TÌM HIỂU CÁC GIAO THỨC ĐỊNH TUYẾN TRONG MẠNG CẢM BIẾN KHÔNG DÂY

Hiện nay, người ta đang tậptrung triển khai các mạng cảm biến không dây để áp dụng trong cuộc sống hàng ngày.Mạng cảm ứng được sử dụng rất nhiều trong đời sống hàng ngày, y tế, quân sự ,

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

CƠ SỞ PHÍA BẮC.

KHOA CÔNG NGHỆ

ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH

TÌM HIỂU CÁC GIAO THỨC ĐỊNH TUYẾN TRONG

MẠNG CẢM BIẾN KHÔNG DÂY

CHUYÊN NGÀNH : CÔNG NGHỆ THÔNG TIN –NET.

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH

(CHÚ Ý: SV phải đóng tờ này vào trang thứ nhất của bản thuyết minh)

Họ và tên sinh viên:……… MSSV:…………

……… MSSV:…………

……… MSSV:…………

……… MSSV:…………

……… MSSV:…………

Ngành:……… …… Lớp:………

1 Tên đồ án chuyên ngành: ………

………

2 Nhiệm vụ (Nêu nội dung và dữ liệu ban đầu): ………

………

………

………

………

3 Ngày giao: ngày tháng năm

4 Ngày hoàn thành: ngày tháng năm

5 Họ tên giáo viên hướng dẫn:

Thái Bình, ngày tháng năm

TRƯỞNG BỘ MÔN GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN (Ký và ghi rõ họ tên) (Ký và ghi rõ họ tên)

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

(Giáo viên ghi nhận xét của mình, bằng tay, vào phần này)

………

………

………

………

Phần đánh giá:  Ý thức thực hiện: ………

………

 Nội dụng thực hiện: ………

………

 Hình thức trình bày: ………

………

 Tổng hợp kết quả: Điểm bằng số: Điểm bằng chữ: (Quy định về thang điểm và lấy điểm tròn theo quy định của trường) […] Được bảo vệ […] Được bảo vệ có chỉnh sửa bổ sung

[…] Không được bảo vệ

Thái Bình, ngày tháng năm 2013

GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN (Ghi rõ họ, tên)

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN

(Giáo viên ghi nhận xét của mình, bằng tay, vào phần này)

………

………

………

………

Phần đánh giá:  Ý thức thực hiện: ………

………

 Nội dụng thực hiện: ………

………

 Hình thức trình bày: ………

………

 Tổng hợp kết quả: Điểm bằng số: Điểm bằng chữ: (Quy định về thang điểm và lấy điểm tròn theo quy định của trường) […] Được bảo vệ […] Được bảo vệ có chỉnh sửa bổ sung

[…] Không được bảo vệ

Thái Bình, ngày tháng năm 2013

GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN (Ghi rõ họ, tên)

LỜI NÓI ĐẦU

Thế giới ngày nay đã có nhiều tiến bộ mãnh mẽ về công nghệ thông tin (CNTT),

từ một tiềm năng thông tin đã trở thành một tài nguyên thực sự, trở thành sản phẩm hànghóa trong xã hội, tạo ra sự thay đổi lớn trong lực lượng quản lý, trong các lĩnh vực của xãhội

Cùng với việc phát triển mạnh mẽ của mạng máy tính, với sự tiến bộ lớn của côngnghệ không dây (Wireless) mạng cảm biến không dây ngày nay đang dần được áp dụngvào trong thực tiễn với những đặc điểm nổi bật của nó

Đứng trước sự phát triển không ngừng của khoa học, công nghệ, truyền thông,mạng cảm biến không dây ra đời với việc sử dụng các thiết bị cảm biến nhỏ và chi phíthấp đã trở nên khả thi về mặt kỹ thuật cũng như về mặt kinh tế

Xuất phát từ những phát từ những yêu cầu thực tế đó, đề tài “Tìm hiểu các giao thức định tuyến trong mạng cảm biến không dây” thực hiện việc giới thiệu một cách

tổng quan về mạng cảm biến không dây, các giao thức trong mạng cảm biến không dâycũng như mô phỏng, đánh giá một giao thức định tuyến trong mạng cảm biến không dây,cùng với đó là hướng phát triển của một công nghệ

Trong tài liệu này, chúng em xin giới thiệu những nét tổng quát nhất về mạng cảmbiến không dây, các giao thức Để có thể hiểu sơ qua về vấn đề, nội dung sẽ được chiathành các chương như sau:

Chương I : Giới thiệu tổng quan về mạng cảm biến không dây

Chương II : Định tuyến trong mạng cảm biến không dây

Chương III : Mô phỏng giao thức định tuyến, đánh giá kết quả, hướng phát triển.Mạng cảm biến không dây (WSN) là một công nghệ mới, vì vậy đòi hỏi sự nghiêncứu và tìm tòi kỹ lưỡng Những nội dung và kiến thức trong tài liệu này là tổng hợpnhững nghiên cứu mà chúng em tìm hiểu và đúc rút sau thời gian làm đồ án.Vì thời giankhông cho phép và kiến thức còn nhiều hạn chế nên chắc rằng không thể tránh khỏinhững thiếu sót Rất mong được sự góp ý từ các thầy cô và các bạn

LỜI CẢM ƠN

Chúng em xin chân thành cảm ơn trường đại học công nghiệp thành phố Hồ ChíMinh Cơ sở Thái Bình đã tạo điều kiện thuận lợi cho chúng em và đặc biệt chúng em xincảm ơn thầy Tống Đức Thuận đã tận tình chỉ bảo, động viên, chia sẻ khó khăn và giúp đỡchúng em trong quá trình thực hiện đề tài

Chúng em cũng xin chân thành cảm ơn các thầy cô trong khoa Công Nghệ đã tậntình giảng dậy, trang bị cho chúng em những kiến thức cần thiết trong thời gian vừa qua

Chúng em cũng xin gửi lời cảm ơn tới tất cả bạn bè, gia đình đã ủng hộ và giúp đỡchúng em trong suất quá trình thực hiện đề tài

Mặc dù đã cố gắng hoàn thành đề tài báo cáo tốt nghiệp với tất cả sự nỗ lực vàkiến thức nhưng do thời gian và kiến thức còn nhiều hạn chế nên đồ án không thể tránhkhỏi những thiếu sót nhất định, kính mong nhận được sự thông cảm và chỉ bảo tận tìnhcủa các thầy cô giáo, sự góp ý của các bạn để đề tài được hoàn thiện hơn

Thái bình, ngày 18 tháng 06 năm 2013 Sinh viên

Nguyễn Thị Niên

Nguyễn Văn Thuần

MỤC LỤC

Trang

LỜI NÓI ĐẦU 5

LỜI CẢM ƠN 6

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT 9

CHƯƠNG 1 :GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ MẠNG CẢM BIẾN KHÔNG DÂY 13

1.1 G IỚI THIỆU CHUNG 13

1.2 Đ ỊNH NGHĨA MẠNG CẢM BIẾN KHÔNG DÂY 13

1.3 Đ ẶC ĐIỂM CỦA MẠNG CẢM BIẾN KHÔNG DÂY 14

1.4 C HỨC NĂNG CỦA MẠNG CẢM BIẾN KHÔNG DÂY 14

1.5 C ẤU TRÚC CỦA MẠNG CẢM BIẾN KHÔNG DÂY 15

1.5.1 Các yếu tố ảnh hưởng tới cấu trúc mạng cảm biến không dây 15

1.5.2 Nút trong mạng cảm biến không dây 16

1.5.3 Đặc điểm của cấu trúc mạng cảm biến không dây 17

1.6 K IẾN TRÚC GIAO THỨC MẠNG 19

1.7 C ÁC CẤU TRÚC ĐẶC TRƯNG CỦA MẠNG CẢM BIẾN KHÔNG DÂY 21

1.7.1 Cấu trúc phẳng 21

1.7.2 Cấu trúc phân cấp 22

1.8 C ÁC ĐẶC TRƯNG CỦA MẠNG CẢM BIẾN KHÔNG DÂY 24

1.8.1 Năng lượng tiêu thụ 24

1.8.2 Chi phí 25

1.8.3 Loại hình mạng 25

1.8.4 Tính bảo mật 25

1.8.5 Độ trễ 26

1.8.6 Tính di động 26

1.9 N HỮNG KHÓ KHĂN TRONG VIỆC PHÁT TRIỂN MẠNG CẢM BIẾN KHÔNG DÂY 26

1.9.1 Giới hạn về năng lượng 26

1.9.2 Giới hạn về băng thông 26

1.9.3 Giới hạn về phần cứng 26

1.9.4 Ảnh hưởng của nhiễu bên ngoài 27

1.10 Ứng dụng của mạng cảm biến không dây 27

1.10.1 Ứng dụng trong quân đội 27

1.10.2 Ứng dụng trong môi trường 29

1.10.3 Ứng dụng trong chăm sóc sức khỏe 30

1.10.4 Ngôi nhà thông minh 31

CHƯƠNG2: ĐỊNH TUYẾN TRONG MẠNG CẢM BIẾN KHÔNG DÂY 32

2.1 N HỮNG THÁCH THỨC VỀ ĐỊNH TUYẾN TRONG MẠNG CẢM BIẾN KHÔNG DÂY 32

2.2 C ÁC VẤN ĐỀ VỀ THIẾT KẾ GIAO THỨC ĐỊNH TUYẾN 33

2.2.1 Đặc tính thay đổi theo thời gian và trật tự sắp xếp của mạng 33

2.2.2 Ràng buộc về tài nguyên 33

2.2.3 Mô hình dữ liệu trong mạng cảm biến 33

2.2.4 Cách truyền dữ liệu 33

2.3 P HÂN LOẠI VÀ SO SÁNH CÁC GIAO THỨC ĐỊNH TUYẾN TRONG MẠNG CẢM BIẾN KHÔNG DÂY 35

2.4 C ÁC GIAO THỨC ĐỊNH TUYẾN TRONG MẠNG CẢM BIẾN KHÔNG DÂY 36

2.4.1 Giao thức trung tâm dữ liệu 36

2.4.1.1 Flooding và Gossiping 36

2.4.1.2 SPIN 37

2.4.1.3 Directed Diffusion 38

2.4.2 Giao thức phân cấp 41

2.4.2.1 Giao thức LEACH 41

2.4.2.2 PEGASIS 44

2.4.3 Giao thức dựa trên vị trí 45

2.4.3.1 Giao thức GAF 46

2.4.3.2 Giao thức GEAR 47

CHƯƠNG 3: MÔ PHỎNG GIAO THỨC ĐỊNH TUYẾN 50

3.1 P HẦN MỀM MÔ PHỎNG MẠNG NS-2 50

3.1.1 Giới thiệu về NS-2 50

3.1.2 C++ và OTcl 53

3.1.3 Các đặc tính của NS-2 55

3.1.4 Mô phỏng mạng cảm biến không dây bằng NS-2 56

Bài toán mô phỏng 56

3.2 C ÁC GIAO THỨC MÔ PHỎNG 56

3.2.1 LEACH 56

3.2.2 LEACH-C (LEACH-Centralized) 63

3.3 M Ô PHỎNG WSN TRÊN NS-2 64

3.3.1 Leach 64

3.3.1.1 giả thiết 64

3.3.1.2 Câu lệnh 64

3.3.1.3 Ý nghĩa một số câu lệnh – leach 65

3.3.1.4 Kết quả mô phỏng- leach 66

3.3.2 Leach-c 67

3.3.2.1 Kết quả 67

3.3.3 So sánh kết quả thu được 68

3.4 MÔ PHỎNG GIAO THỨC ĐỊNH TUYẾN TRÊN CONTIKI 68

3.4.1 Quá trình khởi tạo mạng 70

3.4.2 Mô phỏng giao thức RPL sử dụng cooja trên hệ điều hành contiki 71

KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 78

TÀI LIỆU THAM KHẢO 79

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT

Chữ viết tắt Chữ đầy đủ Nghĩa tiếng Việt

ADC Analog-to-Digital Converter Bộ chuyển đổi tương tự - Số

CDMA Code Division Multiple Access Đa truy nhập phân chia theo mãGAF Geographic adaptive fidelity Giải thuật chính xác theo địa lýGEAR Geographic and Energy-Aware

Routing

Định tuyến theo vùng địa lý sửdụng hiệu quả năng lượng

GPS Global Positioning System Hệ thống định vị toàn cầu

LEACH Low-energy adaptive clustering

MAC Media Access Control Điều khiển truy nhập môi trườngPEGASIS Power-efficient Gathering in

Sensor Information Systems

Tổng hợp năng lượng trong các

hệ thống thông tin cảm biến

SPIN Sensor protocols for information

TDMA Time Division Multiple Access Đa truy nhập phân chia theo thời

gianTEEN Threshold sensitive Energy

Efficient sensor Network protocol

Giao thức hiệu quả về năng lượngnhạy cảm với mức ngưỡng

UDP User Datagram Protocol Giao thức gói dữ liệu người dùngWSN Wireless Sensor Network Mạng cảm biến không dây

RPL Routing protocol for low power

and lossy network

Giao thức định tuyến cho mạngtổn hao năng lượng thấp

DAG Directed Acyclic Graph Đồ thị hướng mạch hở

DAG ROOT Directed Acyclic Graph Root Đồ thị hướng mạch hở trung tâmDIS DAG Information Solicitation Đồ thị hướng mạch hở lấy thông

tinDIO DAG Information Object Đồ thị hướng mạch hở lấy đối

tượng

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 1.1 Cấu trúc mạng cảm biến không dây 17

Hình 1.2 Cấu tạo nút cảm biến 18

Hình 1.3 Kiến trúc giao thức mạng cảm biến không dây 21

Hình 1.4 Cấu trúc phẳng của mạng cảm biến không dây 23

Hình 1.5 Cấu trúc phân cấp mạng cảm biến không dây 24

Hình 1.6 Cấu trúc mạng phân cấp chức năng theo lớp 24

Hình 1.7 Ứng dụng trong quân đội 30

Hình 1.8 Ứng dụng trong môi trường 31

Hình 1.9 Ứng dụng trong chăm sóc sức khỏe 32

Hình 2.1 Mô hình truyền dữ liệu giữa sink và các nút 35

Hình 2.2 Truyền gói trong Flooding 37

Hình 2.3 Ba tín hiệu bắt tay của SPIN 38

Hình 2.4 Hoạt động của SPIN 39

Hình 2.5 Miêu tả interest sử dụng các cặp thuộc tính – giá trị 40

Hình 2.7 Mô hình mạng LEACH 44

Hình 2.8 Chuỗi trong PEGASIS 46

Hình 2.9 Ví dụ về lưới ảo trong GAF 48

Hình 2.10 Sự chuyển trạng thái trong GAF 48

Hình 2.11 Chuyển tiếp địa lý đệ quy trong GEAR 50

Hình 3.1 Tổng quan về NS dưới góc độ người dùng 52

Hình 3.2 Luồng các sự kiện cho file Tcl chạy trong NS 53

Hình 3.3 Kiến trúc của NS-2 54

Hình 3.4 C++ và OTcl : sự đối ngẫu 55

Hình 3.5 TclCL hoạt động như liên kết giữa A và B 55

Hình 3.6 Giao thức LEACH 58

Hình 3.7 Time –line hoạt động của LEACH 58

Hình 3.8 Giải thuật hình thành cluster trong LEACH 60

Hình 3.9 Mô hình LEACH sau khi đã ổn định trạng thái 62

Hình 3.10 Hoạt động của pha ổn định trong LEACH 62

Hình 3.11 Time-line hoạt động của LEACH trong một vòng 63

Hình 3.12 Sự ảnh hưởng của kênh phát sóng 63

Hình 3.13 Pha thiết lập của LEACH-C 65

Hình 3.14 Câu lệnh leach 67

Hình 3.15 kết quả thu được 67

Hình 3.16 các file đầu ra 68

Hình 3.17 Kết quả mô phỏng 68

Hình 3.18 kết quả mô phỏng leach-c 69

Hình 3.19 RPL 70

Hình 3.20 quá trình khởi tạo trong mạng RPL 72

Hình 3.21 Quá trình khởi tạo 73

Hình 3.22 Khởi tạo thành công 73

Hình 3.23 Các đường nối giữa các nút bắt đầu hình thành 74

Hình 3.24 Kết quả thu được 74

Hình 3.25 Cách truyền dữ liệu giữa các nút 75

Hình 3.26 Nhiệt độ 76

Hình 3.27 Mức tiêu thụ năng lượng trung bình 76

Hình 3.28 Gói tin nhận mỗi nút 77

Hình 3.29 Mạng lưới bước nhảy 77

Hình 3.30 Bản đồ cảm biến 78

Chương 1 :Giới thiệu tổng quan về mạng cảm biến không dây.

1.1 Giới thiệu chung.

Nhờ những tiến bộ trong lĩnh vực truyền thông mà trong những năm gần đây mạngcảm biến không dây (Wireless Sensor Network) với giá thành rẻ, tiêu thụ ít năng lượng

và đa chức năng nên rất được chú ý trong lĩnh vực thông tin Hiện nay, người ta đang tậptrung triển khai các mạng cảm biến không dây để áp dụng trong cuộc sống hàng ngày.Mạng cảm ứng được sử dụng rất nhiều trong đời sống hàng ngày, y tế, quân sự , môitrường Tuy nhiên, mạng cảm ứng không dây đang phải đối mặt với rất nhiều tháchthức, một trong những thách thức lớn nhất của mạng cảm biến không dây đó là nguồnnăng lượng bị giới hạn Rất nhiều nghiên cứu đang tập trung vào việc cải thiện khả năng

sử dụng năng lượng hiệu quả trong từng lĩnh vực khác nhau Trong tương lai các ứngdụng của mạng cảm biến không dây sẽ trở thành một phần không thể thiếu trong cuộcsống

Trong phạm vi của đồ án này, chúng em sẽ giới thiệu một cách tổng quan về mạngcảm biến không dây, các giao thức định tuyến phổ biến, đồng thời sử dụng phần mềm để

mô phỏng và đánh giá một giao thức cơ bản, sau đó nêu ra hướng phát triển của các giaothức mạng , xem xét giao thức đó

1.2 Định nghĩa mạng cảm biến không dây.

Mạng cảm biến không dây (Wireless Sensor Network – WSN) là một mạng không dây mà các nút của nó sử dụng các vi điều khiển, cảm biến, bộ truyền RF với các đặc trưng: kích thước nhỏ, tiêu thụ điện năng thấp, tự tổ chức, tự bảo trì, giá thành thấp và các chu trình tác vụ thâp dùng để đo đạc dữ liệu và truyền thông không dây giữa các nút.

Các mạng cảm biến không dây bao gồm một tập hợp các nút mạng kết nối khôngdây bằng sóng điện từ, mà mỗi nút trong đó được trang bị với một hoặc nhiều đầu cảmnhận, các hệ thống truyền thông, lưu trữ và xử lý tài nguyên Các đầu cảm nhận trongcác nút có thể quan sát các hiện tượng như nhiệt, quang, âm thanh, địa chấn và các sựkiện gia tốc, để xử lý, phân tích dữ liệu thô và trả về các yêu cầu cụ thể của người dùng.Với sự tiến bộ trong công nghệ gần đây đã mở đường cho các thiết kế và thi hành của các

hệ thống nút mạng cảm biến mới, có kích thước rất nhỏ và giá thành thấp với các nhân tố

có khả năng giao tiếp không dây và tính toán hết sức tinh vi Mặc dù mới được phát triển,

các mạng cảm biến không dây cho thấy sẽ đem lại một tiềm năng lớn và nhiều ứng dụngtrong tất cả các lĩnh vực của đời sống.

Khi nghiên cứu về mạng cảm biến không dây, một trong những đặc điểm quantrọng và then chốt đó là thời gian sống của các con cảm biến hay chính là sự giới hạn vềnăng lượng của chúng Các nút cảm biến này yêu cầu tiêu thụ công suất thấp Các nútcảm biến hoạt động có giới hạn và nói chung là không thể thay thế được nguồn cung cấp

Do đó, trong khi mạng truyền thông tập trung vào đạt được các dịch vụ chất lượng cao,thì các giao thức mạng cảm biến phải tập trung đầu tiên vào bảo toàn công suất

1.3 Đặc điểm của mạng cảm biến không dây.

- Có khả năng tự tổ chức, yêu cầu ít hoặc không có sự can thiệp của conngười

- Truyền thông không tin cậy, quảng bá trong phạm vi hẹp, và định tuyếnmutihop

- Triển khai dày đặc và khả năng kết hợp giữa các nút cảm biến

- Cấu hình mạng thay đổi thường xuyên phụ thuộc vào fading và hư hỏng ởcác nút

- Các giới hạn về năng lượng, công suất phát, bộ nhớ và công suất tính toán

1.4 Chức năng của mạng cảm biến không dây.

Mạng cảm biến không dây là mạng có hai chức năng :mạng và cảm nhận thông tin

từ môi trường

- Mạng WSN có đặc điểm là các nút liên kết với nhau bằng kết nối sóng vôtuyến trong đó các nút mạng thường là các thiết bị đơn giản, nhỏ gọn, giá thànhthấp Mạng này có thể có số lượng lớn, được phân bố một cách không có hệ thống trênmột diện tích, sử dụng nguồn năng lượng hạn chế, có thời gian hoạt động lâu dài từ vàitháng đến vài năm, có thể hoạt động trong môi trường khắc nghiệt như chất độc, ô nhiễmmôi trường, nhiệt độ cao

- Các nút mạng thường có chức năng cảm nhận, quan sát môi trường xungquanh như nhiệt độ, độ ẩm, ánh sáng theo dõi hay định vị các mục tiêu cố định hoặc diđộng Các nút giao tiếp với nhau và truyền dữ liệu về trung tâm (base station) một cáchgián tiếp bằng kỹ thuật đa chặng (muti-hop)

1.5 Cấu trúc của mạng cảm biến không dây.

1.5.1 Các yếu tố ảnh hưởng tới cấu trúc mạng cảm biến không dây.

Các cấu trúc hiện nay cho mạng Internet và mạng ad hoc không dây không dùngđược cho mạng cảm biến không dây do có một số lý do cơ bản sau:

- Số lượng các nút cảm biến trong mạng cảm biến có thể lớn gấp nhiều lần sốlượng nút trong mạng ad hoc

- Các nút cảm biến dễ bị lỗi

- Cấu trúc mạng cảm biến thay đổi khá thường xuyên

- Các nút cảm biến chủ yếu sử dựng truyền thông kiểu quảng bá, trong khihầu hết các mạng ad hoc đều dựa trên việc truyền điểm – điểm

- Các nút cảm biến bị giới hạn về năng lượng, khả năng tính toán và bộ nhớ

- Các nút cảm biến không có số nhận dạng toàn cầu (global identification ID)

vì chúng có một số lượng lớn các nút cảm biến

Cấu trúc mạng cảm biến không dây cần phải thiết kế sao cho sử dụng có hiệu quảnguồn tài nguyên hạn chế của mạng, kéo dài thời gian sống của mạng Vì vậy thiết kế cấutrúc mạng và kiến trúc mạng cần phải quan tâm tới các yếu tố sau

- Giao tiếp không dây đa chặng: Khi giao tiếp không dây là kĩ thuật chính, thìgiao tiếp trực tiếp giữa hai nút sẽ có nhiều hạn chế do khoảng cách hay các vật cản Đặcbiệt là khi nút phát và nút thu cách xa nhau thì cần công suất phát lớn.Vì vậy cần các núttrung gian làm nút chuyển tiếp để giảm công suất tổng thể Do vậy các mạng cảm biếnkhông dây cần phải dùng giao tiếp đa chặng

- Sử dụng hiệu quả năng lượng: để hỗ trợ kéo dài thời gian sống của toànmạng, sử dụng hiệu quả năng lượng là kĩ thuật quan trọng mạng cảm biến không dây

- Tự động cấu hình: Mạng cảm biến không dây cần phải cấu hình các thông

số một các tự động Chẳng hạn như các nút có thể xác định vị trí địa lý của nó thông quacác nút khác (gọi là tự định vị)

- Cộng tác, xử lý trong mạng và tập trung dữ liệu: Trong một số ứng dụngmột nút cảm biến không thu thập đủ dữ liệu mà cần phải có nhiều nút cùng cộng tác hoạtđộng thì mới thu thập đủ dữ liệu, khi đó mà từng nút thu dữ liệu gửi ngay đến trạm gốcthì sẽ rất tốn băng thông và năng lượng Cần phải kết hợp các dữ liệu của nhiều nút trongmột vùng rồi mới gửi tới trạm gốc thì sẽ tiết kiệm băng thông và năng lượng Chẳng hạnnhư khi xác định nhiệt độ trung bình, hay cao nhất của một vùng

Do vậy, cấu trúc mạng được thiết kế sẽ phải thỏa mãn :

- Kết hợp vấn đề năng lượng và khả năng định tuyến

- Tích hợp dữ liệu và giao thức mạng

- Truyền năng lượng hiệu quả qua các phương tiện không dây

- Chia sẻ nhiệm vụ giữa các nút lân cận.

1.5.2 Nút trong mạng cảm biến không dây.

Các nút cảm biến được phân bố trong một vùng cảm biến Mỗi một nút cảm biến

có khả năng thu thập dữ liệu và định tuyến lại đến các trạm gốc Dữ liệu được định tuyếnlại đến các trạm gốc bởi một cấu trúc đa điểm như hình vẽ trên Các trạm gốc có thể giaotiếp với các nút quản lý nhiệm vụ (task manager node) qua mạng Internet hoặc vệ tinh

Hình 1.1 Cấu trúc mạng cảm biến không dây

Sink là một thực thể, tại đó thông tin được yêu cầu Sink có thể là thực thể bêntrong mạng (là một nút cảm biến ) hoặc ngoài mạng Thực thể ngoài mạng có thể là mộtthiết bị thực sự ví dụ như máy tính xách tay mà tương tác với mạng cảm biến, hoặc cũngđơn thuần chỉ là một gateway mà nối với mạng khác lớn hơn như Internet nơi mà các yêucầu thực sự đối với các thông tin lấy từ một vài nút cảm biến trong mạng

- Giới thiệu về nút cảm biến: Các nút cảm biến có cấu tạo như sau:

+ Mỗi nút cảm biến được cấu thành bởi 4 thành phần cơ bản : Đơn vị cảmbiến (a sensing unit), đơn vị xử lý (a processing unit), đơn vị truyền dẫn ( a transceiverunit) và bộ nguồn (a power unit) Ngoài ra có thể có thêm các thành phần khác tùy thuộcvào từng ứng dụng như là hệ thống định vị (location finding system), bộ phát nguồn(power generator) và bộ phận di động (mobilizer)( Hình 1.2)

Hình 1.2 Cấu tạo nút cảm biến.

+ Các đơn vị cảm biến (sensing units) bao gồm cảm biến và bộ chuyển đổitương tự-số Dựa trên những hiện tượng quan sát được, tín hiệu tương tự tạo ra bởi sensorđược chuyển sang tín hiệu số bằng bộ ADC, sau đó được đưa vào bộ xử lý

+ Đơn vị xử lý thường được kết hợp với bộ lưu trữ nhỏ (storage unit), quyếtđịnh các thủ tục làm cho các nút kết hợp với nhau để thực hiện các nhiệm vụ định sẵn.Phần thu phát vô tuyến kết nối các nút vào mạng

+ Một trong số các phần quan trọng nhất của một nút mạng cảm biến là bộnguồn Các bộ nguồn thường được hỗ trợ bởi các bộ phận lọc như là tế bào năng lượngmặt trời Ngoài ra cũng có những thành phần phụ khác phụ thuộc vào từng ứng dụng.Hầu hết các kĩ thuật định tuyến và các nhiệm vụ cảm biến của mạng đều yêu cầu có độchính xác cao về vị trí Các bộ phận di động đôi lúc cần phải dịch chuyển các nút cảmbiến khi cần thiết để thực hiện các nhiệm vụ đă ấn định Tất cả những thành phần này cầnphải phù hợp với kích cỡ từng module Ngoài kích cỡ ra các nút cảm biến có một số ràng

buộc nghiêm ngặt khác, như là phải tiêu thụ rất ít năng lượng, hoạt động ở mật độ cao,

có giá thành thấp, có thể tự hoạt động, và thích biến với sự biến đổi của môi trường.

1.5.3 Đặc điểm của cấu trúc mạng cảm biến không dây.

Như trên ta đã biết đặc điểm của mạng cảm biến là bao gồm một số lượng lớn cácnút cảm biến, các nút cảm biến có giới hạn và ràng buộc về tài nguyên đặc biệt là nănglượng rất khắt khe Do đó, cấu trúc mạng mới có đặc điểm rất khác với các mạng truyềnthống Sau đây ta sẽ phân tích một số đặc điểm nổi bật trong mạng cảm biến như sau:

- Khả năng chịu lỗi (fault tolerance): Một số các nút cảm biến có thể không

hoạt động nữa do thiếu năng lượng, do những hư hỏng vật lý hoặc do ảnh hưởng của môitrường Khả năng chịu lỗi thể hiện ở việc mạng vẫn hoạt động bình thường, duy trì nhữngchức năng của nó ngay cả khi một số nút mạng không hoạt động

biến được triển khai có thể đến hàng trăm nghìn nút, phụ thuộc vào từng ứng dụng con sốnày có thể vượt quá hàng triệu Do đó cấu trúc mạng mới phải có khả năng mở rộng để

có thể làm việc với số lượng lớn các nút này

- Giá thành sản xuất : Vì các mạng cảm biến bao gồm một số lượng lớn các

nút cảm biến nên chi phí của mỗi nút rất quan trọng trong việc điều chỉnh chi phí củatoàn mạng Nếu chi phí của toàn mạng đắt hơn việc triển khai sensor theo kiểu truyềnthống, như vậy mạng không có giá thành hợp lý Do vậy, chi phí của mỗi nút cảm biếnphải giữ ở mức thấp

các nút cảm biến cần phải có các ràng buộc về phần cứng như sau : Kích thước phải nhỏ,tiêu thụ năng lượng thấp, có khả nằng hoạt động ở những nơi có mật độ cao, chi phí sảnxuất thấp, có khả năng tự trị và hoạt động không cần có người kiểm soát, thích nghi vớimôi trường

hoặc trực tiếp bên trong các hiện tượng để quan sát Vì thế, chúng thường làm việc màkhông cần giám sát ở những vùng xa xôi Chúng có thể làm việc ở bên trong các máymóc lớn, ở dưới đáy biển, hoặc trong những vùng ô nhiễm hóa học hoặc sinh học, ở giađình hoặc những tòa nhà lớn

kết nối bằng những phương tiện không dây Các đường kết nối này có thể tạo nên bởisóng vô tuyến, hồng ngoại hoặc những phương tiện quang học Để thiết lập sự hoạt độngthống nhất của những mạng này, các phương tiện truyền dẫn phải được chọn phải phùhợp trên toàn thế giới Hiện tại nhiều phần cứng của các nút cảm biến dựa vào thiết kếmạch RF Những thiết bị cảm biến năng lượng thấp dùng bộ thu phát vô tuyến 1 kênh RFhoạt động ở tần số 916MHz Một cách khác mà các nút trong mạng giao tiếp với nhau làbằng hồng ngoại Thiết kế máy thu phát vô tuyến dùng hồng ngoại th́ì giá thành rẻ và dễdàng hơn Cả hai loại hồng ngoại và quang đều yêu cầu bộ phát và thu nằm trong phạm vinhìn thấy, tức là có thể truyền ánh sáng cho nhau được

- Cấu hình mạng cảm biến (network topology): Trong mạng cảm biến, hàng

trăm đến hàng nghìn nút được triển khai trên trường cảm biến Chúng được triển khaitrong vòng hàng chục feet của mỗi nút Mật độ các nút có thể lên tới 20 nút/m3 Do sốlượng các nút cảm biến rất lớn nên cần phải thiết lâp một cấu hình ổn định Ta có thể thểkiểm tra các vấn đề liên quan đến việc duy trì và thay đổi cấu hình ở 3 pha sau:

+ Pha tiền triển khai và triển khai: các nút cảm biến có thể đặt lộn xộn

hoặc xếp theo trật tự trên trường cảm biến Chúng có thể được triển khai bằng cách thả

từ máy bay xuống, tên lửa, hoặc có thể do con người hoặc robot đặt từng cái một

+ Pha hậu triển khai: sau khi triển khai, những sự thay đổi cấu hình phụ

thuộc vào việc thay đổi vị trí các nút cảm biến, khả năng đạt trạng thái không kết nối (phụthuộc vào nhiễu, việc di chuyển các vật cản…), năng lượng thích hợp, những sự cố, vànhiệm vụ cụ thể

+ Pha triển khai lại: Sau khi triển khai cấu hình, ta vẫn có thể thêm vào các

nút cảm biến khác để thay thế các nút gặp sự cố hoặc tùy thuộc vào sự thay đổi chứcnăng

dây, có thể coi là một thiết bị vi điện tử chỉ có thể được trang bị nguồn năng lượng giớihạn (<0,5Ah, 1.2V) Trong một số ứng dụng, việc bổ sung nguồn năng lượng không thểthực hiện được Vì thế khoảng thời gian sống của các nút cảm biến phụ thuộc mạnh vàothời gian sống của pin Ở mạng cảm biến multihop ad hoc, mỗi một nút đóng một vai tròkép vừa khởi tạo vừa định tuyến dữ liệu Sự trục trặc của một vài nút cảm biến có thể gây

ra những thay đổi đáng kể trong cấu hình và yêu cầu định tuyến lại các gói và tổ chức lạimạng Vì vậy, việc duy trì và quản lý nguồn năng lượng đóng một vai trò quan trọng Đó

là lý do v́ì sao mà hiện nay người ta đang tập trung nghiên cứu về các giải thuật và giaothức để thiết kế nguồn cho mạng cảm biến Nhiệm vụ chính của các nút cảm biến trongtrường cảm biến là phát hiện ra các sự kiện, thực hiện xử lý dữ liệu cục bộ nhanh chóng,

và sau đó truyền dữ liệu đi Vì thế sự tiêu thụ năng lượng được chia ra làm 3 vùng: cảmnhận (sensing), giao tiếp (communicating), và xử lý dữ liệu (data processing)

1.6 Kiến trúc giao thức mạng.

Kiến trúc này bao gồm các lớp và các mặt phẳng quản lý.( hình 3.1) Các mặtphẳng quản lý này cho các nút có thể làm việc cùng nhau theo cách có hiệu quả nhất,định tuyến dữ liệu trong mạng cảm biến di động và chia sẻ tài nguyên giữa các nút cảmbiến

Hình 1.3 Kiến trúc giao thức mạng cảm biến không dây.

năng lượng của nó Ví dụ : Nút cảm biến có thể tắt bộ thu sau khi nhận được một bản tin.Khi mức công suất của con cảm biến thấp, nó sẽ broadcast sang nút cảm biến bên cạnhthông báo rằng mức năng lượng của nó thấp và nó không thể tham gia vào quá trình địnhtuyến

động của các nút Các nút giữ việc theo dõi xem ai là nút hàng xóm của chúng

trong một vùng quan tâm Không phải tất cả các nút cảm biến đều thực hiện nhiệm vụcảm nhận ở cùng một thời điểm

- Lớp vật lý : có nhiệm vụ lựa chọn tần số, tạo ra tần số sóng mang, phát hiện

tín hiệu, điều chế và mă hóa tín hiệu Băng tần ISM 915 MHZ được sử dụng rộng răitrong mạng cảm biến Vấn đề hiệu quả năng lượng cũng cần phải được xem xét ở lớp vật

lý, ví dụ : điều biến M hoặc điều biến nhị phân

- Lớp liên kết dữ liệu : lớp này có nhiệm vụ ghép các luồng dữ liệu, phát

hiện các khung (frame) dữ liệu, cách truy nhập đường truyền và điều khiển lỗi Vì môitrường có tạp âm và các nút cảm biến có thể di động, giao thức điều khiển truy nhập môi

trường (MAC) phải xét đến vấn đề công suất và phải có khả năng tối thiểu hoá việc vachạm với thông tin quảng bá của các nút lân cận.

tắc sau :

+ Hiệu quả năng lượng luôn luôn được coi là vấn đề quan trọng

+ Mạng cảm biến chủ yếu là tập trung dữ liệu

+ Tích hợp dữ liệu chỉ được sử dụng khi nó không cản trở sự cộng tác có hiệuquả của các nút cảm biến

- Lớp truyền tải : Chỉ cần thiết khi hệ thống có kế hoạch được truy cập thông

qua mạng Internet hoặc các mạng bên ngoài khác

khác nhau có thể được xây dựng và sử dụng ở lớp ứng dụng

1.7 Các cấu trúc đặc trưng của mạng cảm biến không dây.

Hình 1.4 Cấu trúc phẳng của mạng cảm biến không dây

Ưu điểm:

- Đơn giản, dễ cấu hình và thực hiện

- Tốc độ thực hiện nhanh

Nhược điểm:

- Khó xác định được nút truyền thông kế tiếp

- Nhanh tiêu hao năng lượng tại các nút

1.7.2 Cấu trúc phân cấp.

Trong cấu trúc phân cấp, mạng phân thành các cụm, mỗi cụm có nút chủ cụm(cluster head) Các nút trong cụm thu thập dữ liệu, rồi gửi đơn chặng hay đa chặng tới nútchủ cụm (tùy theo kích thước của cụm)

Hình 1.5 Cấu trúc phân cấp mạng cảm biến không dây

Trong cấu trúc này các nút tạo thành một hệ thống cấp bậc mà ở đó mỗi nút ở mộtmức xác định thực hiện các nhiệm vụ đã định sẵn Trong cấu trúc phân cấp thì chức năngcảm nhận, tính toán và phân phối dữ liệu không đồng đều giữa các nút Những chức năngnày có thể phân theo cấp, cấp thấp nhất thực hiện tất cả nhiệm vụ cảm nhận, cấp giữathực hiện tính toán, và cấp trên cùng thực hiện phân phối dữ liệu

Hình 1.6 Cấu trúc mạng phân cấp chức năng theo lớp.

Các nhiệm vụ xác định có thể được chia không đồng đều giữa các lớp, ví dụ mỗilớp có thể thực hiện một nhiệm vụ xác định trong tính toán Trong trường hợp này, cácnút ở cấp thấp nhất đóng vai trò một bộ lọc thông dải đơn giản để tách nhiễu ra khỏi dữliệu, trong khi đó các nút ở cấp cao hơn ngừng việc lọc dữ liệu này, và thực hiện cácnhiệm vụ khác như tính toán, phân phối dữ liệu

Mạng cảm biến xây dựng theo cấu trúc phân cấp hoạt động hiệu quả hơn cấu trúcphẳng, do các lý do sau:

- Cấu trúc phân cấp có thể giảm chi phí cho mạng cảm biến bằng việc định vịcác tài nguyên ở vị trí mà chúng hoạt động hiệu quả nhất Rõ ràng là nếu triển khai cácphần cứng thống nhất, mỗi nút chỉ cần một lượng tài nguyên tối thiểu để thực hiện tất cảcác nhiệm vụ Vì số lượng các nút cần thiết phụ thuộc vào vùng phủ sóng xác định, chiphí của toàn mạng vì thế sẽ không cao Thay vào đó, nếu một số lượng lớn các nút có chiphí thấp được chỉ định làm nhiệm vụ cảm nhận, một số lượng nhỏ hơn các nút có chi phícao hơn được chỉ định để phân tích dữ liệu, định vị và đồng bộ thời gian, chi phí cho toànmạng sẽ giảm đi

- Mạng cấu trúc phân cấp sẽ có tuổi thọ cao hơn mạng phẳng Khi cần phảitính toán nhiều thì một bộ xử lý nhanh sẽ hiệu quả hơn, phụ thuộc vào thời gian yêu cầuthực hiện tính toán Tuy nhiên, với các nhiệm vụ cảm nhận cần hoạt động trong khoảngthời gian dài, các nút tiêu thụ ít năng lượng phù hợp với yêu cầu xử lý tối thiểu sẽ hoạt

động hiệu quả hơn Do vậy với cấu trúc phân cấp mà các chức năng mạng phân chia giữacác phần cứng đã được thiết kế riêng cho từng chức năng sẽ làm tăng tuổi thọ của mạng.

- Về độ tin cậy: mỗi mạng cảm biến phải phù hợp với với số lượng các nútyêu cầu thỏa mãn điều kiện về băng thông và thời gian sống Với mạng cấu trúc phẳng,qua phân tích người ta đã xác định thông lượng tối ưu của mỗi nút trong mạng có n nút là(W/ n) trong đó W là độ rộng băng tần của kênh chia sẻ Do đó khi kích cỡ mạng tănglên thì thông lượng của mỗi nút sẽ giảm về 0

- Việc nghiên cứu các mạng cấu trúc tầng đem lại nhiều triển vọng để khắcphục vấn đề này Một cách tiếp cận là dùng một kênh đơn lẻ trong cấu trúc phân cấp,trong đó các nút ở cấp thấp hơn tạo thành một cụm xung quanh trạm gốc Mỗi một trạmgốc đóng vai tṛò là cầu nối với cấp cao hơn, cấp này đảm bảo việc giao tiếp trong cụmthông qua các bộ phận hữu tuyến Trong trường hợp này, dung lượng của mạng tăngtuyến tính với số lượng các cụm, với điều kiện là số lượng các cụm tăng ít nhất phảinhanh bằng n Các nghiên cứu khác đã thử cách dùng các kênh khác nhau ở các mứckhác nhau của cấu trúc phân cấp Trong trường hợp này, dung lượng của mỗi lớp trongcấu trúc phân cấp và dung lượng của mỗi cụm trong mỗi lớp xác định là độc lập với nhau

1.8 Các đặc trưng của mạng cảm biến không dây.

1.8.1 Năng lượng tiêu thụ.

Các ứng dụng trong mạng cảm biến không dây thường đòi hỏi các thành phần cócông suất tiêu thụ thấp hơn rất nhiều so với các công nghệ không dây hiện tại (nhưBluetooth) Ví dụ như các cảm biến dùng trong công nghiệp và y tế được cung cấp nănglượng từ những cục pin nhỏ, có thể sống được vài tháng đến vài năm Với các ứng dụngtheo dõi môi trường, khi mà số lượng lớn cảm biến được rải trên diện tích rất rộng thìviệc thường xuyên phải thay pin để cung cấp nguồn năng lượng là điều không khả thi.Chính vì thế trong mạng cảm biến không dây, ngoài việc quản lý năng lượng để sử dụngmột cách hiệu quả nhất cần kết hợp các thuật toán định tuyến tối ưu

1.8.2 Chi phí.

Khi thiết kế một ứng dụng không dây thì giá thành cũng là một yếu tố chính cầnđược quan tâm Để có thể đạt được mục tiêu này thì khi thiết kế cấu hình mạng và giaothức truyền thông cần tránh sử dụng các thành phần đắt tiền và tối thiểu hóa độ phức tạpcủa giao thức truyền thông Trong mạng cảm biến, số lượng các nút mạng sử dụng là khálớn và khi chi phí để sản xuất từng nút con được giảm đi thì giá thành của toàn bộ hệthống giảm đi đáng kể Hiện nay trong các ứng dụng cơ bản các nút mạng có giá khoảng

Ngoài các yếu tố trên thì một phần khá lớn tác động tới giá thành đó là chi phíquản trị và bảo trì hệ thống Mạng cảm biến không dây đã làm tốt hai chức năng cơ bản

đó là tự cấu hình và tự bảo trì Tự cấu hình có nghĩa là tự động dò tìm vị trí các nút lâncận và tổ chức thành một cấu trúc xác định Tự bảo trì có nghĩa là tự động phát hiện vàsửa lỗi nếu phát sinh trong hệ thống (ở các nút mạng hoặc các liên kết giữa các nút) màkhông cần sự tác động của con người Với các tính năng ưu việt này thì mạng cảm biếnkhông dây ngày càng tỏ rõ những ưu việt của mình

1.8.3 Loại hình mạng.

Với một số ứng dụng đơn giản trong phạm vi hẹp thì mạng hình sao (star network)

có thể đáp ứng được các yêu cầu truyền nhận và xử lý dữ liệu Trong mạng hình sao, 1nút sẽ đóng vai trò nút chủ các nút còn lại là nút con kết nối tới nút chủ Tuy nhiên khimạng được mở rộng thì cấu trúc hình sao đơn thuần sẽ không đáp ứng được, mạng sẽphải có cấu hình đa chặng (multi-hop) Cấu hình này sẽ đòi hỏi nhiều tài nguyên bộ nhớ

và xử lý tính toán hơn do mật độ của các nút mạng tăng và diện tích của mạng được phủtrên một phạm vi lớn

1.8.4 Tính bảo mật.

Trong các ứng dụng của mạng cảm biến không dây thì tính bảo mật rất quan trọng,đặc biệt là các ứng dụng trong quân sự Không giống như các mạng có dây rất khó có thểlấy được thông tin khi truyền đi giữa 2 đối tượng, khi truyền tín hiệu không dây đượctruyền đi trong không gian và có thể được thu lại bởi bất kỳ ai Những mối hiểm họakhông chỉ là việc đánh cắp thông tin mà còn ở chỗ những thông tin đó có thể bị chỉnh sửa

và phát lại để phía thu nhận được những thông tin không chính xác

Như vậy bảo mật trong mạng cảm biến không dây cần đảm bảo các yếu tố: dữ liệuđược mã hóa, có mã xác thực và nhận dạng giữa người gửi và người nhận Việc này sẽđược thực hiện kết hợp giữa cả phần mềm và phần cứng bằng việc mã hóa các tập tin,điều chỉnh các bít thông tin, thêm các bít xác thực…

Các chức năng này sẽ làm tiêu tốn thêm tài nguyên của hệ thống về mặt nănglượng và băng thông tuy nhiên bảo mật là một yếu tố bắt buộc trong truyền tin Do vậycần đạt được sự cân bằng giữa 2 yếu tố này để đảm bảo cho hệ thống tối ưu nhất

1.8.5 Độ trễ.

Các ứng dụng thông thường của mạng cảm biến không có yêu cầu cao về thời gianthực khi truyền mà chủ yếu chú trọng vào chất lượng nguồn tin (trừ một số trường hợpđặc biệt như hệ thống báo cháy) Tuy nhiên trong một mạng lưới khá lớn, các thông tin

của các nút con được tập hợp ở một nút chủ để xử lý và đưa về trạm trung tâm thì yếu tốđồng bộ hóa là rất quan trọng.

1.8.6 Tính di động.

Nhìn chung các ứng dụng trong mạng cảm biến không dây không đòi hỏi tính diđộng nhiều vì khi triển khai các nút mạng thường ở các vị trí cố định Các phương thứcđịnh tuyến trong mạng cảm biến không dây cũng đơn giản hơn so với các mạng ad-hockhác (như MANET)

1.9 Những khó khăn trong việc phát triển mạng cảm biến không dây.

Tuy rằng mạng cảm biến không dây có rất nhiều ưu điểm và ứng dụng hữu ích,nhưng khi triển khai trên thực tế sẽ gặp phải một số hạn chế và khó khăn về mặt kỹ thuật.Khi nắm rõ được những khó khăn này chúng ta sẽ có điều kiện để cải tạo nhằm tối ưuhơn nữa

1.9.1 Giới hạn về năng lượng.

Thông thường, các thiết bị trong mạng cảm biến không dây thường sử dụng cácnguồn năng lượng có sẵn (pin) Khi số lượng nút mạng là lớn, yêu cầu tính toán là nhiều,khoảng cách truyền lớn thì sự tiêu thụ năng lượng là rất lớn Chính vì vậy cần tìm các giảipháp để có thể tối ưu việc xử lý & truyền dữ liệu với một năng lượng ban đầu của các nútnhằm kéo dài thời gian sống cho mạng

1.9.2 Giới hạn về băng thông.

Hiện nay tốc độ truyền thông vô tuyến bị giới hạn trong tốc độ khoảng 10-100Kbits/s Sự giới hạn về dải thông này ảnh hưởng trực tiếp đến việc truyền thông tin giữacác nút

1.9.3 Giới hạn về phần cứng.

Yêu cầu của mạng cảm biến không dây là kích thước của các nút phải nhỏ vì có một

số ứng dụng đòi hỏi phải triển khai một số lượng lớn các nút trên một phạm vi hẹp Điều này

đã hạn chế về năng lực tính toán cũng như không gian lưu trữ trên mỗi nút

1.9.4 Ảnh hưởng của nhiễu bên ngoài.

Do trong mạng cảm biến không dây sử dụng đường truyền vô tuyến nên bị ảnhhưởng bởi những can nhiễu bên ngoài, có thể bị mất mát hoặc sai lệch thông tin khitruyền từ nút về trạm gốc

1.10 Ứng dụng của mạng cảm biến không dây.

Như trên ta đã đề cập đến các lĩnh vực ứng dụng mạng cảm biến không dây.Cụ thể

ta sẽ xem xét kỹ một số ứng dụng như sau để hiểu rõ sự cần thiết của mạng cảm biếnkhông dây Các mạng cảm biến có thể bao gồm nhiều loại cảm biến khác nhau như cảmbiến động đất, cảm biến từ trường tốc độ lấy mẫu thấp, cảm biến thị giác, cảm biến hồngngoại, cảm biến âm thanh, radar… mà có thể quan sát vùng rộng các điều kiện xungquanh đa dạng bao gồm:

- Sự có hay vắng mặt của một đối tượng nào đó

- Mức áp suất trên các đối tượng bị gắn

- Đặc tính hiện tại như tốc độ, chiều và kích thước của đối tượng

Các nút cảm biến có thể được sử dụng để cảm biến liên tục hoặc là phát hiện sựkiện, số nhận dạng sự kiện, cảm biến vị trí và điều khiển cục bộ bộ phận phát động Kháiniệm vi cảm biến và kết nối không dây của những nút này hứa hẹn nhiều vùng ứng dụngmới Chúng ta phân loại các ứng dụng này trong quân đội, môi trường, sức khỏe, gia đình

và các lĩnh vực thương mại khác

1.10.1.Ứng dụng trong quân đội.

Mạng cảm biến không dây có thể tích là một phần tích hợp trong hệ thống điềukhiển quân đội, giám sát, giao tiếp, tính toán thông minh, trinh sát, theo dõi mục tiêu Đặctính triển khai nhanh, tự tổ chức và có thể bị lỗi của mạng cảm biến làm cho chúng hứahẹn kỹ thuật cảm biến cho hệ thống trong quân đội Vì mạng cảm biến dựa trên sự triểnkhai dày đặc của các nút cảm biến có sẵn, chi phí thấp và sự phá hủy của một vài nút bởiquân địch không ảnh hưởng đến hoạt động của quân đội cũng như sự phá hủy các cảmbiến truyền thống làm cho khái niệm mạng cảm biến là ứng dụng tốt đối với chiếntrường Một vài ứng dụng quân đội của mạng cảm biến là quan sát lực lượng, trang thiết

bị, đạn dược, theo dõi chiến trường do thám địa hình và lực lượng quân địch, mục tiêu,việc đánh giá mức độ nguy hiểm của chiến trường, phát hiện và do thám việc tấn côngbằng hóa học, sinh học, hạt nhân

quan sẽ theo dõi liên tục trạng thái lực lượng quân đội, điều kiện và sự có sẵn của cácthiết bị và đạn dược trong chiến trường bằng việc sử dụng mạng cảm biến Quân đội, xe

cộ, trang thiết bị và đạn dược có thể gắn liền với các thiết bị cảm biến nhỏ để có thểthông báo về trạng thái Những bản báo cáo này được tập hợp lại tại các nút sink để gửitới lãnh đạo trong quân đội Dữ liệu cũng có thể được chuyển tiếp đến các cấp cao hơn

các chỗ eo hẹp có thể nhanh chóng được bao phủ bởi mạng cảm biến và gần như có thểtheo dõi các hoạt động của quân địch Khi các hoạt động này được mở rộng và kếhoạch hoạt động mới được chuẩn bị một mạng mới có thể được triển khai bất cứ thời giannào khi theo dõi chiến trường

triển khai ở những địa hình then chốt và một vài nơi quan trọng, các nút cảm biến cầnnhanh chóng cảm nhận các dữ liệu và tập trung dữ liệu gửi về trong vài phút trước khiquân địch phát hiện và có thể chặn lại chúng Ta hình dung được về ứng dụng của mạngcảm biến trong hoạt động quân đội.(hình 1.7)

Hình 1.7 Ứng dụng trong quân đội

cảm biến có thể được triển khai ở những vùng mục tiêu để nắm được mức độ nguy hiểmcủa chiến trường

trong các cuộc chiến tranh hóa học và sinh học , một điều rất quan trọng là sự phát hiện

đúng lúc và chính xác các tác nhân đó Mạng cảm biến triển khai ở những vùng mà được

sử dụng như một hệ thống cảnh báo sinh học và hóa hoc có thể cung cấp thông tin mang

ý nghĩa quan trọng đúng lúc nhằm tránh thương vong nghiêm trọng

1.10.2.Ứng dụng trong môi trường.

Một vài ứng dụng môi trường của mạng cảm biến bao gồm theo dõi sự di cư củacác loài chim, các động vật nhỏ, các loại côn trùng, theo dõi điều kiện môi trường mà ảnhhưởng đến mùa màng và vật nuôi; việc tưới tiêu, các thiết bị đo đạc lớn đối với việc quansát diện tích lớn trên trái đất, sự thăm ḍò các hành tinh, phát hiện sinh-hóa, nông nghiệpchính xác, quan sát môi trường, trái đất, môi trường vùng biển và bầu khí quyển, pháthiện cháy rừng, nghiên cứu khí tượng học và địa lý, phát hiện lũ lụt, sắp đặt sự phức tạp

về sinh học của môi trường và nghiên cứu sự ô nhiễm

ngẫu nhiên, có chiến lược với mật độ cao trong rừng, các nút cảm biến sẽ ḍò tìm nguồngốc của lửa để thông báo cho người sử dụng biết trước khi lửa lan rộng không kiểm soátđược Hàng triệu các nút cảm biến có thể được triển khai và tích hợp sử dụng hệ thốngtần số không dây hoặc quang học Cũng vậy, chúng có thể được trang bị cách thức sửdụng công suất có hiểu quả như là pin mặt trời bởi vì các nút cảm biến bị bỏ lại không cóchủ hàng tháng và hàng năm Các nút cảm biến sẽ cộng tác với nhau để thực hiện cảmbiến phân bố và khắc phục khó khăn, như các cây và đá mà ngăn trở tầm nhìn thẳng củacảm biến có dây

Hình 1.8 Ứng dụng trong môi trường

- Phát hiện lũ lụt : Một ví dụ đó là hệ thống báo động được triển khai tại Mỹ.

Một vài loại cảm biến được triển khai trong hệ thống cảm biến lượng mưa, mức nước,thời tiết Những con cảm biến này cung cấp thông tin để tập trung hệ thống cơ sở dữ liệu

đã được định nghĩa trước.

1.10.3.Ứng dụng trong chăm sóc sức khỏe.

Một vài ứng dụng về sức khỏe đối với mạng cảm biến la giám sát bệnh nhân, cáctriệu chứng, quản lý thuốc trong bệnh viện, giám sát các chuyển động và xử lý bên trongcủa côn trùng hoặc các động vật nhỏ khác, theo dõi và kiểm tra bác sĩ, bệnh nhân trongbệnh viện

một nút cảm biến nhỏ và nhẹ, mỗi một nút cảm biến này có nhiệm vụ riêng, ví dụ có nútcảm biến xác định nhịp tim trong khi con cảm biến khác phát hiện áp suất máu, bác sĩcũng có thể mang nút cảm biến để cho các bác sĩ khác xác định được vị trí của họ trongbệnh viện

Hình 1.9 Ứng dụng trong chăm sóc sức khỏe

1.10.4.Ngôi nhà thông minh.

Nhà là một ứng dụng rất lớn cho những mạng cảm biến không dây Nhiều ứngdụng công nghiệp được xây dựng trong nhà Nhiều tiện nghi khác trong nhà có thể thựchiện như điều khiển từ xa, thiết bị số, thiết bị trợ giúp cá nhân có thể điều khiển tivi, đầuDVD, dàn âm thanh và các thiết bị điện tử khác trong nhà cũng có thể điều khiển bằngmột mạng cảm biến không dây Với điều khiển từ xa của một thiết bị điều khiển từ xa

như vậy có thể điều khiển toàn bộ tiện nghi trong nhà trong khi vẫn ngồi ở một vị trí nào

đó trong nhà Tuy nhiên, tiềm năng hấp dẫn nhất của mạng cảm biến không dây là sự kếthợp nhiều dịch vụ như việc cho phép những rèm cửa đóng tự động khi truyền hình đượcbật hoặc có thể tự động tắt tiếng tivi, hệ thống giải trí trong nhà khi nhận điện thoại hoặc

có chuông cửa

Việc sử dụng mạng cảm biến không dây trong nhà được kỳ vọng là việc ghép nốicác thiết bị ngoại vi với máy tính cá nhân như bàn phím và con chuột không dây Nhữngứng dụng này có lợi thế là giá thành thấp và tiêu thụ năng lượng ít là điều kiện thiết yếucủa mạng cảm biến không dây

Những đồ chơi hiện tại là thị trường rộng lớn khác cho các ứng dụng mạng cảmbiến không dây Danh sách đồ chơi được hỗ trợ bằng hoặc điều khiển bởi mạng cmarbiến không dây càng lớn và tính năng điều khiển ô tô và tàu thuyền bằng sóng vô tuyếntruyền thống đến những trò chơi máy tính dùng điều khiển và thiết bị điều khiển khôngdây càng tăng

Một ứng dụng quan trọng khác trong nhà chính là chìa khóa không có chìa điềukhiển từ xa Đặc tính truy cập của khóa không chìa ứng dụng trên ô tô cửa và cửa sổ, dèntrong nhà bằng những cảm nhận điều khiển không dây

CHƯƠNG2: ĐỊNH TUYẾN TRONG MẠNG CẢM BIẾN

KHÔNG DÂY.

2.1 Những thách thức về định tuyến trong mạng cảm biến không dây.

Với những đặc điểm riêng biệt của mạng cảm biến không dây mà việc định tuyếntrong mạng cảm biến không dây phải đối mặt với những thách thức sau:

- Mạng cảm biến không dây có một số lượng lớn các nút, cho nên ta khôngthể xây dựng được sơ đồ địa chỉ toàn cầu cho việc triển khai số lượng lớn các nút đó vớimào đầu để duy trì ID quá cao

- Dữ liệu trong mạng cảm biến yêu cầu cảm nhận từ nhiều nguồn khác nhau

và truyền tới sink

- Các nút cảm biến bị ràng buộc khá chặt chẽ về mặt năng lượng, tốc độ xử

lý, lưu trữ

- Hầu hết trong các ứng dụng của mạng cảm biến các nút nói chung là tĩnhsau khi được triển khai ngoại trừ một vài nút có thể di động

- Mạng cảm biến là những ứng dụng riêng biệt

- Việc nhận biết vị trí là hết sức quan trọng với việc tập dữ liệu thông thườngdựa trên vị trí

- Khả năng dư thừa dữ liệu rất cao với các nút cảm biến thu lượm dũ liệu dựatrên hiện tượng chung

2.2 Các vấn đề về thiết kế giao thức định tuyến.

2.2.1 Đặc tính thay đổi theo thời gian và trật tự sắp xếp của mạng.

Các nút cảm biến hoạt động với sự giới hạn về khả năng tính toán, lưu trữ vàtruyền dẫn, dưới ràng buộc về năng lượng khắt khe Tùy thuộc vào ứng dụng, mật độ cácnút cảm biến trong mạng có thể từ thưa thớt đến rất dày Hơn nữa trong nhiều ứng dụng

số lượng các nút cảm biến có thể lên đến hàng trăm, thậm chí hàng ngàn nút được triểnkhai tùy ý bao phủ một vùng rộng lớn Trong mạng này, đặc tính của các cảm biến là cótính thích nghi động và cao, các yêu cầu tự tổ chức và bảo toàn năng lượng buộc các nútcảm biến phải điều chỉnh liên tục để thích ứng hoạt động hiện tại

2.2.2 Ràng buộc về tài nguyên.

Các nút cảm biến được thiết kế với độ phức tạp nhỏ nhất cho triển khai trongphạm vi lớn để giảm chi phí toàn mạng Năng lượng là mối quan tâm chính trong mạngcảm biến không dây, làm thế nào để đạt được thời gian sống kéo dài trong khi các núthoạt động với sự giới hạn về năng lượng dự trữ Việc truyền gói đa chặng (multihop)chính là nguồn tiêu thụ năng lượng chính trong mạng Việc giảm năng lượng tiêu thụ cóthể đạt được bằng cách điều khiển tự động chu kỳ năng lượng của mạng cảm biến Tuy

nhiên vấn đề quản lý năng lượng đã trở thành một thách thức chiến lược trong nhiều ứngdụng quan trọng.

2.2.3 Mô hình dữ liệu trong mạng cảm biến.

Mô hình dữ liệu mô tả luồng thông tin giữa các nút cảm biến và các trạm gốc Môhình này phụ thuộc nhiều vào bản chất của ứng dụng, các dữ liệu được yêu cầu và sửdụng Có một vài mô hình dữ liệu được đề xuất nhằm tập trung vào yêu cầu tương tác vànhu cầu tập hợp dữ liệu của các ứng dụng khác nhau

Một loại ứng dụng của mạng cảm biến là mô hình thu thập dữ liệu dựa trên việclấy mẫu theo chu kỳ hay sự xảy ra của sự kiện trong môi trường quan sát Trong các ứngdụng khác dữ liệu có thể được lấy và lưu trữ hoặc có thể được xử lý, tập hợp tại một núttrước khi chuyển tiếp dữ liệu đến trạm gốc Một loại thứ 3 đó là mô hình dữ liệu tươngtác hai chiều giữa các nút cảm biến và trạm gốc

2.2.4 Cách truyền dữ liệu.

Các truy vấn và dữ liệu được truyền giữa các trạm gốc và các vị trí quan sát hiệntượng là một khía cạnh quan trọng trong mạng cảm biến không dây Một phương pháp cơbản để thực hiện việc này là mỗi nút cảm biến có thể truyền dữ liệu trực tiếp đến trạmgốc Tuy nhiên phương pháp dựa trên kỹ thuật đơn chặng có chi phí rất đắt và các nút mà

xa trạm gốc thì sẽ nhanh chóng bị tiêu hao năng lượng và do đó làm giảm thời gian sốngcủa mạng

Nhằm giảm thiểu lỗi của phương pháp này thì dữ liệu trao đổi giữa các nút cảmbiến và trạm gốc có thể được thực hiện bằng việc sử dụng truyền gói đa chặng qua phạm

vi truyền ngắn Phương pháp này tiết kiệm năng lượng đáng kể và cũng giảm đáng kể sựgiao thoa truyền dẫn giữa các nút khi cạnh tranh nhau để truy cập kênh, đặc biệt là trongmạng cảm biến không dây mật độ cao.Dữ liệu được truyền giữa các nút cảm biến và cácsink được minh họa (Hình 2.1)

Hình 2.1 Mô hình truyền dữ liệu giữa sink và các nút.

Để đáp ứng các truy vấn từ các trạm gốc hoặc các sự kiện đặc biệt xảy ra tại môitrường thì dữ liệu thu thập được sẽ được truyền đến các trạm gốc thông qua nhiều đườngdẫn đa chặng

Trong định tuyến đa chặng của mạng cảm biến không dây, các nút trung gian đóngvai trò chuyển tiếp dữ liệu giữa nguồn và đích Việc xác định xem tập hợp các nút nào tạothành đường dẫn chuyển tiếp dữ liệu giữa nguồn và đích là một nhiệm vụ quan trọngtrong thuật toán định tuyến Nói chung việc định tuyến trong mạng kích thước lớn vốn đã

là một vấn đề khó khăn, các thuật toán phải nhằm vào nhiều yêu cầu thiết kế thách thứcbao gồm sự chính xác, ổn định, tối ưu hóa và chú ý đến sự thay đổi của các thông số

Với đặc tính bên trong của mạng cảm biến bao gồm sự ràng buộc về dải thông và nănglượng đã tạo thêm thách thức cho các giao thức định tuyến là phải nhằm vào việc thỏa mãnyêu cầu về lưu lượng trong khi vẫn mở rộng được thời gian sống của mạng

2.3 Phân loại và so sánh các giao thức định tuyến trong mạng cảm biến không dây.

Vấn đề định tuyến trong mạng cảm biến là một thách thức khó khăn đòi hỏi phảicân bằng giữa sự đáp ứng nhanh của mạng và hiệu quả Sự cân bằng này yêu cầu sự cầnthiết thích hợp khả năng tính toán và truyền dẫn của các nút cảm biến ngược với màođầu yêu cầu thích ứng với điều kiện này Trong mạng cảm biến không dây, mào đầu được

đo chính là lượng băng thông được sử dụng, tiêu thụ công suất và yêu cầu xử lý của các

nút di động Việc tìm ra chiến lược cân bằng giữa sự cạnh tranh này cần thiết tạo ra mộtnền tảng chiến lược định tuyến.

Việc thiết kế các giao thức định tuyến trong mạng cảm biến không dây phải xemxét giới hạn về công suất và tài nguyên của mỗi nút mạng, chất lượng thay đổi theo thờigian của các kênh vô tuyến và khả năng mất gói và trễ Nhằm vào các yêu cầu thiết kếnày một số các chiến lược định tuyến trong mạng cảm biến được đưa ra Sự phân loạimột số giao thức được đưa ra dựa trên nhiều tiêu chí khác nhau

- Một loại giao thức định tuyến thông qua kiến trúc phẳng trong đó các nút

có vai trò như nhau.Kiến trúc phẳng có một vài lợi ích bao gồm số lượng mào đầu tốithiểu để duy trì cơ sở hạ tầng, và có khả năng khám phá ra nhiều đường giữa các núttruyền dẫn để chống lại lỗi

- Loại thứ hai là phân cấp theo cụm, lợi dụng cấu trúc của mạng để đạt đượchiệu quả về năng lượng, sự ổn định, sự mở rộng Trong loại giao thức này các nút mạng

tự tổ chức thành các cụm trong đó một nút có mức năng lượng cao hơn các nút khác vàđóng vai trò là nút chủ Nút chủ thực hiện phối hợp hoạt động trong cụm và chuyển tiếpthông tin giữa các cụm với nhau Việc tạo thành các cụm có khả năng làm giảm tiêu thụnăng lượng và mở rộng thời gian sống của mạng

- Loại giao thức định tuyến thứ ba là sử dụng phương pháp trung tâm dữ liệu

để phân bố sự quan tâm (interest) bên trong mạng Phương pháp này sử dụng thuộc tínhdựa trên tên do đó một nút nguồn truy vấn một thuộc tính của hiện tượng hơn là một nútriêng lẻ

2.4 Các giao thức định tuyến trong mạng cảm biến không dây.

Có nhiều cách để phân loại các giao thức định tuyến trong mạng cảm biến không

dây nhưng chủ yếu được phâ loại theo : Giao thức trung tâm dữ liệu, giao thức phân cấp và giao thức dựa trên vị trí.

2.4.1 Giao thức trung tâm dữ liệu.

một gói sẽ được truyền trên tất cả các đường có thể Trừ khi mạng bị ngắt không thì cácgói sẽ truyền tới đích.

Hình 2.2 Truyền gói trong Flooding

Hơn nữa, khi cấu hình mạng thay đổi các gói sẽ truyền theo những tuyến mới Giảithuật này sẽ tạo ra vô hạn các bản sao của mỗi gói khi đi qua các nút

Tuy nhiên, giải thuật này có nhược điểm lớn :

- Hiện tượng bản tin kép tức là 2 gói dữ liệu giống nhau được gửi đến cùngnút

- Hiện tượng chồng chéo tức là các nút cùng cảm nhận một vùng không gian

do đó tạo ra các gói tương tự gửi đến nút lân cận

- Thuật toán này không quan tâm đến vấn đề năng lượng của các nút, các nút

sẽ nhanh chóng tiêu hao năng lượng và giảm thời gian sống của mạng

Sự cải tiến của giao thức này là Gossiping, thuật toán này cải tiến ở chỗ mỗi nút sẽngẫu nhiên gửi gói mà nó nhận được đến một trong các nút lân cận của nó Thuật toánnày làm giảm số lượng các gói lan truyền trong mạng, tránh hiện tượng bản tin kép, tuynhiên nhược điểm của nó là có thể gói không bao giờ tới được đích

2.4.1.2 SPIN

SPIN (Sensor Protocol for Information via Negotiation) dựa trên ý tưởng là đặt tên

dữ liệu sử dụng ký hiệu mô tả ở mức độ cao hay còn gọi là thông tin về dữ liệu

(meta-thông báo dữ liệu, đó chính là đặc điểm chính của SPIN Mỗi một nút nhận dữ liệu mới,thông báo tới các nút lân cận của nó và các nút lân cận quan tâm đến dữ liệu này, ví dụnhư các nút mà không có dữ liệu, lấy được dữ liệu nhờ gửi bản tin yêu cầu Sự dàn xếpcác thông tin về dữ liệu của SPIN giải quyết được các vấn đề của flooding như là thôngtin dư thừa, chồng chéo các vùng cảm nhận, vì vậy đạt được hiệu quả về mặt năng lượng.

Có 3 bản tin được xác định trong SPIN dùng để trao đổi dữ liệu giữa các nút, đó làbản tin ADV cho phép các nút thông báo một meta-data cụ thể, bản tin REQ để yêu cầucác dữ liệu đặc biệt và bản tin DATA để mang thông tin thực Hình 2.3 tổng kết lại cácquá trình của SPIN

Hình 2.3 Ba tín hiệu bắt tay của SPIN

Hình 2.4 Hoạt động của SPIN

Hoạt động của SPIN gồm 6 bước như sau:

- Bước 1: ADV thông báo dữ liệu tới các nút

- Bước 2: REQ để yêu cầu dữ liệu được quan tâm Sau khi nhận được ADVcác nút quan tâm đến dữ liệu này sẽ gửi REQ để yêu cầu lấy dữ liệu

- Bước 3: bản tin DATA bản tin này thực hiện chứa dữ liệu được cảm biến

và kèm theo miêu tả dữ liệu

- Bước 4: Sau khi nút này nhận dữ liệu nó sẽ chia sẻ dữ liệu của nó với cácnút còn lại trong mạng bằng việc phát bản tin ADV chứa miêu tả dữ liệu

- Bước 5: sau đó các nút xung quanh lại gửi bản tin REQ yêu cầu dữ liệu

- Bước 6: DATA lại được truyền tới các nút mà yêu cầu dữ liệu này

Tuy nhiên giao thức SPIN cũng có hạn chế khi mà nút trung gian không quan tâmđến dữ liệu nào đó, khi đó dữ liệu không thể tới đích

2.4.1.3 Directed Diffusion

Giao thức truyền tin trưc tiếp (Directed Diffusion) là giao thức trung tâm dữ liệuđối với việc truyền và phân bổ thông tin trong mạng cảm biến không dây Mục tiêu chínhcủa phương pháp này là tiết kiệm năng lượng để tăng thời gian sống của mạng Để đạtđược mục tiêu này, giao thức này giữ tương tác giữa các nút cảm biến, dựa vào việc traođổi các bản tin, định vị trong vùng lân cận mạng Sử dụng sự tương tác về vị trí nhận thấy

có tập hợp tối thiểu các đường truyền dẫn Đặc điểm duy nhất của giao thức này là sự kếthợp với khả năng của nút có thể tập trung dữ liệu đáp ứng truy vấn của sink để tiết kiệmnăng lượng

Thành phần chính của giao thức này gồm 4 thành phần: interest (các mối quan tâmcủa mạng), data message (các bản tin dữ liệu), gradient, reinforcements DirectedDiffusion sử dụng mô hình publish and subscribe trong đó một người kiểm tra (tại sink)

sẽ miêu tả mối quan tâm (interest) bằng một cặp thuộc tính- giá trị

Hình 2.5 miêu tả cặp thuộc tính giá trị, các nút cảm biến có khả năng đáp ứnginterest này trả lời theo dữ liệu tương ứng

Hình 2.5 Miêu tả interest sử dụng các cặp thuộc tính – giá trị.

Hoạt động của Directed Diffusion được mô tả như sau : Với mỗi nhiệm vụ cảmbiến tích cực, sink sẽ gửi quảng bá bản tin interest theo chu kỳ cho các nút lân cận Bảntin này sẽ truyền qua tất cả các nút trong mạng như là một sự quan tâm đến một dữ liệunào đó Mục đích chính của việc thăm dò này là để xem xét xem có một nút cảm biến nào

đó có thể tìm kiếm dữ liệu tương ứng với interest Tất cả các nút đều duy trì một interestcache để lưu trữ các interest entry khác nhau Mỗi một mục (entry) trong interest cache sẽlưu trữ một interest khác nhau Các entry cache này sẽ lưu trữ một số trường sau: mộtnhãn thời gian (timestamp), nhiều trường gradient cho mỗi nút lân cận và trườngduration Nhãn thời gian sẽ lưu trữ nhãn thời gian của interest nhận được sau cùng Mỗigradient sẽ lưu trữ cả tốc độ dữ liệu và chiều mà dữ liệu được gửi đi Giá trị của tốc độ dữliệu nhận được từ thuộc tính khoảng thời gian trong bản tin interest Trường duration sẽxác định khoảng thời gian tồn tại của interest

Một gradient có thể coi như là một liên kết phản hồi của nút lân cận khi mà nhậnđược bản tin interest Việc truyền bản tin interest trong toàn mạng cùng với việc thiết lậpcác gradient tại mỗi nút cho phép việc tìm ra và thiết lập các đường dẫn giữa sink Khimột nút phát hiện một sự kiện nó sẽ tìm kiếm trong cache xem có interest nào phù hợpkhông, nếu có nó sẽ tính toán tốc độ sự kiện cao nhất cho tất cả các gradient lối ra Sau đó

nó thiết lập một phân hệ cảm biến để lấy mẫu các sự kiện ở mức tốc độ cao này Các nút

sẽ gửi ra ngoài miêu tả về sự kiện cho các nút lân cận có gradient Các nút lân cận này sẽnhận sữ liệu và kiểm tra trong cache xem có entry nào phù hợp không, nếu không nó sẽloại bỏ dữ liệu còn nếu phù hợp nó sẽ nhận dữ liệu các nút này sẽ thêm bản tin vào cache

dữ liệu và sau đó gửi bản tin dữ liệu cho các nút lân cận