Nghiên cứu giao thức định tuyến hỗ trợ hiệu quả năng lượng trong mạng WSN (tt)

Nghiên cứu giao thức định tuyến hỗ trợ hiệu quả năng lượng trong mạng WSN (tt)Nghiên cứu giao thức định tuyến hỗ trợ hiệu quả năng lượng trong mạng WSN (tt)Nghiên cứu giao thức định tuyến hỗ trợ hiệu quả năng lượng trong mạng WSN (tt)Nghiên cứu giao thức định tuyến hỗ trợ hiệu quả năng lượng trong mạng WSN (tt)Nghiên cứu giao thức định tuyến hỗ trợ hiệu quả năng lượng trong mạng WSN (tt)Nghiên cứu giao thức định tuyến hỗ trợ hiệu quả năng lượng trong mạng WSN (tt)Nghiên cứu giao thức định tuyến hỗ trợ hiệu quả năng lượng trong mạng WSN (tt)Nghiên cứu giao thức định tuyến hỗ trợ hiệu quả năng lượng trong mạng WSN (tt)Nghiên cứu giao thức định tuyến hỗ trợ hiệu quả năng lượng trong mạng WSN (tt)Nghiên cứu giao thức định tuyến hỗ trợ hiệu quả năng lượng trong mạng WSN (tt)Nghiên cứu giao thức định tuyến hỗ trợ hiệu quả năng lượng trong mạng WSN (tt)Nghiên cứu giao thức định tuyến hỗ trợ hiệu quả năng lượng trong mạng WSN (tt)Nghiên cứu giao thức định tuyến hỗ trợ hiệu quả năng lượng trong mạng WSN (tt)Nghiên cứu giao thức định tuyến hỗ trợ hiệu quả năng lượng trong mạng WSN (tt)Nghiên cứu giao thức định tuyến hỗ trợ hiệu quả năng lượng trong mạng WSN (tt)

HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG

-

Nguyễn Anh Trung

NGHIÊN CỨU GIAO THỨC ĐỊNH TUYẾN HỖ TRỢ HIỆU

QUẢ NĂNG LƯỢNG TRONG MẠNG WSN

Chuyên ngành: Kỹ thuật viễn thông

Mã số: 60.52.02.08

TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ

HÀ NỘI - 2017

Luận văn được hoàn thành tại:

HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG

Người hướng dẫn khoa học: TS NGUYỄN CHIẾN TRINH

Phản biện 1:

………

Phản biện 2:

……… Luận văn sẽ được bảo vệ trước Hội đồng chấm luận văn thạc sĩ tại Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông

Vào lúc: giờ ngày tháng năm 2017

Có thể tìm hiểu luận văn tại:

- Thư viện của Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông

LỜI NÓI ĐẦU

Trong thời đại khoa học và công nghệ bùng nổ theo từng ngày, nhu cầu sử dụng các hệ thống viễn thông ngày càng cao Vì vậy, đòi hỏi các kĩ thuật thu thập, xử lý và truyền dữ liệu phải chính xác và nhanh chóng Để đáp ứng được nhu cầu đó thì cần phải phát triển một hệ thống truyền thông không dây kết hợp với sự đa dạng hoá các loại hình dịch vụ Để giải quyết được nhu cầu đó, người ta đã phát triển hệ thống mạng cảm biến không dây (Wireless Sensor Network - WSN) Mạng WSN tạo ra môi trường giao tiếp giữa các thiết bị thông minh hay giữa các thiết bị thông minh với con người hoặc các hệ thống viễn thông khác Một lĩnh vực nổi bật của mạng cảm nhận không dây (WSN) là sự kết hợp việc cảm nhận, tính toán và truyền thông vào một thiết bị nhỏ Thông qua mạng lưới (Mesh Networking Protocols), những thiết bị này tạo ra

một sự kết nối rộng lớn trong thế giới vật lý

Từ những thách thức đó, theo định hướng của người hướng dẫn khoa học học

viên lựa chọn đề tài: " NGHIÊN CỨU GIAO THỨC ĐỊNH TUYẾN HỖ TRỢ HIỆU QUẢ NĂNG LƯỢNG TRONG MẠNG WSN " làm nội dung nghiên cứu cho luận văn

cao học Luận văn tập trung trực tiếp vào Giao thức ADV Mac trong mạng cảm biến không dây

Nội dung của luận văn gồm ba chương, trong đó:

Chương I: Tổng quan về mạng cảm biến không dây

Chương II: Giao thức MAC hỗ trợ hiệu quả năng lượng trong mạng WSN Chương III: Giao thức ADV Mac trong mạng cảm biến không dây

Học viên xin chân thành cảm ơn thầy giáo TS NGUYỄN CHIẾN TRINH đã tận tình hướng dẫn và giúp đỡ trong quá trình hoàn thành luận văn này Học viên hi vọng sau khi thực hiện xong, luận văn có thể là một tài liệu tham khảo có giá trị cho nhưng người tìm hiểu, nghiên cứu về mạng cảm biến WSN

1

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ MẠNG CẢM BIẾN KHÔNG

DÂY 1.1 Giới thiệu mạng cảm biến không dây

WSN (Wireless Sensor Network) [5], tiếng Việt gọi là mạng cảm biến không dây Có thể hiểu đơn giản mạng WSN là mạng liên kết các node bằng sóng vô tuyến, trong đó các node mạng thường là các thiết bị đơn giản, gọn nhẹ, rẻ tiền, có

số lượng lớn và phân bố khá rộng Lưu lượng dữ liệu lưu thông trong WSN là thấp

và không liên tục, thông thường thời gian 1 node mạng ở trạng thái nghỉ lớn hơn trạng thái hoạt động rất nhiều, do vậy cần có giải pháp tiết kiệm năng lượng tối đa Hơn nữa, các node mạng còn phải hoạt động trong môi trường khắc nghiệt, được bố trí ngẫu nhiên nên có thể di chuyển làm thay đổi cấu hình mạng, vì thế đòi hỏi các

node mạng phải có khả năng tự động cấu hình và thích nghi

Mạng WSN là một trong những công nghệ mới phát triển nhanh chóng nhất, với nhiều ứng dụng trong nhiều lĩnh vực: điều khiển quá trình công nghiệp, bảo mật và giám sát, cảm biến môi trường, kiểm tra sức khỏe

Mạng WSN là mạng liên kết các node với nhau nhờ sóng vô tuyến Trong đó, mỗi node mạng bao gồm đầy đủ các chức năng để cảm nhận, thu thập, xử lý và truyền dữ liệu Các node mạng thường là các thiết bị đơn giản, nhỏ gọn, giá thành thấp và có số lượng lớn được phân bố một cách không có hệ thống trên phạm vi rộng, sử dụng nguồn năng lượng (pin) hạn chế, thời gian hoạt động lâu dài

Hình 1.1: Biểu tượng của mạng WSN

2

1.2 Các thiết bị cảm biến khôg dây

Các thiết bị chính tạo ra mạng cảm biến không dây [1]:

Hình 1.3: Sơ đồ mạng cảm biên không dây cơ bản

 Nguồn năng lượng:

1.3 Cấu trúc mạng cảm biến không dây

1.3.1 Node cảm biến

Một node cảm biến được cấu tạo bởi 3 thành phần cơ bản sau: vi điều khiển, sensor, bộ phát radio

1.3.2 Mạng cảm nhận

1.4 Ứng dụng trong mạng cảm biến không dây

WSN bao gồm các node cảm biến nhỏ gọn, thích ứng được với môi trường khắc nghiệt Những node cảm biến này, cảm nhận môi trường xung quanh, sau đó gửi những thông tin thu được đến trung tâm để xử lý theo ứng dụng Các node không những có thể liên lạc với các node xung quanh nó, mà còn có thể xử lý dữ liệu thu được trước khi gửi đến các node khác WSN cung cấp rất nhiều những ứng dụng hữu ích ở nhiều lĩnh vực trong cuộc sống [4]

3

 Các ứng dụng trong y tế

1.5 Vấn đề thách thức của mạng Wireless Sensor Networks (WSN)

Một số trong những thách thức lớn mà cản trở việc phổ biến của WSNs bao gồm:

- Năng lượng hạn chế

- Chịu lỗi

- Tính năng

- An ninh

1.6 Vấn đề tiết kiệm năng lượng mạng cảm biến không dây

Mạng không dây đã có nhiều ứng dụng trong thực tiễn, nó mang lại cho con người những thông tin quan trọng trong nhiều lĩnh vực mà ít cần đến các hoạt động trực tiếp của con người Những kết quả đạt được là do khả năng hoạt động độc lập của từng nút mạng Để hoạt động độc lập hoàn toàn, mỗi nút mạng luôn luôn đi kèm với một nguồn năng lượng để nuôi chúng Và việc tiết kiệm nguồn năng lượng này

để kéo dài thời gian hoạt động của nút mạng là vô cùng cần thiết Yêu cầu này làm xuất hiện một hướng mới cho nghiên cứu của con người đó là: tiết kiệm tiêu thụ năng lượng cho nút mạng không dây Đây là một hướng lớn có tầm quan trọng và đang được thực hiện thông qua những nghiên cứu, thử nghiệm,

Mục tiêu quan trọng nhất của các nghiên cứu này là tìm ra được tất cả những yếu tố có thể tác động để giảm thiểu tiêu thụ năng lượng Và thông qua các yếu tố

đó sẽ thực hiện tác động để tiết kiệm năng lượng Vậy ta phải có chế độ hoạt động

và chế độ ngủ, chế độ ngắt điện sao cho tiết kiệm năng lượng đến mức thấp nhất có thể

1.6.1 Nguyên nhân của việc lãng phí năng lượng:

- Khi một node nhận nhiều hơn 1 gói tại cùng thời điểm, các gói này được gọi là “collided packet” thậm chí khi chúng xảy ra đồng thời từng phần (không hoàn chỉnh) Tất cả các gói nguyên nhân là do xung đột thì phải loại bỏ và yêu cầu truyền lại các gói này Vì vậy, làm tăng mức tiêu thụ năng lượng

- Một trong những nguyên nhân chính của việc lãng phí năng lượng là “idle listening”: nghĩa là lắng nghe 1 kênh rãnh để có thể nhận lưu lượng mà không gửi đi

- Nguyên nhân cuối cùng là “overemitting”: đó là do sự truyền của 1 bản tin khi node đích là không sẵn sàng (ready)

Vì các nhân tố trên nên 1 giao thức MAC được thiết kế hợp lí để ngăn chặn các lãng phí năng lượng đó

1.6.2 Các yếu tố tác động làm giảm thiểu tiêu thụ năng lượng

* Quá trình tiêu thụ năng lượng

- Ta cần tìm hiểu quá trình tiêu hao năng lượng trong mỗi nút Với mỗi nút,

ta cần nghiên cứu 2 chế độ năng lượng cơ bản

+ Chế độ hoạt động

+ Chế độ nghỉ

Với sóng vô tuyến: Có tốc độ dữ liệu cao

Tuy nhiên, quá trình tiêu hao năng lượng lại khác nhau tuỳ theo mô hình mạng, khoảng cách, mật độ nút, tần số làm việc, thực tế sử dụng

Vấn đề quan trọng đặt ra là làm thế nào để nút mạng có thể giảm cường độ dòng cần sử dụng ở mỗi chế độ đồng thời nó có thể trở về 1 trong 3 chế độ 1 cách linh hoạt để tránh sự lãng phí, tăng thời gian sử dụng nguồn Một số giao thức chọn đường, quản lý công suất và trao đổi số liệu đã được thiết kế cho WSN với yêu cầu quan trọng nhất là

1.6.3 Năng lượng việc báo hiệu trong truy nhập môi trường (PAMAS): 1.6.4 Lập lịch ngủ:

Các kĩ thuật lập lịch ngủ có thể chia thành 2 loại:

- Lập lịch ngủ đồng bộ

- Lập lịch ngủ không đồng bộ

6

LƯỢNG TRONG MẠNG WSN

Chương này nghiên cứu về các giao thức Mac trong mạng WSN, đặc điểm

và nguyên tắc hoạt động của các giao thức định tuyến này Những nội dung chính gồm:

2.1 Các giao thức Mac trong mạng cảm biến không dây

Mạng cảm biến không dây là loại mạng đặc biệt với số lượng lớn nút cảm biến được trang bị bộ vi xử lý, thành phần cảm biến và thành phần quản lý sóng vô tuyến Các nút cảm biến cộng tác với nhau để hoàn thành một nhiệm vụ chung Trong nhiều ứng dụng, các nút cảm biến sẽ được triển khai cấu trúc như mạng ad-hoc Chúng phải tự tổ chức để hình thành một mạng không dây đa chặng Thách thức chung trong mạng không dây là vấn đề xung đột do hai nút gửi dữ liệu cùng lúc trên cùng kênh truyền

Giao thức điều khiển truy nhập đường truyền (MAC) đã được phát triển để giúp

đỡ mỗi nút quyết định khi nào và làm sao để truy nhập kênh Vấn đề này giống như định vị kênh hoặc đa truy nhập Lớp MAC được xem xét bình thường như một lớp con của lớp liên kết dữ liệu trong giao thức mạng Những giao thức MAC đã nghiên cứu rộng rãi trên những lĩnh vực truyền thống của truyền thông tiếng nói và dữ liệu không dây Đa truy nhập phân chia theo thời gian (Time Division multiple Access - TDMA), Đa truy nhập phân chia theo tần số (Frequency Division Multiple Access - FDMA) và đa truy nhập phân chia theo mã (Code Division Multiple Access - CDMA) là những giao thức MAC được sử dụng rộng rãi trong những hệ thống truyền thông tế bào hiện đại

Một số giao thức điều khiển truy cập phương tiện (MAC) đã được đề xuất cho mạng cảm biến không dây (WSNs) Bắt đầu từ việc năng lượng là một hạn chế lớn cho WSNs, rất nhiều các giao thức MAC đã được thiết kế với mục tiêu giảm thiểu tiêu thụ năng lượng nhưng vẫn đảm bảo hiệu suất như độ trễ gói và tỷ lệ giao hàng Trong chương này, chúng ta sẽ nghiên cứu việc tiết kiệm năng lượng của giao thức MAC cho WSNs Hầu hết các giao thức MAC có thể được phân loại như các giao thức cơ bản và giao thức MAC TDMA

2.2 Giao thức MAC dựa trên TDMA

TDMA giao thức được căn cứ trên việc đặt và lập lịch [12], [13], [21] Trong giao thức này \, mỗi nút cuối cùng có thể truyền tải dữ liệu của nó Điều này được

7

thực hiện bằng cách đặt khe thời gian cho các nút Do đó, các giao thức TDMA ngăn chặn va chạm và có giới hạn về độ trễ đầu cuối Các giao thức này tiết kiệm năng lượng khi mạng được nạp là rất cao và tất cả các khe cắm được dùng Tuy nhiên, các giao thức TDMA dựa trên bị các vấn đề về đồng bộ hóa Các nút trong các giao thức như vậy cần phải được đồng bộ chặt chẽ, hình thành các cụm truyền thông Nó không phải là dễ dàng để duy trì đồng bộ giữa 10 nút, đặc biệt là trong một mạng lưới rộng lớn Ngoài ra, khi các nút mới tham gia mạng lưới hoặc các nút rời mạng, nó không dễ dàng để tự động thay đổi độ dài khung và phân khe trong một cụm Hơn nữa, việc phát triển một kế hoạch hiệu quả với một mức độ cao của tái sử dụng kênh là rất khó khăn

2.1.1 (LEACH) Giao thức phân cấp theo cụm thích ứng năng lượng thấp

LEACH là giao thức phân cấp theo cụm thích ứng năng lượng thấp, dựa trên thuật toán phân nhóm, trong đó, các nút có thể phân bố ngẫu nhiên, và tự hình thành cụm (sefl configuring cluster formation) Nút chủ cụm có chức năng điều khiển các nút trong cụm gửi dữ liệu đến nó theo một chu kỳ nhất định Tại nút chủ, dữ liệu sẽ được thu thập và xử lý ở nhiều mức độ khác nhau, tùy thuộc vào từng ứng dụng, trước khi gửi tới trạm gốc [7] [10]

Quá trình cảm biến và truyền thông trong giao thức LEACH được thiết kế thích hợp nhằm giảm tối thiểu năng lượng tiêu hao cho nút không phải là nút chủ Khi các nút chủ biết được tất cả nút thành viên trong cụm của nó, nó sẽ gửi bản tin định thời TDMA để thông báo cho mỗi nút chính xác khi nào thì thực hiện nhiệm vụ cảm biến và truyền dữ liệu đến nút chủ Cơ chế này cho phép nút thông thường sẽ tồn tại

ở trạng thái nghỉ (Sleep State) trong phần lớn thời gian, chỉ khi đến thời điểm phải thực hiện nhiệm vụ cảm biến và gửi dữ liệu thì nút mới phải hoạt động Hơn nữa, dùng bản tin TDMA cho việc truyền dữ liệu còn giúp tránh được hiện tượng xung đột (collision) xảy ra trong cụm

2.1.2 Năng lượng các cụm TDMA (PACT)

Năng lượng các cụm TDMA hoặc PACT [16] sử dụng phân nhóm thụ động như Leach để tạo ra một mạng đường trục với cụm đứng đầu và các nút cửa ngõ để thông tin liên lạc, như thể hiện trong hình

Tuy nhiên, không giống như Leach, Việc chọn lựa của một cụm trưởng dựa trực tiếp trên mức độ mạnh của một nút Các nút cửa ngõ cho phép truyền thông giữa các cụm được diễn ra Cụm đầu thu thập dữ liệu từ các thành viên nhóm và chuyển

dữ liệu vào sink Các nút là thành viên của hai hoặc nhiều cụm có thể được bầu làm

8

nút cửa ngõ Vai trò của cổng và cụm đứng đầu nhóm là hoán đổi cho nhau và phụ thuộc vào mức công suất của các nút

2.1.3 TDMA tự ổn định (SS-TDMA)

TDMA Tự Ổn định hoặc SS-TDMA [9] là một giao thức TDMA được thiết kế

để phát song và ứng dụng hội tụ Các giao thức có thể bắt đầu từ bất kỳ cụm riêng biệt nào và phục hồi cho các trạm từ nơi giao tiếp va chạm có thể đạt được giữa các cảm biến Tất cả lưu lượng trong một chuỗi cố định được lên kế hoạch vòng (ví dụ, bắc, nam, đông, tây) để đảm bảo truyền tải va chạm SS-TDMA sử dụng các mối quan hệ giữa các phạm vi can thiệp và phạm vi giao tiếp của các nút để có được một ước tính số lượng các nút trong phạm vi can thiệp mà không cần phải có cùng số lượng khe cắm Cảm biến chỉ hoạt động trong khe thời gian quy định Trong các khe còn lại, các cảm biến sẽ không làm việc để tiết kiệm năng lượng Tuy nhiên, ứng dụng của SS-TDMA bị hạn chế bởi vì nó được giới hạn chỉ có topo dạng lưới

2.1.4 Node-Activation Multiple Access (NAMA)

NAMA hoặc Node-Activation Multiple Access [8] được dựa trên độ phân giải liên quan đến khu vực (NCR) [8] và kích hoạt nút Đây là một chương trình ghép kênh phân chia thời gian Trong NAMA, một hàm băm được thực hiện tại mỗi nút, hàm băm này có một chuỗi đặc biệt là đầu vào và một ưu tiên ngẫu nhiên cho mỗi nút được tạo ra Các đầu vào đặc biệt là sự liên kết của của nút và số khe thời gian,

và như vậy với những thay đổi khe cắm khác nhau sẽ cho các ưu tiên khác nhau Nếu một nút có ưu tiên cao nhất trong phạm vi hai khe, nó được phép chuyển

và các nút còn lại ở trạng thái im lặng Như vậy, NCR cho phép mỗi nút chọn nút chiến thắng để truy cập kênh xác định

2.1.5 Giao thức truy cập trung bình nhẹ (L-MAC)

Giao thức truy cập trung bình nhẹ hoặc L-MAC [10] sử dụng một cơ chế TDMA

để cung cấp một môi trường các nút có thể giao tiếp với nhau và không va chạm Bởi sự truy cập TDMA theo lịch trình cho sẵn và trong một khung cố định chiều dài, mỗi node sẽ sở hữu cho mình một khe cắm Một nút có thể sử dụng khe cắm của nó để gửi dữ liệu đến một nút bên cạnh trong một khung Một nút phát ra một danh sách của tất cả các khe chiếm đóng trong khu vực một hop của nó Điều này cho phép các nút mới lựa chọn các khe cắm không bị va chạm duy nhất trong hai hop của chúng Hạn chế chính của L-MAC là nhàn rỗi-nghe overhead là đáng

kể, như các nút phải lắng nghe các phần kiểm soát của tất cả các khe trong một

9

khung để cho phép các nút tham gia vào mạng hoặc để nhận hoặc truyền dữ liệu Ngoài ra, L-MAC là chủ yếu phù hợp cho các mạng mật độ thấp

2.1.6 Truyền tải thích ứng với truy cập trung bình (Trama)

Trama hoặc truyền tải thích ứng với truy cập trung bình [13] là một giao thức TDMA dựa trên sự phân phối Trong Trama, thời gian được chia thành truy cập ngẫu nhiên và khe truy cập theo lịch trình Các nút thu thập thông tin các nút bên cạnh bằng cách trao đổi các gói tín hiệu nhỏ trong khoảng thời gian truy cập ngẫu nhiên Trong [13], tỷ lệ chiều dài của các truy cập ngẫu nhiên và các chu kỳ truy cập theo lịch trình được thiết lập đến 72: 10.000 Thời gian truy cập các chu kỳ theo lịch trình được thể hiện qua các slot Mỗi slot được gọi là một khe cắm truyền và được sở hữu bởi một nút trong mỗi khu vực Chủ sở hữu của một khe cắm được xác định bởi một hàm băm sử dụng ID nút và số khe là tham số của nó Trong thời hạn truy cập theo lịch trình, mỗi nút phải gửi lịch trình của mình một lần trong mỗi khoảng thời gian được dự kiến Trong [13], tỷ lệ chiều dài của một khoảng thời gian lịch trình và một thời gian truy cập theo lịch trình được thiết lập là 1:10 Vào đầu mỗi khoảng thời gian lịch trình, một nút sẽ tính toán các khe chiến thắng Khe cắm cuối cùng mà một nút giành chiến thắng được trong khoảng thời gian biểu được dành riêng cho việc truyền biểu đồ của nút cho khoảng thời gian kế tiếp Phần còn lại được sử dụng để trao đổi dữ liệu, nếu có

Vì vậy, khi một nút truyền lịch trình của mình, tất cả các nút trong vùng lân cận của nó ở trạng thái thức Năng lượng tiêu thụ là do phụ thuộc nhiều vào số lượng của một-hop lân cận, tức là, mật độ mạng lưới

2.3 Giao thức Mac dựa trên sự cạnh tranh

Các giao thức dựa trên việc cạnh tranh được sử dụng rộng rãi do tính đơn giản, mạnh mẽ và linh hoạt của chúng Các giao thức này đòi hỏi ít hoặc không đồng bộ đồng hồ và không có thông tin về topo chung Chức năng điều phối phân phối IEEE 802.11 (DCF) [11] là một ví dụ về giao thức dựa trên sự cạnh tranh Nó được sử dụng rộng rãi bởi tính đơn giản và mạnh mẽ của mình đối với vấn đề thiết bị đầu cuối ẩn Tuy nhiên, vì nghe nhàn rỗi, việc tiêu thụ năng lượng sử dụng MAC này là rất cao, như các nút thường ở chế độ nhàn rỗi Ngoài ra, tại tải trọng cao, giao thức MAC cạnh tranh dựa trên hoạt động kém vì số lượng va chạm cao PAMAS [19] đã thực hiện một cải tiến tiết kiệm năng lượng bằng cách chuyển các nút tắt trong thời

đó là: nghe khi rỗi (idle listening), xung đột (collision), nghe thừa (overhearing) và

xử lý thông tin điều khiển (overhead) Để đạt được mục đích như thiết kế, S-MAC được thiết kế gồm có ba vấn đề chính: thực hiện chu kỳ thức - ngủ; tránh xung đột

và nghe thừa; xử lý thông điệp

b Lược đồ cơ bản

Mỗi nút cảm biển chuyển vào trạng thái “ngủ” trong một khoảng thời gian, sau đó tỉnh dậy và nghe xem liệu có nút nào muốn “nói chuyện” với nó Trong thời gian ngủ, nút cảm biến tắt bộ phận thu phát vô tuyến và đặt thời gian để quay về trạng thái thức

Khoảng thời gian cho việc thức và ngủ có thể được lựa chọn theo những ứng dụng khác nhau

Hình 2.6: Lược đồ S-MAC

11

Mặt trái của lược đồ là sự gia tăng độ trễ do duy trì chu kỳ ngủ (sleep) của mỗi nút Hơn nữa, độ trễ có thể tích lũy qua mỗi chặng (hop), nên yêu cầu giới hạn độ trễ của ứng dụng tạo ra giới hạn thời gian ngủ trong chu kỳ làm việc của các nút cảm biến

c Tiến trình lựa chọn và duy trì lịch làm việc

Trước khi mỗi nút bắt đầu chu kỳ thức/ngủ, nó cần phải chọn một lịch biểu làm việc (khi nào thức, khi nào ngủ) và trao đổi lịch này với các nút lân cận Mỗi nút duy trì một bảng lưu giữ tất cả các thời gian biểu của các nút lân cận mà nó biết Rất hiếm khi xảy ra các nút phải duy trì nhiều thời gian biểu Các nút sẽ cố gắng chọn một thời gian biểu đã tồn tại trước khi tự chọn cho mình một thời gian biểu độc lập Mặt khác, xảy ra trường hợp các nút lân cận thất bại trong việc khám phá, phát hiện ra nhau tại thời điểm ban đầu do xung đột khi quảng bá thời gian biểu, thì chúng vẫn có thể tìm thấy nhau trong chu kỳ kế tiếp

Một tùy chọn khác để cho những nút trên vùng biên chấp nhận duy nhất một thời gian biểu là chấp nhận cái đến trước tiên Khi nó biết thời gian biểu khác mà một số nút lân cận của nó theo, nó có thể vẫn còn nói chuyện với chúng Tuy nhiên, với những gói quảng bá, nó cần gửi hai lần với hai thời gian biểu khác nhau Ưu điểm của phương pháp này là các nút nằm trong vùng biên sẽ có cùng chu kỳ nghe ngủ với những nút khác

d Thực hiện đồng bộ

Lược đồ thức/ngủ yêu cầu sự đồng bộ giữa những nút trong vùng lân cận Việc các nút trong vùng lân cận định kỳ cập nhật lẫn nhau thời gian biểu của chúng là cần thiết để ngăn ngừa sự sai lệch thời điểm của chu kỳ nghe/ngủ

Việc cập nhật thời gian biểu được thực hiện bằng trao đổi gói tin đồng bộ SYNC Gói tin SYNC rất ngắn, và bao gồm địa chỉ của nút gửi và thời điểm chuyển sang trạng thái ngủ tiếp theo của nó

Để một nút nhận được cả những gói đồng bộ lẫn những gói dữ liệu, chúng ta chia khoảng thức (active time) của nó thành hai phần Phần đầu tiên để nhận những gói tin đồng bộ, phần hai để nhận những gói RTS (Hình 2.8) Mỗi phần được chia tiếp thành nhiều khe thời gian cho những nút gửi để thực hiện cảm nhận sóng mang

Ví dụ, nếu một nút gửi muốn gửi một gói tin đồng bộ thì nó khởi động cảm nhận sóng mang khi nút nhận bắt đầu nghe Nó ngẫu nhiên lựa chọn một khe thời gian để kết thúc cảm nhận sóng mang Nếu nó không phát hiện ra bất kỳ sự truyền nào vào khoảng cuối khe, thì nó chiếm được đường truyền và bắt đầu gửi gói tin đồng bộ