ĐẢM BẢO CHẤT LƯỢNG TRUYỀN TẢI VIDEO TRONG MÔI TRƯỜNG MẠNG CẢM ỨNG KHÔNG DÂY

Nếu có thể sử dụng WSN để truyền dữ liệu có dung lượng lớn và đòi hỏi băng thông cao như video hay âm thanh sẽ làm giảm chi phí xây dựng mạng do node trong WSN có giá thành rẻ hơn nhiều

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SÀI GÒN KHOA CÔNG NGHỆ THÔNG TIN

-NGUYỄN VÕ LAM GIANG

ĐẢM BẢO CHẤT LƯỢNG TRUYỀN TẢI VIDEO TRONG MÔI TRƯỜNG MẠNG CẢM ỨNG KHÔNG DÂY

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC NGÀNH CÔNG NGHỆ THÔNG TIN

Hệ đào tạo: Chính quy Khóa học: 2007 – 2011

GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN: ThS LÊ NGỌC KIM KHÁNH

TP HỒ CHÍ MINH, 2011

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam kết luận văn này được hoàn thành dựa trên các kết quả nghiên cứu của tôi và các kết quả của nghiên cứu này chưa được dùng cho bất cứ luận văn cùng cấp nào khác

TP Hồ Chí Minh, ngày 25 tháng 05 năm 2011

Tác giả luận văn

Nguyễn Võ Lam Giang

……….o0o………

TP Hồ Chí Minh, ngày … tháng … năm …

Người nhận xét (Ký và ghi rõ họ tên)

ThS LÊ NGỌC KIM KHÁNH

……….o0o………

TP Hồ Chí Minh, ngày … tháng … năm …

Người nhận xét (Ký và ghi rõ họ tên)

……….o0o………

TP Hồ Chí Minh, ngày … tháng … năm …

Người nhận xét (Ký và ghi rõ họ tên)

ThS PHAN TẤN QUỐC

LỜI CẢM ƠNSau hơn năm tháng nghiên cứu, em đã hoàn thành luận văn “Đảm bảo chất lượng truyền tải tập tin video trong môi trường mạng cảm ứng không dây” Có được kết quả này, ngoài sự nỗ lực hết mình của bản thân, em đã nhận được rất nhiều sự động viên, hỗ trợ từ phía nhà trường, thầy cô, gia đình và bạn bè

Trước tiên, em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến khoa Công Nghệ Thông Tin nói riêng và trường Đại Học Sài Gòn nói chung Nhà trường và khoa đã cung cấp cho em một môi trường học tập hiệu quả cùng sự hỗ trợ rất lớn về mọi mặt trong suốt bốn năm học qua cũng như trong quá trình hoàn thành luận văn này

Em xin cảm ơn các thầy cô khoa Công Nghệ Thông Tin Những kiến thức nền tảng và kinh nghiệm quý báu mà các thầy cô hết lòng truyền dạy trong suốt bốn năm qua đã hỗ trợ em rất nhiều trong quá trình nghiên cứu đề tài này Và đó cũng là hành trang vô giá sẽ theo em đi suốt cuộc đời

Đặc biệt, em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến giảng viên hướng dẫn, cô Lê Ngọc Kim Khánh Cô là người đã đưa em đến thế giới của mạng cảm ứng không dây với những kiến thức mới lạ và nhiều ứng dụng hữu ích vào cuộc sống Cảm ơn

cô luôn quan tâm, tận tình hướng dẫn và giúp đỡ em mỗi khi vấp phải vấn đề khó khăn trong quá trình thực hiện luận văn

Tôi xin cảm ơn tất cả các bạn lớp DCT1075 nói riêng và các bạn sinh viên khoa Công Nghệ Thông Tin khóa 07 nói chung Cảm ơn các bạn đã động viên, hỗ trợ và giúp đỡ tôi trong suốt thời gian học tập tại trường cũng như hoàn thành luận văn này

Cuối cùng, con xin gửi lời cảm ơn chân thành nhất đến cha mẹ và gia đình, những người đã sinh thành và dưỡng dục con nên người Con cảm ơn cha mẹ luôn bên cạnh chăm sóc, quan tâm, giúp đỡ và động viên để con có được thành quả như ngày hôm nay

Dù đã cố gắng và nỗ lực hết sức để hoàn thành luận văn, nhưng chắc chắn sẽ không tránh khỏi những thiếu sót Do đó, em kính mong nhận được sự góp ý và tận tình chỉ bảo của quý thầy cô và các bạn để luận văn này được hoàn thiện hơn

DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT

DANH MỤC HÌNH

Hình 1.1 Mạng không dây dựa trên hạ tầng mạng 2

Hình 1.2 Mạng không dây không dựa trên hạ tầng mạng 2

Hình 1.3 Hidden terminal 5

Hình 1.4 Exposed terminal 5

Hình 1.5 Mobile Ad Hoc Network 6

Hình 1.6 MANET Single-hop 7

Hình 1.7 MANET Multi-hop 8

Hình 1.8 MANET phân cấp 9

Hình 1.9 Cấu trúc mạng cảm biến không dây 13

Hình 1.10 WSN loại một 14

Hình 1.11 WSN loại hai 15

Hình 1.12 Ứng dụng WSN phát hiện động đất 17

Hình 1.13 Ứng dụng WSN theo dõi vị trí tội phạm 17

Hình 1.14 Ứng dụng WSN giám sát giao thông 18

Hình 1.15 Ứng dụng WSN trong gia đình 18

Hình 1.16 Ứng dụng WSN trong quá trình sản xuất 19

Hình 1.17 Ứng dụng WSN trong y học 19

Hình 1.18 Ứng dụng WSN trong quân sự 20

Hình 2.1 Phương pháp truyền dữ liệu single-hop và multi-hop 24

Hình 2.2 Phân loại giao thức định tuyến 26

Hình 2.3 Minh họa cân bằng tải cho web 34

Hình 3.1 Mô hình sử dụng WSN kèm theo các node WMSN 37

Hình 3.2 Phương pháp định tuyến theo vùng ZRP 38

Hình 3.3 Phương pháp chuyển tiếp gói tin Greedy Forwarding 39

Hình 3.4 Trường hợp không áp dụng được Greedy Forwarding 39

Hình 3.5 Phương pháp chuyển tiếp gói tin Perimeter Forwarding 40

Hình 3.6 Minh họa trường hợp node bị khóa 41

Hình 3.7 Minh họa tối ưu hóa một đường đi 41

Hình 3.8 Minh họa chọn node trong thuật toán định tuyến 42

Hình 3.9 Phương pháp phân chia mạng thành nhiều vùng 43

Hình 3.10 Phương pháp cân bằng tải trong WSN 45

Hình 3.11 Lưu đồ quá trình định tuyến 46

Hình 3.12 Lưu đồ quá trình truyền dữ liệu 47

Hình 3.13 Mô hình WSN ví dụ 53

Hình 3.14 Node nguồn gửi gói tin FIND_STATION 54

Hình 3.19 Bảng định tuyến node 0 sau khi tối ưu hóa 56 Hình 3.20 Node 0 bắt đầu gửi dữ liệu 57

MỤC LỤC NỘI DUNG

DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT

DANH MỤC CÁC HÌNH

MỤC LỤC

PHẦN MỞ ĐẦU

CHƯƠNG 1: TÌM HIỂU WIRELESS AD HOC, MOBILE AD HOC NETWORK (MANET) VÀ WIRELESS SENSOR NETWORK (WSN) 1

1.1 Tìm hiểu mạng Wireless Ad Hoc và MANET 2

1.1.1 Tìm hiểu Wireless Ad Hoc Network 3

1.1.1.1 Mạng Wireless Ad Hoc là gì 3

1.1.1.2 Phân loại mạng Wireless Ad Hoc 3

1.1.1.3 Đặc điểm của Wireless Ad Hoc 4

1.1.2 Tìm hiểu MANET 6

1.1.2.1 MANET là gì 6

1.1.2.2 Phân loại MANET 7

1.1.2.3 Đặc điểm của MANET 10

1.1.2.4 Ưu và nhược điểm của MANET 10

1.2 Tìm hiểu WSN và Wireless Multimedia Sensor Network (WMSN) 12

1.2.1 Tìm hiểu WSN 12

1.2.1.1 Giới thiệu mạng cảm biến 12

1.2.1.2 WSN là gì? 13

1.2.1.3 Phân loại WSN 14

1.2.1.4 Đặc điểm của WSN 15

1.2.1.5 Ứng dụng của WSN 16

1.2.2 Tìm hiểu WMSN 20

1.3 So sánh WSN và MANET 21

CHƯƠNG 2: TÌM HIỂU GIAO THỨC ĐỊNH TUYẾN, TRUYỀN DỮ LIỆU VÀ ĐẢM BẢO CHẤT LƯỢNG DỊCH VỤ TRONG WSN 23

2.1 Định tuyến trong WSN 24

2.1.1 Định tuyến trong WSN 24

2.1.2 Các yêu cầu đối với giao thức định tuyến trong WSN 24

2.1.3 Phân loại giao thức định tuyến trong WSN 26

2.3.1 Giới thiệu QoS và hai mô hình QoS trên Internet 30

2.3.2 QoS trong WSN 31

2.3.3 Các yêu cầu và thách thức đối với QoS trong WSN 32

2.4 Kỹ thuật cân bằng tải trong WSN 34

CHƯƠNG 3: ĐẢM BẢO CHẤT LƯỢNG TRUYỀN TẢI VIDEO TRONG MÔI TRƯỜNG MẠNG CẢM ỨNG KHÔNG DÂY 35

3.1 Ý tưởng truyền tải video trong WSN 36

3.2 Những thách thức gặp phải khi truyền tải video trong WSN 37

3.3 Phát triển các giao thức hỗ trợ truyền tải video trong WSN 38

3.3.1 Giao thức định tuyến 38

3.3.2 Giao thức truyền tải dữ liệu và QoS 43

3.4 Thuật toán truyền tải dữ liệu dựa trên các giao thức đã phát triển 46

3.4.1 Lưu đồ mô tả quá trình định tuyến và gửi dữ liệu 46

3.4.2 Mã giả thuật toán định tuyến 48

3.4.3 Mã giả thuật toán truyền dữ liệu 50

3.5 Kiểm chứng kết quả bằng phần mềm giả lập OMNeT++ 53

PHẦN KẾT LUẬN 58

TÀI LIỆU THAM KHẢO 59

PHẦN MỞ ĐẦU

1 Giới thiệu về đề tài

2 Phạm vi và đối tượng nghiên cứu

3 Phương pháp nghiên cứu

4 Ý nghĩa của đề tài

5 Bố cục luận văn

1 Giới thiệu về đề tài:

Ngay từ năm 2003, tạp chí Technology Review của viện công nghệ Massachusetts (Massachusetts Institute of Technology) đã đánh giá mạng cảm ứng không dây (WSN: Wireless Sensor Network) là một trong mười công nghệ hàng đầu sẽ làm thay đổi thế giới Trong những năm gần đây, WSN đã nhận được sự quan tâm từ nhiều tổ chức, các nhà nghiên cứu và nhiều công ty lớn như Microsoft, Intel, Sun Microsystems Nhờ đó, WSN đã và đang phát triển với tốc độ chóng mặt

và đạt được nhiều thành tựu đáng kể trên cả hai mặt nghiên cứu và ứng dụng thực

tế

Về mặt ứng dụng, nhiều nước trên thế giới đã sử dụng WSN trên rất nhiều lĩnh vực như quốc phòng (theo dõi các mục tiêu, phát hiện chất nổ), công nghiệp (giám sát quá trình sản xuất, theo dõi chất lượng sản phẩm), y tế (theo dõi tình trạng sức khỏe), giao thông (phát hiện kẹt xe, theo dõi lưu lượng giao thông), gia đình (xây dựng ngôi nhà thông minh), …Tuy nhiên ở nước ta hiện nay, khái niệm WSN vẫn còn khá mới lạ và hầu như chưa có ứng dụng đáng kể nào của WSN vào cuộc sống

Về mặt nghiên cứu, WSN hiện tại chỉ có thể truyền được dữ liệu với dung lượng nhỏ và băng thông hạn chế (do yếu tố về phần cứng như bộ xử lý yếu, bộ nhớ nhỏ) Nếu có thể sử dụng WSN để truyền dữ liệu có dung lượng lớn và đòi hỏi băng thông cao như video hay âm thanh sẽ làm giảm chi phí xây dựng mạng (do node trong WSN có giá thành rẻ hơn nhiều so với node trong mạng LAN hay WLAN) và tăng khả năng ứng dụng của WSN vào nhiều lĩnh vực Để làm được điều đó, WSN cần sự hỗ trợ của giao thức định tuyến (để tìm đường gửi dữ liệu từ nguồn tới đích)

và giao thức truyền dữ liệu (cung cấp cách thức chuyển dữ liệu đi dựa trên những con đường mà giao thức định tuyến tìm được) Truyền tải video trong WSN đòi hỏi tốc độ truyền nhanh (truyền thông qua nhiều đường cùng lúc) và đảm bảo dữ liệu truyền không bị mất (nếu dữ liệu bị mất phải có cơ chế phát hiện và gửi lại) Tuy nhiên, WSN vẫn chưa có giao thức định tuyến và truyền dữ liệu đáp ứng được yêu cầu đó

Đề tài “Đảm bảo chất lượng truyền tải video trong môi trường mạng cảm ứng không dây” được xuất phát từ hai yêu cầu thực tế đó với mong muốn giới thiệu mạng WSN ở Việt Nam và phát triển WSN để có thể truyền tải được dữ liệu có dung lượng lớn

2 Phạm vi và đối tượng nghiên cứu

Phạm vi và đối tượng nghiên cứu trong đề tài này là WSN, các giao thức định tuyến, truyền dữ liệu và QoS nhằm đảm bảo chất lượng truyền tải video trong WSN

3 Phương pháp nghiên cứu

Để thu thập kiến thức làm nền tảng xây dựng luận văn này, em sử dụng hai phương pháp nghiên cứu: phương pháp đọc tài liệu (với nguồn tài liệu chủ yếu là các báo cáo khoa học) và phương pháp mô phỏng (sử dụng phần mềm giả lập để mô phỏng mạng và quá trình hoạt động của các giao thức)

4 Ý nghĩa đề tài

Về mặt khoa học, đề tài “Đảm bảo chất lượng truyền tải video trong môi trường mạng cảm ứng không dây” giới thiệu những kiến thức cơ bản về WSN Bên cạnh đó, đề tài tổng hợp những ưu điểm nổi bật của một số giao thức định tuyến và truyền dữ liệu có trong WSN, dựa vào các ưu điểm tìm được để phát triển nên giao thức định tuyến, truyền dữ liệu mới cho mục đích truyền dữ liệu có dung lượng lớn trong WSN

Về mặt thực tiễn, ý tưởng sử dụng WSN để truyền tải video làm giảm chi phí xây dựng mạng, qua đó gián tiếp thúc đẩy sự phát triển của WSN trong đời sống và tăng khả năng ứng dụng của WSN trên nhiều lĩnh vực hơn nữa Đối với nước ta, đề tài này có thể sử dụng để xây dựng hệ thống WSN đặt ở các khu rừng nhằm phát hiện nhanh cháy rừng trong mùa khô, theo dõi đời sống động vật hoang dã hoặc lắp đặt trên các tuyến đường cao tốc nhằm theo dõi xe cộ lưu thông trên đường, …

Chương 2 -Tìm hiểu giao thức định tuyến, truyền dữ liệu và đảm bảo chất lượng dịch vụ trong Wireless Sensor Network: từ góc nhìn tổng quát về Wireless Sensor Network trong chương 1, chương 2 sẽ trình bày các vấn đề quan trọng liên quan tới việc định tuyến, gửi dữ liệu và đảm bảo chất lượng dịch vụ trong

Chương 3 - Đảm bảo chất lượng truyền tải video trong môi trường mạng cảm ứng không dây: dựa vào các giao thức định tuyến, truyền dữ liệu và đảm bảo chất lượng dịch vụ đã được giới thiệu ở chương 2, chương 3 đề xuất ý tưởng xây dựng phương pháp định tuyến và truyền dữ liệu mới dành riêng cho truyền tải video trong WSN Bên cạnh đó, chương này cũng trình bày cách phân tích và xây dựng giao thức định tuyến và truyền dữ liệu mới cho WSN, đồng thời

mô phỏng quá trình truyền dữ liệu dựa trên giao thức mới xây dựng

CHƯƠNG 1 TÌM HIỂU WIRELESS AD HOC, MOBILE AD HOC NETWORK VÀ WIRELESS SENSOR

NETWORK

1.1 Tìm hiểu Wireless Ad Hoc Network và Mobile Ad Hoc

Network (MANET)

1.2 Tìm hiểu Wireless Sensor Network (WSN) và Wireless

Multimedia Sensor Network (WMSN)

1.3 So sánh WSN và MANET

1.1 TÌM HIỂU MẠNG WIRELESS AD HOC VÀ MOBILE AD HOC NETWORK (MANET)

Với hàng loạt ưu điểm của công nghệ truyền thông không dây, các mạng không dây đã được phát triển rất mạnh trong thời gian gần đây Dựa theo tính phụ thuộc vào các thiết bị hạ tầng cố định, mạng không dây có thể chia thành hai loại: mạng hạ tầng và mạng không hạ tầng Với mạng hạ tầng, truyền thông giữa các phần tử mạng phụ thuộc vào sự hỗ trợ của hạ tầng mạng, các node trong mạng kết nối không dây trực tiếp đến các Access Point cố định bên trong phạm vi phủ sóng của nó Các Access Point cấu thành nên xương sống cho một mạng hạ tầng, mạng cellular [33] (mạng điện thoại di động) và WLAN [34] (mạng nội bộ không dây) thuộc dạng này

Hình 1.1: minh họa mạng không dây dựa trên hạ tầng mạng, các node kết nối trực

tiếp đến AP

Trong khi đó, loại mạng không hạ tầng gọi chung là mạng Wireless Ad Hoc (tạm dịch là mạng không dây tùy biến) là tập hợp của các node không dây có thể tự thiết lập cấu hình động để trao đổi thông tin mà không phụ thuộc vào hạ tầng mạng

cố định Các node trong mạng ad hoc có thể kết nối trực tiếp với nhau (nếu chúng nằm trong vùng phủ sóng của nhau) hoặc kết nối thông qua các node trung gian (nếu chúng nằm ngoài vùng phủ sóng của nhau)

Hình 1.2: hình minh họa mạng không dây không dựa trên hạ tầng mạng, các node kết nối trực tiếp với nhau nếu nằm trong vùng phủ sóng của nhau và kết nối gián tiếp thông qua các node trung gian nếu nằm ngoài vùng phủ sóng của nhau

Tùy theo ứng dụng mà mạng Wireless Ad Hoc được phân ra làm ba loại: Mobile Ad Hoc Network (MANET), Wireless Mesh Network (WMN) và Wireless Sensor Network (WSN) Phần 1.1 sẽ trình bày chi tiết hơn về mạng Wireless Ad Hoc Ngoài Wireless Mesh Network không thuộc phạm vi nghiên cứu của luận văn này, hai loại mạng Wireless Ad Hoc là MANET và WSN sẽ lần lượt được trình bày

Mạng Wireless Ad Hoc Network được ra đời sớm nhất là mạng “packet radio” [35] (PRNETs) vào những năm 1970 và được tài trợ bởi DARPA [36] sau dự

án ALOHAnet [37]

Mỗi node trong mạng Wireless Ad Hoc mang đồng thời hai chức năng, vừa

là host thực hiện chức năng xử lý, vừa là router thực hiện chức năng chuyển tiếp dữ liệu Vì vậy thiết bị đầu cuối và chuyển mạch là không thể phân biệt được trong mạng Wireless Ad Hoc

1.1.1.2 Phân loại mạng Wireless Ad Hoc

Do tính chất phân tán của mạng Wireless Ad Hoc làm cho chúng thích hợp với những ứng dụng khác nhau mà mạng có hạ tầng không đáp ứng được và khả năng mở rộng của mạng Wireless Ad Hoc cao hơn nhiều so với WLAN Thêm vào

đó, cấu hình đơn giản và triển khai nhanh chóng làm cho mạng Wireless Ad Hoc phù hợp với các tình huống khẩn cấp như thiên tai, chiến tranh Tùy theo ứng dụng

mà mạng Wireless Ad Hoc được phân thành ba loại: Mobile Ad Hoc Network (MANET), Wireless Mesh Network (WMN) [38] và Wireless Sensor Network (WSN) [1]

 WMN: (mạng lưới không dây) là một mạng thông tin liên lạc tạo thành bởi

các node không dây được tổ chức theo mô hình lưới WMN thường bao gồm các node (node có thể là máy tính xách tay, điện thoại di động và các thiết bị không dây khác), router và gateway Router dùng để chuyển tiếp dữ liệu tới gateway và nhận dữ liệu từ gateway Gateway có thể được kết nối với Internet nếu cần thiết Vùng phủ sóng của các node không dây hoạt động như một mạng duy nhất đôi khi được gọi là một đám mây lưới

 MANET: là mạng Wireless Ad Hoc nhưng các node có thể di động được

Node có thể được tạo thành từ các loại thiết bị: laptop, máy tính bảng, điện thoại di động, … Phần 2.1.2 sẽ trình bày chi tiết các loại MANET cũng như

đặc điểm và ưu nhược điểm của MANET

 WSN: cũng là mạng Wireless Ad Hoc như MANET, nhưng các node được

tạo thành từ một loại thiết bị duy nhất là các cảm biến (sensor) [39][2] Phần 2.2.1 sẽ giới thiệu các loại, đặc điểm, ứng dụng của WSN WMSN là một loại mạng khá giống WSN nhưng các node được tạo thành từ các cảm biến

có khả năng ghi nhận âm thanh, hình ảnh Loại mạng đặc biệt này sẽ được giới thiệu trong phần 2.2.2 Phần 2.2.3 và 2.2.4 sẽ so sánh các đặc điểm của WSN và WMSN đồng thời phân tích các ưu điểm và nhược điểm của chúng

1.1.1.3 Đặc điểm của Wireless Ad Hoc

Như đã trình bày ở phần 1.1.1 Wireless Ad Hoc bao gồm các node độc lập tự kết nối với nhau khi nằm trong vùng phủ sóng để hình thành nên một mạng kết nối tạm thời dùng cho mục đích truyền tin giữa các node mạng Các node di chuyển tự

do vì thế kiến trúc mạng có thể bị thay đổi một cách nhanh chóng và không thể dự đoán được Wireless Ad Hoc mang rất nhiều điểm khác biệt so với mạng không dây thông thường hoặc mạng có dây

 Thứ nhất: mỗi node vừa mang chức năng xử lý của host vừa mang chức

năng định tuyến của router Mỗi node không chỉ đóng vai trò là điểm cuối trong mạng mà còn hoạt động như điểm trung gian của các node khác

 Thứ hai: do đặc điểm phân tán, sự điều khiển trong mạng được phân đều

cho tất cả các node Do số node trong Wireless Ad Hoc lớn dẫn tới số lượng kết nối không dây trong mạng nhiều (các node nằm trong vùng phủ sóng của nhau sẽ tự thiết lập kết nối tới nhau) Các kết nối không dây lại không ổn định, dễ bị ảnh hưởng bởi các yếu tố thời tiết, nhiệt độ, … Mặt khác, số lượng lớn kết nối trong một vùng phủ sóng có thể gây ảnh hưởng lẫn nhau trong quá trình truyền dữ liệu Do đó, chất lượng truyền tải dữ liệu trong mạng Wireless Ad Hoc luôn thay đổi và việc mất gói tin trong quá trình truyền tải xảy ra thường xuyên

 Thứ ba: các node trong mạng Wireless Ad Hoc thường sử dụng nguồn năng

lượng nhỏ và có hạn như pin, năng lượng mặt trời Tính quảng bá của môi trường

không dây khiến năng lượng sóng bị giảm nhanh, làm cho khoảng cách truyền bị giới hạn gây ra vấn đề hidden terminal [40] và exposed terminal [41] Ngoài ra mạng Wireless Ad Hoc còn bị giới hạn về băng thông và tỉ lệ lỗi cao khi truyền tải

dữ liệu so với mạng có dây

Hình 1.3: minh họa hidden terminal Node A và C đều có thể gửi dữ liệu đến B nhưng node A không gửi dữ liệu trực tiếp đến C được vì C nằm ngoài vùng phủ sóng của A Hidden terminal xảy ra khi A đang truyền dữ liệu cho B đồng thời C cũng muốn truyền dữ liệu cho B Kết quả B nhận được hai luồng dữ liệu cùng lúc

và xung đột xảy ra tại B

Hình 1.4: minh họa exposed terminal B đang gửi dữ liệu cho A, C sắp gửi dữ liệu cho D Trước khi gửi dữ liệu, C lắng nghe trạng thái kênh truyền và xác định B (node nằm trong vùng phủ sóng của nó) đang bận Do đó, C tạm thời hoãn truyền

dữ liệu cho D mặc dù D đang trong trạng thái sẵn sàng nhận dữ liệu Đây chính là

exposed terminal

1.1.2 Tìm hiểu Mobile Ad Hoc Network (MANET)

Như đã trình bày phần 1.1.1.2 Mobile Ad Hoc Network (MANET) nằm trong nhóm mạng Wireless Ad Hoc MANET là một tập hợp các node mạng di động không dây tạo thành một mạng ad hoc mà không cần sự hỗ trợ của bất kỳ cấu trúc trung tâm Các node được di chuyển tự do, tự động thiết lập kết nối nếu nằm trong vùng phủ sóng của nhau Chỉ cần ít nhất hai thiết bị không dây là có thể tạo ra một mạng Mobile Ad Hoc

Hình 1.5: hình minh họa MANET gồm nhiều loại thiết bị di động tự kết nối với nhau

khi nằm trong vùng phủ sóng của nhau

MANET không cần cơ sở hạ tầng, dễ mở rộng và thiết lập Do đó MANET được ứng dụng trong rất nhiều lĩnh vực Trong phạm vi gia đình, MANET có thể được ứng dụng để kết nối máy tính, điện thoại, hệ thống an ninh, các phương tiện giải trí với nhau Đối với giao thông, MANET được dùng để theo dõi tình trạng giao thông, giúp các phương tiện giao thông trao đổi với nhau về tình hình giao thông, kiểm tra tốc độ và hướng của xe… Trong quân sự, MANET được sử dụng để theo dõi sự di chuyển của các mục tiêu Ngoài ra, MANET còn có thể giúp các nhà khoa học theo dõi nhiệt độ không khí, áp suất khí quyển, độ ẩm, ánh sáng… ở nhiều địa điểm Đặc biệt trong các trường hợp cần triển khai một hệ thống mạng thật nhanh chóng để phục vụ tức thì như hoạt động cứu hỏa, cứu thương, thiên tai, khắc phục

sự cố tai nạn… thì MANET là sự lựa chọn hàng đầu

MANET đã được phát triển qua ba thế hệ Các mạng ad hoc hiện tại được xem là thế hệ thứ ba Thế hệ đầu tiên ra đời vào những năm 1970, được gọi là PRNET (Packet Radio Network) [35] được tài trợ và phát triển bởi DARPA [36] Thế hệ thứ hai xuất hiện vào những năm 1980 khi các hệ thống mạng ad hoc được tăng cường hơn nữa và được xây dựng như một phần của chương trình SURAN (Survivable Adaptive Radio Networks)

Tùy theo giao thức được sử dụng hoặc chức năng sử dụng mà MANET được phân thành nhiều loại khác nhau

 Nếu dựa theo giao thức sử dụng, MANET có thể được phân thành ba loại: single-hop, multi-hop và mobile multi-hop

 MANET định tuyến single-hop là loại mô hình mạng ad hoc đơn giản nhất Trong đó tất cả các node đều nằm trong cùng một vùng phủ sóng, nghĩa là các node có thể kết nối trực tiếp với nhau mà không cần các node trung gian Trong mô hình này, các node có thể di chuyển tự

do nhưng chỉ trong một phạm vi nhất định đủ để các node liên kết trực tiếp với các node khác trong mạng

Hình 1.6: MANET Single-hop

 Bên cạnh MANET single-hop còn có MANET multi-hop, đây là mô hình phổ biến nhất trong mạng MANET Nó khác với mô hình single-hop là các node có thể kết nối với các node khác trong mạng mà không nhất thiết phải kết nối trực tiếp với nhau Các node có thể định tuyến với các node khác thông qua các node trung gian trong mạng

Để mô hình này hoạt động một cách hoàn hảo thì cần phải có giao thức định tuyến phù hợp với mô hình MANET

Hình 1.7: MANET multi-hop

 Nếu dựa theo chức năng sử dụng của MANET, có thể phân thành ba loại: MANET đẳng cấp (Flat), MANET phân cấp (Hierarchical) và MANET kết hợp (Aggregate)

 Đối với kiến trúc MANET đẳng cấp (Flat), tất cả các node có vai trò ngang hàng với nhau (peer-to-peer) và các node đóng vai trò như các router định tuyến dữ liệu gói trên mạng Trong những mạng lớn thì cấu trúc Flat không tối ưu hóa việc sử dụng tài nguyên băng thông của mạng vì những gói tin điều khiển phải truyền trên toàn bộ mạng Tuy nhiên nó thích hợp trong những mạng có các node di chuyển nhiều

 Khác với mô hình MANET đẳng cấp, trong mô hình MANET phân cấp (Hierarchical) mạng được chia thành các miền (domain), mỗi miền chứa một hoặc nhiều nhóm (cluster), mỗi nhóm bao gồm nhiều node Có hai loại node là node quản trị (master node) và node bình thường (normal node) Node quản trị có nhiệm vụ chuyển dữ liệu của

các node trong một nhóm đến các node trong nhóm khác và ngược lại Nói cách khác nó đóng vai trò giống một gateway Còn node bình thường là các node nằm trong cùng một nhóm Node bình thường có thể kết nối với các node trong nhóm hoặc kết nối với các nhóm khác thông qua node quản trị MANET phân cấp là mô hình được sử dụng phổ biến nhất

Hình 1.8: minh họa MANET phân cấp có các nhóm, node quản trị và node bình

thường

Với các cơ chế trên, mạng sử dụng tài nguyên băng thông hiệu quả hơn vì các gói tin chỉ phải truyền trong một nhóm Tuy nhiên việc quản lý tính chuyển động của các node trở nên phức tạp hơn do các node trong quá trình di chuyển có thể rời khỏi nhóm này và tham gia vào nhóm khác Vì lý do đó, kiến trúc mạng phân cấp chỉ thích hợp cho các mạng có tính chuyển động thấp

 Sự kết hợp giữa hai mô hình MANET đẳng cấp và MANET phân cấp cho ra

mô hình thứ ba, MANET kết hợp (Aggregate) Trong MANET kết hợp, mạng bao gồm nhiều vùng (zone), mỗi vùng được tạo thành từ nhiều node Mỗi node bao gồm hai cấp độ: cấp độ node (node level) và cấp độ vùng (zone level) Ngoài ra, mỗi node còn được đặc trưng bởi hai giá trị node ID

và zone ID Trong một vùng có thể áp dụng kiến trúc đẳng cấp hoặc kiến trúc phân cấp

1.1.1.3 Đặc điểm của MANET

Một mạng MANET bao gồm các node di động tự kết nối với nhau Các node này có thể được đặt trên máy bay, tàu thủy, xe hơi hoặc được mang theo người hay gắn trên các thiết bị nhỏ Mạng MANET có một số đặc điểm nổi bật sau đây:

 Cấu hình động: do các node có thể di chuyển tự do nên các đường định

tuyến thông qua nhiều node (multi-hop) có thể thay đổi ngẫu nhiên và liên tục tại bất kỳ thời điểm nào

 Các kết nối với băng thông thấp và thiếu ổn định: do ảnh hưởng của các

yếu tố môi trường (nhiễu, nhiệt độ, thời tiết,…) và sự ràng buộc về công nghệ, các kết nối không dây luôn có băng thông thấp và thiếu ổn định so với các kết nối có dây Do đó, tắc nghẽn và hiện tượng mất gói tin thường xuyên xảy ra trong MANET

 Hoạt động tiết kiệm năng lượng: một số hoặc tất cả các node trong MANET

có thể dùng pin hoặc các phương tiện khác làm nguồn năng lượng Đối với các node này, tiêu chí quan trọng nhất đối với việc tối ưu hóa là sự tiết kiệm năng lượng

 Bảo mật vật lý hạn chế: các mạng di động vô tuyến thường thiên về bảo mật

lớp vật lý hơn so với các mạng hữu tuyến Khả năng bị nghe trộm, giả mạo và tấn công từ chối dịch vụ (Denial-Of-Service) cần được xem xét cẩn thận Bản chất điều khiển mạng không tập trung trong MANET cũng tạo ra những ưu điểm đối lại với nhược điểm “single point of failure” [42] (một thiết bị trong mạng như router khi hư hỏng sẽ làm cho toàn bộ mạng ngừng hoạt động) của các mạng quản lý tập trung như WLAN hay LAN

1.1.1.4 Ưu và nhược điểm của MANET

Từ những nội dung được trình bày, khả năng triển khai nhanh, mở rộng mạng dễ dàng không phụ thuộc vào hạ tầng mạng là ưu điểm nổi trội nhất của MANET Nhất là khi các thiết bị di động có thể dùng để xây dựng MANET như: máy tính xách tay, PDA, điện thoại di động, máy tính bảng, … ngày càng nhiều và giá thành ngày càng giảm Nhờ đó ta có thể xây dựng MANET có số lượng node lớn dễ dàng và tiết kiệm hơn so với mạng hạ tầng

Bên cạnh những ưu điểm, triển khai MANET cũng gặp không ít khó khăn và thách thức Điển hình nhất là vấn đề định tuyến, khi các node trong mạng di chuyển dẫn tới kiến trúc mạng thường xuyên thay đổi Do đó các phương pháp định tuyến trong mạng cố định truyền thống không thể áp dụng được với MANET Mặt khác, các node trong MANET thường sử sụng pin, năng lượng mặt trời hoặc các nguồn năng lượng có hạn nên vấn đề tiết kiệm năng lượng luôn phải được xét đến khi xây dựng các giao thức cho MANET Ngoài ra, các node trong MANET thường có tốc

độ xử lý thấp, bộ nhớ ít và năng lượng có hạn vì vậy vấn đề tối ưu hóa các thuật toán định tuyến phải đặt lên hàng đầu Bên cạnh đó, liên kết vô tuyến giữa các node trong MANET không chỉ có băng thông hạn chế mà còn thiếu ổn định do dễ bị ảnh hưởng bởi các yếu tố thời tiết, nhiệt độ và nhiễu …

1.2 TÌM HIỂU VỀ WIRELESS SENSOR NETWORK (WSN) VÀ WIRELESS MULTIMEDIA SENSOR NETWORK (WMSN)

Mặc dù MANET và Wireless Sensor Network (WSN) đều thuộc loại mạng Wireless Ad Hoc, nhưng MANET có thể được tạo thành từ nhiều loại thiết bị di động có khả năng kết nối không dây như máy tính xách tay, điện thoại di động, PDA, … còn mạng cảm biến không dây (WSN) lại được tạo thành từ một loại thiết

bị duy nhất đó là các cảm biến (sensor) Tuy WSN đã được thế giới nghiên cứu, phát triển và ứng dụng vào nhiều lĩnh vực nhưng khái niệm WSN vẫn còn khá mới

mẻ ở Việt Nam Phần 1.2.1 sẽ giới thiệu chi tiết về khái niệm, những đặc điểm và ứng dụng của WSN Bên cạnh WSN, ở chương này chúng ta còn tìm hiểu về Wireless Multimedia Sensor Network (WMSN) là một loại mạng tương đối giống với WSN, điểm khác biệt lớn nhất là các node không chỉ có khả năng cảm nhận mà còn có thể thu âm thanh, hình ảnh Những đặc điểm và một số ứng dụng của loại mạng đặc biệt này sẽ được trình bày trong phần 1.2.2

1.2.1 Tìm hiểu về Wireless Sensor Network

1.2.1.1 Giới thiệu mạng cảm biến (Sensor Network)

Để hiểu được khái niệm mạng cảm biến không dây (WSN) là gì, trước tiên cần hiểu rõ khái niệm mạng cảm biến (Sensor Network) Mạng cảm biến được tạo thành từ các node chính là các cảm biến, các cảm biến này có khả năng cảm nhận,

xử lý thông tin và kết nối với nhau để tạo ra một hệ thống mạng có khả năng giám sát, theo dõi, thu thập dữ liệu trong một môi trường cụ thể như: trong rừng, trong một tòa nhà, trên đường, …

Các ứng dụng cơ bản của mạng cảm biến chủ yếu gồm thu thập dữ liệu, giám sát, theo dõi và các ứng dụng trong y học Tuy nhiên ứng dụng của mạng cảm biến tùy theo yêu cầu sử dụng còn rất đa dạng và không bị giới hạn

Có bốn thành phần cơ bản cấu tạo nên một mạng cảm biến:

 Các cảm biến được phân bố theo mô hình tập trung hay phân bố rải rác

 Mạng lưới liên kết giữa các cảm biến (có dây hay vô tuyến)

 Điểm trung tâm tập hợp dữ liệu (clustering)

 Bộ phận xử lý dữ liệu ở trung tâm

Trong mạng cảm biến, các cảm biến được xem là thành phần quan trọng nhất phục vụ cho các ứng dụng Các cảm biến bao gồm nhiều loại: các cảm biến trường điện từ; cảm biến tần số vô tuyến; cảm biến quang, hồng ngoại; cảm biến định vị, dẫn đường; cảm biến đo đạc các thông số môi trường; các cảm biến phục vụ trong ứng dụng an ninh, sinh hóa… Xuất phát từ mục đích và đặc điểm môi trường sử dụng mà các loại cảm biến được thiết kế với kích cỡ (từ vài mm cho tới vài chục

cm) và giá thành khác nhau (từ vài xu cho tới hàng trăm đô la Mỹ) Sự hạn chế về kích thước và giá thành dẫn tới sự ràng buộc các nguồn tài nguyên trong cảm biến như: nguồn năng lượng, bộ nhớ, tốc độ tính toán và băng thông

1.2.1.2 Wireless Sensor Network là gì

Một node cảm biến được định nghĩa là sự kết hợp cảm biến và bộ phận xử lý hay còn gọi là mote Mạng cảm biến không dây (WSN) là mạng cảm biến trong

đó các kết nối giữa các node cảm biến bằng sóng vô tuyến Tùy theo lĩnh vực ứng dụng, số lượng node trong WSN có thể thay đổi từ hàng trăm cho tới hàng ngàn node và sử dụng mô hình định tuyến single-hop hoặc multi-hop

Hình 1.9: mô hình cấu trúc mạng cảm biến không dây

Hình 1.9 minh họa mô hình cấu trúc của WSN thường dùng Các cảm biến liên kết theo giao thức multi-hop, phân chia nhóm (cluster) và chọn ra node có khả năng tốt nhất làm node trung tâm (clustering node), tất cả các node trung tâm sẽ truyền dữ liệu về node xử lý chính (final processing node) Nhờ vậy, năng lượng cũng như băng thông truyền tải sẽ sử dụng hiệu quả hơn Tuy nhiên, có thể thấy cấu trúc mạng phức tạp, thuật toán phân chia node theo nhóm và giao thức định tuyến cho mạng cũng phức tạp hơn

Hình 1.10: WSN loại một sử dụng giao thức định tuyến động

 Loại hai (C2WSN): WSN loại hai sử dụng giao thức định tuyến tĩnh,

sử dụng mô hình kết nối node – node hoặc nhiều node – node, có một kết nối tới node trung tâm Trong loại này, các node kết nối trực tiếp

và chỉ chuyển dữ liệu đến node trung tâm, các node không chuyển tiếp

dữ liệu cho nhau Do sử dụng giao thức định tuyến tĩnh và phạm vi mạng nhỏ (khoảng vài trăm mét) nên cấu trúc mạng WSN loại hai tương đối đơn giản và thích hợp với các môi trường nhỏ, lượng dữ liệu cần truyền tải thấp như: trong gia đình, trong nhà máy, …

Hình 1.11: WSN loại hai sử dụng giao thức định tuyến tĩnh, các node FN-SRWR

đóng vai trò là node trung tâm

1.2.1.4 Những đặc điểm của Wireless Sensor Network

Do WSN và MANET đều thuộc mạng Wireless Ad Hoc nên WSN cũng mang những đặc điểm của mạng Wireless Ad Hoc và MANET Ngoài ra, sự khác biệt về mục đích sử dụng cũng như các thành phần cấu tạo mạng dẫn tới WSN có những đặc điểm riêng biệt

 Các node trong WSN thường là các biết bị nhỏ gọn, giá thành thấp, có số

lượng lớn và được phân bố một cách dày đặc không có hệ thống (non-topology) trên một diện tích rộng WSN có thể dễ dàng được mở rộng bằng cách bổ sung

thêm node (có thể là các cảm biến cùng loại hoặc khác loại với cảm biến đang dùng) dẫn tới các node có thể không đồng nhất trên toàn mạng

 Các node sử dụng ít năng lượng, sử dụng nguồn năng lượng dự trữ hạn chế

(pin, năng lượng mặt trời, …), có thời gian hoạt động lâu dài từ vài tháng tới vài năm Điểm đặc biệt khác biệt của WSN so với WLAN hay MANET là các node

 Do WSN dễ bị ảnh hưởng bởi các yếu tố môi trường và sự hạn chế về khả

năng xử lý, truyền dữ liệu của các node nên băng thông của WSN thấp Mặt khác,

để tiết kiệm năng lượng, các node thường có nhiều trạng thái hoạt động (active mode) và trạng thái nghỉ (sleep mode) Thông thường thời gian node ở trạng thái nghỉ lớn hơn thời gian ở trạng thái hoạt động nhiều (do node chỉ hoạt động khi nhận thấy có sự thay đổi, ví dụ nhiệt độ môi trường thay đổi, sự di chuyển, …) dẫn đến băng thông truyền tải trong WSN không liên tục

Như vậy, điểm đặc trưng cơ bản nhất để phân biệt giữa WSN và WLAN chính là giá thành mỗi node, mật độ node trong mạng, phạm vi hoạt động, cấu hình mạng, băng thông truyền tải, năng lượng tiêu thụ và thời gian node ở trạng thái hoạt động

1.2.1.5 Ứng dụng của Wireless Sensor Network

Sự phát triển của ngành công nghiệp phần cứng cho phép tạo ra các cảm biến với kích thước ngày càng nhỏ, giá thành ngày càng rẻ và khả năng xử lý ngày càng cao Bên cạnh đó, sự phát triển như vũ bão của Internet cùng những tiến bộ trong kỹ thuật truyền tải không dây hứa hẹn sự phát triển đầy tiềm năng của mạng cảm biến không dây

Trong những năm gần đây, các nghiên cứu về mạng cảm biến không dây đã đạt được những bước phát triển mạnh mẽ, tác động lớn đến ứng dụng của WSN trong rất nhiều lĩnh vực Giờ đây, WSN không còn bị gò bó trong lĩnh vực quân sự như lúc mới ra đời, WSN có thể ứng dụng được trong tất cả các lĩnh vực của đời sống con người như quân sự (giám sát chiến trường, theo dõi mục tiêu, phát hiện phóng xạ, rà soát bom mìn…), môi trường (phát hiện hoạt động núi lửa, giám sát cháy rừng, phát hiện động đất), thương mại (điều khiển nhiệt độ, các hệ thống tự động, robot tự hành,…), y tế (phân tích sức khỏe con người, giám sát bệnh nhân, phân tích nồng độ các chất,…), gia đình (điều khiển từ xa các thiết bị, hệ thống tự động trong gia đình, giám sát an ninh,…),…

Tùy theo mục đích và phạm vi hoạt động mà mạng cảm biến không dây loại một hoặc mạng cảm biến không dây loại hai được sử dụng [2] [3]

 Chẳng hạn khi có thảm họa thiên nhiên xảy ra, một lượng lớn cảm biến được thả từ trên không Mạng lưới các cảm biến sẽ cung cấp cho người giám sát đầy đủ thông tin về vị trí người bị nạn, vùng nguy hiểm, … đảm bảo hiệu quả và an toàn cho các hoạt động cứu nạn Sử dụng mạng cảm biến không dây giúp hạn chế sự có mặt trực tiếp của con người ở vùng nguy hiểm

Hình 1.12: minh họa hệ thống WSN phát hiện động đất và gửi dữ liệu về trạm quan

sát

 Trong quốc phòng và an ninh, mạng lưới cảm biến không dây giúp phát hiện

sự di chuyển của đối phương, phát hiện chất nổ, sóng vô tuyến, phóng xạ, theo dõi

an ninh trong khu vực dân cư, phát hiện xâm nhập và truy bắt tội phạm,… [4] [5]

 Đối với mục đích theo dõi giao thông [6], hệ thống cảm biến được lắp đặt dọc theo các con đường và trên các phương tiện giao thông Mạng cảm biến không dây tập hợp dữ liệu về tốc độ lưu thông, mật độ xe, số lượng xe và gửi về trung tâm

để xử lý Mạng theo dõi hệ thống giao thông liên tục, cung cấp thông tin cập nhật thường xuyên theo thời gian thực Các thông tin này được dùng để giám sát lưu lượng, điều phối giao thông hoặc cho các mục đích khác

Hình 1.14: ứng dụng WSN để giám sát giao thông trên đường

 Trong gia đình, WSN được ứng dụng để xây dựng ngôi nhà thông minh [7] Các cảm biến được lắp trên các thiết bị hoặc vị trí cần thiết sau đó kết nối thành mạng truyền dữ liệu về node trung tâm

Hình 1.15: ứng dụng WSN trong gia đình

 Trong công nghiệp, sử dụng WSN giúp giám sát quá trình sản xuất, theo dõi chất lượng sản phẩm, theo dõi môi trường làm việc, quản lý nhân viên [8]… Các cảm biến đặt trong môi trường làm việc sẽ gửi dữ liệu liên tục về trung tâm giúp người quản lý theo dõi được quá trình sản xuất

Hình 1.16: ứng dụng WSN trong quá trình sản xuất

 Nhiều bệnh viện và trung tâm y tế trên thế giới đang ứng dụng WSN vào tiền chẩn đoán, chăm sóc sức khỏe, đối phó dịch bệnh và phục hồi chức năng cho người bệnh [9] WSN cho phép theo dõi tình trạng bệnh nhân kinh niên ngay tại nhà, làm cho việc điều trị thuận tiện và rút ngắn thời gian điều trị WSN còn cho phép thu thập thông tin y tế qua thời gian dài tạo thành các cơ sở dữ liệu về sức khỏe của mỗi

cá nhân, giúp các bác sỹ chẩn đoán và điều trị bệnh tốt hơn

Hình 1.17: ứng dụng WSN trong y học

1.2.2 Tìm hiểu về Wireless Multimedia Sensor Network

Mặc dù WSN có thể ứng dụng rộng rãi vào mọi lĩnh vực của đời sống xã hội, nhưng đối với các ứng dụng đòi hỏi thu thập âm thanh hoặc hình ảnh thì việc sử dụng WSN gặp rất nhiều khó khăn do các cảm biến (các node trong WSN) trong WSN chỉ được thiết kế với khả năng cảm nhận (sensing) và không có khả năng thu nhận dữ liệu âm thanh, hình ảnh

Tuy nhiên, sự phát triển mạnh mẽ của khoa học kỹ thuật và ngành công nghiệp phần cứng trong những năm gần đây đã cho ra đời nhiều phần cứng giá thành ngày càng rẻ và kích thước ngày càng nhỏ điển hình là CMOS [43] (đây là thuật ngữ để chỉ một loại công nghệ dùng chế tạo vi mạch tích hợp) camera và microphone Điều kiện thuận lợi này cho phép tạo ra các cảm biến thế hệ mới được tích hợp thêm CMOS camera và microphone Sự ra đời của các cảm biến có khả năng thu thập và

xử lý âm thanh, hình ảnh tạo ra một loại WSN đặc biệt gọi là WMSN [11]

WMSN là một loại WSN đặc biệt thuộc mạng Wireless Ad Hoc có cấu trúc

và các đặc điểm tương tự WSN, nhưng các node trong WMSN ngoài khả năng cảm biến còn có khả năng thu và xử lý âm thanh, hình ảnh

Hình 1.18: ứng dụng WMSN dùng để theo dõi trong quân sự

WMSN ra đời đã bổ sung hoàn hảo các lĩnh vực mà WSN chưa thể ứng dụng được Dưới đây là một số ứng dụng WMSN đã và đang được áp dụng trong thực tế [3]:

 An ninh: chẳng hạn đối với một số triển lãm trong thời gian ngắn, nếu lắp

đặt camera giám sát sẽ rất khó khăn, tốn kém và không linh động nếu quy mô triển lãm lớn Thay vào đó, WMSN sẽ được sử dụng tạo thành một hệ thống giám sát tạm thời Ngoài ra, các node có thể đặt gần cửa ra vào, nhằm theo dõi khách hàng và truyền dữ liệu âm thanh hình ảnh về phòng quản lý

 Theo dõi đời sống động vật hoang dã: để theo dõi đời sống động vật trong

tự nhiên, người ta xây dựng WMSN với các cảm biến được gắn dày đặc trên phạm

vi cần theo dõi Khi một cảm biến phát hiện sự di chuyển của con vật, ngay lập tức

nó sẽ chụp ảnh con vật và gửi về trung tâm theo dõi Nhờ đó, người ta có thể tìm hiểu được thói quen, hoạt động của các loài động vật đặc biệt là các loài khó tiếp cận trực tiếp

 Giám sát giao thông và đo lường môi trường: WMSN có thể được lắp đặt

vào khu vực trung tâm thành phố để giám sát giao thông vào giờ cao điểm và giúp

đỡ các tài xế tránh đi vào các con đường đang kẹt xe Ngoài ra, các cảm biến có thể

đo lường mức độ tiếng ồn trong đô thị phục vụ cho mục đích nghiên cứu

 Giám sát ở sân bay: sau sự kiện khủng bố 11/9, vấn đề an ninh tại các sân

bay được đặt lên hàng đầu Hệ thống WMSN với các cảm biến chi phí thấp có thể được sử dụng để theo dõi mọi vị trí ở sân bay nhằm tăng cường an ninh

1.3 SO SÁNH WSN VÀ MANET:

MANET và WSN là hai thành viên của mạng Wireless Ad Hoc và cùng chịu

sự ràng buộc về nguồn tài nguyên như: bộ nhớ, khả năng xử lý, nguồn năng lượng,

… Cả hai mạng đều không cần cơ sở hạ tầng khi triển khai và có chung nhiều đặc điểm như cấu trúc mạng dễ bị thay đổi do khả năng di chuyển được của các node, các node kết nối với nhau bằng các liên kết không dây, Ngoài ra giữa MANET và WSN còn khá nhiều đặc điểm giống nhau khác [11] [12]:

 Định tuyến giữa hai node có thể phải thông qua các node trung gian để chuyển tiếp dữ liệu, đây gọi là phương pháp định tuyến multi-hop

 Cả MANET và WSN thường sử dụng pin để cung cấp năng lượng Do đó vấn đề giảm thiểu năng lượng tiêu thụ là mối quan tâm hàng đầu đối với hai mạng này

 Các node trong cả hai mạng đều có khả năng tự quản lý do đặc điểm phân tán của mạng

Bên cạnh những đặc điểm giống nhau, MANET và WSN có nhiều điểm khác nhau [13]:

 Các node trong MANET là các thiết bị thường được con người sử dụng trực

với con người mà tương tác trực tiếp với môi trường (ví dụ lắp đặt trong rừng, trên đường cao tốc, …) và khả năng xử lý rất hạn chế kèm theo giá thành tương đối thấp

 Số lượng node trong WSN thường lớn và mật độ node cũng dày đặc hơn nhiều so với MANET Trong MANET, số lượng node phụ thuộc vào số lượng người dùng đang hoạt động trong mạng Còn trong WSN, số lượng node phụ thuộc vào phạm vi cần quan sát [12]

 Mặc dù các node trong MANET và WSN đều sử dụng năng lượng Nhưng những yêu cầu về tiết kiệm năng lượng trong WSN quan trọng hơn MANET Bởi vì khả năng sạc hoặc thay thế pin trong WSN rất hạn chế (không thể thay thế pin cho

số lượng node quá lớn bao phủ trên phạm vi rộng) [14]

 Về vấn đề bảo mật [15], MANET sử dụng phương pháp mã hóa khóa công khai [16] còn WSN sử dụng phương pháp mã hóa đối xứng

 Về mục đích sử dụng, MANET được xây dựng với mục đích chính thường là phân tán sự tính toán hoặc chia sẻ dữ liệu giữa các node trong khi WSN thường được sử dụng để thu thập thông tin

CHƯƠNG 2 TÌM HIỂU GIAO THỨC ĐỊNH TUYẾN, TRUYỀN DỮ LIỆU VÀ ĐẢM BẢO CHẤT

LƯỢNG DỊCH VỤ TRONG WSN

2.1 Giao thức định tuyến trong WSN

2.2 Giao thức truyền dữ liệu trong WSN

2.3 QoS trong WSN

2.4 Kỹ thuật cân bằng tải