Bài tập nhóm sở kỹ thuật mạng truyền thông Mục lục Nhóm Bài tập nhóm sở kỹ thuật mạng truyền thông Danh mục hình vẽ bảng Nhóm Bài tập nhóm sở kỹ thuật mạng truyền thông LỜI NÓI ĐẦU Trong năm gần đây, công nghệ truyền thông đạt bước phát triển ấn tượng đóng vai trò thiết yếu sống người Chính phát triển nhanh chóng công nghệ làm cho hoạt động trao đổi thông tin trở thành đặc trưng xã hội đại Tuy nhiên, xã hội tiến nhu cầu người ngày phong phú khắt khe Để đáp ứng tốt yêu cầu đó, đòi hỏi người lĩnh vực nghiên cứu khoa học phải không ngừng sáng tạo để tìm giải pháp công nghệ mới, đáp ứng tốt nhu cầu xã hội, mà định hướng cho ứng dụng tương lai Sự đời mạng cảm biến không dây WSN đánh giá ví dụ điển hình giải pháp công nghệ Mạng WSN có ưu vượt trội khả ứng dụng phong phú, chi phí triển khai thấp nút mạng có giá thành rẻ, tiêu thụ lượng đảm bảo khả cảm biến truyền thông tốt Tuy nhiên, hệ thống có tính linh hoạt ứng dụng rộng rãi phải đối mặt với nhiều thách thức, WSN ngoại lệ Một thách thức lớn mạng cảm biến nguồn lượng nút cảm biến bị giới hạn nạp lại Để giải vấn đề đó, nay, nhiều hướng nghiên cứu tập trung vào việc tìm giải pháp để cải thiện khả sử dụng hiệu nguồn lượng cho mạng cảm biến đáng ý phương pháp sử dụng giao thức định tuyến phù hợp Kết nhiều giao thức định tuyến đưa ra, đó, giao thức định tuyến phân cấp đánh giá hiệu Do đó, nhóm chọn đề tài nghiên cứu “Giao thức định tuyến LEACH mạng cảm biến không dây” Trong đề tài, nhóm chúng em đặc biệt trọng nghiên cứu cách thức hoạt động giao thức LEACH, đặc điểm trội giao thức LEACH đồng thời nêu điểm hạn chế tồn Sau đưa biện pháp, giao thức cải tiến LEACH Phần đề tài nêu ba chương: Chương I: Tổng quan mạng cảm biến không dây Chương đưa nhìn tổng quan WSN, bao gồm khái niệm, cấu trúc, đặc điểm, thách thức, yêu cầu ứng dụng WSN Chương II: Khảo sát số giao thức định tuyến mạng cảm biến không dây Chương giới thiệu số giao thức định tuyến sử dụng phổ biến ứng dụng WSN Chương III: Giao thức định tuyến LEACH Chương tập trung vào phân tích hoạt động thuật toán giao thức LEACH Từ đó, đánh giá ưu điểm, nhược điểm đề suất số giao thức LEACH cải tiến Do kiến thức khả chúng em hạn chế nên đề tài không tránh khỏi thiếu sót, chúng em mong nhận góp ý cô bạn sinh viên để Nhóm Bài tập nhóm sở kỹ thuật mạng truyền thông nội dung đề tài hoàn thiện Hà Nội, ngày 08 tháng 03 năm 2015 Nhóm sinh viên Nhóm Bài tập nhóm sở kỹ thuật mạng truyền thông CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ MẠNG CẢM BIẾN KHÔNG DÂY Trong năm gần đây, nhiều mạng cảm biến không dây phát triển triển khai cho nhiều ứng dụng khác như: theo dõi thay đổi môi trường, khí hậu, giám sát mặt trận quân sự, phát thám việc công hạt nhân, sinh học hoá học, chuẩn đoán hỏng hóc máy móc, thiết bị, theo dấu giám sát bác sỹ, bệnh nhân quản lý thuốc bệnh viên, theo dõi điều khiển giao thông, phương tiện xe cộ Hơn với tiến công nghệ gần hội tụ hệ thống công nghệ kỹ thuật vi điện tử, công nghệ nano, giao tiếp không dây, công nghệ mạch tích hợp, vi mạch phần cảm biến, xử lý tính toán tín hiệu tạo cảm biến có kích thước nhỏ, đa chức năng, giá thành thấp, công suất tiêu thụ thấp, làm tăng khả ứng dụng rộng rãi mạng cảm biến không dây Chương giới thiệu tổng quan mạng cảm biến không đây, bao gồm khái niệm, đặc điểm, cấu trúc mạng, mô hình phân lớp, quản lý lượng, ứng dụng mạng cảm biến không dây đời sống 1.1 Khái niệm Một mạng cảm biến không dây (Wireless Sensor Network) mạng bao gồm nhiều nút cảm biến nhỏ có giá thành thấp, tiêu thụ lượng ít, giao tiếp thông qua kết nối không dây, có nhiệm vụ cảm nhận, đo đạc, tính toán nhằm mục đích thu thập, tập trung liệu để đưa định toàn cục môi trường tự nhiên Mạng cảm nhận không dây(WSN) mạng sử dụng phương thức truyền nhận sóng vô tuyến mà nút mạng tích hợp vi điều khiển cảm biến Tóm lại khái niệm mạng cảm nhận không dây dựa công thức đơn giản sau: Cảm biến + CPU + sóng vô tuyến = WSN Những nút cảm biến nhỏ bé bao gồm thành phần: Các vi xử lý nhỏ, nhớ giới hạn,bộ phận cảm biến, thu phát không dây, nguồn nuôi Kích thước cảm biến thay đổi từ to hộp giấy nhỏ hạt bụi, tùy thuộc vào ứng dụng Khi nghiên cứu mạng cảm biến không dây, đặc điểm quan trọng then chốt thời gian sống cảm biến giới hạn lượng chúng Các nút cảm biến yêu cầu tiêu thụ công suất thấp Các nút cảm biến hoạt động có giới hạn nói chung thay nguồn cung cấp Do đó, mạng truyền thông tập trung vào đạt dịch vụ chất lượng cao, giao thức mạng cảm biến phải tập trung vào bảo toàn công suất 1.2 Đặc điểm mạng cảm biến không dây Thiết kế mô hình mạng WSN chung để đáp ứng hàng loạt ứng dụng vô khó khăn, đó, với loại ứng dụng cụ thể, phải thiết kế kiểu mạng WSN phù hợp với Tuy nhiên, trình thiết kế, lại, WSN có số đặc điểm như: - Chất lượng dịch vụ: Thông thường, thông số chất lượng dịch vụ truyền thống (thường bắt nguồn từ ứng dụng đa phương tiện) như: giới hạn độ trễ băng thông tối thiểu yêu cầu quan trọng WSN Tuy nhiên, số trường hợp, việc truyền gói tin theo chu kỳ lại đặt Nhóm Bài tập nhóm sở kỹ thuật mạng truyền thông - - - - lên hàng đầu, số trường hợp khác, độ tin cậy thông tin, trễ,… lại vấn đề quan trọng Khả chịu lỗi: Yếu tố đặc biệt quan trọng WSN phải có khả xử lý vấn đề như: nút hết lượng bị hỏng, truyền thông vô tuyến hai nút bị ngắt Thời gian sống: Trong hầu hết kịch bản, nút cảm biến hoạt động nhờ vào nguồn cung cấp lượng có giới hạn (sử dụng pin) Việc thay nguồn lượng nút thực tế thường không thực được, đồng thời, mạng WSN phải trì khoảng thời gian yêu cầu lâu tốt Do đó, thời gian sống mạng WSN trở thành vấn đề quan trọng Khả mở rộng: Mạng WSN bao gồm số lượng lớn nút cảm biến, đó, kiến trúc giao thức mạng áp dụng phải có khả mở rộng dễ dàng Khả trì: Cả môi trường hoạt động WSN thân luôn thay đổi, đó, hệ thống phải có khả thích nghi tốt Điều đòi hỏi phải có chế giám sát trạng thái nút để điều chỉnh thông số hoạt động (ví dụ chấp nhận cung cấp liệu với chất lượng nguồn lượng yếu) Theo hướng này, mạng lưới phải tự bảo trì tương tác với chế bảo trì bên để đảm bảo hoạt động đáp ứng tiêu chuẩn yêu cầu 1.3 Cấu trúc mạng cảm biến Một mạng cảm biến không dây thường có thành phần sau: - Các nút cảm biến phân bố cách ngẫu nhiên, tập trung phân tán mô hình mạng - Mạng lưới liên kết nút cảm biến lại với nhau: Hữu tuyến vô tuyến - Điểm trung tâm tập hợp liệu ( Clustering ) - Bộ phận xử lí liệu trung tâm Ngoài ra, yếu điểm hạn chế liên quan đến thời gian tồn mạng cảm biến không dây nguồn lượng giới hạn phục vụ cho hoạt động nút cảm biến triển khai mạng Để đạt hiệu sử dụng lượng cao trì thời gian hoạt động lâu dài mạng, nút cảm biến thường tổ chức phân bậc cách gộp chúng lại thành cụm riêng biệt mà số liệu thu thập xử lý nội nút (cluster head nodes) trước chúng gửi trạm gốc Cấu trúc mạng cảm biến không dây phân cụm minh họa hình vẽ Nhóm 11 Bài tập nhóm sở kỹ thuật mạng truyền thông Hình 1: Cấu trúc mạng cảm biến không dây phân cụm Như vậy, việc phân cụm hình thành nên cấu trúc phân cấp mức mà nút chủ hình thành nên bậc cao nút thành viên cụm thuộc bậc thấp Lưu ý rằng, nút nhóm không truyền số liệu mà chúng thu thập trực tiếp trạm gốc mà phải thông qua nút chủ cụm Nút chủ có nhiệm vụ: - Điều phối hoạt động nút nhóm thu thập số liệu nút (Vì nút tạo số liệu trùng lặp thừa Số liệu giống từ nhiều nút tập hợp lại, xếp, lọc loại bỏ số liệu thừa trùng lặp với mục đích giảm số lần truyền dẫn) - Truyền trực tiếp số liệu tập hợp, tinh lọc trạm gốc thông qua truyền dẫn nhiều chặng (multi-hop) nghĩa qua nút khác 1.4 Mô hình phân lớp mạng cảm biến không dây Mô hình phân lớp mạng cảm nhận không dây bao gồm lớp: Lớp ứng dụng, lớp vận chuyển, lớp mạng, lớp liên kết liệu lớp vật lý Trong lớp vận chuyển đảm bảo luồng liệu lớp ứng dụng yêu cầu, lớp mạng hỗ trợ định tuyến cho lớp vận chuyển truyền liệu đa bước, thủ tục thâm nhập môi trường lớp liên kết liệu nhằm hạn chế xung đột với nút hàng xóm, cuối lớp vật lý đảm nhận truyền nhận gói tin cách hiệu Trong nội dung tập nhóm tìm hiểu lớp mô hình phân lớp mạng WSN, lớp vật lý, lớp liên kết liệu, mạng nhằm phục vụ cho việc tìm hiểu giao thức định tuyến lớp mạng trình bày chương Nhóm 13 Bài tập nhóm sở kỹ thuật mạng truyền thông Ứng dụng Vận chuyển Mạng Liên kết liệu Vật lý Hình 2: Mô hình phân lớp mạng WSN 1.4.1 Lớp vật lý Chịu trách nhiệm lựa chọn tần số, hát tần số sóng mang, điều chế, lập mã tách sóng Một vài đặc điểm quan trọng lớp vật lý mạng cảm nhận là: + Tiêu thụ lượng thấp + Truyền công suất thấp tương ứng với khoảng cách truyền ngắn + Phần cứng hoạt động chế độ tiết kiệm lượng + Tốc độ liệu thấp từ vài chục tới vài trăm kilobits giây + Cấu tạo đơn giản giá thành rẻ + Có khả chịu đựng thay đổi môi trường cao 1.4.2 Lớp liên kết liệu Chịu trách nhiệm ghép luồng liệu, dò khung liệu, điều khiển lỗi truy nhập môi trường Nó đảm bảo giao tiếp điểm - điểm, điểm - đa điểm tin cậy Môi trường có tạp âm nút cảm biến di động nên giao thức điều khiển truy nhập môi trường (MAC) phải xét đến vấn đề công suất phải có khả tối thiểu hoá việc va chạm với thông tin quảng bá nút lân cận 1.4.3 Lớp mạng Lớp mạng quan tâm đến định tuyến liệu cung cấp lớp truyền tải Việc định tuyến mạng cảm biến ẩn chứa nhiều thách thức mật độ nút dày đặc, lượng hạn chế, tính không đồng khả năn xử lý, liên kết, lượng… Do thiết kế lớp mạng mạng cảm biến hải tuân thủ nguyên tắc sau: Tính hiệu mặt lượng phải đặt lên hàng đầu Các mạng cảm biến gần tập chung liệu Tích hợp liệu giao thức mạng Phải có chế địa theo thuộc tính biết vị trí Nhận biết thuộc tính mạng, tính đồng nhất, không đồng Nhìn chung, lớp mạng chia thành ba loại dựa vào cấu trúc mạng định tuyến ngang hàng, định tuyến phân cấp , định tuyến dựa theo vị trí Về mặt hoạt động, chúng chia thành định tuyến dựa đa đường (multipath-based), định tuyến theo truy vấn (query- based), định tuyến negotiation-based, định tuyến theo chất lượng dịch vụ (QoS-based), định tuyến kết hợp (coherent-based) • • • • • Nhóm 15 Bài tập nhóm sở kỹ thuật mạng truyền thông 1.5 Quản lý lượng thiết bị 1.5.1 Chế độ hoạt động lượng tiêu thụ Như phần trình bày lượng mạng cảm biến không dây vấn đề đặc biệt quan trọng điều khiển tiết kiệm lượng vấn đề quan tâm, lượng tiêu thụ chủ yếu hoạt động vi điều khiển, thiết bị vô tuyến, phần nhớ phụ thuộc vào kiểu cảm biến Chế độ hoạt động thành phần nút mạng chế độ tiết kiệm lượng quan tâm xây dựng nút mạng, ví dụ với vi điều khiển chế độ “rỗi” hay “ngủ”, với thiết bị vô tuyến truyền nhận bật hay tắt chế độ truyền, cảm biến hay nhớ bật hay tắt 1.5.2 Tiết kiệm lượng vi điều khiển Phụ thuộc chủ yếu vào công nghệ chế tạo nhà sản xuất chương trình ứng dụng chạy vi điều khiển, bao gồm điều khiển chế độ hoạt động tốc độ xử lý vi điều khiển tương ứng với yêu cầu liệu cần xử lý, thuật toán xử lý ứng dụng giảm đáng kể số phép toán cần thực 1.5.3 Tiết kiệm lượng nhớ Bộ nhớ phổ biến mạng cảm nhận thường Flash RAM, thực tế lượng tiêu thụ nhớ tương ứng với lượng tiêu thụ vi điểu khiển Thời gian đọc liệu lượng tiêu thụ tương ứng với loại nhớ, thời gian ghi lượng tiêu thụ lúc ghi phức tạp chút phụ thuộc vào loại liệu 1.5.4 Tiết kiệm lượng truyền nhận vô tuyến Đây hoạt động tiêu tốn nhiều lượng mạng cảm nhận, tương tự vi điều khiển truyền nhận vô tuyến hoạt động chế độ khác (bật – tắt) chế độ tắt chiếm đa số thời gian, hoạt động kích hoạt tiết kiệm đáng kể lượng Trong chế độ truyền phần lượng sử dụng để phát sóng vô tuyến, phụ thuộc chủ yếu vào loại điều chế, khoảng cách truyền, kĩ thuật lọc, đồng tần số Tương tự chế độ truyền, chế độ nhận chuyển trạng thái tắt - bật, thường chế độ truyền nhận sử dụng đan xen nhau, ví dụ thí nghiệm khóa luận truyền nhận luân phiên nhau, với trạm sở chế độ chủ yếu nhận, chế độ truyền hoạt động yêu cầu thủ tục xây dựng lại tuyến thủ tục yêu cầu nhận liệu từ nút sở 1.5.5 Tiết kiệm lượng cảm biến Đây vấn đề quan trọng cần quan tâm tiết kiệm lượng mạng không dây đa dạng thiết bị này, việc lựa chọn cảm biến, giao diện kết nối 1.5.6 Mối liên hệ việc tiền xử lý truyền – nhận liệu Sau có nhìn khái quát lượng tiêu thụ vi xử lý truyền nhận liệu câu hỏi đặt là: kết hợp việc xử lý liệu truyền liệu để tiết kiệm lượng ? Ví dụ: liệu mà ta nhận nút mạng thường dạng thô, ta gửi liệu trạm gốc mà không xử lý trước kích thước liệu lớn, kéo theo loạt nút khác phải truyền – nhận lượng liệu lớn dẫn tới tiêu tốn nhiều nút Kết lượng Nhóm 17 Bài tập nhóm sở kỹ thuật mạng truyền thông tiêu thụ truyền liệu chưa xử lý lớn nhiều lượng mà nút sử dụng để xử lý liệu thô trước truyền Việc lựa chọn có xử lý liệu thô trước truyền hay không thường dựa loại ứng dụng (loại liệu), kích thước mạng, phương pháp tiền xử lý thường sử dụng mạng có kích thước lớn 1.6 Những thách thức mạng cảm biến Những khó khăn thiết kế phần cứng, giao thức truyền thông ứng dụng vấn đề để triển khai mạng cảm biến thành thực Duy trì đời sống mạng cảm biến xây dựng mô hình mạng thông minh hai thách thức chung, thách thức là: - Cấu trúc liên kết mạng cảm biến thay đổi thường xuyên - Mạng cảm biến sử dụng mô hình truyền thông quảng bá, khác với hầu hết mạng - - khác thường dựa cách truyền thông sở point to point Mạng cảm biến hạn chế lượng, khả tính toán phần cứng Các thiết bị mạng cảm biến dễ bị hủy hoại/chết Thiết bị mạng cảm biến chung chuẩn nhận dạng toàn cầu số lượng lớn Mạng cảm biến triển khai với số lượng nút lớn dẫn đến xung đột (va chạm mặt truyền thông) gây tắc nghẽn mạng Để tránh va chạm mạng cảm biến có quy định phạm vi truyền dẫn thời gian truyền dẫn riêng Với thiết bị tùy biến có khả di động yêu cầu hệ thống có khả nhận dạng phản ứng với di chuyển Sự thay đổi điều kiện môi trường yêu cầu hệ thống có thay đổi để thích hợp 1.7 Những yêu cầu chung mạng cảm biến Mạng cảm biến có yêu cầu sau: - Số lượng thiết bị cảm biến lớn: Sử dụng thiết bị giá rẻ kích thước nhỏ nên số lượng thiết bị tham gia vùng mạng lên tới hàng ngàn nút Khả mở rộng quản lý số lượng lớn thiết bị điện vấn đề quan trọng Phân cụm giải pháp vấn đề Mạng phân thành cụm bầu nút để quản lý nhóm - Sử dụng lượng thấp: Trong nhiều ứng dụng, số nút cảm biến triển khai vị trí xa khả phục vụ nút không tốt Do tuổi đời nút ngắn, tuổi đời nút xác định tuổi thọ pin, đòi hỏi phải tiêu hao lượng mức tối thiểu (sạc lượng cho số lượng nút cảm biến nhiều thời gian tốn nên không khả thi) - Sử dụng hiệu nhớ nhỏ: Khi xây dựng mạng cảm biến, yêu cầu lưu trữ, tính toán thông tin bảng định tuyến, chép liệu, an ninh yêu cầu nhớ thiết bị cảm biến có kích thước nhỏ có dung lượng thích hợp - Tập hợp, thu thập liệu: Số lượng lớn nút cảm biến gây tắc nghẽn mạng thông tin Để giải điều yều cầu nút chủ cụm mạng cảm biến Nhóm 19 Bài tập nhóm sở kỹ thuật mạng truyền thông hoạt động dẫn đến tất nút cụm khả trao đổi thông tin Hình 13: Giao thức LEACH Vì vậy, LEACH thực ngẫu nhiên quay vòng vai trò nút chủ tất nút mạng để tránh tiêu hao lượng số nút cố định nhằm kéo dài tuổi thọ nút Bằng cách này, phần lượng tiêu hao gắn liền với cụm đầu phân phối đồng nút Khi nút chủ biết tất nút thành viên cụm nó, gửi lịch trình TDMA để thông báo cho nút xác thời gian thực nhiệm vụ cảm biến truyền liệu đến nút chủ Cơ chế cho phép nút thông thường tồn trạng thái nghỉ (Sleep State) phần lớn thời gian, đến thời điểm phải thực nhiệm vụ cảm biến gửi liệu nút phải hoạt động Hơn nữa, dùng tin TDMA cho việc truyền liệu giúp tránh tượng xung đột (collision) xảy cụm Nhóm 53 Bài tập nhóm sở kỹ thuật mạng truyền thông Hình 14: Thời gian hiển thị hoạt động LEACH 3.2 Hoạt động LEACH Phần trình bày khái quát ý tưởng chế hoạt động giao thức định tuyến LEACH, phần tập trung nghiên cứu chi tiết cụ thể hoạt động LEACH Hoạt động LEACH chia thành vòng (round), vòng bắt đầu với pha thiết lập (set-up phase ), diễn trình chọn nút chủ thành lập cụm Sau pha thiết lập pha ổn định (steady-state phase), pha này, xảy trình truyền liệu đến nút chủ đến trạm gốc (base station) Để giảm lượng tin mào đầu mạng pha ổn định phải dài so với pha thiết lập Hình 15: Trạng thái pha LEACH 3.2.1 Pha thiết lập Mỗi vòng hoạt động LEACH bắt đầu pha thiết lập, pha thiết lập, bước lựa chọn nút chủ cụm a, Lựa chọn nút chủ Khi bắt đầu vòng giao thức LEACH, nút cảm biến tự định có hay không trở thành nút chủ vòng hoạt động Cơ sở để nút đưa định vào tỷ lệ phần trăm mong muốn trở thành nút chủ mạng (P) số lần nút trở thành nút chủ tính thời điểm Mỗi nút mạng lựa chọn giá trị ngẫu nhiên (S) khoảng Nếu giá trị thấp giá trị ngưỡng T(n), nút trở thành nút chủ vòng tại, ngược lại, S lớn P nút nút thông thường Giá trị ngưỡng T(n) xác định công thức: T(n)= p/1-p ×( r mod (p-1) ) (3) Trong đó: p = tỉ lệ phần trăm mong muốn trở thành nút chủ mạng r vòng Nhóm 55 Bài tập nhóm sở kỹ thuật mạng truyền thông Sử dụng ngưỡng này, nút trở thành nút chủ lần chu kỳ 1/p vòng Cứ hết chu kỳ 1/p vòng, tất nút thiết lập lại giá trị ngẫu nhiên S để bắt đầu chu kỳ Sau vòng, giá trị T(n) tăng lên lượng p sau 1/p-1 vòng T(n)=1, nút chưa trở thành nút chủ 1/p vòng gần chắn phải đảm nhận vai trò nút chủ vòng Như vậy, sau 1/p vòng, tất nút mạng đủ điều kiện để trở thành nút chủ lần b, Thiết lập cụm Sau định trở thành nút chủ cho vòng tại, nút chủ phát quảng bá tin quảng bá (ADV) cho nút lân cận Bản tin tin nhỏ chứa ID nút chủ tiêu đề để phân biệt tin tin thông báo Nút nút chủ phải giữ thu suốt thời gian diễn pha thiết lập để lắng nghe tin quảng bá nút chủ Những nút nút chủ định nằm cụm việc chọn xem nút chủ yêu cầu chi phí lượng giao tiếp thấp dựa cường độ tín hiệu nhận từ tin quảng bá Giả sử kênh truyền đối xứng, nút chủ có tin quảng bá lắng nghe với cường độ tín hiệu lớn nút cần lượng cho việc truyền thông Hình 16: Lưu đồ thuật toán pha thiết lập LEACH c, Phân bổ khe thời gian Trong LEACH, nút chủ hoạt động khối điều khiển trung tâm cục để xử lý liệu gửi từ nút cụm mà làm nút chủ Nút chủ thiết lập lịch trình TDMA truyền tới nút cụm Cơ chế đảm bảo xung Nhóm 57 Bài tập nhóm sở kỹ thuật mạng truyền thông đột xảy cho phép nút nút chủ hoạt động liên tục, mà hoạt động đến khe thời gian phân bổ, lại, nút chuyển sang trạng thái nghỉ (Sleep State) Như vậy, sử dụng TDMA tiết kiệm lượng cho nút cảm biến Khi tin TDMA truyền đến tất nút cụm, pha thiết lập hoàn thành bắt đầu pha ổn định (steady state phase) 3.2.2 Pha ổn định Hoạt động pha truyền liệu (pha ổn định) chia thành khung (Frame) Mỗi nút chuyển sang trạng thái hoạt động để gửi liệu tới nút chủ lần khung khe thời gian mà phân bổ Khe thời gian nút cố định vòng, đến khe thời gian nút tiến hành cảm biến truyền liệu tới nút chủ Số khe thời gian khung liệu phụ thuộc vào số lượng nút cụm Tức có nút cụm (trừ nút chủ) có nhiêu khe thời gian Trong giao thức định tuyến LEACH, số cụm mong muốn vòng (K) xác định P nhân với tổng số nút mạng, LEACH lại chế đảm bảo có xác K cụm hình thành vòng Thêm vào đó, pha thiết lập, không đưa tham số vị trí vào trình lựa chọn nút chủ, nên không đảm bảo số lượng nút cụm, đó, số nút cụm khác liệu mà nút gửi đến nút chủ phụ thuộc vào số nút cụm Hình 17: Sơ đồ thuật toán pha ổn định LEACH Để giảm tiêu thụ lượng, nút nút chủ điều khiển công suất phát dựa cường độ tin quảng bá nhận từ nút chủ Kênh phát sóng nút trạng thái nghỉ khe thời gian Nút chủ lưu trữ liệu mà nút cụm gửi đến Khi nhận hết liệu từ tất nút thành viên, nút chủ tiến hành xử lý liệu cục bộ, mức độ xử lý liệu khác nhau, nén, Nhóm 59 Bài tập nhóm sở kỹ thuật mạng truyền thông tính toán, tổng hợp liệu… phụ thuộc vào yêu cầu ứng dụng Dữ liệu tổng hợp, sau đó, gửi tới BS Khoảng cách từ nút chủ tới BS xa kích cỡ tin liệu thường lớn, đòi hỏi nhiều lượng tiêu thụ trình truyền từ nút chủ tới trạm gốc Hình 18: Hoạt động pha ổn định LEACH Hình 18 hoạt động LEACH vòng, từ cụm hình thành pha thiết lập, trình hoạt động pha ổn định liệu truyền từ nút tới nút chủ truyền đến BS Môi trường truyền dẫn WSN vô tuyến, đó, trình truyền tín hiệu cụm ảnh hưởng đến cụm gần Ví dụ hình sau, nút A truyền liệu kênh vô tuyến đến nút B, làm ảnh hưởng đến nút C Hình 19: Nhiễu vô truyến nút cảm biến Để giảm thiểu tác động không mong muốn cụm, cụm giao thức định tuyến LEACH sử dụng phương pháp đa truy nhập phân chia theo mã CDMA (Code Division Multiple Access) Một cụm có mã trải phổ (spread code) nhất, tất nút cụm truyền liệu tới nút chủ phải dùng mã trải phổ nút chủ lọc liệu gửi từ nút có mã trải phổ với Nút chủ gửi liệu tới BS sử dụng mã trải phổ cố định, dùng chế CDMA để tránh xảy xung đột với nút chủ khác Tuy kênh truyền vô tuyến, nút chủ có liệu để gửi tới BS, phải lắng nghe xem có nút chủ phát liệu không Nếu nút phát tiến hành truyền liệu tới BS, có nút phát liệu nút phải đợi Nhóm 61 Bài tập nhóm sở kỹ thuật mạng truyền thông 3.2.3 Tổng hợp liệu Tổng hợp liệu mạng cảm biến giúp loại trừ thông tin dư thừa, trùng lặp để thu thông tin có ích môi trường cảm biến Quá trình tổng hợp liệu thực trạm gốc thực nút chủ cụm mức độ khác tùy thuộc vào yêu cầu mạng tương quan lượng tiêu thụ để tổng hợp liệu so với lượng sử dụng để truyền thông tin Khi mà lượng cho truyền tin lớn hơn, thực xử lý liệu cục nút chủ giúp giảm lượng tiêu thụ toàn hệ thống, có liệu phải truyền trạm gốc 3.2.4 Nhóm phân cấp (Hierarchical Clustering) LEACH mở rộng thông qua thiết lập nhóm phân cấp Trong trường hợp mạng lớn, số lượng nút cảm biến nhiều, nút chủ không truyền thông trực tiếp với trạm gốc, mà phải thông qua nút chủ có mức phân cấp cao (super-clusterhead), trình tiếp tục lớp cao sơ đồ phân cấp, đây, liệu truyền đến trạm gốc Trong mạng lớn, phân cấp rõ ràng mang lại hiệu cao việc tiết kiệm lượng tiêu thụ nút chủ Hình 20: Mô hình mạng cảm biến super-cluster 3.3 Ưu, nhược điểm giao thức LEACH Những phần đề cập đến LEACH, giao thức định tuyến dựa chế phân cụm nhằm tối thiểu hóa lượng tiêu hao cách phân bổ khả lựa chọn làm nút chủ cho tất nút mạng Tại thời điểm khác nhau, nút có vai trò khác nhau, đó, sử dụng lượng khác Nhưng số lần đóng vai trò nút chủ tất nút mạng chu kỳ nhau, nhờ đặc điểm mà LEACH phân bổ lượng tiêu thụ mạng, lượng tiêu thụ chủ yếu tập trung nút chủ Từ đó, rút số ưu điểm LEACH sau: - Đơn giản: Trong giao thức định tuyến LEACH, nút cảm biến tự tiến hành định nút chủ phân bổ cụm, không đòi hỏi thông tin điều khiển từ trạm gốc Nhóm 63 Bài tập nhóm sở kỹ thuật mạng truyền thông nút không yêu cầu hiểu biết toàn cấu hình mạng Ưu điểm giảm gánh nặng cho trạm gốc lượng tin mào đầu truyền mạng - Phân bố lượng tiêu thụ cho nút mạng: Với việc sử dụng ngưỡng định T(n) giá trị ngẫu nhiên có phân bố S, xét mặt lý thuyết, thời gian dài thuật toán LEACH phân bố vai trò làm nút chủ cho tất nút thông qua đó, gián tiếp làm cho lượng tiêu thụ nút gần tương đương Bên cạnh ưu điểm trên, giao thức định tuyến LEACH nhược điểm sau: - Số cụm vòng không cố định: Nút mạng sử dụng giá trị ngẫu nhiên S ngưỡng T(n) để tự định có trở thành nút chủ vòng hay không, đó, thuật toán LEACH chế để đảm bảo số lượng cụm vòng Nhược điểm dẫn đến hậu có vòng cụm hình thành, vòng khác lại có nhiều cụm, từ đó, liệu gửi tới trạm gốc bị gián đoạn - Xác định nút chủ không vào lượng lại: Một ưu điểm LEACH phân bố vai trò làm nút chủ chu kỳ cho tất nút mạng, nhiên, trường hợp mạng lớn, khoảng cách từ nút đến trạm gốc chênh lệch nhiều, đó, lượng lượng tiêu hao trở thành nút chủ khác xa nhau, LEACH lại không vào lượng lại để lựa chọn nút chủ, mà vào số lần trở thành nút chủ vòng trước Nhược điểm làm cho nút xa trạm gốc lượng sớm - Phân bổ cụm không hiệu quả: Quá trình chọn nút chủ phân bổ cụm hoàn toàn không quan tâm tới vị trí nút mạng nên có nhiều trường hợp hai nút chủ nằm cạnh nhau, tạo nên hai cụm chồng lấn lên nhau, ảnh hưởng đến hiệu mạng 3.4 Một số giao thức LEACH cải tiến Như phần trình bày, ưu điểm giao thức LEACH tồn nhiêu nhược điểm Do đó, nhiều nhà nghiên cứu đề xuất giao thức LEACH cải tiến để khắc phục số lỗi LEACH Phần nêu số giao thức LEACH cải tiến 3.4.1 A-LEACH (Angled Low Energy Adaptive Clustering Hierarchy) Động lực để phát triển A-LEACH nhằm giảm tắc nghẽn băng thông phát sinh trạm gốc Trong giao thức này, pha hình thành cụm lựa chọn nút chủ diễn giống giao thức LEACH Giao thức giả định có số nút không thuộc cụm hoạt động mạng Những nút truyền Nhóm 65 Bài tập nhóm sở kỹ thuật mạng truyền thông trực tiếp liệu mà thu nhận tới sink, điều gây tượng tắc ghẽn băng thông nút sink ảnh hưởng đến việc sử dụng hiệu lượng Giao thức A-LEACH tính toán góc nút theo cách sau, nút truyền liệu tới nút chủ góc nhỏ 45 o so với nút chủ Quá trình làm giảm tắc nghẽn mạng tận dụng lượng cách hiệu Góc nút với nút chủ tương ứng nút sink tính toán tích điểm vị trí nút, nút chủ sink 3.4.2 LEACH-A (Advanced Low Energy Adaptive Clustering Hierarchy) Trong LEACH-A, liệu xử lý cách sử dụng phương pháp tác nhân di động dựa giao thức LEACH Giao thức đề xuất giao thức không đồng mặt lượng, làm giảm xác suất nút thất bại kéo dài thêm khoảng thời gian trước nút chết gọi giai đoạn ổn định Bằng cách sử dụng đồng hồ đồng bộ, nút cảm biến biết bắt đầu vòng để truyền thông tin Nút có lượng cao chọn nút chủ cho cụm nút gọi nút CAG Giao thức LEACH-A có số ưu điểm so với giao thức LEACH sau: • Sự tổng hợp liệu thực nhằm giảm bớt lượng thông tin đưuọc truyền đến trạm gốc • Tiết kiệm tối đa lượng cách sử dụng kỹ thuật TDMA/CDMA, cho phép phân cấp tạo cụm nhiều cấp độ • Các nút CAG tiếp tục gửi liệu tới sink sau nút bình thường chết 3.4.3 LEACH-B (Balanced Low Energy Adaptive Clustering Hierarchy) Trong LEACH-B cho mục đích việc hình thành cụm sử dụng thuật toán phân cấp nút cảm biến biết vị trí riêng vị trí nút đích nơi mà thông tin thực gửi đến, vị trí nút cảm biến khác Trong LEACH-B, việc hình thành cụm truyền liệu thực nhờ đa truy cập tới nút khác Sau phần lượng bị tiêu hao đường truyền nút đích nút nguồn tính toán dựa vào nút chọn nút chủ So với LEACH hiệu LEACH-B cao nhiều 3.4.4 LEACH-C (Centralized Low Energy Adaptive Clustering Hierarchy) Về mặt ý tưởng, LEACH-C hoàn toàn giống với LEACH bản, khác pha thiết lập (Set - up Phase), pha ổn định (Steady – state Phase ) kế thừa từ giao thức LEACH Trong pha thiết lập LEACH-C, nút gửi thông tin vị trí mức độ lượng đến nút sink Dựa thông tin gửi từ nút cảm biến, trạm gốc dùng thuật toán tối ưu để xác định cụm nút chủ cho vòng cụm Để lấy thông tin tất nút mạng, trạm gốc định kỳ gửi tin quảng bá ADV Chu kỳ gửi tin thời gian vòng Bản tin ADV chứa ID trạm gốc phần tiêu đề để phân biệt tin ADV Khi nút mạng nhận tin này, lấy ID trạm gốc xác định nút chủ gửi tin REQ có chứa vị trí lượng nút cho BS BS sử dụng thông tin để xác định nút chủ cho vòng Nhóm 67 Bài tập nhóm sở kỹ thuật mạng truyền thông Sau trạm gốc lựa chọn nút chủ cho vòng tại, BS gửi tin quảng bá có chứa ID nút chủ tới tất nút mạng Khi nút nhận tin này, kiểm tra ID có với ID tin quảng bá không, nút chủ vòng tại, ngược lại, chờ tin quảng bá từ nút chủ Khi định trở thành nút chủ hay không vòng tại, pha thiết lập cụm truyền liệu hoàn toàn giống với giao thức LEACH 3.4.5 C-LEACH (Cell Low Energy Adaptive Clustering Hierarchy) Trong C-Leach mạng cảm biến chia thành phần khác gọi cell cell bao gồm số cảm biến Một nút cảm biến cell chọn làm cell-head Cụm thành lập gộp cell liền kề, cell có cụm chủ Các cell-head cụm chủ (CH) thay đổi liên tục vòng truyền thông tin mạng Cell-head cấp phát cho nút khoảng thời gian dựa sở TDM, cell truyền liệu cho cell-head khe thời gian Điều tương tự áp dụng cho việc truyền liệu từ cell-head đến cụm chủ Trong thời gian truyền thôn tin mạng, toàn cell nghỉ trừ nút chia khe thời gian để truyền liệu đến cell-head Cell-head tổng hợp thông tin truyền đến cụm chủ tương ứng nó, trình lặp lặp lại cụm chủ khác 3.4.6 LEACH-E (Energy Low Energy Adaptive Clustering Hierarchy) Giao thức LEACH-E cải thiện trình chọn cụm chủ so với giao thức LEACH LEACH-E chia thành vòng khác giống giao thức LEACH Trong vòng tất nút cảm biến có xác suất để trở thành nút chủ Sau vòng truyền liệu đầu tiên, lượng nút khác dựa sở này, nút có lượng lại cao chọn làm nút chủ cụm nút lại với lượng trở thành nút thành viên 3.4.7 E-LEACH (Enhanced Low Energy Adaptive Clustering Hierarchy) E-LEACH cải thiện so với giao thức LEACH hai khía cạnh định tuyến khả truyền tải thông tin mạng E-LEACH chọn nút chủ cho cụm mạng cảm biến với nút cảm biến có lượng ban đầu không đồng Nó xác định số lượng cụm đầu cần thiết bậc hai tổng sô nút mạng để giảm thiểu tổng lượng tiêu hao mạng Ngoài hai khía cạnh nêu khía cạnh lại giống giao thức LEACH 3.4.8 LEACH-F (Fixed no of cluster Low Energy Adaptive Clustering Hierarchy) Trong LEACH-F cụm hình thành giai đoạn đầu trình thiết lập mạng sau cố định Vị trí nút chủ quay vòng nút LEACH Ưu điểm trình so với LEACH là, tổn hao thiết lập bắt đầu vòng Khi thành lập cụm, LEACH-F sử dụng thuật toán thành lập cụm tập trung LEACH-C Tuy nhiên, giảm lượng lớn tin mào đầu mạng việc cố định cụm, giao thức LEACH-F lại nảy sinh nhược điểm là: Các nút cụm tham gia vào trình truyền thông, có khả lớn vòng cụ thể, nút nằm phạm vi phủ sóng nút Nhóm 69 Bài tập nhóm sở kỹ thuật mạng truyền thông chủ Hoặc trường hợp khác, bổ xung nút cảm biến vào mạng, nút không hoạt động mà phải chờ đến BS phân bổ lại cụm 3.4.9 I-LEACH (Improve Low Energy Adaptive Clustering Hierarchy) Hai chức I-LEACH là: phát cặp nút sinh đôi phân bố nút chủ phụ (SCH) Hai nút gần mạng gọi nút sinh đôi Loại nút cảm nhận thông tin tương tự Vì việc cần thiết giữ hai nút chế độ ngủ nút hết lượng I-LEACH phân phối vị trí nút chủ mạng cho khoảng cách truyền không dài Nó giải vấn đề quản lý ngưỡng số lượng nút thành viên cụm chủ 3.4.10 LEACH-L (Enegy Balanced Low Energy Adaptive Clustering Hierarchy) LEACH-L giao thức định tuyến đa bước cải tiến Nó phù hợp cho mạng cảm biến triển khai vùng có diện tích lớn Trong cụm chủ giao tiếp trực tiếp với nút sink gần sink Khi nút cảm biến xa sink, giao tiếp cách dùng trình đa bước Trong LEACH-L, nút cảm biến sử dụng tần số băng thông tần số khác để giao tiếp với sink Các cụm thiết lập lại vòng truyền thông tin mạng bao gồm hai pha thiết lập pha ổn định Trong vòng cụm chọn nút chủ tải trọng mạng phân phối nút cân tải nút mạng hoàn hảo 3.4.11 LEACH-M (Mobile Low Energy Adaptive Clustering Hierarchy) LEACH-M đề xuất để khắc phục vấn đề tính di động vấn đề quan trọng giao thức LEACH Trong pha thiết lập pha ổn định, LEACH-M cung cấp tính di động cho nút nút chủ với nút chủ Trong LEACH-M vị trí nút giả định đạt hệ thống GPS với nút coi đồng Các nút chủ chọn dựa sở tính di động tối thiểu nút nút có chế độ suy hao thấp Sau trình này, trạng thái nút chủ phát phạm vi truyền dẫn 3.4.12 M-LEACH (Multi-hop Low Energy Adaptive Clustering Hierarchy) Khi đường kính mạng tăng lên vượt mức định, khoảng cách nút chủ sink tăng lên điều bất lợi giao thức LEACH Điều khắc phục giúp đỡ M-LEACH nút chủ gửi liệu đến sink sử dụng nút chủ khác làm nút trung gian để truyền M-LEACH giao thức định tuyến phân cụm hoàn chỉnh Cách tiếp cận sử dụng bên bên cụm 3.4.13 LEACH-S (Solar aware Centralize and Distributed Low Energy Adaptive Clustering Hierarchy) LEACH-S tập trung vào việc, sink lựa chọn cụm chủ thuật toán cải tiến điều khiển trung tâm Trong LEACH-S, trạng thái solar với lượng nút cảm biến truyền đến sink nút có lượng cao Nhóm 71 Bài tập nhóm sở kỹ thuật mạng truyền thông chọn làm nút chủ Khi số lượng nút solar-aware tăng lên, hiệu suất mạng cảm biến tăng lên cách tuổi thọ mạng kéo dài thêm Phân bố LEACH-S, nút chạy lượng mặt trời ưu tiên nút chạy pin việc lựa chọn nút chủ 3.4.14 TL-LEACH (Two level Low Energy Adaptive Clustering Hierarchy) Trong giao thức LEACH, nút chủ tổng hợp liệu gửi trực tiếp đến sink Do trình nên nút chủ chết sớm so với nút cảm biến khác lượng để truyền thông tin tới sink sink nằm xa nút chủ đặt cách xa trạm gốc Để khắc phục điều này, TL-LEACH đề xuất Trong nút chủ thu thập thông tin giao thức LEACH, để truyền thông tin tới sink sử dụng số nút chủ khác với sink trạm chuyển tiếp 3.4.15 V-LEACH (Vice Cluster level Low Energy Adaptive Clustering Hierarchy) Khi nút chủ chết cụm trở nên vô dụng, thông tin nút thành viên cụm thu thập truyền tới sink Để khắc phục điều giao thức V-LEACH đề xuất Trong giao thức V-LEACH, với nút chủ cụm, nút chủ phó hoạt động nút chủ nút chủ chết Các hoạt động khác giống giao thức LEACH Nhóm 73 Bài tập nhóm sở kỹ thuật mạng truyền thông Giao thức định tuyến phân nhóm Phân loại Tính di động Khả mở rộng Tự tổ chức Qua y vòn g ngẫ u nhiê n Phân cụm Số chặng Hiệu mặt lượng Đồng Sử dụng thông tin vị trí Tổng hợp liệu LEACH Phân cấp BS định cố Giới hạn Có Có Có Đơn chặng Cao Có Không Có A- LEACH Phân cấp BS định cố Tốt Có Có Có Đơn chặng Rất cao Có Có Có LEACH-A Phân cấp BS định cố Tốt Có Có Có Đơn chặng Rất cao Không Không Có LEACH-B Phân cấp BS định cố Tốt Có Có Có Đơn chặng Rất cao Có Có Có LEACH-C Phân cấp BS định cố Rất tốt Có Có Không Đơn chặng Rất cao Có Có Có C-LEACH Phân cấp BS định cố Rất tốt Có Có Có Đơn chặng Rất cao Có Có Có LEACH-E Phân cấp BS định cố Rất tốt Có Có Có Đơn chặng Rất cao Không Có Có E-LEACH Phân cấp BS định cố Tốt Có Có Có Đơn chặng Rất cao Có Có Có LEACH-F Phân cấp BS định cố Giới hạn Có Có Không Đơn chặng Rất cao Có Có Có I- LEACH Phân cấp BS định cố Rất tốt Có Có Có Đơn chặng Rất cao Có Có Có LEACH-L Phân cấp BS định cố Tốt Có Có Có Đa chặng Rất cao Có Có Có LEACH-M Phân cấp BS nút di động Tốt Có Có Có Đơn chặng Rất cao Có Có Có M-LEACH Phân cấp BS định cố Rất tốt Có Có Có Đa chặng Rất cao Có Có Có LEACH-S Phân cấp BS định cố Rất tốt Có Có Có Đơn chặng Rất cao Có Không Có TL-LEACH Phân cấp BS định cố Rất tốt Có Có Có Đơn chặng Rất cao Có Có Có Nhóm 75 Bài tập nhóm sở kỹ thuật mạng truyền thông V-LEACH BS định cố Rất tốt Có Có Có Đơn chặng Rất cao Có Có Có Bảng 1: So sánh LEACH LEACH cải tiến 3.5 Kết luận Khả ứng dụng rộng chi phí triển khai mạng thấp hai yếu tố quan trọng khiến WSN trở thành đề tài nhiều trường đại học công ty truyền thông tập trung nghiên cứu thời gian qua Kết nhiều vấn đề mạng cảm biến tìm giải pháp khắc phục như: Khả xử lý, truyền thông nút cảm biến, khả xử dụng hiệu nguồn lượng hạn chế,… Từ đó, WSN ngày ứng dụng rộng rãi thực tế, nhu cầu triển khai mạng với quy mô lớn nảy sinh Với mạng cảm biến cỡ lớn, sử dụng giao thức định tuyến tập trung liệu giao thức định tuyến dựa vào vị trí bộc lộ nhiều khuyết điểm hoàn toàn không phù hợp, đó, chương tập trung nghiên cứu giao thức định tuyến phân cấp, cụ thể giao thức định tuyến LEACH nhằm đưa giải pháp cho vấn đề mở rộng mạng WSN Trong chương ba, toàn ý tưởng, chế pha hoạt động giao thức LEACH trình bày cách chi tiết Xuất phát từ trình nghiên cứu LEACH, chương số ưu điểm nhược điểm giao thức, đề xuất hướng khắc phục nhược điểm sử dụng số giao thức LEACH cải tiến Nhóm 77 Bài tập nhóm sở kỹ thuật mạng truyền thông KẾT LUẬN CHUNG Ngay đời, mạng cảm biến không dây trở thành đề tài nghiên cứu hấp dẫn lĩnh vực viễn thông WSN có khả đáp ứng nhiều ứng dụng thực tế, thích ứng linh hoạt, xử lý khắc phục cố xảy hư hỏng, có chi phí triển khai mạng thấp Sự đời WSN mở cách mạng lĩnh vực cảm biến thu thập thông tin, mang lại nhiều lợi ích thiết thực cho sống, cho sản xuất khoa học Tuy nhiên, giống mạng truyền thông khác, mạng cảm biến phải đối mặt với nhiều thách thức, thách thức lớn nút cảm biến phải hoạt động với nguồn lượng giới hạn nạp lại Để giải vấn đề này, nhiều hướng nghiên cứu tiếp cận đặc biệt quan trọng mang lại hiệu rõ rệt hướng nghiên cứu tập trung vào thiết kế giao thức định tuyến phù hợp cho WSN Trong giao thức định tuyến phổ biến sử dụng mạng cảm biến, giao thức thuộc nhóm giao thức phân cấp đánh giá cao nhờ tính linh hoạt, có khả đáp ứng yêu cầu mở rộng mạng kéo dài thời gian sống mạng LEACH giao thức điển hình thuộc nhóm giao thức định tuyến LEACH hoạt động dựa ý tưởng phân cấp mạng theo cụm thích ứng lượng để thu thập phân phối liệu tới trạm sở Chương trình bày chi tiết ý tưởng, chế pha hoạt động LEACH, từ đó, rút đánh giá hiệu sử dụng lượng khả ứng dụng giao thức Đồng thời, chương đưa số giao thức cải tiến LEACH Tuy nhiên, hạn chế thời gian thực hiện, đề tài chắn số điểm hạn chế, chưa đào sâu phân tích giao thức định tuyến khác sử dụng WSN Nhóm 79 Bài tập nhóm sở kỹ thuật mạng truyền thông Tài liệu tham khảo [1] TS Lê Nhật Thăng, TS Nguyễn Quý Sỹ, Các kỹ thuật phân nhóm mạng cảm biến vô tuyến, Tạp chí Bưu viễn thông, số 301, năm 2007 [2] W Heinzelman, A.P Chandrakasan and H Balakrishnan, Energy-Efficient Communication Protocol for Wireless Microsensor Networks, IEEE Proceedings of the Hawaii International Conference on System Sciences, January 4-7, 2000, Maui, Hawaii [3] W Heinzelman, A Chandrakasan, and H Balakrishnan, An ApplicationSpecific ProtocolArchitecture for Wireless Microsensor Networks,IEEETrans Wireless Commun., vol 1, no 4, Oct 2002, pp 660–70 [4] M Aslam, N Javaid, A Rahim, U Nazir, A Bibi, Z A Khan, Survey of Extended LEACH-Based Clustering Routing Protocols for Wireless Sensor Networks, Department of Electrical Engineering, COMSATS [5] Alakesh Braman, Umapathi G R, A Comparative Study on Advances in LEACH Routing Protocol for Wireless Sensor Networks: A survey, International Journal of Advanced Research in Computer and Communication Engineering Vol 3, Issue 2, February 2014 [6] Meena Malik1, Dr Yudhvir Singh2 , Anshu Arora3, A Comparative Study on Advances in LEACH Routing Protocol for Wireless Sensor Networks: A survey, International Journal of Advanced Research in Computer Science and Software Engineering, Volume 3, Issue 2, February 2013 Nhóm 81 [...]... thành: giao thức định tuyến thương lượng, giao thức định tuyến dựa trên QOS, giao thức định tuyến kết hợp, giao thức định tuyến đa đường, giao thức định tuyến truy vấn Nhóm 2 23 Bài tập nhóm cơ sở kỹ thuật mạng truyền thông Hình 3: Phân loại các giao thức dịnh tuyến trong WSNs Chương này sẽ trình bày ba loại giao thức định tuyến chính hay được dùng trong mạng cảm biến, đó là :  Giao thức định tuyến. .. GIAO THỨC ĐỊNH TUYẾN TRONG MẠNG CẢM BIẾN KHÔNG DÂY Mặc dù mạng cảm biến có nhiều đặc điểm tương đồng với mạng ADHOC, nhưng chúng cũng có một số đặc trưng riêng, đòi hỏi phải có các giải pháp công nghệ hoàn toàn khác với mạng ADHOC Do vậy, mạng cảm biến không dây yêu cầu thiết kế các giao thức định tuyến mới, khác xa so với các giao thức định tuyến đã tồn tại trong mạng ADHOC Quá trình thiết kế giao thức. .. các nút mạng, đặc tính thay đổi theo thời gian của kênh truyền vô tuyến Ngoài ra, một mạng cảm biến có thể dựa trên cấu trúc mạng hoặc cách thức hoạt động của giao thức để phân loại các giao thức định tuyến khác nhau Dựa trên cấu trúc mạng có thể chia thành: Giao thức định tuyến phẳng, giao thức định tuyến phân cấp, giao thức định tuyến dựa theo vị trí Dựa vào cách thức hoạt động của giao thức được... kế giao thức định tuyến để mạng cảm biến không dây có thể đáp ứng được tốt những đặc trưng riêng đó đã dẫn đến hàng loạt thách thức lớn và riêng có đối với mạng cảm biến không dây Chương này sẽ trình bày ba loại giao thức định tuyến chính hay được dùng trong mạng cảm biến, đó là : + Định tuyến trung tâm dữ liệu (data - centric protocol) + Định tuyến phân cấp (hierarchical protocol) + Định tuyến dựa vào... thách thức, trong đó, thách thức lớn nhất là vấn đề sử dụng hiệu quả nguồn năng lượng bị giới hạn và không thể nạp lại của nút cảm biến Để giải quyết vấn đề này, rất nhiều giao thức định tuyến đã được thiết kế và được phân chia thành ba loại chính: giao thức định tuyến trung tâm dữ liệu, giao thức định tuyến phân cấp và giao thức định tuyến căn cứ vào vị trí Chương hai đã trình bày khái quát về một số giao. .. liệu thấp hơn sẽ được thay thế Kỹ thuật định tuyến này ổn định và phù hợp với mạng yêu cầu tính linh hoạt cao Loại giao thức định tuyến này tiết kiệm năng lượng đáng kể 2.2.2 Giao thức định tuyến phân cấp  LEACH LEACH (Low-Energy Adaptive Clustering Hierarchy-Centralized) là giao thức phân cấp theo cụm thích ứng năng lượng thấp Trong giao thức LEACH, các nút cảm biến được tập hợp thành từng cụm, thực... mạng cảm biến không có chế độ địa chỉ nào như địa chỉ IP và chúng được triển khai trong một vùng không gian rộng lớn, vì vậy thông tin về vị trí cần phải được sử dụng trong các dữ liệu định tuyến theo cách hiệu quả về mặt năng lượng, từ đó, các giao thức định tuyến dựa trên vị trí được phát triển Trong loại giao thức định tuyến này, GAF và GEAR là hai giao thức rất đáng được chú ý 2.2 Các giao thức định. .. khái quát về một số giao thức thuộc ba loại giao thức định tuyến trên Mỗi loại giao thức định tuyến có đặc tính, ưu điểm và nhược điểm riêng, do đó, trong quá trình thiết kế mạng WSN, phải kết hợp chặt chẽ giữa việc nghiên cứu yêu cầu thực tế của ứng dụng mạng và nghiên cứu giao thức định tuyến Nhóm 2 49 Bài tập nhóm cơ sở kỹ thuật mạng truyền thông CHƯƠNG 3: GIAO THỨC ĐỊNH TUYẾN LEACH Ngay sau khi được... nút cảm biến và vùng lân cận của nút so với các nút chủ của cụm LEACH là một trong số những cách tiếp cận định tuyến phân cấp đầu tiên cho mạng cảm ứng Ý tưởng của LEACH là động lực cho rất nhiều giao thức định tuyến phân cấp khác phát triển  Giao thức định tuyến dựa trên vị trí Hầu hết các ứng dụng mạng cảm biến đều yêu cầu thông tin về vị trí của các nút để phục vụ cho những mục đích khác nhau Vì mạng. .. thành viên 3.4.7 E -LEACH (Enhanced Low Energy Adaptive Clustering Hierarchy) E -LEACH cải thiện hơn so với giao thức LEACH ở hai khía cạnh là định tuyến và khả năng truyền tải thông tin trong mạng E -LEACH sẽ chọn một nút chủ cho cụm trong mạng cảm biến với các nút cảm biến có năng lượng ban đầu không đồng đều Nó cũng xác định số lượng cụm đầu cần thiết bằng căn bậc hai tổng sô nút trong mạng để giảm thiểu