu và đánh giá hiệu năng giao thức định
tuyến DYMO trong mạng cảm biến không dây”. Gồm các chương sau:
Chương 1: “Tổng quan về mạng cảm biến không dây WSN” trình bày khái quát về
mạng cảm biến không dây, thách thức, ứng dụng trong mạng cảm biến không dây.
Chương 2: “Định tuyến trong mạng cảm biến không dây và vấn đề Qos” trình bày
các thách thức về định tuyến trong mạng cảm biến không dây, phân loại và trình bày về
giao thức định tuyến theo yêu cầu sửa dụng phổ biến là AODV và DYMO. Nêu ra những
thách thức khó khăn trong việc hỗ trợ Qos trong các giao thức định tuyến mạng cảm biến
không dây.
Chương 3: “Phân tích và đánh giá hiệu năng của giao thức DYMO” trình bày về
giao thức DYMO trong mạng cảm biến không dây kết hợp với kỹ thuật đa đường và hỗ trợ
Qos. Mô phỏng đánh giá hiệu năng của giao thức DYMO trong mang cảm biến không dây,
chương này đưa ra các kết quả cho thấy giao thức DYMO kết hơp với Qos cho hiệu năng
tốt hơn nhiều so với giao thức DYMO truyền thống và giao thức AODV.
Nội dung cụ thể của đồ án được trình bày dưới đây.
Nguyễn Quốc Hữu – B13DCVT027
1
Đồ án tốt nghiệp đại học
Chương I: Tổng quan về mạng cảm biến không dây WSN
CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ MẠNG CẢM BIẾN KHÔNG DÂY WSN
1.1.
Giới thiệu chung
Một mạng cảm biến không dây (Wireless Sensor Network – WSN) là một mạng bao
gồm nhiều node cảm biến nhỏ liên kết với nhau bằng song vô tuyến. Các node là các thiết
bị đơn giản, nhỏ gọn , có giá thành thấp và tiêu thụ ít năng lượng, giao tiếp thông qua các
kết nối không dây, có nhiệm vụ cảm nhận, đo đạc, tính toán nhàm mục đích thu thập, tập
trung dữ liệu để đưa ra các quyết định toàn cục về môi trường tự nhiên.
Mạng cảm biến không dây gồm các thành phần cơ bản cấu thành nên mạng:
-
Phân bố theo mô hình tập trung hay phân tán.
Liên lạc giữa các node của mạng cảm biến.
Điểm trung tâm tập hợp dữ liệu (Clustering).
Bộ phận xử lý dữ liệu trung tâm .
Các ứng dụng cơ bản của mạng cảm biến không dây gồm thu thập dữ liệt, giám sát,
theo dõi và các ứng dụng trong y học. Tuy nhiên ứng dụng của mạng cảm biến không dây
tùy theo yêu cầu thực tế sử dụng rất đa dạng và không bị giới hạn.
Với sự tiến bộ của công nghệ gần đây và hội tụ của hệ thống công nghệ như kỹ thuật
vi điện tử, công nghệ mạch tích hợp, vi mạch phần cảm biến, xử lý và tính toán tín hiệu...
đã tạo ra những cảm biến có kích thước nhỏ, đa chức năng, giá thành thấp, công suất tiêu
thụ thấp, làm tăng khả năng ứng dụng rộng rãi và giải quyết bài toán về khả năng cung cấp
năng lượng bị giới hạn trên các node của mạng cảm biến không dây.
Hiệu quả sử dụng công suất của mạng cảm biến không dây về tổng quát dựa trên 3
tiêu chí:
-
Chu kỳ hoạt động ngắn.
Xử lý dữ liệt nội bộ tại các node để giảm chiều dài dữ liệu và thời gian truyền.
Mô hình mạng multihop làm giảm chiều dài đường truyền, qua đó làm giảm suy hao
tổng cộng và giảm công suất cho hệ thống
Các tiêu chuẩn tần số đang được áp dụng cho WSNs là IEEE 802.15.4. Hoạt động ở
tần số 2.4GHz trong công nghiệp, khoa hoạc và y học, cung cấp đường truyền dữ liệt với
tốc độ lên đến 250kbps ở khoảng cácnh 30-200feet. Zigbee/IEEE 802.15.3, các hệ thống
được thiết kế để bổ sung cho các công nghệ không dây hiện tại như Bluetooth, wifi,.. sử
dụng cho các ứng dụng thương mại.
Nguyễn Quốc Hữu – B13DCVT027
2
Đồ án tốt nghiệp đại học
Chương I: Tổng quan về mạng cảm biến không dây WSN
Với sự ra đời của Zigbee/IEE802.15.3, các hệ thống dần phát triển theo hướng tiêu
chuẩn, cho phép các cảm biến không dây truyền thông qua các kênh truyền tiêu chuẩn dùng
trong các mục đích quân sự và thương mại.
Hình 1.1 Các chuẩn không dây và một số đặc tính
1.2.
Phân loại mạng cảm biến không dây.
Dựa theo mô hình kết nối và định tuyến mà các nodes sử dụng, mạng cảm biến không
dây được chia làm 2 loại:
Loại 1(C1WSNs):
-
Sử dụng giao thức định tuyến động.
Các node tìm đường đi tốt nhất đến đích.Vai trò của các node sensor với các node
kế tiếp như là trạm lặp (repeater).
Khoảng cách rất lớn (hàng ngàn mét)
Khả năng xử lý dữ liệt ở các node chuyển tiếp.
Mạng thức tạp.
Nguyễn Quốc Hữu – B13DCVT027
3
Đồ án tốt nghiệp đại học
Chương I: Tổng quan về mạng cảm biến không dây WSN
Hình 1.2: Mô hình mạng WSN loại 1 (C1WSNs)
Loại 2(C2WSNs):
-
Mô hình mạng đa điểm - điểm hoặc điểm – điểm. 1 kết nối vô tuyến đến node trung
tâm.
Sử dụng giao thức định tuyến tĩnh.
1 node không cung cấp thông tin cho các node khác.
Khoảng cách chỉ vài tram mét.
Node chuyển tiếp không có khả năng xử lý dữ liệu cho các node khác.
Hệ thống tương đối đơn giản.
Hình 1.3: Mô hình mạng WSN loại 2 (C2WSNs)
C1WSN hỗ trợ các ứng dụng có mật độ cao được phân tán cao (ví dụ: môi trường
giám sát, hệ thống an ninh quốc gia); C2WSN thường hỗ trợ các không gian tầm ngắn hạn
chế như nhà riêng, nhà máy, tòa nhà hoặc cơ thể người. C1WSN có phạm vi và khả năng
tiếp cận khác nhau từ công nghệ không dây. C2WSN phát triển cho các ứng dụng không
Nguyễn Quốc Hữu – B13DCVT027
4
Đồ án tốt nghiệp đại học
Chương I: Tổng quan về mạng cảm biến không dây WSN
dây tốc độ thấp như các hệ thống nhận dạng tần số vô tuyến RFID, thiết bị chuyển mạch
ánh sáng, thiết bị phát hiện cháy nổ. C1WSN có khuynh hướng đối phó với các hệ thống
đa điểm tới điểm lớn với luồng dữ liệu khổng lồ, trong khi đó C2WSN tập trung vào các
ứng dụng điểm đến điểm đến ngắn với các luồng dữ liệu truyền thông duy nhất.
Theo cách khác, có thể chia mô hình theo 2 dạng hợp tác (cooperative) và bất hợp
tác (noncooperative). Trong dạng hợp tác các node chuyển tiếp thông tin cho các mode lân
cận. Còn trong dạng bất hợp tác, các node truyền thông tin trực tiếp lên trung tâm mà không
qua các node lân cận.
Hình 1.4: Mô hình mạng WSN chia theo kiểu hợp tác và bất hợp tác
1.3.
Cấu trúc mạng cảm biến không dây.
1.3.1. Cấu trúc mạng
Các yếu tố và nguyên tắc thiết kế trong cấu trúc mạng cảm biến không dây được đặt
trong môi trường mô hình WSNs loại 1(C1WSNs) đã được giới thiệu ở phần trước. Bởi vì
đây là mô hình với số lượng node cảm biến lớn trong mạng, chuỗi dữ liệu nhiều, dữ liệu
chưa đầy đủ và chắc chắn, khả năng hư hỏng của các node cao, cũng như khả năng bị nhiễu
trên đường truyền lớn, giới hạn năng lượng, giới hạn khả năng xử lý các node, mô hình
mạng nhiều node nhưng lại thiếu thông tin các node trong mạng và hạn chế khả năng tác
động của con người vào mạng. Do vậy C1WSNs tổng quát hơn so với mô hình C2WSNs.
Hình 1.5 : Cấu trúc của mạng cảm biến không dây
Nguyễn Quốc Hữu – B13DCVT027
5
Đồ án tốt nghiệp đại học
Chương I: Tổng quan về mạng cảm biến không dây WSN
Hình 1.5 cho thấy mô hình cấu trúc mạng cảm biến không dây thường dùng. Các
cảm biến liên kết với nhau theo kiểu multihop hoặc singlehop. Các node chọn ra Clustering
Node có khả năng tốt nhất làm node trung tâm, tất các các node này sẽ nhận dữ liệu từ các
node còn lại và truyền về node xử lý chính. Nhờ vậy năng lượng và băng thông trên đường
truyền sẽ sử dụng hiệu quả hơn, Tuy nhiên, có thể thấy cấu trúc mạng loại này phức tạp,
giao thức phân chia Cluster và định tuyến cũng trở nên phức tạp và khó khăn hơn.
Các đặc điểm chung của cấu trúc mạng cảm biến:
-
Các node phân bố dày đặc
-
Các node dễ bị hư hỏng
-
Giao thức mạng thay đổi thường xuyên
-
Các node bị giới hạn về năng lượng, khả năng xử lý và bộ nhớ
Các node có thể không được đồng nhất toàn hệ thống mạng vì số lượng
các node rất lớn.
1.3.2. Cấu trúc và nhiệm vụ của một node mạng
Mạng WSNs gồm nhiều cảm biến phân bố phân tán bao phủ một vùng địa lý. Các
node (sensor nodes hay còn gọi là WNs) có khả năng liên lạc vô tuyến với các node lân cận
và các chức năng cơ bản như xử lý tín hiệu, quản lý giao thức mạng và bắt tay với các node
lân cận để truyền dữ liệu từ nguồn đến trung tâm. Chức năng cơ bản của các node trong
mạng WSNs phụ thuộc vào ứng dụng của nó, một số chức năng chính:
-
-
Xác định được giá trị các thông số tại nơi lắp đặt. Như có thể trả về nhiệt độ, áp suất,
cường độ ánh sáng,… tại nơi khảo sát.
Phát hiện sự tồn tại của các sự kiện cần quan tâm và ước lượng các thông số của sự
kiện đó. Như mạng WSN dùng trong giám sát giao thông, cảm biến phải nhận biết
được sự di chuyển của xe cộ, đo được tốc độ và hướng di chuyển của các phương
tiện đang lưu thông,..
Phân biệt các đối tượng. Ví dụ phương tiện lưu thông mà cảm biến nhận biết được
là gì (xe con, xe tải, xe bus,…)
Theo dấu các đối tượng. Ví dụ trong mạng WSN quân sự, mạng cảm biến phải cập
nhật được vị trí các phương tiện của đối phương khi chúng di chuyển vào vùng bao
phủ của mạng.
Các hệ thống có thể đáp ứng thời gian thực hay không tùy theo yêu cầu và mục đích
của thông tin cần thu thập.
Nguyễn Quốc Hữu – B13DCVT027
6
Đồ án tốt nghiệp đại học
Chương I: Tổng quan về mạng cảm biến không dây WSN
Cảm biến kích thước nhỏ, giá thành thấp, ổn định, độ nhạy cao và đáng tin cậy là
yếu tố quan trọng tạo nên các mạng WSNs hoạt động hiệu quả và kinh tế.
Hình 1.6: Sự phát triển về phần cứng của các node cảm biến
Liên quan đến thiết kế phần cứng của node trong mạng WSNs, các chức năng cơ
bản cần phải có: xử lý tín hiệu số, nén, phát hiện và sửa lỗi, kiểm soát và khởi động; phân
cụm và tính toán trong mạng; tự nhúng; truyền thông; định tuyến và chuyển; quản lý kết
nối. Để hỗ trợ các chức năng này, một Node cảm biến trong mạng bao gồm:
-
Một hoặc một dãy cảm biến hoặc đơn vị thực thi.
Đơn vị xử lý.
Đơn vị liên lạc bằng vô tuyến.
Nguồn cung cấp.
Các thành phần khác( hệ thống xác định vị trí, thiết bị truyền động, bộ phát điện,..)
Hình 1.7: Cấu trúc phần cứng của một node cảm biến
Các đơn vị cảm biến (sensing units) bao gồm cảm biến và bộ chuyển đổi tương tựsố (ADC). Dựa trên những hiện tượng quan sát được, tín hiệu tương tự tạo ra bởi cảm biến
được chuyển sang tín hiệu số bằng bộ ADC, sau đó được đưa vào bộ xử lý.
Nguyễn Quốc Hữu – B13DCVT027
7
Đồ án tốt nghiệp đại học
Chương I: Tổng quan về mạng cảm biến không dây WSN
Đơn vị xử lý thường được kết hợp với bộ lưu trữ nhỏ (storage unit), quyết định các
thủ tục làm cho các nút kết hợp với nhau để thực hiện các nhiệm vụ định sẵn. Vi xử lý là
thành phần quan trọng, thực hiện thu thập dữ liệu từ các nút, sau đó xử lý trước khi gửi đi
và nhận dữ liệu từ các nút khác. Bộ lưu trữ để lưu dữ liệu thu được từ các nút cảm biến
hoặc gói dữ liệu từ nút khác.
Phần thu phát vô tuyến kết nối 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.
Bộ nguồn là thành phần cốt yếu của một nút mạng cảm biến, trong đó có hai vấn đề
cần quan tâm là khả năng lưu trữ và cung cấp năng lượng, và khả năng thay thế nguồn. Bộ
nguồn có thể là một số loại pin, và khả năng thay thế trong nút mạng là không thể do địa
hình triển khai và số nút mạng lớn, do vậy phải chọn nguồn ổn định có khả năng hoạt động
phù hợp với yêu cầu của ứng dụng và môi trường hoạt động. 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.
Để một node có thể hoạt động được cần có các phần mềm hỗ trợ. Phần mềm trong
một node cảm biến bao gồm:
-
-
Hệ điều hành (OS) microcode (còn gọi là middleware): liên kết phần mềm và
chức năng bộ xử lý. Các nghiên cứu hướng đến thiết kế mã nguồn mở cho OS dành
riêng cho mạng WSNs.
Sensor Drivers: đây là những module quản lý chức năng cơ bản của phần tử cảm
biến.
Bộ xử lý thông tin: quản lý chức năng thông tin, gồm định tuyến, chuyển tiếp gói
tin, duy trì giao thức, mã hóa, sửa lỗi, quản lý truy cập…
Bộ phân xử lý dữ liệu: xử lý tín hiệu đã lưu trữ, thường ở các node xử lý trong mạng
Communication drivers (mã hóa và lớp vật lý): Các module phần mềm này quản lý
chi tiết kênh truyền dẫn vô tuyến, bao gồm xung đồng hồ, đồng bộ, mã hóa tín hiệu,
khôi phục, đếm bit, các mức tín hiệu và điều chế.
Nguyễn Quốc Hữu – B13DCVT027
8
Đồ án tốt nghiệp đại học
Chương I: Tổng quan về mạng cảm biến không dây WSN
Hình 1.8: Cấu trúc phần mềm của một node cảm biến
Node cảm biến bị rằng buộc bởi một số yếu tố:
-
Nguồn năng lượng: Các node bị giới hạn bởi năng lượng cung cấp, việc sử dụng
hiệu quả nguồn năng lượng là chìa khóa cho thiết kế các hệ thống mạng WSN.
-
Liên lạc: Mạng vô tuyến thường bị giới hạn về băng thông, nhiễu kênh truyền. Các
yếu tố này ảnh hưởng đến độ tin cậy, chất lượng dịch vụ và độ bảo mật của hệ thống.
-
Tính toán: Các node có công suất tính toán và bộ nhớ giới hạn. Điều này ảnh hưởng
đến việc lựa chọn giải thuật xử lý dữ liệu hoạt động tại node.
-
Sự không chắc chắn các thông số: dữ liệu cần thu thập có thể kèm theo nhiễu từ môi
trường, sự hư hỏng các node có thể làm sai lệch dữ liệt. Sự sắp đặt các node gây sai
lệch hoạt động node.
Để mạng WSN có thể được triển khai rộng rãi với quy mô lớn, kích thước, giá thành
và công suất tiêu thụ của các node phải giảm đáng kể và sự thông minh của node phải tăng
lên. Cần có hệ thống cảm biến kết hợp với các kỹ thuật tiên tiến như công nghệ nano, mạng
phân bố, thông tin vô tuyến băng rộng.
Việc tiêu chuẩn hóa cũng rất quan trọng. Tạo ra các tiêu chuẩn chung sẽ giúp mạng
WSN ứng dụng rộng rãi hơn trong thực tế, có khả năng giao tiếp với các mạng khác, giao
diện Internet, cung cấp các dịch vụ đa dạng hơn. Các nghiên cứu đang hướng đến các kỹ
thuật chế tạo cảm biến mới, hệ thống mạng cảm biến phân bố, tích hợp cảm biến trong các
hệ thống thương mại.
1.4.
Kiến trúc giao thức WSN
Giao thức liên kết trong mạng bao gồm các lớp như mô hình OSI
-
Layer 1: Lớp vật lý.
Nguyễn Quốc Hữu – B13DCVT027
9
Đồ án tốt nghiệp đại học
Chương I: Tổng quan về mạng cảm biến không dây WSN
-
Layer 2: Lớp liên kết dữ liệu.
-
Layer 3: Lớp mạng
-
Layer 4: Lớp giao vận
-
Upper Layers: Các lớp cao hơn phục vụ các ứng dụng trong mạng bao gồm xử
ứng dụng, kết hợp dữ liệt, xử lý các yêu cầu từ bên ngoài.
lý
Hình 1.9: Kiến trúc giao thức của mạng cảm biến WSN theo mô hình OSI và mặt phẳng
quản lý
Lớp vật lý: có nhiệm vụ lựa chọn tần số, tạo ra tần số sóng mang, phát hiện tín hiệu,
điều chế và mã hóa tín hiệu. Vấn đề hiệu quả năng lượng cũng cần phải được xem xét ở lớp
vật lý. Một vài đặc điểm quan trọng của lớp vật lý trong mạng cảm biến là:
+ Tiêu thụ năng lượng thấp
+ Truyền công suất thấp tương ứng với khoảng cách truyền ngắn.
+ Phần cứng có thể hoạt động trong chế độ tiết kiệm năng lượng.
+ Cấu tạo đơn giản và giá thành rẻ
+ Có khả năng chịu đựng sự thay đổi của môi trường cao.
Lớp liên kết dữ liệu: lớp này có nhiệm vụ ghép các luồng dữ liệu, phát hiện các
khung dữ liệu, cách truy nhập đường truyền và điều khiển lỗi. Vì môi trường có tạp âm và
các nút cảm biến có thể di động, giao thức điều khiển truy nhập môi trường (MAC) phải
xét đến vấn đề công suất và phải có khả năng tối thiểu hóa việc va chạm với thông tin quảng
bá của các nút lân cận.
Nguyễn Quốc Hữu – B13DCVT027
10
Đồ án tốt nghiệp đại học
Chương I: Tổng quan về mạng cảm biến không dây WSN
Lớp mạng: Chức năng chính của lớp này là thực hiện kết nối mạng, định tuyến và
kết nối với mạng ngoài. Lớp mạng của mạng cảm biến được thiết kế tuân theo nguyên tắc
sau:
-
Hiệu quả năng lượng luôn luôn là một yếu tố quan trọng.
Mạng cảm biến hầu hết là hướng dữ liệu hay dữ liệu tập trung (data-centric).
Ngoài định tuyến, các nút chuyển tiếp có thể tổng hợp dữ liệu từ nhiều nút hang xóm
thông qua xử lý địa phương.
Do số lượng lớn các nút trong một mạng WSN, đinh danh (ID) duy nhất cho mỗi nút
có thể không được cung cấp và các nút có thể cần phải được đánh địa chỉ dựa trên
dữ liệu hoặc vị trí của chúng.
Lớp giao vận: Chức năng của lớp này là cung cấp truyền tải dữ liệu tin cậy và tránh
tắc nghẽn. Lớp này đặc biệt cần thiết khi một hệ thống được tổ chức để truy cập các mạng
khác. Không giống như các giao thức như TCP, các chương trình truyền thông end-to- end
trong các mạng cảm biến không dựa trên địa chỉ toàn cầu. Các chương trình này phải giải
quyết vấn đề dựa trên dữ liệu hoặc vị trí để chỉ ra những điểm đến của các gói dữ liệu. Các
yếu tố như tiêu thụ năng lượng và khả năng mở rộng, và các đặc điểm như định tuyến hướng
dữ liệu, đặt ra yêu cầu mạng cảm biến cần phải xử lý khác trong lớp giao vận. Vì vậy, các
yêu cầu này nhấn mạnh sự cần thiết cho các loại mới của giao thức lớp giao vận.
Các lớp cao hơn: Bao gồm các ứng dụng cũng như một số chức năng quản lý mạng,
tập hợp dữ liệu, xử lý truy vấn.
Mặt phẳng 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 dành riêng cho nhiệm
vụ cảm biến.
Măt phẳng quản lý di động: phát hiện và ghi lại sự dịch chuyển của các nút cảm biến
để duy trì tuyến tới người sử dụng và các nút cảm biến khác. Nhờ xác định được các nút
cảm biến lân cận, các nút cảm biến có thể cân bằng giữa công suất của nó và nhiệm vụ thực
hiện.
Mặt phẳng 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 đều 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 tùy theo mức công suất của nó.
Nguyễn Quốc Hữu – B13DCVT027
11
Đồ án tốt nghiệp đại học
Chương I: Tổng quan về mạng cảm biến không dây WSN
Những mặt phẳng quản lý này là cần thiết 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.
1.5.
Chuẩn Zigbee/IEEE 802.15.4
Công nghệ ZIGBEE được giới thiệu lần đầu bởi liên minh Zigbee vào năm 2003.
Chuẩn IEEE 802.15.4 là chuẩn cơ bản của ZIGBEE. ZIGBEE hỗ trợ các kiểu cấu hình
mạng hình sao, hình lưới, hình cây và mô hình mạng Mobile adhoc Network (MANET).
Chuẩn IEEE 802.15.4 quy định lớp vật lý và lớp điều khiển truy nhập. Tiêu chuẩn 802.15.4
này sử dụng tín hiệu radio có tần sóng ngắn, và cấu trúc của 802.15.4 có 2 tầng là tầng vật
lý và tầng MAC (medicum Access Control). Công nghệ ZigBee vì thế cũng dùng sóng radio
và có 2 tầng. Hơn thế nữa ZigBee còn thiết lập các tầng khác nhờ thế mà các thiết bị của
các nhà sản xuất dù khác nhau nhưng cùng tiêu chuẩn có thể kết nối với nhau và vận hành
trong vùng bảo mật của hệ thống.
Tín hiệu công nghệ ZigBee có thể truyền xa đến 75m tính từ trạm phát, và khoảng
cách có thể xa hơn rất nhiều nếu được tiếp tục phát từ nút liên kết tiếp theo trong cùng hệ
thống. Các dữ liệu được truyền theo gói, gói tối đa là 128bytes cho phép tải xuống tối đa
104 bytes. Tiêu chuẩn này hỗ trợ địa chỉ 64bit cũng như địa chỉ ngắn 16bit. Loại địa chỉ
64bit chỉ xác đinh được mỗi thiết bị có cùng 1 địa chỉ IP duy nhất. Khi mạng được thiết
lập, những địa chỉ ngắn có thể được sử dụng và cho phép hơn 65000 nút được liên kết.
ZigBee có kiến trúc nhiều tầng như chuẩn 802.15.4, là có tầng vật lý và tầng MAC,
hoạt động ở 1 trong 3 dải tầng sóng:
Dải 915MHz cho khu vực Bắc Mỹ.
Dải 868 MHzcho Châu Âu, Nhật
Và dải 2.4GHz cho các nước khác.
Ở dải 2.4GHz, có đến 16 kênh tín hiệu khác nhau và tốc độ đường truyền dữ liệu có
thể đạt tới 250kbps. Trong khi đó dải 868 MHz chỉ có 1 kênh tín hiệu và tốc độ đường
truyền dữ liệu có thể đạt tới 20kbps.
Hệ thống ZigBee được tối ưu hóa để chắc chắn rằng sự tiêu thụ năng lượng rất thấp.
Chỉ có các nút có điều khiển cảm biến trung tâm có sử dụng nguồn điện còn lại các nút
khác hầu như không cần năng lương (có thể vận hành ở chế độ sleep mode). Điều này giúp
cho pin dùng trong các thiết bị sử dụng công nghệ ZigBee có tuổi thọ rất cao tính đến hàng
năm mà không cần thay thế.
Nguyễn Quốc Hữu – B13DCVT027
12
Đồ án tốt nghiệp đại học
Chương I: Tổng quan về mạng cảm biến không dây WSN
Mặc dù ngày càng có nhiều sự lựa chon cho mạng không dây, nhưng ZigBee vẫn là
sự lựa chọn của các nhà sản xuất thiết bị hàng đầu bởi tính ứng dụng trong điều khiển từ
xa, cảm biến và các hệ thống thi hành (Rờ le, van đóng mở…), bởi tính ổn định cao, bảo
mật, khả năng mở rộng, giá thành rẻ, tiêu thụ điện năng thấp, hệ thống mở cho nhiều nhà
sản xuất, và ngày càng được cải tiến tốt hơn.
Hình 1.10: Kiến trúc theo lớp của công nghệ Zigbee
1.6.
Ứng dụng của mạng cảm biến không dây
Trong nhữnng năm gần đây, các nghiên cứu về WSN đã đạt được bước phát triển
mạnh mẽ và đưa WSN ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực.
Sau đây là các ứng dụng phổ biến nhất của WSN:
Ứng dụng trong quân sự và an ninh quốc gia: Giám sát chiến trường; bảo vệ
an ninh cho các công trình trọng yếu; thông tin, giám sát, điều khiển, theo dõi mục tiêu;
phát hiện phong xạ, hạt nhân; giám sát dưới nước, trên không; hệ thống radars; hệ thống rà
soát bom mìn.
Ứng dụng trong bảo vệ môi trường: Phát hiện hoạt động núi lửa; giám sát
cháy rừng; giám sát dịch bệnh; cảm biến dùng trong nông nghiệp; phát hiện động đất.
Ứng dụng trong thương mại: Điều khiển không lưu; quản lý cầu đường; quản
lý kiến trúc và xây dựng; điều khiển nhiệt độ; cảm biến trong môi trường hóa học, sinh học,
nguyên tử; ..
Ứng dụng trong y học: Cảm biến gắn trực tiếp trên cơ thể người; chăm sóc
sức khỏe; phản ứng với dịch bệnh; phân tích sức khỏe cá nhân;…
Nguyễn Quốc Hữu – B13DCVT027
13
Đồ án tốt nghiệp đại học
Chương I: Tổng quan về mạng cảm biến không dây WSN
Ứng dụng trong gia đình: Điều khoeẻn các thiết bị trong nhà; giám sát an
ninh; hệ thống cảnh báo,…
1.6.1. Các ứng dụng cụ thể trong mạng WSN loại 1(C1WSN)
C1WSN ứng dụng trong các mạng mà các node không có giám sát, đặc biệt hiệu quả
trong quân sự và dân sự, giám sát các hoạt động ở chiến trường, an ninh và ứng phó với
dịch bệnh. Do đặc điểm số node rất lớn, phân bố rải, sự quản lý chặt chẽ các node rất khó
khăn, các node có khả năng tự phân bố cấu trúc, dùng giao thức định tuyến động để đưa dữ
liệu về trung tâm theo các đường đi tốt nhất.
Ứng dụng trong quân sự, an ninh và thiên nhiên:
Mạng lưới cảm biến được đặt trong không gian sẽ cho biết vị trí người sống sót,
vùng nguy hiểm, giúp con người giám sác các thông tin và hiệu quả trong các hoạt động
tìm kiếm. Sử dụng các node để hạn chế sự có mặt trực tiếp của con người trong môi trường
nguy hiểm
Hình 1.11: Các ứng dụng của WSN vào quân sự
Một vài ứng dụng trong môi trường của mạng cảm biến bao gồm sự theo dõi sự di
cư của các loài chim, động vật, côn trùng, thoe dõi điều kiện môi trường mà ảnh hưởng đến
mùa màng và vật nuôi; việc tưới tiêu , các thiết bị đo đạc lớn đối với việc quan sát diện tích
lớn trên trái đất, sự thăm dò các hành tinh, phát hiện sinh-hóa, nông nghiệp chính xác, quan
sát môi trường, trái đất, môi trường vùng biển và bầu khí quyển,phát hiện cháy rừng, nghiên
cứu khí tượng học và địa lý, phát hiện lũ lụt, sắp đặt sự phức tạp về sinh học của môi trường
và nghiên cứu sự ô nhiễm.
Phát hiện cháy rừng
Vì các nút cảm biến có thể được triển khai cách ngẫu nhiên, có chiến lược với mật
độ cao trong rừng, các nút cảm biến sẽ dò tìm các nguồn gốc của lửa để thông báo cho
người sử dụng biết trước khi lửa lan rộng không kiểm soát được. Hàng triệu các nút cảm
Nguyễn Quốc Hữu – B13DCVT027
14
Đồ án tốt nghiệp đại học
Chương I: Tổng quan về mạng cảm biến không dây WSN
biến có thể được triển khai và tích hợp sử dụng hệ thống tần số không dây hoặc quang học.
Cũng vậy, chúng có thể được trang bị cách thức sử dụng có công suất hiệu quả như là pin
mặt trời bởi vì các nút cảm biến bị bỏ lại không có chủ hàng tháng và hàng năm. Các nút
cảm biến sẽ công tác với nhau để thực hiện cảm biến phân bố và khắc phục khó khăn, như
các cây và đá mà ngăn trở tầm nhìn thẳng của cảm biến có dây.
Phát hiện lũ lụt
Một ví dụ đó là hệ thống báo động được triển khai tại Mỹ. Một vài loại cảm biến
được triển khai trong hệ thống cảm biến lượng mưa, mức nước, thời tiết. Những con cảm
biến này cung cấp thông tin để tập trung hệ thống cơ sở dữ liệu đã được định nghĩa trước.
Hệ thống giám sát cao tốc
Hệ thống được lắp đặt dọc theo các cao tốc, mạng cảm biến thu thập dữ liệu về tốc
độ lưu thông, mật độ xe, số lượng xe trên đường. Dữ liệu sau đó được truyền đến trung tâm
dữ liệu để xử lý. Mạng theo dõi liên tục, cung cấp thông tin cập nhật thường xuyên theo
thời gian thực. Các thông tin thu được dùng để giám sát lưu lượng, điều phối giao thông
hoặc cho các mục đích khác.
Hình 1.12: Ứng dụng của WSN vào giao thông
1.6.2. Các ứng dụng cụ thể mạng WSN loại 2 (C2WSNs)
Các ứng dụng dạng này dùng mô hình điểm điểm (hoặc mô hình sao), với các liên
kết đơn vô tuyến và định tuyến tĩnh. C2WSNs ứng dụng trong điều khiển tự động các tòa
nhà, công nghiệp, y tế, ..
Điều khiển các thiết bị trong nhà:
Ứng dụng WSN cung cấp điều khiển, bảo quản, tiện nghi và an ninh.
Nguyễn Quốc Hữu – B13DCVT027
15
Đồ án tốt nghiệp đại học
Chương I: Tổng quan về mạng cảm biến không dây WSN
Hình 1.13: Ứng dụng của WSN vào các thiết bị trong nhà
Các node cảm biến được lắp trên các thiết bị, sau đó kết nối thành mạng truyền dữ
liệu về node trung tâm. Người dùng sử dụng các thiết bị điều khiển có kết nối Internet để
điều khiển từ xa các thiết bị trong nhà.
Quản lý quá trình tự động trong công nghiệp
Hình 1.14: Ứng dụng của WSN vào công nghiệp
Các ứng dụng trong sản xuất công nghiệp gồm điều khiển, quản lý, hiệu suất và an
toàn. Các cảm biến đặt trong môi trường làm việc giám sát quá trình sản xuất, chất lượng
sản phẩm, kiếm soát môi trường làm việc, quản lý nhân viên,… Dữ liệu được đưa về trung
tâm để người quản lý có thể đưa ra các quyết định kịp thời.
Nguyễn Quốc Hữu – B13DCVT027
16
Đồ án tốt nghiệp đại học
Chương I: Tổng quan về mạng cảm biến không dây WSN
Các ứng dụng trong y học:
Các ứng dụng của WSN được áp dụng vào tiền chuẩn đoán, chăm sóc sức khỏe, đối
phó với các dịch bệnh và phục hồi chức năng cho người bệnh. WSN cho phép theo dõi tình
trạng sức khỏe của các bệnh nhân ngay tại nhà, làm cho việc phân tích và điều trụ thuận
tiện hơn, rút ngắn thời gian điều trị tại bệnh viện. WSN còn cho phép thu thập thông tin y
tế qua thời gian dài thành các cơ sở dữ liệu quan trọng, các biện pháp can thiệp hiệu quả.
Hình 1.15: Ứng dụng của WSN vào y tế
1.7.
Kết luận chương
Chương này giới thiệu tổng quan về mạng cảm biến không dây bao gồm các khái
niệm, cấu trúc của mạng cảm biến không dây, cấu trúc phần cứng và phần mềm của từng
node trong mạng. Đưa ra các ứng dụng của WSN trong các lĩnh vực cuộc sống. Với sự phát
triển không ngừng của công nghệ, WSN sẽ phát triển và ứng dụng rộng rãi hơn nữa.
Nguyễn Quốc Hữu – B13DCVT027
17
Đồ án tốt nghiệp đại học
Chương II: Định tuyến trong mạng cảm biến không dây và vấn
đề Qos
CHƯƠNG II: ĐỊNH TUYẾN TRONG MẠNG CẢM BIẾN KHÔNG DÂY
VÀ VẤN ĐỀ QOS
2.1.
Những thách thức trong kỹ thuật định tuyến WSN
Mặc dù mạng cảm biến có khá nhiều điểm tương đồng so với các mạng ad hoc có
dây và không dây nhưng chúng cũng biểu lộ một số các đặc tính duy nhất mà tạo cho chúng
tồn tại thành mạng riêng. Chính những đặc tính này làm cho tập trung mũi nhọn vào yêu
cầu thiết kế các giao thức phân tuyến mới mà khác xa so với các giao thức định tuyến trong
các mạng ad hoc có dây và không dây. Việc nhằm vào đặc tính này đã đưa ra một tập các
thách thức lớn và riêng đối với WSN.
Chính vì những đặc điểm riêng biệt của mạng cảm biến mà việc định tuyến trong
mạng cảm biến phải đối mặt với rất nhiều thách thức sau:
+ Mạng cảm biến có một số lượng lớn các nút, cho nên ta không thể xây dựng được
sơ đồ địa chỉ toàn cầu cho việc triển khai số lượng lớn các nút đó vì lượng tiêu đề để duy
trì ID quá cao.
+ Dữ liệu trong mạng cảm biến yêu cầu cảm nhận từ nhiều nguồn khác nhau và
truyền đến trạm trung tâm.
+ Các nút cảm biến bị rằng buộc khá chặt chẽ về mặt năng lượng, tốc độ xử lý, lưu
trữ.
+ Hầu hết trong các ứng dụng mạng cảm biến các nút nói chung là tĩnh sau khi được
triển khai ngoại trừ một vài nút có thể di động.
+ Mạng cảm biến là những ứng dụng riêng biệt
+ Việc nhận biết vị trí là vấn đề rất quan trọng vì việc tập hợp dữ liệu thông thường
dựa trên vị trí.
+ Khả năng dư thừa dữ liệu rất cao vì các nút cảm biến thu lượm dữ liệu dựa trên
hiện tượng chung.
Nguyễn Quốc Hữu – B13DCVT027
23
