Đang tải... (xem toàn văn)
Định tuyến trong mạng cảm biến vô tuyến
Chuyên k thu t chuy n m ch TS : Lê Nh t Th ng L i nói u S phát tri n c a Internet, truy n thông công ngh thông tin k t h p v i nh ng ti n b k thu t g n ây ã t o i u ki n cho h c m bi n m i v i giá thành th p, kh n ng tri n khai qui mô l n v i xác cao Công ngh i u n c m bi n g m bi n dãy c m bi n tr ng i n t , c m bi n t n s vô n, c m bi n quang i n h ng ngo i, laser radar c m bi n nh v d n ng Các ti n b l nh v c thi t k c m bi n, v t li u cho phép gi m kích th c, tr ng l ng chi phí s n xu t c m bi n ng th i t ng kh n ng ho t ng xác Trong t ng lai g n, m ng c m bi n không dây s có th tích h p hàng tri u c m bi n vào h th ng c i thi n ch t l ng th i gian s ng Công ngh i u n c m bi n có ti m n ng l n, không ch khoa h c nghiên c u mà quan tr ng h n chúng c s d!ng r ng rãi ng d!ng liên quan n v o v công trình tr ng y u, ch m sóc s c kh"e, b o v môi tr ng n ng l ng, an toàn th c ph#m, s n xu t, nâng cao ch t l ng cu c s ng kinh t …V i m!c tiêu gi m giá thành t ng hi u qu công nghi p th ng m i, m ng c m bi n không dây s mang n s ti n nghi ng d!ng thi t th c nâng cao ch t l ng cu c s ng cho ng i Trong n i dung tài li u này, trình bày v k thu t xây d ng m ng c m bi n không dây, giao th c thi t k t$ n gi n n ph c t p Bên c nh ó ng d!n ph% bi n có nhi u ti m n ng ng d!ng th c t M t nhìn t%ng quan v công ngh m ng c m bi n không dây Em xin chân thành c m n s h ng d n nhi t tình c a th y Lê Nh t Th ng, s g i m& góp ý c a th y ã h' tr r t nhi u em có th hoàn thành tài tài : nh n m ng c m bi n vô n Chuyên k thu t chuy n m ch TS : Lê Nh t Th ng Các thu t ng vi t t t T vi t t t BTS CDMA CID FDMA GBR GAF Ngh a ti ng Anh Base Transeeiver Station Code Division Multiple Access Cluster Identity Frequency Division Multiple Access Gradient based Routing Geographic adaptive fidelity GEAR HbH HPAR Geographic and Energy Aware Routing Hop-by- Hop Hierarchical Power-aware Routing IEEE IrisNet Ínstitute of Electrical and Electronic Engineers Internet-Scale Resource-Intensive Sensor Networks Services International Telecommunication Union Local Area Network Low- Energy Adaptive Clustering H earchy ITU LAN LEAC H MCFA Minium Cost Forwarding Algorithm MNETs MIB MiLAN NAV NMS OS PAN PEGAS IS QoS SPIN SOP SAR TEEN Mobile ad hoc Network Managenment Information Base Middle ware Linking Application and Network Network Allocation Vector Network Management System Operating System Personal Area Network Power-efficient Gathering in Sensor Information System Quality of Service Sensor Protocols for Information via Negotiation Self-organizing Protocol Sensor Aggregrates Routing Threshold-sensitive Energy Efficient Protocols VGA WSNs ZDO Virtual Grid Architecture Routing Wireless Sensor Networks ZigBee Device Object tài : nh n m ng c m bi n vô n Ngh a ti ng Vi t Tr m thu phát c s& (a truy c p phân chia theo mã Mã xác nh n Cluster (a truy c p phân chia theo t n s ( nh n d a Gradient Truy n thông tin trung th c d a vào v trí ( nh n v v trí n ng l ng Truy n t$ng b c ( nh n phân c p v i nh n th c v n ng l ng Vi n k thu t i n i n t D ch v! m ng c m bi n tài nguyên l n m c liên m ng Liên minh vi n thông qu c t M ng n i b C u trúc phân b c t ng thích Thu t toán chuy n ti p chi phí t i thi u M ng ad h c di ng C s& thông tin qu n lý Ph n m m liên k t ng d!ng m ng Vector phân ph i m ng H th ng qu n lý m ng H i u hành M ng cá nhân T p trung hi u su t m ng c m bi n Ch t l ng d ch v! Giao th c thông tin c m bi n dàn x p Giao th c t t o ( nh n t%ng h p b c m bi n Giao th c ti t ki m n ng l ng qua ng )ng ( nh n v i c u trúc m ng l i o M ng c m bi n không dây ( i t ng thi t b ZigBee Chuyên k thu t chuy n m ch TS : Lê Nh t Th ng Danh m c b ng B ng 1.1: Phân lo i Node theo *c i m B ng 2.1 : So sánh gi a SPIN, LEACH Truy n tin tr c ti p B ng 2.2: C u trúc v i c u trúc liên k t nh n B ng 2.3: Tóm t+t giao th c Danh m c hình v Hình 1.1: Mô hình m ng c m bi n thông th ng Hình 1.2: Các thành ph n m t Node Hình 1.3: S phát tri n công ngh ch t o c m bi n Hình 1.4: D ng WSNs, liên k t multipoint- to- point, multihop dùng nh n Hình 1.5: D ng WSNs liên k t point-to-point, Star nh n t nh Hình 1.6: Các node theo mô hình h p tác b t h p tác Hình 1.7: ,ng d!ng WSNs an ninh qu c gia lu t pháp Hình 1.8: ,ng d!ng c m bi n quân s Hình 1.9: H th ng c m bi n ng cao t c Hình 1.10: Th i gian ho t ng Pin Bluetooth(BT) ZigBee Hình 1.11: Các ng d!ng i u n Hình 1.12: (i u n ánh sáng phòng Hình 1.13: Các ng d!ng công nghi p Hình 1.14: Các ng d!ng y khoa Hình 2.1: Phân lo i nh n m ng c m bi n vô n Hình 2.2: M t s ví d! v s khu ch tán c a m ng c m bi n Hình 2.3: Hai mô hình s d!ng ki m nh n trung tâm Hình 2.4: Dòng th i gian cho ho t ng c a a) ATEEN, b) APEEN Hình 2.5: Vùng m ng ng d!ng Hình 2.6: Ví d! c a vùng m ng c m bi n tài : nh n m ng c m bi n vô n ng Chuyên Ch 1.1 k thu t chuy n m ch TS : Lê Nh t Th ng ng : T NG QUAN M NG C M BI N VÔ TUY N Gi i thi u M ng c m bi n (sensor network) m t c u trúc ,là s k t h p kh n ng c m bi n ,x lý thông tin thành ph n liên l c t o kh n ng quan sát ,phân tích ph n ng l i v i s ki n hi n t ng x y môi tr ng c! th ó Môi tr ng có th th gi i v t lý ,h th ng sinh h c Các ng d!ng c b n c a m ng c m bi n ch y u g m thu th p d li u ,giám sát ,theo dõi ,và ng d!ng y h c Tuy nhiên ng d!ng c a m ng c m bi n tùy theo yêu c u s d!ng r t a d ng không b gi i h n Có thành ph n c b n c u t o nên m t m ng c m bi n : - Các c m bi n c phân b theo mô hình t p trung hay phân b r i rác - M ng l i liên k t gi a c m bi n (có dây hay vô n) - (i m trung tâm t p h p d li u (Clustering) - B ph n x lý d li u trung tâm M t node c m bi n c nh ngh a s k t h p c m bi n b ph n x lý ,hay g i mote M ng c m bi n không dây (WSN) m ng c m bi n ó k t n i gi a node c m bi n b.ng sóng vô n 1.1.1 Công ngh Sensor Network Trong m ng c m bi n ,c m bi n c xem ph n quan tr ng nh t ph!c v! cho ng d!ng Công ngh c m bi n i u n bao g m c m bi n tr ng i n t$ ;c m bi n t n s vô n ;quang ;h ng ngo i ;radars ;lasers ;các c m bi n nh v ,d n ng ; o c thông s môi tr ng ;và c m bi n ph!c v! ng d!ng an ninh ,sinh hóa … Ngày ,c m bi n c s d!ng v i s l ng l n M ng c m bi n không dây có *c i m riêng ,công su t b gi i h n ,th i gian cung c p n ng l ng c a ngu n (ch y u pin) có th i gian ng+n ,chu k/ nhi m v! ng+n ,quan h a i m – i m ,s l ng l n node c m bi n … C m bi n có th ch g m hay dãy c m bi n Kích th c r t a d ng ,t$ nano (1 – 100nm) ,meso (100 – 10000nm) ,micro (10 – 1000um) ,macro (vài mm – m)… Do *c tính c a m ng c m bi n không dây di ng tr c ây ch y u ph!c v! cho ng d!ng quân s nên òi h"i b o m t cao Ngày ,các ng d!ng c a m ng c m bi n m& r ng cho ng d!ng th ng m i ,vi c tiêu chu#n hóa s t o nên tính th ng m i cao cho m ng c m bi n không dây Các nghiên c u g n ây phát tri n thông tin công su t th p v i node x lý giá thành th p có kh n ng t phân b s+p x p ,l a ch n giao th c cho m ng ,gi i quy t toán quan tr ng nh t c a m ng c m bi n không dây kh n ng cung c p n ng l ng cho node b gi i h n Các mô hình không dây ,có m ch tiêu th! n ng l ng th p c u tiên phát tri n Hi u qu s d!ng công su t c a m ng c m bi n không dây v t%ng quát d a tiêu chí : - Chu kì ho t ng ng+n - X lý d li u n i b t i node gi m chi u dài d li u ,th i gian truy n tài : nh n m ng c m bi n vô n Chuyên k thu t chuy n m ch TS : Lê Nh t Th ng - Mô hình m ng multihop làm gi m chi u dài ng truy n ,qua ó gi m suy hao t%ng c ng ,gi m t%ng công su t cho ng truy n M ng c m bi n không dây c phân làm lo i ,theo mô hình k t n i nh n mà nodes s d!ng : Lo i (C1WSNs) : - S d!ng giao th c nh n ng - Các node tìm ng i t t nh t n ích - Vai trò c a node c m bi n v i node k ti p nh tr m l*p (repeater) - Kho ng cách r t l n (hàng ngàn mét) - Kh n ng x lý d li u & node chuy n ti p - M ng ph c t p Lo i 2(C2WSNs) : - Mô hình a i m – i m hay i m – i m ,1 k t n i radio n node trung tâm - S d!ng giao th c nh n t nh - node không cung c p thông tin cho node khác - Kho ng cách vài tr m mét - Node chuy n ti p kh n ng x lý d li u cho node khác - H th ng t ng i n gi n Tiêu chu#n t n s ang c áp d!ng cho m ng c m bi n không dây IEEE 802.15.4 Ho t ng t i t n s 2,4GHz công nghi p ,khoa h c y h c (ISM) ,cung c p ng truy n d li u v i t c lên n 250kbps & kho ng cách 30 n 200 feet Zigbee/IEEE 802.15.4 c thi t k b% sung cho công ngh không dây nh Bluetooth ,Wifi ,Ultrawideband (UWB) ,m!c ích ph!c v! cho ng d!ng th ng m i V i s i c a tiêu chu#n Zigbee/IEEE 802.15.4 ,các h th ng d n phát tri n theo h ng tiêu chu#n ,cho phép c m bi n truy n thông tin qua kênh truy n c tiêu chu#n hóa Nhi u nghiên c u l nh v c m ng di ng ad hoc (MANETs) M ng c m bi n không dây t ng t nh MANETs theo m t vài *c i m C hai u chu#n m ng không dây ,multihop Tuy nhiên ,các ng d!ng k thu t gi a hai h th ng có khác - D ng thông th ng c a m ng c m bi n không dây a ngu n d li u truy n n n i nh n ,khác h1n i m – i m MANETs - Các node m ng c m bi n không dây di ng ,trong ad hoc node di ng - Trong m ng c m bi n không dây ,d li u t$ c m bi n ch y u t$ hi n t ng ,s ki n & th gi i th c MANETs ch y u d li u - Ngu n gi i h n ,n ng l ng m ng c m bi n không dây c qu n lý s d!ng r t ch*t ch Trong MANETs không th áp d!ng hoàn toàn cho WSNs Tuy nhiên WSNs có th coi nh m t ph n MANETs (ad hoc) 1.1.2 Các thành ph n c b n c u trúc m ng c m bi n không dây : Các thành ph n c b n thi t k tr ng tâm c a m ng c m bi n không dây c n c *t ng c nh c a mô hình m ng c m bi n không dây d ng (C1WSNs) ã c gi i thi u & ph n tr c B&i ây mô hình v i s l ng l n c m bi n m ng ,chu'i d li u tài : nh n m ng c m bi n vô n Chuyên k thu t chuy n m ch TS : Lê Nh t Th ng nhi u ,d li u không th t hoàn h o ,kh n ng h h"ng node cao ,c3ng nh kh n ng b nhi u l n ,gi i h n công su t cung c p ,x lý ,thi u thông tin node m ng Do v y ,C1WSNs t%ng quát h n so v i mô hình C2WSNs S phát tri n m ng c m bi n d a c i ti n v c m bi n ,thông tin ,và tính toán (gi i thu t trao %i d li u ,ph n c ng ph n m m) Hình 1.1 : Mô hình m ng c m bi n thông th ng Hình 1.1 cho th y mô hình c u trúc c a m ng c m bi n th ng dùng Các c m bi n liên k t theo giao th c Multihop ,phân chia Cluster (c!m)ch n node có kh n ng t t nh t làm node trung tâm ,t t c node lo i s truy n v node x lý Nh v y ,n ng l ng c3ng nh b ng thông kênh truy n s s d!ng hi u qu h n Tuy nhiên ,có th th y c u trúc m ng ph c t p giao th c phân chia c!m nh n c3ng tr& nên khó kh n h n M t vài *c i m c a m ng c m bi n : - Các node phân b dày *c - Các node d b h h"ng - Giao th c m ng thay %i th ng xuyên - Node b gi i h n v công su t ,kh n ng tính toán b nh - Các node có th không c ng nh t toàn h th ng s l ng l n node tài : nh n m ng c m bi n vô n Chuyên k thu t chuy n m ch TS : Lê Nh t Th ng Hình 1.2 Các thành ph n m t Node Các thành ph n c u t o nên m t node m ng c m bi n nh hình 1.2 : - M t c m bi n (có th m t hay dãy c m bi n) n v th c thi (n u có) - ( n v x lý - ( n v liên l c b.ng vô n - Ngu n cung c p - Các ph n ng d!ng khác … 1.2 Khái quát phân lo i NODE c m bi n : M ng c m bi n không dây g m nhi u c m bi n phân b phân tán bao ph m t vùng a lý Các node c m bi n hay g i WNs có kh n ng liên l c vô n v i node lân c n ch c n ng c b n nh x lý tín hi u ,qu n lý giao th c m ng b+t tay v i node lân c n truy n d li u t$ ngu n n trung tâm Ch c n ng c b n c a node m ng WSns ph! thu c vào ng d!ng c a ,m t s ch c n ng : - Xác nh c giá tr thông s t i n i l+p *t Nh có th tr v nhi t ,áp su t ,c ng ánh sáng … t i n i kh o sát - Phát hi n s t n t i c a s ki n c n quan tâm c l ng thông s c a s ki n ó Nh m ng c m bi n không dây dùng giám sát giao thông ,c m bi n ph i nh n bi t c s di chuy n c a xe c , o ct c h ng di chuy n c a ph ng ti n ang l u thông … - Phân bi t i t ng Ví d! ph ng ti n l u thông mà c m bi n nh n bi t c xe ,xe t i ,hay xe buýt … - Theo d u i t ng Ví d! m ng c m bi n không dây quân s ,m ng c m bi n ph i c p nh t c v trí ph ng ti n c a i ph ng chúng di chuy n trung vùng bao ph c a m ng … Các h th ng có th áp ng th i gian th c hay g n nh th ,tùy theo yêu c u m!c ích c a thông tin c n thu th p tài : nh n m ng c m bi n vô n Chuyên k thu t chuy n m ch TS : Lê Nh t Th ng C m bi n g m nhi u nhóm ch c n ng c ,hóa ,nhi t , i n ,t$ ,sinh h c ,quang ,ch t l"ng ,sóng siêu âm ,c m bi n kh i … C m bi n có th c a bên môi tr ng nguy h i ;môi tr ng có nhi t cao ,m c dao ng ,nhi u l n ,môi tr ng hóa ch t c h i ;có th l+p *t h th ng robo t ng hay h th ng nhà x &ng s n xu t Công ngh c m bi n i u n bao g m tr ng i n t$ ;c m bi n sóng radio ;c m bi n quang ,h ng ngo i ;radars ,lasers ;c m bi n v trí hay nh v ;c m bi n h ng m!c ích ph!c v! cho an ninh sinh hóa … - Các thông s v t lý - Các thông s hóa h c ,sinh h c - Các s ki n Các c m bi n kích th c nh" ,giá thành th p ,%n nh , nh y cao tin c y y u t quan tr ng nên m ng c m bi n không dây ho t ng hi u qu kinh t Hình 1.3 : S phát tri n công ngh ch t o c m bi n Công ngh c m bi n phát tri n g n ây nh hình 2.1 Node k t h p c m bi n x lý giai o n 1999 có kích th c l n h n m t ng xu ,các IC tích h p c m bi n Các n m ti p theo ,kích th c node gi m i r t nhi u V i s phát tri n c a công ngh nano ,MEMS kích th c gi m i k kèm theo gi m n ng l ng tiêu th! ,t ng th i gian s d!ng ,kh n ng x lý , %n nh cao h n … Nh ng n m u 2000 ,th tích trung bình node c) 16,387 mm³ , n 2007 1-mm³ 1.2.1 Phân lo i c m bi n : B&i s a d ng c a c m bi n ,c n thi t ph i có s phân lo i (ánh giá theo kích th c ,công su t ,kh n ng x lý ,ch ho t ng ,giao th c nh n … Kích th c Kh n ng Công su t Kh n ng di ng – ngu n l u tr , tính toán R t l n Di ng T n p l i B x lý (10³ mm³) ,l u tr m c cao L n (100mm³) tài : Di ng T n pl i Ch (a ch c n ng ,c m bi n thông s v t lý B x lý (a ch c ,l u tr n ng ,c m nh n m ng c m bi n vô n Giao th c l p th p (a ng l i : 10 – 100m ;IEEE MAC (a ng l i : 10² - Giao th c l p cao ( nh n ng ( nh n Chuyên k thu t chuy n m ch TS : Lê Nh t Th ng trung bình Trung bình Di (10mm³) ng Pin ,10h B x lý m c th p ,l u tr m c cao Nh" (10º Ít di mm³) ng Pin gi ,10² B x lý m c cao ,l u tr trung bình R t nh" Ít di ( mm³) ng Pin gi ,10³ B x lý ,l u tr trung bình C c nh" Ít di ( mm³) ng Pin, gi bi n thông m s hóa - ;IEEE sinh MAC (a ch c (a ng n ng ,c m l i > m bi n thông ;IEEE s v t lý – MAC hóa – sinh (a ch c (a ng n ng ,c m l i ;10¹ bi n thông 10² s v t lý m;IEEE MAC (a ch c (a ng n ng ,c m l i ; 10² bi n thông m s hóa – ;IEEE sinh MAC B x lý m c th p ,l u tr m c trung bình (a ch c n ng ,c m bi n thông s v t lý – hóa –sinh C) micro Không di Pin ng ( mm³) gi B x lý m c cao ,l u tr m c th p M t ch c n ng ,c m bi n thông s v t lý C) B x lý trung bình l u tr m c th p M t ch c n ng ,c m bi n thông m s hóa – ;IEEE sinh MAC (< nano Không di ng mm³) (a l i ng ( nh n ng ( nh n ng ( nh n t nh ng ; > m ;IEEE MAC M t ng ;10¹ 10²m ;IEEE MAC M t ng ;> B ng 1.1 : Phân lo i node theo c i m 1.2.2 Môi tr ng ho t ng c a sensor node (WNs) : Node c m bi n b ràng bu c b&i m t s y u t : • Ngu n cung c p : node b gi i h n b&i n ng l ng cung c p ,vi c s d!ng hi u qu ngu n n ng l ng chìa khóa cho thi t k h th ng WSNs tài : nh n m ng c m bi n vô n Chuyên k thu t chuy n m ch TS : Lê Nh t Th ng • Liên l c : M ng vô n th ng b gi i h n v b ng thông ,nhi u kênh truy n Các y u t nh h &ng n tin c y ,ch t l ng d ch v! b o m t c a h th ng • Tính toán : Các node có công su t tính toán b nh gi i h n (i u nh h &ng n vi c l a ch n gi i thu t x lý d li u ho t ng t i node • S không ch+c ch+n thông s : D li u c n thu th p có th kèm theo nhi u t$ môi tr ng S h h"ng node có th làm sai d li u S s+p *t node gây sai l ch ho t ng node 1.2.3 Xu h ng phát tri n c a Node c m bi n : ( m ng WSNs có th c tri n khai r ng rãi v i quy mô l n ,kích th c ,giá thành công su t tiêu th! c a node ph i gi m k s thông minh c a node ph i t ng lên C n có h th ng c m bi n k t h p k thu t tiên ti n nh công ngh nano ,m ng phân b ,thông tin vô n b ng r ng … S thu nh" kích th c ,giá thành v n quan tr ng hàng u S tích h p c m bi n ,vi x lý ,ngu n n ng l ng giao ti p m ng thông tin m t chip s làm vi c trao %i d li u gi a c m bi n môi tr ng bên tr& nên d dàng h n Vi c tiêu chu#n hóa c3ng r t quan tr ng T o tiêu chu#n chung s giúp m ng c m bi n vô n không dây ng d!ng r ng rãi h n th c t ,có kh n ng giao ti p v i m ng khác ,giao di n Internet ,cung c p d ch v! a d ng h n Các nghiên c u ang h ng n k thu t ch t o c m bi n m i ,h th ng m ng c m bi n phân b ,tích h p c m bi n h th ng th ng m i ,h' tr hi u qu cho trình quy t nh 1.3 NG D NG C A M NG C M BI N VÔ TUY N WSNs s t p h p kích th c nh" g n( compact-size), c! th cac node c m bi n v i giá thành th p, có kh n ng làm vi c i u ki n môi tr ng t nhiên ho*c o c thông s khác a nh ng thông tin n trung tâm cho x lý phù h Các node m ng WSNs có th liên l c v i node xung quanh nó, có th có x lý d li u thu c tr c g&i n node khác WSNs cung c p r t nhi u ng d!ng h u ích 1.3.1 Các mô hình phân b : Nh ã c c p ph n u, mô hình WSNs c xây d ng ch y u theo lo i: • Category WSNs (C1WSNs): H th ng l i k t n i a ng gi a node qua kênh truy n vô n, s d!ng giao th c nh n ng • Category WSNs (C2WSNs): Mô hình i m- i m hay liên k t tài : a i m- i m, ch y u n (single- hop) gi a node, dùng giao th c nh n tính nh n m ng c m bi n vô n 10 Chuyên k thu t chuy n m ch TS : Lê Nh t Th ng phát tin cho ph ng pháp c3ng c th y h n c a SPIN Tuy nhiên, giao th c không ph i giao th c theo yêu c u *c bi t pha xác l p thu t toán, m t pha làm t ng thông tin th$a (overhead) M t v n khác c p n vi c xác l p c p b c Có th có nhi u ng chia m ng l i v y x+c su t c a vi c ng d!ng m t pha tái t% ch c r t cao, pha c3ng pha t n nhi u chi phí f) nh n t'ng h#p b! c m bi n (Sensor Aggregates Routing): M!c tiêu i u n ho t ng & ích n m t cách có ch n l c môi tr ng nh t nh (dùng ng d!ng theo dõi ích n) m t b c m bi n t%ng h p bao g m node m ng l i th"a mãn i u ki n c a nhóm k t h p th c hi n m t nhi m v! Các thông s c a i u ki n tùy thu c vào nhi m v! yêu c u c a ngu n n ng l ng b c m bi n vùng c m bi n c chia thành nhóm nh" tùy vào m nh c a tín hi u chúng có th c m nh n c, m b o ch có m t m c n ng l ng t i a cho m'i nhóm Sau ó, node n i b s c ch nh, m t nh t ng tr ng m t ích n, nhi u ích n ho*c không ích tr ng h p nh c t%ng h p b.ng thông tin nhi u bên ngòi ( ch nh node b c m ng lân c n c n thay %i thông tin N u m t node sau truy n tin n t t c node cách m t b c nh y, th y r.ng cao c a node ó (height - nh h &ng n gradient) l n h n c a node cách b c nh y b m*t truy n d li u, s t tr& thành node Thu t toán theo dõi d a vào node gi s r.ng ch có nh t m t node có thông tin v v trí a lí c a vùng ph i h p c a node Ba thu t toán ã c phát xu t Thu t toán th nh t m t giao th c g n nh4 - DAM (Distributed Aggregate Management –Qu n lí d a ph ng th c phân ph i vi c t%ng h p tin), dành cho vi c hình hành t p h p c a b c m bi n theo dõi ích Giao th c bao g m m t b quy t nh P m'i node có th quy t nh xem có nên tham gia vào m t b t%ng h p m t k ho ch trao %i thông tin M v cách th c quy t nh c a nhóm c ng d!ng cho node M t node quy t nh thu c m t nhóm d a vào k t qu ng d!ng quy t nh vào thông tin c a node ó thông tin t$ node khác M t t% h p c hình thành trình t p trung Th hai, thu t toán Qu n lí ho t ng d a ngu n n ng l ng (Energy-based activity monitoring , EBAM) c l ng m c n ng l ng & m'i node b.ng cách tính toán di n tích tác ng c a tín hi u, v i m t d ng tr ng s c a n ng l ng & ích n o c & m'i b c m bi n nh n c tín hi u, cho r.ng m'i b c m bi n n có m c n ng l ng b.ng không %i Thu t toán th ba, Expectation-maximization like activity monitoring (EMLAM), lo i b" h.ng s m c n ng l ng & ích b.ng EMLAM c l ng ph"ng oán cách tín hi u t$ ích có th c t%ng h p & b c m bi n Quá trình ch c th c hi n c l ng g n úng g) nh n v i c"u trúc m ng l i o (Virtual Grid Architecture routing (VGA): ây m t mô hình ti t ki m n ng l ng khai thác vi c t%ng h p x li thông tin n i b kéo dài tu%i th c a m ng Vì node t nh ho*c di chuy n r t nhi u ng d!ng c a WSNs, m t ph ng pháp thích h p s+p x p node theo m t c u trúc liên k t c nh M t ph ng pháp không c n dùng n GPS c dùng l p nhóm c nh b.ng nhau, c nh không trùng có hình i x ng nhóm có hình vuông c dùng phát tri n m t c u trúc liên k t o có hình vuông c nh Trong m'i mi n, m t node tài : nh n m ng c m bi n vô n 33 Chuyên k thu t chuy n m ch TS : Lê Nh t Th ng c l a ch n thành node Vi c t%ng h p thông tin c ti n hành theo hai giai o n: n i b toàn c u t p h p c a node chính, g i B t%ng h p n i b (Local Aggregators – Las) ti n hành t%ng h p n i b ph n nh" c a Las c dùng ti n hành t%ng h p toàn c u Tuy nhiên, viêc quy t nh i m t p h p toán c u t i u – Master Aggregators (MAs) m t v n Hình 2.5 minh h a ví d! v mi n c nh Chú ý r.ng v trí c a tr m gôc không nh t thi t ph i & góc l i m ng Hình 2.5 : Vùng m ng ng d ng Hai ph ng án gi i quy t v n c a nh n t%ng h p d li u c trình bày: m t thu t toán xác dùng Ch ng trình s nguyên Integer Linear Program (ILP) xác nh công th c i m g n t i u nh ng n gi n hi u qu , thu t toán t ng i, ví d!, ph"ng oán d a thu t toán di truy n (a genetics algorithms based heuristic), ph"ng oán dùng k-means ph"ng oán dùng Greedy Algorithm M t ph ng pháp ph"ng oán hi u qu khác Ph"ng oán d a vào viêc t%ng h p nhóm (Clustering-based aggregation heurisitcs – CBAH) c3ng ã c xu t gi m thi u n ng l ng t ng tu%i th m ng Trong th c t , gi s node LA t o nên nhóm có th trùng Thành ph n c a m'i nhóm c m nh n m t event.Tuy nhiên m'i LA node t n t i khu v$ng trùng s g i d li u n MA riêng c a nhóm ó Chú y’ r.ng v n n y sinh vi c ch nh Mas n Las CBAH gi ng v i nh ng v n truy n th ng, nh ng i m khác bi t không bi t c hai ch c n ng nói c3ng nh l ng n ng l ng m'i MA dùng cho LAs Trong CBAH, t p h p Mas c ch n d a vi c l p y m t s ch' tr ng v i dung l ng Bên c nh t c l n, thu t toán t ng i cung c p k t qu g n v i k t qu t i u tài : nh n m ng c m bi n vô n 34 Chuyên k thu t chuy n m ch TS : Lê Nh t Th ng h) nh n phân c"p v i nh n th c v n ng l #ng (hierarchical power-aware routing – HPAR) Giao th c chia m ng thành hai nhóm c m bi n, m'i nhóm xét v v trí a lí t p trung vào thành m t mi n, m'i mi n c xét m t cá th ( nh n m'i mi n c cho phép quy t nh cách s nh n m t tin theo ph ng pháp phân c p qua mi n l i cho tu'i th c a pin & cac node c t i u hóa Tin c nh n qua cá ng truy n v i ngu n n ng l ng d th$a cao nh t toàn b ngu n n ng l ng d th a nh" nh t g i max-min path Vi c nghiên c u xem dùng node v i l ng n ng l ng d th$a có chi phí cao h n node khác hay không M t thu t toán t ng i g i max-min xPmin c xu t Thu t toán c xây d ng d a s cân b.ng gi a t i thi u hóa t%ng n ng l ng tiêu th! t i u hóa ngu n n ng l ng d t$ v y, thu t toán c g.ng c ng c maxmin path b.ng cách h n ch vi c b n thân tiêu hao n ng l ng nh sau ( u tiên, thu t toán tìm ng v i l ng n ng l ng tiêu hao t i thi u (Pmin) dùng thu t toán Dijkstra.Ti p theo, thu t toán tìm ng t i u hóa l ng n ng l ng d th$a t i thi u m ngg Thu t toán c xu t s c g+ng k t h p t i u hóa c hai u i m b.ng cách n i l"ng m c tiêu hao n ng l ng t i thi u cho m t tin b.ng zmin v i z>=1 h n ch tiêu hao n ng l ng thu t toán s s d!ng nhi u nh t zPmin t i a hóa l ng n ng l ng d th$a M t thu t toán khác g i nh n d a theo mi n c3ng ph! thu c vào max-min zPmin ( nh n d a theo mi n m t ph ng pháp phân c p ó vùng có m ng c m bi n c chia thành mi n nh" h n ( g i m t tin qua c vùng m t ng toán c u n i mi n c thành l p Các b c m bbbi n m t zone s ng lo n ch h ng nh n n i b tham gia c l ng m c n ng l ng c a mi n m'i tin c nh tuyên qua mi n dùng thông tin t$ c l ng m c n ng l ng c a mi n M t b i u khu n toàn c u cho vi c nh n tin c ch nh qu n lí mi n y node có quy n l c cao nh t N u m ng có th c chia thành m t s mi n t ng i nh", quy mô c a thu t toán nh n toàn c m gi m thông tin toàn c u yêu c u g i m'i tin c tóm t+t b.ng c l ng m c n ng l ng c a m'i mi n Bi u cho m'i mi n c dùng i diên nh c a mi n k t n i lân c n n u mi n hi n th i có th n mi n lân c n ti p theo m t h ng nh t nh M'i nh mi n có m c n ng l ng b.ng M%i nh h ng mi n c ành d u b.ng m c n ng l ng c tính c a nó, tinh b.ng m t bi n th c a thu t toán Bellman-Ford H n n a, hai thu t toàn c phác cho n i b toàn c u t$ th mi n i) Phát tán thông tin theo l p (2- tier data dissemination TTDD): Trong TTDD, m'i ngu%n d li u ch ng xây d ng m t c u trúc m ng l i giúp phát tán d li u n sink di ng b.ng cách gi s node c m bi n t nh co nh n th c v v trí Khi có m t event,các b c m bi n x l9 tín hi u m t b tr& thành ngu n t o báo cáo d li u.Các node c m bi n nh n th c c ch c n ng c a chúng ( xây d ng c u trúc m ng l i, m t ngu n d li u ch n b n thân làm i m b+t u c a l i g i tin thông báo d li u n i m c+t li n k dùng chuy n ti p a lí d a greedy algorithm c b n tin ti p c n node & g n i m giao nhau, vi c truy n tin s d$ng trình này, m'i node trung gian tr thông tin v ngu n ti p t!c chuy n ti p tin n i m giao c nh tr$ n i d li u c chuy n n cho Quá trình s d$ng l i & b c a m ng.các node tr tài : nh n m ng c m bi n vô n 35 Chuyên k thu t chuy n m ch TS : Lê Nh t Th ng thông tin v ngu n c ch n node phát thông tin Sau trình này, c u trúc l i hình thành Dùng c u trúc này, tr m g c có th phát thông tin dùng flood Yêu c u s chuy n ti p n ngu n Thông tin c yêu c u s c chuy n theo h ng ng c l i n sing Chuy n ti p theo qu o c ng d!ng BA di chuy n mi n c m bi n.m*c dù TTDD m t ph ng pháp hi u qu , có m t s i m ch a rõ v cách thu t toán thu c thông tin v v tri – c n thi t xây c u trúc l i dài ng chuy n TTDD dài h n Các tác gi cùa TTDD cho r.ng dài t i u c a TTDD c bù l i b.ng s t ng quy mô Cu i cùng, cách TTDD v n hành n u node c m bi n ng c phép di chuy n v n ch a c giái áp K t qu so sánh gi a TTDD truy n tin tr c ti p cho th y TTDD kéo dài tu%i th c a m ng ch m c a truy n d li u nhiên trì l i c u trúc liên k t m ng c3ng làm t ng thông tin th$a B ng 2.2 : C u trúc v i c u trúc liên k t nh n 2.2.3 Các giao th c #nh n d!a vào v# trí : Trong lo i giao th c này, node c m bi n c nh d ng d a v trí c chúng Kho ng cách gi a node lân c n có th c c l ng b.ng cách o m nh c a tín hi u t i T a t ng i c a node g n có th thu c b.ng cách trao %i thông tin gi a node Theo m t cách khác, v trí c a node có th có s5n b.ng vi c trao %i thông tin v i v tinh thông qua GPS (h th ng nh v toàn c u) n u node c trang b m t b nh n sóng GPS d ng nh" tiêu th! n ng l ng ( ti t ki m n ng l ng, m t s ph ng pháp d a v trí yêu c u node chuy n sang tr ng thái ngh node ó không c dùng n Càng nhi u node tr ng thái ngh s ti t ki m c nhi u n ng l ng Vi c t o l ch ngh c a m'i node m t vùng nh" c3ng có nh ng khuy t i m mà s xem xét ph n sau M t s giao th c nh ti n d a vào v trí bao g m: a) Giao th c truy n thông tin trung th c d a v trí a lý (Geographic adaptive fidelity (GAF): tài : nh n m ng c m bi n vô n 36 Chuyên k thu t chuy n m ch TS : Lê Nh t Th ng GAF m t thu t toán nh n d a v trí có kh n ng theo dõi ngu n n ng l ng c phát tri n dành riêng cho m ng không dây i ng nh ng c3ng có th c ng d!ng cho m ng c m bi n Vùng m ng s c chia thành mi n c nh t o thành m t l i o Trong m'i mi n, node s ph i h p th c hi n ch c n ng khác Ví d!, node s c m t node c m bi n không & tr ng thái ngh m t kho ng th i gian nh t nh nh ng node l i s vào tr ng thái ngh Node c ch nh s có nhi m v! i u hành báo cáo d li u n tr m g c thay cho t t c node mi n ó Vì v y, GAF b o t n n ng l ng b.ng cách t+t node không c n thi t m ng mà v n không nh h &ng n xác c a n thông tin M'i node s d!ng v trí *t b&i GPS tìm ch' c a m ng l i o (virtual grid) Các node c link v i nh ng i m gi ng l i b.ng GPS c coi la ngang hang v m*t chi phí truy n gói thông tin S ngang hàng c t n d!ng gi m t s node & m t ô nh t nh & tr ng thái ngh nh.m ti t ki m n ng l ng Vì v y GAF có th kéo dài tu%i th c a m ng v lâu dài s node m ng t ng GAF c nh ngh a & tr ng thái Tr ng thái th nh t tr ng thái khám phá, ó vùng c nh ngh a thành v trí l i o, node ch ng tìm hi u ho t ng c a b n thân xem node ó s tham gia vào trình nh n ngh d a sóng thu phát ( có th x lý m t cách linh ng, m'i node l i m ng s c tính th i i m r i kh"i l i m ng g i thông tin n node xung quanh Các node xung quanh s i u ch nh th i gian ngh t ng ng mb o trung th c c a vi c nh n Tr c node i vào tr ng thái ngh , node ang tr ng thái ngh s c kích ho t m t node tr& thành node “th c” – hay node ho t ng l i GAF c dùng cho c tính ng t nh c a node Hình 2.7 minh h a vi c chia mi n m ng c m bi n Các nhóm c nh c ch n nh có hình vuông Vi c l a ch n kích c) c a hình thuông ph! thu c vào m nh c a ng truy n c yêu c u h ng truy n Vi c truy n tin ngang ho*c d c s c m b o n u tín hi u c truy n qua m t cho node c m bi n nhóm li n k theo chi u ngang ho*c d c kho ng cách có th liên l c tr c ti m Cho vi c truy n tin theo ng chéo, kho ng cách mà tín hi u ph i c truy n qua V n *t lên l ch s+p x p vai trò cho node ch n node M t node có th yêu node c m bi n nhóm c kích ho t b+t u thu th p thông tin node ó c m nh n c yêu c u Sau ó, node có vai trò nh n thông tin thô t$ node khác chuy n ti p n tr m g c Gi nh c a tr ng h p node c m bi n có th bi t v trí c a b n thân qua th: GPS, m t vi c kh thi i u ki n hi n t i GAF c g.ng gi cho m ng k t n i b.ng cách trì m t node i di n cho m'i mi n & tr ng thái “th c” K t qu t$ vi c ch y mô ph"ng cho th y ch t l ng ho t ng c a GAF t i thi u c3ng b1ng v i m t giao th c nh n không dây bình th ng v m*t th i gian tr , hao h!t thông tin kéo dìa tu%i th m ng b.ng cách ti t ki m n ng l ng Dù GAF m t giao th c d a v trí, c3ng có th c cói m t giao th c phân c p ó nhóm c chia d a v trí a lí Cho m'i vùng m ng l i có m t node i di n có vai trò nh m t node truy n tin n tài : nh n m ng c m bi n vô n 37 Chuyên k thu t chuy n m ch TS : Lê Nh t Th ng node khác Tuy nhiên, node không t%ng h p hay ghép thông tin GAF, khác v i giao th c phân c p ã c c p & Hình 2.6 : Ví d c a vùng m ng c m bi n b) nh n v i nh n th c v v trí a lí n ng l #ng ( Geographic and Energy Aware Routing – GEAR): GEAR s d!ng ph ng th c ph"ng oán l a ch n node v i nh n th c v v trí n ng l ng nh n m t gói thông tin theo h ng n vùng ích M!c tiêu h n ch s tin interest truy n tin tr c ti p (directed diffusion) b.ng cách ch xét m t vùng nh t nh thay g i tin interests cho toàn m ng l i, v y ti t ki m nhi u n ng l ng h n directed diffusion M'i node GEAR trì m t chi phí c tính (estimated cost) m t chi phí c i ti n (learned cost) truy n tin n ích qua node lân c n Chi phí c tính m t t p h p c a ngu n n ng l ng l i kho ng cách n ích Chí phi c i ti n chi phí c tính c ch nh c i ti n sau ã tính v vi c có l' h%ng ng truy n n ích M t l' h%ng (hole) m t node node lân c n g n ích n h n b n thân N u hole, chi phí c tính s b.ng v i chí phí c i ti n Chi phí c i ti n c tuyên truy n sau gói tin kho ng cách b.ng m t b c nh y (hop) cho n gói tin n ích kp th i ch nh s a n ng thi t l p chuy n gói tin sau Thu t toán bao g m pha: (1) Chuy n gói tin n mi n ích Khi nh n m t gói tin, m t node ki m tra node xung quanh xem có node g n mi n ích h n b n thân N u có h n k t qu , node g n nh t tính t$ mi n ích s c ch n làm b c nh y ti p theo N u t t c node u xa ích h n node ang c kh o sát, nói ng truy n có m t l' h%ng (hole) Trong tr ng h p này, m t node lân c n c ch c chuy n gói tin d a m t hàm ánh giá learning cost Vi c thay %i n ng s c c p nh t d a theo i m giao c a th giá tr c a learning cost gói tin c chuy n phát (2) Chuy n phát gói thông tin m t mi n: N u gói thông tin ã n vùng ích, có th c truy n tr c ti p vùng ó b.ng chuy n d a vào quy a lí (recursive geographic forwarding) ho*c dùng m t phiên b n h n ch c a flooding (restricted flooding) Restricted flooding thích h p h n b tài : nh n m ng c m bi n vô n 38 Chuyên k thu t chuy n m ch TS : Lê Nh t Th ng c m bi n không t p trung dày Trong tr ng h p này, vùng ích s c chia thành vùng ph! phiên b n c a gói tin c tao Quá tr nh chia chuy n ti p ph n có gói tin s kéo dài n vùng ch l i node GEAR th ng c so sánh v i GPSR- m t giao th c t ng t nh ng nh n th c v ngu n n ng l ng, thay vào ó dùng th ph1ng gi i quy t l' h%ng m ng Trong GPSR, gói tin tuân theo thông s c a m t th ph1ng nh n Dù ph ng pháp c a GPSR gi m s tr ng thái mà m t node c n có, c phát tri n cho m ng di ng không dây nói chung c n m t ch ng trình nh v xác nh a i m nh n d ng node GEAR không ch ti t ki m n ng l ng vi c thi t l p ng truy n nh ng c3ng ho t ng t t h n GPSR v m*t truy n gói thông tin K t qu mô ph"ng cho th y tr ng h p phân chia ng truy n không ng u, GEAR truy n c nhi u gói tin h n GPSR 70%- 80% Trong tr ng h p ng truy n ng u GEAR truy n c nhi u gói tin h n GPSR 25-35% c) MFR, DIR, GEDIR: (ây m t s thu t toán n gi n dùng nh n ph m vi nh" Các giao th c x lí nh ng v n n gi n nh kho ng cách, ti n nh ng ph ng pháp d a vào h ng ng truy n Các v n n y sinh liên quan n ng truy n theo h ng ti n lên tr c ho*c v phía sau M t node ngu n ho*c b t node trung gian có th ch n m t node lân c n d a vào m t tiêu chí nh t nh Các ph ng pháp nh n thu c lo i MFR (ti n t i tr c vòng bán kính – most forward within radius), GEDIR ( nh n d a kho ng cách a lí – Geographic Distance Routing)- m t bi n th c a d ng gi i thu t tham lam (greedy algorithm) bao g m ph ng pháp nh y b c (2-hop greedy algorithm), ph ng pháp luân phiên (alternate algorithm) – DIR ( ph ng pháp nh n vòng khung – compass routing method) Thu t toán GEDIR m t gi i thu t tham lam (greedy algorithm) chuy n gói thông tin n node lân c n thu c nh v i kho ng cách g n nh t n ích Thu t toán s b l'i gói thông tin i qua m t c nh hai l n liên ti p Trong ph n l n tr ng h p MFR ph ng pháp thu c Greedy Algorithm có n n ích gi ng Trong DIR, node li n k thích h p nh t s có kho ng cách ng+n nh t n ích (ngh a góc t o thành s nh" nh t) Ngh a là, node c ch n s có c lí góc nh" nh t tính t$ m t ng t &ng t ng n i node hi n t i n ích Trong MFR, node k ti p A thích h p nh t s d n n tích vô h ng nh" nh t, ó S,D node ngu n ích, dài 8c -lít gi a hai node S D Node thích h p nh t c3ng node d n n tích vô h ng nh" nh t M'i ph ng pháp d$ng chuy n tin & node có ph ng pháp thích h p nh t sau tính toán quay tr& l i node tr c ó GEDIR MFR không b l*p, DIR có th gây vòng l*p tr$ phi ng truy n tr c ó ã c ghi vào b nh ho*c c ánh d u th i gian M t nghiên c u so sánh thu t toán cho th y ba thu t toán n gi n có hi u su t có th so sánh c v i v m*t t c c ng truy n dãn H n n a, mô phòng cho th y node MFR ph ng pháp thu c greedy algorithm s l a tài : nh n m ng c m bi n vô n 39 Chuyên k thu t chuy n m ch TS : Lê Nh t Th ng node k ti p gi ng h n 99% s tr ng h p l a ch n toàn b n ng truy n gi ng ph n l n tr ng h p d) nh n khác thu!c Greedy Algorithm có kh n ng thích ng (Greedy Other Adaptive Face Routing (GOAFR): Thu t toán GOAFR ch n node k ti p có kho ng cách t i node ti p theo nh" nh t nh n, Tuy nhiên, ph ng pháp s b k4t & m t s i m m t node k ti p g n node hi n t i h n b n thân ( nh n m*t ph1ng khác -Other ( nh n m*t ph1ng -Face Routing ( OFR) m t bi n th c a Face Routing ( FR) FR giao th c u tiên m b o thành công n u ngu n ích n i v i Tuy nhiên chi phí tr ng h p x u nh t c a FR t l thu n v i l n c a m ng d a vào s node Thu t toán u tiên có th c nh tranh v i nh n t t nh t tr ng h p x u nh t ( nh n m*t ph1ng thích ng -Adaptive Face Routing ( AFR) H n n a, b.ng m t i s ch*n u, AFR c cho ti m c n t i u tr ng h p x u nh t Tuy nhiên AFR không hi u qu tr ng h p th ng OFR khai that c u trúc m*t ph1ng c a th ph1ng cho thông tin c truy n t$ node s n b.ng cách ch y ngang m t chu'i b m*t ph1ng M!c nh tìm m t node thích h p nh t (g n ích t nh t theo hình h c ph1ng) b m*t ph1ng Khi k t thúc, giao th c tr l i s thông tin v node thích h p nh t tìm c Thu t toán greedy n gi n ho t ng t t m ng dày nh ng b l'i x lí nh ng c u hình n gi n GOAFR thu t toán u tr ng h p x u nh t c3ng hi u qu tr ng h p th ng GOAFR có hi u su t cao h n giao th c 9khác nh GPSR hay AFR e) SPAN: (ây m t m t giao th c d a vào v trí l a m t s node làm t a d a v trí t a t o nên ng tr!c cho m ng l i cho vi c chuy n tin M t node có th thành m tt a n u node lân c n c a m t node không ph i t a không th ti p c n node tr c ti p ho*c qua t a (kh n ng ti p c n sau b c nh y) Các t a m i ang có không c n thi t ph i & g n nhau, th m chí i u làm cho c u trúc hi u qu vi c s d!ng n ng l ng thu t toán SPAN tr& nên ph c t p 2.3 Giao th c #nh n d!a ho t ng c a giao th c: 2.3.1 Giao th c nh n a ng: M t thuât toán ã c xu t s nh n d li u qua m t ng truy n ó node có l ng n ng l ng th$a l n nh t ng truy n ch thay %i có m t ng truy n t t h n c tìm ( ng truy n c3 s ti p t!c c trì cho n l ng n ng l ng gi m xu ng d i l ng n ng l ng c a ng truy n m i B.ng ph ng pháp này, node ng truy n c3 s không b hao ngu n n ng l ng nh c dùng liên t!c s không bi n m t Tuy nhiên chi phí chuy n ng truy n ch a c tính n, Vi c s d!ng m t t p h p ng truy n không ph i ng truy n t i u c3ng c xu t làm t ng tu%i th c a m ng, Các ng truy n c ch n dùng x+c su t ph! thu c vào l ng n ng l ng tiêu hao b&i m'i ng truy n ( ng truy n v i l ng n ng l ng d th$a l n nh t c3ng v n có th có chi phí cao nh t Chính v y có s cân b.ng gi a vi c gi m thi u t%ng l ng n ng l ng tiêu hao l ng tài : nh n m ng c m bi n vô n 40 Chuyên k thu t chuy n m ch TS : Lê Nh t Th ng n ng l ng d th$a c a mang M t giao th c th c t p trung vào vi c n i l"ng l ng n ng l ng d th$a c a n ng có th ch n m t ng truy n hi u qu h n c3ng ã c xu t., ( nh n a ng c dùng t ng xác th c c a m ng không dây WSN Ph ng pháp xu t h u hi u vi c chuy n d li u môi tr ng không tin c y ( xác th c c a m t m ng t ng b.ng cách phát tri n m t sô ng truy n t$ ngu n n ích b.ng cách g i gói tin nh m'i ng truy n Tuy nhiên s d!ng nhi u ng truy n d gây t+c ngh n m ng S cân b.ng c nghiên c u dùng m t hàm s ph! thu c vào a ng x+c su t l'i c a ng truy n có s5n Ý t &ng chia gói thông tin ban u thành gói nh" v g i m'i gói qua m t ng, k t qu cho th y cho dù m t s gói thông tin nh" ã b m t, tin ban u v n có th c h i ph!c Giao th c c3ng cho th y v i m t x+c su t l'i t i a nh t nh c a node, dùng nh n v i a ng cao h n giá tr t i u s t ng x+c su t l'i 2.3.2 "#nh n d!a yêu c u h&i áp: Trong lo i nh n này, node ích s chuy n m t yêu c u thông tin (sensing task) t$ m t node qua m ng m t node có thông tin s g i thông tin c yêu c u v cho node ã g i thông tin Thông th ng nh ng yêu c u c miêu t b.ng ngôn ng th ng ho*c ngôn ng yêu c u nâng cao Ví d!, khách h ng C1 có th g i yêu c u n node N1 vva2 h"i “Are there moving vehicles in battle space region 1?” T t c node có b1ng ch a thông tin c yêu c u nh n c yêu c u s g i thông tin l i Truy n tin tr c ti p m t ví d! c a lo i nh n Trong truy n tin tr c ti p, tr m g c g i m t tin interest n b c m bi n Khi tin interest c chuy n qua m ng c m bi n, ngu n g i thông tin theo gradient t o b&i tin interest ( gi m l ng n ng l ng s d!ng vi c t%ng h p thông tin c th c hiên thông tin ang c chuy n Giao th c nh n Rumour dùng m t t p h p agent v i tu%i th cao l p ng truy n n i tr c ti p events mà agent g*p ph i Khi ng truy n c a m t agent c+t ng truy n d n n m t event ch a có agent, agent s khai thác ng truy n ó l u vào b1ng nh n M'i node trì m t danh sách node lân c n m t b ng event c c p nh t m'i agent g*p m t event m i M%i node có th t t o agent theo x+c su t M'i agen bao g m m t b ng event ng hóa v i m'i node mà i n Agemt có tu%i th b.ng m t s b c nh y nh t nh M t node s không g i yêu c u tr h c c ng truy n c a event c yêu c u n u ng truy n th"a mãn yêu c u, node s g i m t yêu c u theo m t h ng ng u nhiên Sau ó, node i xem yêu c u có th n c ích m t kho ng th i gian nh t nh, r i s d!ng flooding n toàn network n u tr l i t$ ích 2.3.3: Giao th c d!a dàn x p: Các giao th c s d!ng b miêu t thông tin cao c p lo i b" truy n thông tin d th$a b.ng cách dàn x p Các quy t nh liên lác c3ng c a d a vào ngu n n ng l ng có s5n giao th c thu c SPIN ví d! c a lo i giao th c M!c nh b.ng cách dùng flooding phát tán thông tin s d n n tài ch ng chéo thông tin, v y node s nh n c m t thông tin nhi u l n Ph ng pháp t n nhi u n ng l ng trình thông tin tài : nh n m ng c m bi n vô n 41 Chuyên k thu t chuy n m ch TS : Lê Nh t Th ng gi ng c g i b.ng b c m bi n khác Các giao th c SPIN c thi t k phát tán thông tin c a m t b c m bi n n t t c b c m bi n khác cho r+ng nh ng b c m bi n u có th tr m g c v y, 9theo 9m t cách t%ng quát, nh n d a dàn x p t p trung làm gi m thông tin trùng l*p th$a b.ng cách s d!ng tin dàn x p tr c thông tin c truy n i 2.3.4: Gia th c d!a ch t l 'ng d#ch v : (Qos) ( nh n Ch nh b c (Sequential Assignment Routing –SAR) m t nh ng giao th c nh n cho WSNs u tinh gi i thi u v QoS quy t nh Các quy t nh c a SAR ph! thu c vào y u t : ngu n n ng l ng, ch t l ng d ch v! & m'i ng truy n gói tin u tiên ( tranh l'i ng truy n, ph ng pháp a ng c áp d!ng vào gi i kháp khôi ph!c ng truy n n i b c áp d!ng ( t o nhi u ng t$ m t node ngu n, m t n chia nhánh c phát tri n lúc tránh node v i m c n ng l ng th p ho*c thi u m b o v QoS Cu i trình m'i node s m t ph n c a n giao th c a ng v y SAR m t giao th c a ng d a vào b ng nh.m t c hi u qu v n ng l ng resilience V nguyên lí, SAR tính m t giá tr tr ng s QoS t%ng h p b.ng t%ng tích c a tiêu chí QoS m t h s liên quan n m c u tiên c a m t gói tin M!c tiêu c a thu t toán SAR gi m thi u giá tr QoS i c a m t m ng N u c u trúc m ng thay %i node b l%i, c n ph i tính toán l i n ng ( ng n ng$a l'i ng truy n, ng truy n c tính l i theo chu kì kích ho t b i tr m g c có th i phó c v i thay %i c a c u trúc mang M t th t!c b+t tay (handshake procedure) d a k ho ch ph!c h i n n i b gi a node lân c n c dùng ph!c h i sau l'i Ph!c h i l'i c ti n hành b.ng cách trì tính nh t quán c a b ng nh n gi a node g n ngu n node g n ích n K t qu mô ph"ng cho th y SAR ti t ki m nhi u n ng l ng h n thu t toán n ng l ng t i thi u (minimum-energy metric algorithm) – ch t p trung vào l ng n ng l ng tiêu hao c a m'i gói tin nh ng không xét n tính u ti n SAR trì h th ng a ng, nhi n, giao th c ch u nhi u thông tin th$a trì b ng tr ng thái & m'i node *c bi t có nhi u node M t giao th c nh n d a QoS cho WSNs có th cung c p m b o t$ u n cu i, s d!ng th i gian th c SPEED Giao th c yêu c u m'i node trì thông tin v node lân c n dùng chuy n tin d a vào v trí a lí nh n H n n a, SPEED c g+ng m b o m t t c nh t nh cho m'i gói tín m'i ng d!ng có th c l ng th i gian ch i t$ u n cu i b.ng cách chia quãng ng t$ n BS cho t c c c a gói tin tr c quy t nh nh t goi tin SPEED c3ng có th ng n ng$a ngh n m ng Tiêu chu#n nh n SPEED c g i Chuy n ti p d a vào a lí vô h ng (Stateless Geographic Non-deterministic Forwarding- SFNG) ph i h p v i tiêu chu#n khác l p m ng ; c tính th i gian ch & m'i node c tính m t ACK c nh n t$ m t node lân c n gi ng nh ph n h i c a m t gói d li u c chuy n n Khi nhìn vào giá tr c a th i gian ch , SNGF l a ch n node th"a mãn i u ki n v t c N u node b l'i, t< l chuy n (relay ratio) c a node ó s c ki m tra b.ng cách nhìn vào t< l l) (miss ratios) c a node lân c n node ó (các node không chuy n c tin & t c mong mu n ) c chuy n n SNGF Khi so sánh v i ( nh n Ngu n ng (Dynamic Source Routing- DSR) tài : nh n m ng c m bi n vô n 42 Chuyên k thu t chuy n m ch TS : Lê Nh t Th ng nh n không dây dùng vector theo yêu c u (ad-hoc on-demang vector routing) SPEED t hi u su t cao h n v m*t t l th i gian ch l) (delay and miss ratio) t%ng n ng l ng tiêu hao it h n thu t toán nh n n gi n 2.3.5 X( lí liên k t không liên k t ( Coherent and non-coherent processing) X lí d li u m t ph n quan tr ng tr nh v n hành c a m ng không d y Vì v y, công ngh nh n c3ng s d!ng nhi u công ngh x lí thông tin Nói t%ng quát, node c m bi n s ph i h p x lí lo i d li u khác m ng ví d! c a vi c x lí d li u x lí liên k t không liên k t nh n x lí không liên k t, nodes ch x lí d li u thô n i b tr c g i sang node khác ti p t!c x lí Các nodes x lí d li u c p cao g i b t%ng h p (aggregators) Trong nh n liên k t, d li u c chuy n n m t b t%ng h p sau c x lí t i thi u bao g m ánh d u th i gian, lo i b" thông tin ch ng théo ( nh n liên k t thích h p ti t ki m n ng l ng Các hàm s không liên k t có t i d li u nh" x lí liên k t làm vi c v i nhi u d li u nên c n n ng t i u có th t hi u qu v n ng l ng Trong x lí không liên k t, x lí thông tin bao g m pha: (1) nh n d ng ích n, thu h i d li u ti n x lí (preprocessing); (2)quy t nh thông báo tham gia x lí thông tin (3) ch nh node Trong giai o n m t ích n c nh n di n d li u c thu h i chu#n b x lí Khi m t node quy t nh tham gia ph i h p x lí thông tin s vào giai o n thông báo tham gia x lí thông tin Vi c c n ph i c làm s m t t t tc node có th bi t c c u trúc m ng giai o n giai o n ch n node hcinh1 Vì node c ch n th c hi n công vi c x lí d li u tinh vi h n, node c n có ngu n n ng l ng d tr kh n ng tính toán Single winner algorithm (SWE) c xu t cho nh n không liên k t m t node t%ng h p c ch n cho công o n x li ph c t p vi c ch n m t node d a vào l ng n ng l ng kh n ng tính toán c a node ó K t thúc SWE, m t n a ng (minimum-hop spanning tree) s ph toàn b m ng l i Multiple winner algorithm (MWE) c xu t cho nh n liên k t MWE m& r ng n gi n c a SWE Khi t t c node ngu n g i d li u n node t%ng h p trung tâm, m t l ng l n n ng l ng s b tiêu hao chi phí cho trình r t cao M t cách làm gi m chi phí v n ng l ng gi i h n s ngu n có th g i d li u Thay ch ghi l i t t c nh ng node t t nh t (master aggregator node), m'i node s nh l i nhi u nh t n nodes c a nh ng node K t thúc trình MWE, m'i b c m bi n có m t t p h p ng ti t ki m n ng l ng nh t n m'i node ngu n Sau ó SWE c dùng tìm node dùng t n n ng l ng nh t node s c ch n node tài : nh n m ng c m bi n vô n 43 Chuyên tài : k thu t chuy n m ch nh n m ng c m bi n vô n TS : Lê Nh t Th ng 44 Chuyên k thu t chuy n m ch TS : Lê Nh t Th ng B ng 2.3 : Tóm t t giao th c 2.4 K t lu%n ch ng Các giao th c nh n ngày c ng d!ng phát tri n r ng rãi nh.m ph!c v! cho nhu c u,m!c ích c a ng i Nó làm t ng tin c y h u ích cho vi c l a ch n vi c s d!ng c3ng nh ánh giá c xác h n tài : nh n m ng c m bi n vô n 45 Chuyên k thu t chuy n m ch TS : Lê Nh t Th ng K t lu n Các *c tính nh linh ng, chi phí th p, tri n khai nhanh chóng c a m ng c m bi n ã t o r t nhi u ng d!ng m i Trong t ng lai, ph m vi ng d!ng r ng l n s làm cho m ng c m bi n tr& thành m t ph n quan tr ng cu c s ng c a Tuy nhiên, vi c th c hi n m ng c m bi n c n ph i gi i quy t c v n v kh n ng ch ng l'i, nh c), chi phí, ph n c ng, thay %i c u hình , môi tr ng công su t Do nh ng gi i h n ch*t ch mang tính *c thù c a m ng c m bi n nên c n thi t ph i có k thu t m ng vô n *c bi t (ad-hoc) m i Ch n ng m ng c m bi n m t l nh v c m i, k t qu nghiên c u ch a nhi u nh ng ang r t c quan tâm phát tri n Nh ng k thu t có m!c tiêu chung kéo dài th i gian s ng c a m ng Các giao th c ch n ng c phân lo i d a vào c u trúc m ng g m có giao th c ch n ng ngang hàng, phân c p theo v trí Ngoài ra, giao th c ch n ng c phân lo i theo a ng, theo yêu c u, theo h"i/ áp theo QoS ph! thu c vào c ch ho t ng c a tài : nh n m ng c m bi n vô n 46 Chuyên k thu t chuy n m ch TS : Lê Nh t Th ng Tài li u tham kh o [1] W R Heinzelman, A Chandrakasan, and H Balakrishnan, “Energy-Efficient Communication Protocol for Wireless Microsensor Networks,” IEEE Proc Hawaii Int’l Conf Sys Sci., Jan 2000, pp 1–10 [2] F Ye et al., “A Two-Tier Data Dissemination Model for Large-Scale Wireless Sensor Networks,” Proc ACM/IEEE MOBICOM, 2002 [3] http://www.ieee802.org/15/ [4] Jamal N Al-Karaki and Ahmed E Kamal, “Routing Techniques in wireless sensor network: A survey”, IEEE Wireless Communications, December 2004 [5] Các k thu t phân nhóm m ng c m bi n vô n – TS.Lê Nh t Th ng, TS Nguy n Quý S tài : nh n m ng c m bi n vô n 47 [...]... ng vô tuy n • N ng l ng ho t ng lâu dài • Ph n m m i u khi n cho các ng d!ng Hình 1.12 : i u khi n ánh sáng trong phòng Qu n lý quá trình t! ng trong công nghi p : Hình 1.13 : Các ng d ng trong công nghi p tài : nh tuy n trong m ng c m bi n vô tuy n 16 Chuyên k thu t chuy n m ch TS : Lê Nh t Th ng Các ng d!ng trong s n xu t công nghi p g m i u khi n, qu n lý, hi u su t, và an toàn Các c m bi n *t trong. .. v i v tinh… tài : nh tuy n trong m ng c m bi n vô tuy n 12 Chuyên k thu t chuy n m ch Hình 1.7 : TS : Lê Nh t Th ng ng d ng WSNs trong an ninh qu c gia và lu t pháp Hình 1.8 : ng d ng c m bi n trong quân s Hình 1.8 a ra các ví d! v ng d!ng c m bi n trong quân s Các c m bi n trang b trên các ph ng ti n k thu t ph!c v! cho vi c giám sát các ho t ng c a chi n tr ng ng d ng trong giám sát xe c và thông... sát, ph n ng v i nh ng s ki n hay hi n t ng trong môi tr ng *c bi t nào ó h có th dùng m ng WSNs” tài : nh tuy n trong m ng c m bi n vô tuy n 17 Chuyên Ch k thu t chuy n m ch ng 2 : TS : Lê Nh t Th ng NH TUY N TRONG M NG C M BI N VÔ TUY N (WSN) 2.1 Gi i thi u Xét theo c u trúc m ng, nh tuy n trong WSNs có th c chia thành : nh tuy n ngang hàng ( nh tuy n ph1ng) – flat based routing, nh tuy n phân c p –... giao th c t ng tác M t lo i khác c a nh tuy n là giao th c nh tuy n k t h p, trong giao th c này, các node g i d li u n m t trung tâm n i d li u c t%ng h p và có th ti p t!c c x lý, vì v y gi m chi phí tuy n v m*t n ng l ng tiêu hao Hình 2.1 : Phân lo i tài : nh tuy n trong m ng c m bi n vô tuy n nh tuy n trong m ng c m bi n vô tuy n 18 Chuyên 2.2 k thu t chuy n m ch TS : Lê Nh t Th ng Các giao th c... Trong c hai mô hình, v i m t l ng n ng l ng nh nhau, nhi u ngu n d li u h n có th cn i v i m t BS Tuy nhiên, m%i mô hình s ho t ng t t h n v m*t t i u hóa n ng l ng tùy vào ng d!ng Vi c ti t ki m n ng l ng b.ng cách t%ng h p thông tin trong truy n tin tr c ti p có th c thay %i t ng m nh t ng quan v i các ho t ng trong nh ng s ki n ã c cám ng Hình 2.3 : Hai mô hình s d ng trong ki u tài : nh tuy n trong. .. node trong nhóm Khuy t i m chính c a ph ng pháp này là n u các ng )ng không n c node trong nhóm, các node này không th liên l c c v i nhau và thông tin s không c truy n n ng i dùng., Các node liên t!c c m bi n môi tr ng xung quanh Trong l n u tiên m t thông s trong thu c tính nh ra giá tr c a hard threshold, node s kích ho t b truy n tin và g i nh ng d li u c m nh n c giá tr c m bi n s c l u trong. .. nhiên trong các nhánh c a m t th c dùng h' tr giao th c v i các l'i và vi c phát tin Ph ng pháp này gi ng cách dùng m ng l i o Trong ph ng pháp này node c m bi n có th c xác nh n m t cách bi t l p trong nh tuy n c yêu c u H n n a, thu t toán này làm phát sinh m t chi phí nh" duy trì b ng nh tuy n và duy trì các c p b c nh tuy n n ng l ng c n thi t cho vi c 32 tài : nh tuy n trong m ng c m bi n vô tuy... dùng n Càng nhi u node trong tr ng thái ngh thì s ti t ki m c càng nhi u n ng l ng Vi c t o ra l ch ngh c a m'i node trong m t vùng nh" c3ng có nh ng khuy t i m mà chúng ta s xem xét trong ph n sau M t s giao th c nh ti n d a vào v trí bao g m: a) Giao th c truy n thông tin trung th c d a trên v trí a lý (Geographic adaptive fidelity (GAF): tài : nh tuy n trong m ng c m bi n vô tuy n 36 ... cách khác có th chia mô hình theo 2 d ng h p tác ( cooperative) và b t h p tác (noncooperative) Trong d ng h p tác các node chuy n ti p thông tin cho các node lân c n Còn trong d ng b t h p tác, các node truy n thông tin tr c ti p lên trung tâm mà không qua các node lân c n tài : nh tuy n trong m ng c m bi n vô tuy n 11 Chuyên k thu t chuy n m ch TS : Lê Nh t Th ng Hình 1.6 :Các node theo mô hình h p... ph i giao thông ho*c cho các m!c ích khác tài : nh tuy n trong m ng c m bi n vô tuy n 13 Chuyên k thu t chuy n m ch TS : Lê Nh t Th ng Hình 1.9 : H th ng c m bi n trên các ng cao t c 1.3.4 Các ví d v ng d ng d ng 2 WSN ( C2WSN): Các ng d!ng d ng này dùng mo hình i m- i m ( hay mô hình sao), v i các liên k t n vô tuy n nh tuy n t nh C2WSN ng d!ng trong i u khi n t ng các tòa nhà, công nghi p, y t , i