Nghiên cứu kỹ thuật điều khiển thâm nhập môi trường và hiệu quả năng lượng trong mạng cảm biến không dây

Mạníỉ cảm biến không dây WSN là mạng triến khai một số lượng lớn các thiết bị nhỏ gọn, giá thành thấp, có sẵn nguồn năng lượng mà có thế cám nhận, ttnh toán và giao tiếp với các thiết bị

DẠI HỌC Ọ U Ò C GIA HÀ NỌI

ĐẠI HỌC C Ô N G N G H Ẹ • • •

Đ Ò VẢN Q U Y È N

NGHIÊ N c ủ u KỸ T H U Ậ T ĐI ÈU KHIÉN T H Â M•

N H Ậ P MÔI T R Ư Ờ N G VÀ HIỆU Q UẢ NĂNG

L ƯỢNG T R O NG MẠNG C Ả M BIÉN K H Ô N G DÂY

Ngành: Công nghệ Điện tử - Viễn thông

Chuyên ngành: Kỹ thuật điện tử

Lòi Cam Đoan

K inh izưi: Hội đồng bảo vệ, Khoa Điện Tứ -V iền Thông, T rường Đại Học

C ông Nghệ - Đ H Q G H N

T ô i tên là: Dồ Văn Quyền

Sinh ngày: 01/01/1980

Tên đề luận văn:

“ N ghiên cứu kỹ thuật điều khiến thâm nhập m ôi trư ờng và hiệu qua năng

lượng trong mạng cảm biến không dây"

T ô i xin cam đoan luận văn này khône; giổng hoàn toàn vớ i luận văn hoặc công trin h đã có trư ớc đó.

H à Nội, tháng 05 năm 2010

Học V iên Thực Hiện

Đồ Văn Quyền

M Ụ C L Ụ C

Chương I Tông quan về mạng cam biên W S N 9

Ị I M ờ đ â u 9

1.2 Cấu trúc mạng W S N 10

i 2 1 Cấu trúc cua nút mạng W S N 10

1.2.2 Cấu trúc cua toàn mạn» W SN 11

1.3 Kiến trúc ui ao thức mạnụ 19

1.4 Ún2 dụng cua mane cam biến không d â y 21

1.4.1 Các ứng dụng về môi trường 2 ỉ 1.4.2 C ác ừng dụ n g trong V h ọ c 22

! 4.3 ủ ng dụng tronii gia đ in h 23

1.4.4 Trong công nghiệp 23

1.4.5 Trong nông nghiệp 25

1.4.6 Trong quân sự 25

1.4.7 TronR giao th ô n g 26

1.5 Thành phần trong mạng cảm biến khônẹ dây 27

1.5.1 N ú t cảm b iế n 27

1.5.3 Phần mềm Software 30

1.6 Kết l u ậ n 31

C hư ơng 2 Các kỹ thuật diều khiển thâm nhập m ôi Irirờ n g tro ng m ạng cám biển không d â y 32

2.1 Mở đ ầ u 32

2.2 Mô hình giao thức cho W S N 32

2.3 Các giao thức truy nhập môi trường (MAC) ch u n g 33

2.3.1 Giao thức A LOHA 34

2.3.2 Giao thức CSMA/CA 34

2.4 Các vấn đề cần quan tâm khi thiết kế eiao thức M A C 36

2.4.1 Độ trễ (Delay) 36

2.4.2 Lưu lượng (Throughput) 37

2.4.3 Độ chẳc chẩn (Robustness) 37

2.4.4 Khá năng mơ rộn ụ (Scalabilitv) 37

2.4.5 Tính ôn định (Stability) 37

2.4.6 Sự công bàng (Fairness) 38

2 4 7 H i ệ u s u ấ t s ứ d ụ n g n ă n g l ư ợ n g 3 8 2.5 Các úiao thức MAC cho mạng W S N 39

2.5.1 WiseMAC 40

2.5.2 S -M A C 42

2.5.3 1-M AC 43

2.5.4 B-M AC 44

2.5.5 G-MAC 44

2.6 Kct luận 58

Chương 3 Thực nghiệm và đánh ẹiá hiệu qua năng lượng trong mạng cam biến không d â y 59

3.1 Mớ đ ầ u 59

3.2 Bố trí thực nghiệm 59

3.2.1 Mô hình thực nshiêm 59■ o • 3.2.2 Giới thiệu về các thiết bị thực nghiệm 60

3.3 Một số thực nghiệm và kết qua đạt được 65

3.3.1 Yêu cầu thực nghiệm: 65

3.3.2 Các bước chuẩn bị: 65

3.3.3 Đo các khoáng thời gian trong quá trinh truyền thông giữa các nút m ạ n g : 66

3.3.4 Đo cường độ dònũ điện của các nút mạng trong các trạng thái: ngủ, truy ề n, nhận d ữ liệu 68

3.4 Nhận xét và đánh giá hiệu quá năne lượng trong mạng W SN 7 ỉ 3.5 Két luận 75

KẾT L U Ậ N 76

TÀI LIỆU THAM KHẢO 77

PHỤ LỤC: MỘT SỐ ĐOẠN CHƯƠNG TRÌNH TRONG PHẢN THỤC N G H I Ệ M 79

Bảng Ký Hiệu Các C h ữ Viết Tắt

Avoidance

.

16 E\ FS Extended Interframe spacing

29

, i

41

Danh Mue Hình Vẽ

ỉ lình 1.1 Mô hình mạng cam hiến không dây 9

I lình 1.2 Các thành phần cua một nút cam ứníi 10

! lình 1.3 Cấu trúc mạng cám biến không dây 12

Mình 1.4 Cấu trúc p h ă n e 12

ỉ lìn h 1.5 Cấu trúc tẩ n g 13

Hình 1.6 Cấu trúc mạng phân cấp chức năng theo lớ p 13

Mình 1.7 Cẩu trúc mạng phân lớp xếp chons vật lý 14

I lình 1.8 Cấu trúc mạng phân cấp logic 15

Hình 1.9 Kiến trúc giao thức cúa mạng cảm biển 19

I lình 1.10 Mạng WSN canh báo cháy rừ n g 22

Hình 1.11 Cảnh báo và đo thông số độnẹ đ ấ t 22

Hình 1.12 Ung dụng trong y t ế 23

Hình 1.13 ủ n g dụng nhà thông minh 23

Hình 1.14 Úng dụng trong quản lý hàng hóa 24

Hình 1.15 ủ ne dụng ở bến c a n g 24

Hình 1.16 ủ n g dụng trong trồng trọ t 25

Hình 1.17 ư n g dụng trong chăn nuôi 25

I lỉnh 1.18 ư n g dụniĩ trong quân đ ộ i 26

I lình 1.19 ủ n g dụng trong giao th ô n g 26

1 lình 1.21 Mote cảm biến Mica của Berkeley 29

I lình 1.22 Kiến trúc TinyOS và chipcon cc 1010 30

Hình 2.1 Mô hình OSI cho mạng câm b iế n 32

Hình 2.2 Hiện tượng hidden-nút trong mạng W SN 35

Hình 2.3 Hiện tượng exposed-nút trong mạrìR WSN 35

Hình 2.4 Lấy mẫu đầu khung truvển 40

Hỉnh 2.5 Hoại động cùa WiseMAC 41

Hình 2.6 Giao thức S-M A C 43

Hình 2.7 Cấu trúc khung G M A C 45

Hình 2.8 Phân bố và thu thập G M A C 47

Hình 2.9 Sự trao đối ban tin G M A C 51

Mình 2.10 Hệ thống chọn ngược thụ độn£ GTIM 51

Hìĩứ 2.11 Tiêu đề khung G TỈM PHY/MAC (WPAN03) 54

Hìml 2.12 So sánh các giao thức trong trường hợp khôns có lưu lượng cua WSN ~ 56

Hìnl 2.13 Giao dịch mạng đơn hướng với S M A C 56

I lình 2.14 Giao dịch mạng truyền thônii đơn hướng cua T M A C 57

Hình 2.15 G i ao d ị c h m ạnịi đơn li ướng V ới B M A c 57• - ~ C-1 Hình 2 16 Giao dịch mạng đơn hướng với G M A C 58

Hình 3 1 Mô hình bố trí thí n i ĩ h i ệ m 59

Hình 3.2 Các nút mạna tron» thí nghiệm 60

Hình 3.3 Module C C I01 OEM 61

Minh 3.4 Nút mạrm cam nhận SU' dune khối EM-CC1010 61

Mình 3.5 Nút mạnạ cơ sở có găn màn hình hiên thị kết quá đ o 61

Hình 3.6 Sơ đồ chân tin hiệu C C 1010 62

Hình 3.7 Nạp phần mềm cho nút mạng cam biến không d â y 66

Hình 3.8 Thời gian truyền dừ liệu 24 byte bao gồm tính toán và chèn mã sửa lồi dư thừa C R C 67

Hình 3.9 Thời gian nút nhận bvte đầu tiên đến khi kiếm tra CRC xong cho 24 b y te 67

Hình 3.10 Vị trí đo dòng điện tiêu thụ trên sơ đồ chip CC1010 69

Hình 3.11 So sánh giao thức điều khiển thâm nhập môi trường thông thường và uiao thức G M A C 74

Có nhiều vấn dề dặt ra cho mạng cám biến không dây như vấn đề năng lượng, vấn đề đồng bộ cám hiến, vấn đề mờ rộng mạng Năng lượng luôn là yếu lố quan trọng cua tất cả các loại mạr>2 Với mạng cám biến không dây do tính đặc thù cua mạng là hạn chế về phần cứng và ứng dụnũ ở nhiều vùng địa lí phức tạp nên vấn đề nãniỉ lượng càng trờ nên quan trọng.

Nút cảm biến khôníí dây là một thiết bị điện rất nho nên chi được tranç bị nguồn năng lượng hạn chế (<0.5Ah 1.2V) Trong hầu hết các ứng dụng, việc tiếp thêm năng lượng là không thực hiện được Cho nên, thời gian tồn tại của nút cám biến phụ thuộc chu yểu vào tuổi thọ của nguồn năng lượng Trong mạng cám biến đa liên kết, mồi nút đóng hai vai trò là điếm khởi đầu số liệu và định tuyến số liệu Sự trục trặc cùa vài nút có thế là nguyên nhân quan trọng của việc thay đỏi hình trạng mạnụ, phải định tuyến lại gói tin và phái tồ chức lại mạng

Do đó việc bảo tồn nguồn năng lượng và quán lý nguồn năng lượriR là rất quan trọng Do các nguyên nhân này mà nhiều nhà nghiên cứu đã tập trung vào việc thiết kế các thuật toán và giao thức nhận biết, tính toán năng krợníí cho mạng cảm biển

Đề tài “Nghiên cửu kỹ thuật điểu khiên thám nhập mỏi trường và hiệu quct

năng lượng trong mạng cam hiến không dây" với mục tiêu cụ thể là:

- Nghiên cứu các giao thức điều khiến truy nhập môi trường cho mạng cảm biến không dây có hiệu quá sú' dụng năng lượng tốt

- Tien hành các khảo sát thực nghiệm đề đo đặc được các thông số của mạng cảm biến khôna dây, từ đó đưa ra các nhận xét và đánh giá về hiệu qua nãnii lượng trong mạng cảm bien không dâv

Kết cấu luận văn bao gồm ba chương:

Chương 1 : Tôníi quan về mạnÉỊ cám biến không dây - WSN

Chương 2: Các kỹ thuật điều khiên truv nhập môi trườnu trong mạng cámbiến không dây

Chương 3: Thực nghiệm và đánh giá hiệu quá năng lượng trong mạne cảm biến không dây

Tác eiá luận văn này xin iìiri lơi cam ơn sâu sắc nhất đến PGS I S Virons Dạo Vy, Khoa Điện tứ viền thông - Trường Đại học công nghệ - Đại học quốc gia Hà nội người đà hướnũ dẫn tận tình và siúp đờ tôi rất nhiều trong quá trinh thực hiện luận văn này

Tác giả xin chân thành cam ơn tới ụia đinh, bạn bè nhừnẹ người luôn động vicn tác giá trong suốt quá trình học tập và nghiên cứu đé hoàn thành luận vãn này

Học viên

Đồ Văn Quyền

Chương 1 Tông quan vê mạng cảm biên WSN

1.1 Mỏ’đầu

Ngày nay với sự phát triển như vũ bào cua khoa học công nghệ đã tạo ra rất nhiều ứng dụng phục vụ cho cuộc sổna cua con người, cùntỉ như phục vụ cho nhùng mục đích nghiên cứu khoa học Cùng nhờ sự tiến bộ trong lĩnh vực truyền thông vô luyến má các mạng sứ dụng cam biên giá thành thấp, tiêu thụ ít nãng lượng và có thẻ thực hiện đa chức năng đã được chú ý nghiên cứu và phát triển Những cam biên này có kích cỡ nho và thực hiện việc thu phát dữ liệu và

£Ìao tiếp với nhau chu vếu thông, qua kênh vô tuyến Dựa trên cơ sở đó, người ta thiết kế ra mạng cám ứng nhàm phát hiện ra những sự kiện hoặc hiện tượng, thu thập và truyền dừ liệu, và truyền những thônạ tin cảm nhận được đến người dùng

Mạníỉ cảm biến không dây WSN là mạng triến khai một số lượng lớn các thiết bị nhỏ gọn, giá thành thấp, có sẵn nguồn năng lượng mà có thế cám nhận, ttnh toán và giao tiếp với các thiết bị khác nhằm mục đích tập trung, xử lý thông tin cục bộ đề đưa ra những phương án giải quyết phù hợp với từng ứng dụng cùa mạng cảm biến

Mạng cảm biến không dâv có những đặc điếm sau:

- Có khả năng tự tổ chức

- Truyền thôna quảng bá tronụ phạm vi hẹp và định tuyến đa bước

- Triển khai dày đặc và kha năng kết hợp íĩiữa các nút cám ứng

- Cấu hình mạng thay đổi t h ư ờ n g xuyên phụ thuộc vào fading và hư hóng ở

và phải có kha năna thu phát sóng đê truyền thông với các nút lân cận Mỗi nút

cảm ứng được cấu thành bởi 4 thành phần cơ bán, như ở hình dưới, bộ cam nhận

(a sensing unit), bộ xử lý (a processing unit), bộ thu phát (a transceiver unit) và

bộ neuồn (a power unit) Ngoài ra cỏ thế có thêm những thành phần khác tùy thuộc vào từng ứns» dụng, như là hệ thống định vị (location finding system), bộ phát nguồn (power generator) và bộ phận di động (mobilizer)

ỉtịíUón

Hình 1.2 Cúc Ị hành phần cua một nút câm ứng

Các bộ phận cảm ứng (sensing units) bao gồm cảm biến và bộ chuyển đồi '.ương tự-sổ (ADC)

Dựa trên nhũng hiện tượng quan sát được, tín hiệu tương tự lạo ra bởi cảm

Bộ xử lý thường được kết hợp với bộ lưu trữ nhỏ (storage unit), quyết định các thù 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.Chủnỉí gửi và nhận các dừ iệu thu được từ chính nó hoặc các nút lân cận tới các nút khác hoặc tới sink.Một trona số các phần quan trọng nhất cua một nút mạng cảm ứng là bộ nguồn Bộ nguồn cỏ thè là một số loại pin Đe các nút có thời cian sống lâu thì

X) nguồn rất quan trọng, nó phái có khả năng nạp điện từ môi trườns như là

năng lượng ánh sáne; mật trời

Ntioài ra cùng có những thành phán phụ khác phụ thuộc vảo time, ứng đụnụ Hầu hết các kĩ thuật định tuyến và các nhiệm vụ cám ứníi cua mạng đều yêu cầu có độ chính xác cao về vị trí Vi vậy cần phai có các bộ định vị Các bộ phận di động, đôi lúc cần đế dịch chuyến các nút cam ứng khi cần thiết đế thực

h i ệ n các nhiệm vụ đã ấn định n h ư cám biển theo dõi sự chuyển đ ộ n g cua vật

nào đó

Tất cá những thành phẩn này cần phái phù họp với kích cỡ từng module Ngoài kích cỡ ra các nút cam ứng còn một số ràng buộc nshiêm ngặt khác, như lìà phải tiêu thụ rất ít năng lượng, hoạt động ở mật độ cao, có giá thành thấp, có thế tự hoạt động, và thích ứng với môi trường

ĩ.2.2 Cấu trúc của toàn mạng WSN

1.2.2.1 Cấu trúc cua mạng cảm biến không dây

Cấu trúc mạng cám biến không dây cần phải thiết kế sao cho sử dụng có hiệu quả nguồn tài nguyên hạn chế của mạng, và khắc phục được những nhược điểm írẻn, kéo dài thời gian sống của mạng Vì vậy thiết kế cấu trúc mạng và kiến trúc mạng phải cần phải dùng một số cơ chế, kĩ thuật đặc thù sau:

Giao tiếp không dâv đa bước: Khi giao tiếp không dây ỉà kĩ thuật chính,thì giao tiếp trực tiếp giữa hai nút sẽ có nhiều hạn chế do khoảng cách hay các vật cản Đặc biệt là khi nút phát và nút thu cách xa nhau thì cẩn công suất phát lớn.Vì vậy cần các nút trung gian làm nút chuyển tiếp để giám công suất tổng thế Do vậy các mạng cám biển không dâv cần phải dùng giao tiếp đa bước.Hoạt động hiệu quá năng lượng: đế hỗ trợ kéo dài thời gian sống của toàn mạng, hoạt động hiệu quả năng lượng là kĩ thuật quan trọng trong 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 thế xác định vị trí địa lý của nó thông qua các nút khác (gọi là tự định vị)

Cộng tác, xử lí trong mạng và tập trung dừ liệu: Trong một số ứng dụng một nút cảm biến không thu thập đù dừ liệu mà cần phải có nhiều nút cùng cộng tác hoạt động thì mới thu thập đủ dữ liệu, khi đỏ mà từng nút thu dữ liệu gửi ngay đến sink thì sẽ rất tốn băng thông; và năng lượng.cần phải kết hợp các

dữ liệu của nhiều nút trong một vùng rồi mới gửi tới sink thì sẽ tiết kiệm bãnathông và năng lượna Chăng hạn như khi xác định nhiệt độ truny; binh, hay caonhất cùa một vùne

Do vậy , cấu trúc mạng mới sẽ:

- Kết hợp vấn đề năna lượn2 và kha năng, đ ị n h tuyến

- Tích họp dừ liệu và eiao thức mạng

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

- Chia sc nhiệm vụ uiừa các nút lãn cận

Các nút cam ứng dược phân bố trong một vùng cám biến như hình dưới Mồi một nút cảm ửnạ có kha năng thu thập dữ liệu và định tuyến lại đen các sink Dữ liệu được định tuvến lại đến các sink bởi một cẩu trúc da điêm như hình vẽ trên Các sink có thê lĩiao tiếp với các nút quan lý nhiệm vụ (task manager nút) qua mạnụ Internet hoặc vệ tinh

Hình 1.3 Cấu trúc mạng cam hiến không dây

1.2.2.2 Hai cấu trúc đặc trư n g của mạng cam biến không dây

+ Cấu trúc phẳne (flat architecture)

Hình !.4 Càu trúc phăng

Tronc; cấu trúc phăns (flat architecture), tất cá các nút đều ru»ang hàng và (lồng nhất trong hình dạng và chức năna Các nút giao tiểp với sink qua

multihop sir chine các nút ngang hànụ làm bộ tiẻp sóng Với phạm vi truyên cô

định, các nút uân sink hơn SC đảm bao vai trò của bộ tiếp sóng đỏi với một số

lượng lớn nguồn Giá thiết ràna tất ca các neuồn đều dùng cùng một tần số để truyền dừ liệu, vì vậy có thê chia se thòi gian Tuy nhiên cách này chi có hiệuJ • • «F> m/ j »qua với diêu kiện là có nẹưôn chia se đơn le ví dụ như thời gian, tần số

Câu trúc tânu (tiered architecture)

Tronç cấu trúc tầng (tiered architecture), các cụm được tạo ra giúp các tài nguyên trong cùng một cụm gửi dữ liệu đơn bước hay đa bước túy thuộc vào kích cỡ của cụm) đến một nút định sẵn thường gọi là nút chu (cluster head) Trong cấu trúc này các nút tạo thành một hệ thống cấp bậc mà ở đó mồi nút ở một mức xác định thực hiện các nhiệm vụ đã định sẵn

Hình 1.5 Cẩu trúc tàng

Trong cấu trúc tầng thi chức năng cảm nhận, tính toán và phân phối dữ liệu không đồng đều giữa các nút Những chức nănu này có thể phân theo cấp, cấp thấp nhất thực hiện tất cả nhiệm vụ cảm nhận, cấp giữa thực hiện tính toán, và câp trên cùng thực hiện phân phối dữ liệu

14Hoặc các nhiệm vụ xác định có thê được chia không đồng đêu giữa các lớp

ví dụ mồi lớp có the thực hiện một nhiệm vụ xác định trong tinh toán Trong trường hợp này các cảm hiên ơ cấp thấp nhất đóni» vai trò một bộ lọc thông dai dơn gián đê tách nhiễu ra khói dữ liệu, tron» khi đó các nút ở cấp cao hơn ngừng việc lọc dừ liệu này Sự phản tích chức năng cua các mạng cám ứng có thê phan ánh các đặc diêm tự nhiên cua các nút, hoặc có thề gọi đơn giản là sự phân biệt theo logic Ví dụ một tập hợp con các nút với khá nãne truyền thône ơ phạm vi rộng có thể tạo nên cấu hình mạnỵ kiêu phán lớp xếp chồng vật lý

hệ thong định vị toàn cầu (global positioning system - GPS) có thế thực hiện vai trò chủ chốt trong việc định vị hoặc đồng bộ thời gian Do vậy không cỏ gi là ngẫu nhiên khi rất nhiều các mans cam ứng hiện nav được thiết kế theo cấu trúc phân cấp

để thực hiện tất cá các nhiệm vụ Vì sổ lượng các nút cần thiết phụ thuộc vào vùng phú sóng xác định, chi phí cua toàn mạng vì thế sẽ không cao Thay vào

đó, nếu một số lượng lớn các nút có chi phi thấp được chi định làm nhiệm vụ cám nhận, một số lượng nhỏ hon các nút có chi phi cao hơn được chi định đê phân tích dừ liệu, định vị và đồng hộ thời gian, chi phí cho toàn mạng sẽ giảm đi

- Mạng cấu trúc tầng sẽ có tuồi thọ cao hơn mạng phảng Khi cần phải tính toán nhiều thì một bộ xử lý nhanh sẽ hiệu quá hơn, phụ thuộc vào thời gian yêu cầu thực hiện tính toán Tuy nhiên, với các nhiệm vụ cảm nhận cần hoạt động trone; khoảng thời gian dài, các nút tiêu thụ ít năníỊ lượng phù hợp với yêu cầu

xử lý toi thiếu sẽ hoạt dộng hiệu quả hơn Do vậy với cẩu trúc tầng mà các chức năng mạng phân chia uiCra các phần cứng đã được thiết kế ricng cho từng chức năng sẽ làm tăn li tuồi thọ cua mạng

vêu cầu thỏa mãn điều kiện về bãng thông và thời gian sống Vởi mạng câu trúc phăng, qua phân tích người ta đã xác định thông lượng tối ưu cua mồi nút trong

m ạng cỏ n nút là y/,ỉ tron ụ đó w là độ rộníi băng tần cua kcnh chia se Do đó

kđii kích cỡ mạng lănu lên thi ihông lượng cùa mồi nút sẽ giam vê 0

Việc nghiên cứu các mạng cấu trúc tầng đem lại nhiều triến vọng để khắc phục vấn đề này Mội cách tiếp cận là dùníí một kênh đon lẻ tron ạ, cấu trúc phân cấp trong đó các niu ớ cấp thấp hơn tạo thành một cụm xung quanh trạm gốc

• vlồi một trạm gổc đóng vai trò là cầu nổi với cấp cao hơn, cấp này đám hảo việc giao tiếp trong cụm ihônti qua các bộ phận hữu tuyến Trong trường hợp này, dung lượng cua mạng tăng tuyến tính với số ỉượnẹ các cụm với điều kiện là sốlượm» các cụm tănu ít nhất phai nhanh bàng v '? Các nghiên cứu khác đã thử cách dùng các kênh khác nhau ờ các mức khác nhau cua cấu trúc phân câp Trong trường họp này dung lượng cua mồi lớp trong cấu trúc tâng và dung lượng cua mồi cụm trong mồi lớp xác định là độc lập với nhau

Tóm lại, việc tương thích giữa các chức năng trong mạng có thế đạt được khi dùní» cấu trúc tầng Đặc biệt người ta đang tập trung nghiên cứu về các tiện ích về tìm dịa chi Những chức năng như vậy có thề phân phối đến mọi nút, một phần phán bố đến tập con của các nút Giả thiết ràng các nút đều không cố định

và phải thay đối địa chi một cách định kì, sự cân bằng giữa những lựa chọn này phụ thuộc vào tần số thích họp của chức năng cập nhật và tìm kiếm Hiện nay cùng đang cỏ rất nhiều mô hình tìm kiếm địa chỉ trong mạng cấu trúc tầng

Thiết kế mạng cám biến không dây chịu ảnh hường cùa nhiều nhân tố: khả năng chịu lồi, kha năng mở rộng, chi phi sản xuất, môi trường hoạt động, nhừng ràng buộc về phần cứng, cấu hình mane cám ứng, phương tiện truyền dẫn, sự tiêu thụ nãng lượng.Nhừniĩ nhân tố này rất quan trọng vì chúng như là hướng dần để thiết kế cấu trúc mạng,kiến trúc giao thức và thuật toán định tuyên cho mạng cám biến không dây

Khá năng chịu lồi (fault tolerance): Một số các nút cam ứng có thể không hoạt động nừa do thiếu năng lượng, do những hư hỏng vật lý hoặc do ánh hường của môi trường Khá năng chịu lỗi thể hiện ớ việc mạng vẫn hoạt động bình thường, duy trì những chức năng cùa nó ngay cả khi một số nút mạng không hoạt động Ở đây ta dùng phân bố Poisson đề xác định xác suất không có sai hỏng trong khoảng thời gian (0,t):

/?,( 0 = e v

Trong đó:

* : ti lệ lồi cua nút k

17t: khoang thời gian khao sát

Rk(t): độ tin cậ> hoặc kha năng chịu lồi cua các nút cảm ứng

Kha nănu mơ rộiiLL (scabilitv): Khi triên khai mạng cam biến nghiên cứu một hiện tượng nào đỏ số lượng các nút cam ứng được triên khai có thê đèn hàng trăm niỉhìn, phụ thuộc vào tìmg ứng dụnu con số này có the vượt quá hàng triệu Những kiều mạng mới phai có kha nănẹ làm việc với số lượng các nút này

và sử dụng được tính chất mật độ cao cua mạng cám ứng Mật độ có the tính toán theo công thức:

//(/?) = ( N tĩ R: ) •' A

Trong đó: N - số lượní» các nút cam ứng phân hố trong vùng A

R - là phạm vi truyền sóngChi phi san xuất (production costs): Vì các mạng cam úng bao aồm một số lượng lớn các nút cam ứng nên chi phí cua mồi nút rất quan trọng trong việc điều chinh chi phí cua toàn mạng Nếu chi phí cua toàn mạng đắt hơn việc triển khai cám biên theo kiểu truyền thốne như vậy manu không có tiiá thành hợp lý

Do vậy, chi phí của mồi nút cam ứriR phái giữ ở mức thấp

Những ràng buộc về phẩn cứng (hardware constraints):

- v ề cấu trúc một nút cảm biến, có nhiều ràng buộc về phần cứng: phải có kích thước nhở,càng nhở càng tốt Ngoài kích cỡ ra các nút cảm ứng còn một số ràim buộc nghiêm ngặt khác, như !à phải tiêu thụ rất ít năng lượng, hoạt động ớ mật độ cao, có giá thành thấp, có thể tự hoạt động, và thích ứng với môi trường

- Cấu hình mạn ỉ» cám ứng (network topology): Trong mạng cảm ứng, hàng trăm đến hàng nghìn nút được triền khai trên vùng cám biến Mật độ các nút có thề lên tới 20 nủưm3 Do số lượng các nút cảm ứng rất lớn nên cần phái thiết ỉập một cấu hình ÔI1 định Chúng ta có thê kiểm tra các vẩn đề liên quan đến việc đuv trì và thay đỏi cấu hinh ớ 3 pha sau:

Pha tiền triển khai và triển khai: các nút cam ứng có thế đặt lộn xộn hoặc xếp theo trật tự trên vùng cảm biến Chúng có thể được triển khai bàng cách thả

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

Pha hậu triển khai: sau khi triển khai, những sự thay đồi cấu hình phụ thuộc vào việc thay đổi vị trí các nút cảm ứng, khả năní> dạt trạng thái không kết nối (phụ thuộc vào nhiễu, việc di chuyển các vật cản ), nănu lượng thích hợp, những sự cố, và nhiệm vụ cụ the

Pha triền khai lại: Sau khi triển khai cẩu hình, ta vẫn có thế thêm vào các nút càm ứng khác đê thay thể các nút gặp sự cố hoặc tùy thuộc vào sự thay đôi chức năng

[ y l ù / 0 0 2 6 9 6

đặc, rất gần hoặc trực tiếp bên tronụ các hiện tượng đê quan sát Vì thè, chúng thưởng làm việc mà không cẩn giám sát ơ nhũng vùng xa xôi Chúng có thê làm việc ờ bên trone các tnáv móc lơn ớ dưới đáy biên, hoặc trong những vùng ô nhiễm hóa học hoặc sinh học ở gia đình hoặc nhừng tòa nhà lớn

Phươnẹ tiện truyền dẫn (Transmission media): Ớ những mạng cám ứng đa hước, các nút được kết nối bans những phương tiện không dây Các đường kết nổi này có thê tạo nên bới sóng vô tuyến, hồng ngoại hoặc nhừnu phương tiện quang học Đe thiết lập sự hoạt động thống nhất của nhữnu mạng này, các phương tiện truyền đẫn phai được chọn phai phù hợp trên toàn thế giới Hiện tại nhiều phần cứntĩ cua các nút cảm írns dựa vào thiết kế mạch RF Nhữnu thiết bị

số 916MHz Cấu trúc mạriíỉ cảm biến tích hợp khôns dây cũng sử dụne đườru» truyền vô tuyến để truyền dữ liệu

Một cách khác mà các nút trong mạna giao tiếp với nhau là bàng hồng ngoại Thiết kế máy thu phát vô tuyến dùng hồng ngoại thì giá thành rẻ và dễ dàng hơn Một thành quả thú vị nữa là hạt bụi Smart Dust, là một hệ thống tự cám ứng, tính toán và giao tiếp dùng các phương tiện quang học đế truyền Cả hai loại hồng ngoại và quang đều vêu cầu bộ phát và thu nằm trong phạm vi nhìn thấy, tức là có thể truyền ánh sảng cho nhau được

Sự tiêu thụ năng lượng (power consumption): Các nút cảm ứng không dây,

có thề coi là một thiết bị vi điện tử chỉ có thể được trang bị nguồn năng lượng giới hạn (<0,5Ah, I.2V) Trong một số ứng dụng, việc bổ sung nguồn năng lượníĩ không thể thực hiện được Vì thế khoảng thời gian sống cùa các nút cảm ứng phụ thuộc mạnh vào thời íĩian sống của pin Ở mạng càm ứng đa bước ad hoc, mỗi một nút đóng một vai trò kép vừa khởi tạo vừa định tuyến dữ liệu Sự trục trặc của một vài nút cảm ứng có thề gâv ra những thay đổi đáng kể trong cấu hình và yêu cầu định tuyến lại các gói và tổ chức lại mạng Vì vậy, việc duy trì và quản lý nguồn năng lượrm đóng một vai trò quan trọng Đó là lý do vi sao

mà hiện nay người ta đang tập trung nghiên cứu về các giải thuật và giao thức để tiết kiệm nguồn năn tí lượng như các phương pháp định tuyến nhận biết về năng lượng(Energy-Aware Routing) Đồng thời người ta cũng đang nghiên cứu và thiết kế nguồn cho mạng cam ứng có dung lượng; lớn, và thiết kế cho các thành phần cua một nút cảm biến hoạt độns hiệu quả về năng lượng đề góp phần kéo dài thời gian sổng cua các nút nói riêng và ca toàn mạna

Nhiệm vụ chính cua các nút cảm ứng irons vùng cảm biến là phát hiện ra các sự kiện, thực hiện xư lý dừ liệu cục bộ nhanh chóng, và sau đỏ truyền dừ

19liệu đi Vi thẻ sụ tiêu thụ lìăns ỉượng được chia ra làm 3 vùng: cám nhận ( sensing), giao tiếp (communication), và xứ lý dữ liệu (data processing).

1.3 K iến t r ú c g ia o t h ứ c m ạ n g

Prong mạnu cám ửnụ dừ liệu sau khi được thu thập bởi các nút sẽ được định tuyến gửi đến sink Sink sè gưi dừ liệu đến người dùng đẩu cuối thông qua internet hay vệ tinh Kiến trúc giao thức được sử dụng bởi nút gôc và các nút cam biến được trình bày hình dưới:

Hình Ị 9 Kiền trúc giao thức cua mạng cam biển

Kiến trúc giao thức này kết họp giữa công suất và chọn đường, kết hợp số liệu với các giao thức mạng, sư dụng côn ạ suất hiệu quá với môi trường vô tuvển và sự tương tác giữa các nút căm biến Kiến trúc giao thức bao gồm lóp vật lý, lớp liên kết dữ liệu, lớp mạng, lớp truyền tái, lớp ứng dụng, phần quán lý công suât, phân quán lý di động và phân quan lý nhiệm vụ

- Lớp ứng dụng: Tuy vào từng nhiệm vụ cùa mạng cảm biến mà các phần mềm ứng dụnu khác nhau được xây dựnu và sư dụng trong lớp ứng dụng Trong lớp ứng dụng có mốt số ụiao thức quan trọriíĩ như giao thúc quàn lí mạng cam biến (SMP), giao thức quảng bá dừ liệu và chi định nhiệm vụ cho từng cảm biên (TADAP), giao thức phân phối dữ liệu và truy vấn cám biến (SỌDDP)

- Lớp vận chuyến: l.ớp truyền tải siủp duy trì luồng số liệu nếu ứng dụng mạng cảm biến yêu cẩu Lớp truyền tải đặc biệt cần khi mạng cám biến kết nối với mạng bên ngoài, hay kết nối với người dùng qua internet Giao thức lớp vận chuyền giữa sink với người dùng (nút quán lý nhiệm vụ) thì có thế là giao thức UDP hay TCP thông qua internet hoặc vệ tinh Còn giao tiếp giữa sink và các nút cảm biến cần các giao thức kiểu như UDP vì các nút cám biên bị hạn chế về bộ nhớ Hơn nữa các ũiao thức nàv còn phai tính đền sự tiêu thụ công suất, tính mớ rônu và đ ị n h tuyên tập trunẹ đừ liệu

- Lóp mạng: Lớp mạng quan tâm đến việc dịnh tuyến dừ liệu được cung cấp bởi lóp truyền lai.Việc định tuyến trong mạng cam biến phai đối mặt với rất nhiều thách thức như mật độ các nút dày đặc, hạn chế về năng lượng Do vậy

t hiết kể lóp mạnu trong mạng cam biến phai theo các nguyên tắc sau:

- Tính hiệu qua vê năng lượng luôn dược xem là vấn đề quan trọng hàng

đ ẩ u

- Các mạng cám biến gần như là tập trung dừ liệu

- Tích hợp dừ liệu và giao thức mạng

- Phải có cơ chế địa chi theo thuộc tính và biết về vị trí

Có rất nhiều giao thức định tuyến được thiết kế cho mạng cám biến không dây Nhìn tống quan, chúng được chia thành ba loại dựa vào cẩu trúc mạng, đó

là định tuyến ngang hàng, định tuyến phân cấp, định tuyến dựa theo vị trí Xét theo hoạt độnu thì chúng được chia thành định tuyến dựa trên đa đường

< multipath-based) định tuyến theo truy vấn (query- based), định tuyến negotiation-based, định tuyến theo chất lượng dịch vụ (QoS-based) định tuyến kết hợp (coherent-based)

- Lớp kết nối dừ liệu: Lớp kết nối dừ liệu chịu trách nhiệm cho việc £>hép các luồng dữ liệu, dò khung dừ liệu, điều khiên lỗi và truy nhập môi trường Nó đảm bảo cho giao tiếp diêm -điểm, điểm-đa điếm tin cậy.Vì môi trường có tạp

âm và các nút cám biến có thế di động, giao thức điều khiển truy nhập môi trường (MAC) phải xét đốn vấn đề công suất và phái có khả năng tối thiểu hoá việc va chạm với thông tin quảng bá cùa các nút lân cận

- Lớp vật lý: Lớp vật lý chịu trách nhiệm lựa chọn tần số phát tần số sóng mang, điều chế lập mã và tách sóng

Nuoài ra, các phần quàn lv công suất, quản lý di chuyển và quản lv nhiệm vụ sè giám sát việc sứ dụng công suất, sự di chuyển và thực hiện nhiệm

vụ giữa các nút cám biến Những phần này giúp các nút cảm biến phối hợp nhiệm vụ cám biến và tiêu thụ công suất tổng thể thấp hơn

- Phần quán lý công suất điều khiến việc sử dụng công suất của nút cám biến Ví dụ, nút cảm biến có thố tất khối thu cùa nó sau khi thu được một bản tin

từ một nút lân cận Điều này giúp tránh tạo ra các ban tin íỉiống nhau Cũnạ vậy, khi mức côns suất cua nút cam biến thâp, nút cam biến phát quàng bá tới các nút lân cận đề thông báo nó có mức công suất thấp và không thê tham gia vào các bàn tin chọn đườn<4- Công suất còn lại sẽ được dành riêng cho nhiệm vụ cám biến

- Phần quán lý di độnii phát hiện và ghi lại sự di chuyền cùa các nút cảm biến để duy trì tuyến tới người sir dụng và các nút cảm biến có thể lưu vết của

các nút cam biến lân cận Nhờ xác định được các nút cam biến lân cận các nút cam biến có the cản hănự giữa cônụ suất cua nó và nhiệm vụ thực hiện.

- Phẩn q u a n lý nhiệm vụ dùna đê làm cân băng và lên kế hoạch các nhiệm

vụ cam biến tron» một VÙIÌỈỈ xác định Không phái tất ca các nút cam biến trong

V ùng đó diều phải thực hiện nhiệm vụ cam biến tại cùng m ột th ờ i điếm K ế t quá

là một số nút cam biến thực hiện nhiệm vụ nhiều hơn các nút khác tuỳ theo mức côniỉ suất cua nó

Nhừrm phần quan lý này là cần thết để các nút cảm biến có thể làm việc cùng nhau theo một cách thức sử dụng hiệu quá công suất, chọn đường số liệu trong mạng cám biến di động và phân chia tài nguyên siừa các nút cam biển.Ngoài ra, còn cỏ các giao thức đặc trưne hỗ trợ cho mạng WSN: giao thức định vị (Location protocol), çiao thức đồng bộ thời gian (Time synchronization protocol), giao thức điều khiển cấu hình mạng (topology control).Trong nhiều trường hợp việc xác định vị trí trong thể giới tự nhiên của các nút cảm biến là rất cần thiết Ví dụ các ứng dụng kiếm tra và phát hiện sự kiện sảy ra ở đâu, nểu không có thông tin vị tri thì không thề báo cáo chính xác vấn đề thời gian rất quan trọng trong nhiều ứng dụng và giao thức trong mạng cám ứng.Giao thức đồng bộ thời gian đảm bảo cho mạng hoạt động đồng bộ, giảm các sai lệch về thời gian, hoạt động hiệu quả và báo cáo kết qua chính xác về thời gian.Còn việc điều khiển cấu hình mạng cũng rất quan trọng Như đã trình bày trong các phần trên, mạng WSN có thể triển khai ngẫu nhiên, mật độ các nút rất dày dặc nếu không có cơ chế điều khiển topo tốt các nút sẽ cản trở nhau trong việc giao tiếp, giao tiếp trực tiếp giữa các nút sẽ làm giảm cônR suất truyền dẫn.Hơn nữa, khi các nút cảm biến mà di chuyến thì cần phải điều khiên lại cấu hình và định tuyến lại

1.4 ủ ng dụng cua mạng cảm biến không dây

sự kiên liên quan đến cháy được phát hiện, truns tâm điều khiến sẽ đưa ra cánh

báo sớm Điều này sè giúp phát hiện sớm và ngăn chặn được thảm họa cháy rừng.f 16]

Hình Ị 10 Mạng WSN cảnh báo cháy rừng

mực nước Các cảm biến này cung cấp thông tin cho hệ thống cơ sở dừ liệutrung tâm đế phân tích và cảnh báo lụt sớm

Giám sát và cảnh báo các hiện tượng địa trấn: Các cảm biến về độ rung

hay sảy ra động đất, hay gần các núi lửa đế giám sát và cảnh báo sớm hiệntượng động đất và núi lửa phun trào

Hình ỉ ! ì Cánh báo và đo thông số động đất

1.4.2 Các ứng dụng trong y học

Giám sát trong y tế và chân đoán từ xa: Trong tương lai, các nút cam ứng

có thể được gắn vào cơ thê, ví dụ như ở dưới da và đo các thôna số cùa máu để phát hiện sớm các bệnh như ung thư, nhờ đó việc chừa bệnh sẽ dễ dàng hơn Hiện nay đã tồn tại nhfmil video cám biên rất nhỏ có thê nuốt vào trong người,

dùng một lần và được bọc vó hoàn toàn, nguồn nuôi cùa thiết bị này đú đế hoạt động trong 24h Trong thời gian đó, chúng gừi hình ảnh về bên trong con người sang một thiết bị khác mà không cần phái phẫu thuật Các bác sĩ có thể dựa vào

đó đê chuân đoản và điêu trị

Hình 1 ỉ 2 Úng dụng trong V tế

1.4.3 ủ ng dụng trong gia đình

Trong lĩnh vực tự động hóa nhà ờ, các nút cảm ứng được đặt ở các phòng

đề đo nhiệt độ Không những thế, chúng còn được dùng để phát hiện những sự dịch chuyển trong phòng và thông báo lại thông tin này đến thiết bị báo động trong trường hợp không có ai ở nhà

1.4.4 T rong công nghiệp

Trong lĩnh vực quan lý kinh doanh, công việc bảo quan và lưu giữ hàng hóa sẽ được giải phóng Các kiện hàng sẽ bao gồm các nút càm ứng mà chi cần

24tôn tại trong thời ki lưu trữ và hao quan Trong mồi lần kiêm kê một query tới kho lưu trừ dưới dạnụ bản tin quang bá Tất cá các kiện hànii sẽ tra lời querv đó

đề bộc lộ các đặc diêm cua chúnu Ngay cá các ban tin có cường độ yếu từ những cám biến dơn le vẫn có thể được truyền tin cậy nếu chúng được chuvên tiép qua từníi nút Cam biến còn có thể được dùnR để đo nhiệt độ và độ ẩm Vào ban đêm chúníi được đặt ơ chế dộ chống trộm Nếu một ai đó cố dịch một kiện hàng, cảm biên sẽ hoạt độnạ và ra hiệu cho thiết bị cánh báo Điêu này đặc biệt hữu dụng tron í» việc bao vệ hàn ù hỏa tron ụ những tòa nhà lớn

sensor nod« V

UWB stnsot- ADC

UWB

p h y s ic a l field sen sot n o d e a n a y

Hình Ị 14 ủng dụng trong quan lý hàng hỏa

Những nút cảm ứng này cũng có thế ứng dụng tronu việc quản lý các container ở cảng Mỗi một container là một nút mạng trong mạng càin ứng và có thể ghi nhớ thông tin cùa nó một cách xác thực Việc liên lạc qua khoáng cách

xa hon có thể thực hiện theo kiếu điếm - điếm từ container này đến container khác Tập hợp các container tự bản thân nó là một cơ sở dữ liệu và vì vậy luôn luôn nhất quán Nhờ đó tàu có thể dễ dàns xác định được chính xác kiện hàng của nó và container thậm chí còn có thể thông báo lại nếu có Container lân cận bị

lỡ, mà không cần phải truy nhập vào dữ liệu toàn cầu (global database)

Hình I ỉ 5 ưng dụng ớ bèn cảng

1.4.5 T rong nông nghiệp

Úng dụng trong trồng trọt: Các càm biến được dùng đế đo nhiệt độ, độ ẩm, ánh sáng ờ nhiều điếm trên thưa ruộng và truyền dừ liệu mà chúng thu được về trung tâm đế người nông dân có thể giám sát và chăm sóc, điều chỉnh cho phù hợp

Các mạng cam biên có vai trò quan trọng trong hệ thông C4ISRT

servaiHence, reconnaissance and targeting systems ) vì nó có các đặc tính triển khai nhanh, tự cấu hình, và chịu lồi.Các ứng dụng cùa mạng cảm biến trong quân sự như là giám sát quân đội, giám sát trang thiết bị,vũ khí, kháo sát chiến

trường,quân địch, dò tân công băng vũ khí hạt nhân, sinh học, hóa học cúa quân địch [17]

Building Sink 1 Building Sink 2 Underground Sink

t Butklim; WSN Flow 1 Buildmg WSN Flow 2

X Underground WSN Longer range Wireiess Network

C2C

Hình 1.18 ứng dụng trong quản đội

1.4.7 T rong giao thông

Các cảm biến được đặt trong các ô tô để người dùng có thể điều khiến, hoặc được gẳn ở vỏ của ô tô, các phương tiện giao thông để chúng tương tác với nhau và tương tác với đường và các biển báo đề giúp các phương tiện đi dược an toàn, tránh tai nạn giao thông và giúp việc điều khiển luồng tốt hơn

Tất ca các írniỉ dụnti cua mạng cảm biên không dây được phân loại thành:

- Giám sát các môi irirờnu tĩnlr.uiám sát môi trườne,các hệ sinh thái.canh báo cháy

- Giám sát sụ chuyến dộng cua các đối tượng: như là giám sát các động vật t.roim cuộc sống hoanu dã,giám sát sự chuyên động cua các phương tiện giao

t hông

1.5 Thành phần trong mạng cám biến không dây

1.5.1 Nút cám biến

Mạng WSN gồm nhiều cam biến phân bố phân tán bao phu một vùnti địa

lý Các nút cám biên có kha nănii liên lạc vô tuyến với các nút lân cận và các chức năng cơ ban như xứ lý tín hiệu, quan lý giao thức manç và bát tay với các nút lân cận đế truyền dữ liệu lừ nguồn đến trung tâm

Chức năng cơ bán cua các nút trong mạng WSN phụ thuộc vào ứng dụng cua nỏ, một sổ chức năng chính:

- Xác định được uiá trị các thôns số tại nơi lấp đặt Như có thế trả về nhiệt

độ, áp suất, cườĩm độ ánh sáng tại nơi khao sát

- Phát hiện sự tồn tại cùa các sự kiện cần quan tâm và ước lượng các thông

số của sự kiện đó Như mạng WSN dùng trong giám sát giao thông, cám biến phái nhận biết được sụ di chuyến cũa xe cộ, đo được tốc độ và hướng di chuyền của các phương tiện đang lưu thông

- Phân biệt các đối tượng Ví dụ phương tiện lưu thôna mà cảm biến nhận biết được là gì xe con xe tái hav xe buýt

- Theo dấu các đối tượng Vi dụ trong m ạ n g WSN quân sự, mạng cám biến phai cập nhật được vị trí các phương tiện cua đối phương khi chúng di chuyên trung vùng bao phủ cùa mạng

Các hệ thống có the đáp ứng thời eian thực hay gần như thế, tùy theo yêu cầu và mục đích cửa thông tin cần thu thập

Cam biến aồm nhiều nhóm chức năng cơ, hóa, nhiệt, điện, từ, sinh học, quanu chất lòns, sóng siêu âm cảm biến khối Cám biến có thể được đưa ra bên ngoài môi trườnụ ntiuy hại, môi trường có nhiệt độ cao, mức dao động, nhiễu lớn, môi trườníí hóa chất độc hại, có thế lắp đặt tron» hệ thốnu robo tự độnií hay trôna hệ thons nhà xưởng sản xuất Công nghệ cảm biến và điều khiên bao gồm trường điện và từ, cảm biến sóng radio, cám biến quantỉ, hồng ngoại, radars, lasers, cám bien vị tri hay định vị, cam biến hướng mục đích phục vụ cho

an ninh sinh hóa

Các cam biên kích tlurớc nho eiá thánh thấp, ôn định, đọ nhạv cao và đáng tin eậv là VCU tố quan trọng tạo nên các mạnụ WSNs hoạt động hiệu quả và kinhtế

1.5.2 Phần cúng H ardw are

Công nghệ RFID (công nghệ nhận dạng tần sổ vô tuyến): Các the RFID đại diện cho phần thị trườrm thấp cua việc triên khai cam biên đang nôi lên, cá vê mặt cônc; nghệ lẫn giá ca The RFID đu nho đê có thế gài sẵn trên nhân ghi giá tiêu chuân Một the RFID có kha năn2 phát một giá trị và có thế tính toán một số

ít lệnh (ví dụ giàm bộ đém) khi được đưa gần tới đầu đọc RFID (RFID reader)

và các đầu đọc này cần năng lượim đáng kê đề làm việc Do vậy, đầu đọc RF1D thườrm không có tính di động, được nối với một nẹuồn điện cổ định RFJD hiện

đã dược sử dụng tron a nhiều ứng dụn£, bao gồm hệ thống tính phí trên đường cao tốc, và theo dồi tài sản cho mane lưới cung cấp và ứng dụng bán lẻ

Năm giữa công nghệ RFID và các cống dữ liệu có kích thước lớn chính là các mạng cảm biến không dây Thiết bị trong những mạng này thường bao gồm các nút nhỏ, được cấp nguồn bằng pin, tiết kiệm năng lượng với các máy thu/ phát vô tuyến tầm thấp và các bộ cám biến giá ré Điển hình cho lớp thiết bị loại này thường bao gồm các “mote” (bộ thu/ phát không dây nhỏ xíu dùng trong các mạng cám biến) của Berkeley Thiết bị này kết họp một bộ xử lí 8 bit, tốc độ 7 Mhz, một máy thu/ phát vô tuyến ChipCon CCIOIO với tầm hoạt động 100 fit, RAM 4 KB, bộ nhớ chương trình 128 KB “ Mote” chấp nhận nhiều loại bảng cám biền khác nhau, đem lại khả năng phát hiện từ trường, độ rung, nhiệt độ, ánh sáne, sức nóng, độ ấm, áp suất không khí và các thuộc tính môi trường khác Hình dưới minh hoạ sơ dồ một “rnote” cảm biến Mica của Berkeley, cạnh một bảng cám biến với các cám biến sáng, nhiệt độ, từ trường, và gia tốc, cũng như một còi áp điện

Hình ì 21 Mote cam biến Mica cùa Berkeley

Mặc dù ban đẩu những bộ mote này có vé chi là các phiên bản nhỏ, giá rẻ của các nút đặc biệt được mô ta phần trên, nhưng chúníì lại đem tới một loạt các ứng dụnu mới, đánẹ kinh ngạc Giá thành thấp và dễ triển khai đồng nghĩa với việc chúng có thề được đặt vào các cấu hình cỏ không gian chật hẹp phân bố trong phạm vi một khu vực Phần mềm nối mạng chạy trên các thiết bị này cho phép chúníi tự lắp vào các mạng đặc biệt, đế dữ liệu có thế được chuyến giữa nhiều bước nháy từ xa Phần mềm hệ điều hành, có tên gợi TinvOS, đã được thiết kể một cách bài bản với tiêu chí “tiết kiệm năng lượng’' có ý nghĩa ià các ứng dụng thông minh có thề dễ dàntí vận hành trong nhiều tháng mà không cần pin có công suất bằntĩ một nửa của pin AA

Mặc dù hiện nav công nsỉhệ này mới chỉ ở giai đoạn ban đầu, nhưng một sổ người sử dụtm trong lĩnh vực khoa học đã gặt hái được những thành công đáng

kế trong lĩnh vực cùa họ nhờ các thiết bị đó Các ứng dụng khác của mạng cảm biến trong thời gian gần đây bao gồm theo dõi xe cộ trong phạm vi vủa những cám biến nàv, giám sát khu vực cư trú cua các loài chim trên đảo Great Duck, ngoài khơi bans Maine, giám sát các virờn nho, theo dõi động vật trong khu vực hoang dã, và bao tri theo tình trạng cho tình trạng theo thiết bị sán xuất tại hãng Intel Khône một ứng dụng nào trone số này có thể thực hiện được công nghệ RFID, hay các nút cam biển cồníỉ kềnh, đăt tiền như mGate cùa hãna Cám biènia

1.5.3 Phần mềm Software

Gồm 5 nhóm chinh:

mềm và chức nanti bộ xư lý Hiện nay hệ điều hành phô biến cho mạng cam biến là TinyOS

TinyOS là hệ điều hanh su dụng trôna WSN do Trường đại học Berkeley nghiên cửu và phát triên TinyOS sứ dụng cơ chế đa truy cập S-MAC, sử dụng ngôn ngừ nesC Truyền thông trong mạng sử đụníì TinyOS là dạng đa bước TinyOS có kích thước nho, mã nguồn mở, dùng mô hình hướng sự kiện, với bộ lập lịch đơn eiản cho phép vi điều khiên xử lý nhiều tác vụ son£ song trong sự hạn chế về tài nguyên tinh toán và khôníỉ ẹian nhớ TinyOS sư dụng bộ lập lịch thao tác kiểu FIFO kết nối mềm déo eiữa phần cứng và các ứng dụng TinvOS cung cấp giao diện mạng tiện dụng, dùne mô hình truyền thông Active Message ( AM), phổ biến và hiệu quả trong tính toán song song hiệu năng cao TinyOS do vậy đã tạo ra khá năna giao tiếp mạnh cho các nút mạng trong WSN

TinyOS tạo ra khả năng giao tiếp mạnh cho các nút mạng trong WSM Hiện tại TinyOS đang được nghiên cứu, chuvển đổi để làm việc với chipcon CC1010,

là loại chip sẽ được dùng đế xây dựng các thứ nghiệm trong khuôn khồ luận văn

Hình Ị.22 Kiến trúc Tiny OS và chipcon CCÌOÌO

Tầng phía trên TinyOS là íĩiao thức dẫn đường trong WSN Nó vừa cho phép truyền dừ liệu an toàn vừa hạn chế hiện tượn£ thẳt cố chai Tần£ trên cùng

là các ứng dụng đặc thù cho WSN bao gồm: module tự cấu hình mạng và tự cẩu hình lại mạng, module thực hiện việc đo các thôntĩ số môi trường và chuyển về cho trạm gốc Hai module này hoạt độno theo chế độ định kỳ: sau một khoang thời gian nhất định, nó được bộ định thời cua C C I010 đánh thức và chuyến sang hoạt động: thực hiện xons nhiệm vụ lại chuyển về nghỉ Thời sian cấu hình lại

hệ thons» và do dừ liệu khônu uiốtiũ nhau và phụ thuộc vào từng ừng dụnu cụ

31

C h ư ơ n g 2 Các kỹ th u ậ t điều khiẻn thâm n h ậ p môi t r u ử n g

trong mạng cảm biến không dâv

2.1 Mó’ đầu

Mạng WSN được xây dựniỊ với số lượng lớn cam biếm, phân bố trên một vùng địa lý Các nút c a m b i ế n nàv bị hạn chế về nguồn cuna cấp và do đó bị giới hạn kha năng xử lý và thông tin

Việc khai thác đế sư dụníì hiệu qua các lợi ích tiềm năng của mạng WSN đòi hoi kha năng tự tô chức và kết hợp ở' mức độ cao của các nút cam biến Do

đó thiết kế giao thức mạng và liên lạc hiệu qua cho WSN trở thành điều quan trọng đế mang lại thành công trong hoạt động của mạng Xây dựng phần cứng cho mạng không dây liên kết đa đường đề truyền dừ liệu đòi hỏi phải tạo sự liên lạc íỉiừa các nút lân cận Không giống thông tin trong mạng có dâv dẫn, mạng không dây dựa trên truyền sóng điện từ qua môi trường không khi, tuân theo các dặc tính truyền sóng Việc đối xử với các nút trong mạng phái ngang nhau Đê đạt được các mục tiêu này, việc sử dụng eiao thức điều khiển truy nhập môi trường MAC (Medium Access Control) là cần thiết

Một số giao thức MAC đã được đề nghị cho mạng WSN, lựa chọn giao thức do đặc tính của mạng quyết định

2.2 Mô hình giao thức cho VVSN

Đặc điểm kênh truyền chỉ cho phép một nút truyền thông điệp tại một thời điểm xác định Việc chia sẻ truy cập kênh truyền cần phái xây dựng giao thức MAC cho các nút trong mạng Từ mô hình tham khảo OSl(Open Systems Interconnection Reference Model OSIRM), giao thức MAC được xây dựng ở lớp thấp cùa lớp liên kết dữ liệu (Data Link Layer DDL) Lớp cao của DDL dược xem như lớp điều khiên logic (LLC) Sự tổn tại của lóp LLC cho phép nhiều lựa chọn cho lớp MAC, phụ thuộc vào cấu trúc và giao thức của mạng, đặc tính kênh truyền, và chất lượng cung cấp cho ứng dụng

APPLICATION

APPLICATION INTERFACE NETWORK LAYER

11T*« / CLUSÎt» / M BH )

M A C LAYER

M A C LAYER PHY LAYER

Lớp vật ]ý (PỉiY) uồm các đặc tính về môi trường truyền và cấu hình mạng Nó định niỊhĩa giao thức và chức nanti các thiết bị vật lý, giao diện vê mặt điện đế đạt được việc thu nhận hit Chức năng chu yêu lóp PHY bao gồm các qui ước về điện, mã hóa vả khôi phục tín hiệu, đồng bộ phát và thu, qui ước về chuồi hit

Lớp MAC năm ngay trên lớp vật lý Cung cấp các chức năng sau:

Kết hợp dừ liệu vào frame dể gởi đi bẳne cách thêm vào trường header gồm thông tin về địa chi và trườnÜ kiêm soát lồi

Tách frame thu được đê lấy ra địa chi và thône tin kiểm tra lồi khôi phục lại thông điệp Điều chinh truy cập đổi với kênh truyền chia sẻ theo cách phù hợp với đòi hởi về đặc điếm cua ứng dụníí

Lớp l.LC cua DDL cung cấp giao diện trực tiếp cho lớp cao hơn Mục đích chính là để ngăn cách lóp cao với các iớp thấp hơn phía dưới, do đó tạo ra khả năng hoạt động giữa các dạng khác nhau của mạng

2.3 C á c g ia o t h ứ c t r u y n h ậ p m ô i t r u ò n g ( M A C ) c h u n g

Khó khăn chù yếu ảnh hướng đến việc thiết kế giao thức MAC đế chia sẻ

da truy cập là sự phân bố theo không gian của các nút trong mạng Đe các nút có thể truy cập tại mọi thời điêm, cần phái dùnç một lượng thông tin nào đó Việc này phải dùng đến một phẩn dung lượng kênh truyền

Vấn đề đa truy nhập tăng sự phức tạp cùa các giao thức điều khiến truy cập, phần phụ tải (phần đầu khung cần thêm vào) đòi hòi thay đồi truy cập giữa các nút có nhu cầu sử clụnu kênh truyền Hơn nữa, sự phân bố theo không gian không cho phép các nút trong mạng biết được trạng thái hiện tại của các nút khác

Hai nhân tổ chính, sự thông minh cua việc ra quyết định thực hiện bời giao thức đa truy cập và phẩn overhead, ảnh hưởns đến tập hợp của các eiao thức đa truy cập phân bổ Các nhân tố này liên quan mật thiết với nhau Thử cải thiện chất lượng quyết định có thề íỉiảm overhead cần dùng Giảm overhead thì cũng gần như giảm chất lượng quyết định Do đó, cần có sự tương nhượng giừa hai '•eu tổ này

Việc xác định thôns tin gốc và phẩn thêm vào dùng bời giao thức đa truy cập là rất khó khăn Hiểu được một cách chính xác thông tin là gì, có thể đưa liến giá trị chính xác cua nó Thônẹ tin có thế được quyết định trước (predetermined), tính động trên toàn mạng (dynamic íiobal), hay tính bộ phận tại nút (local) Thông tin được quyết định trước được dùns, ở tất ca các nút liên lạc trong mane; Thông tin độtm được thu thập hơi các nút trong suốt quá trình hoạt dộn£ aiao thức Thôim tin nội tại các nút là thôníì tin riêng tại nút đó Thông tin

qịuyêt định trước và độn» có thê tạo ra sự hiệu quá, tạo sự hợp tác hoạt động

h oàn háo giữ a các nút Tuy nhiên, việc SU' dụnu các dạng này thư ờn g phai tra giá

cho sự hao phí dung hrựnụ kênh truyền Trong khi sử dụng thỏrm tin nội tại nút

c ó kha năng giam phụ tai đòi hoi đẽ kết hợp các nút đang tranh chấp, nhưng dẫn đến sự hạn chế chất lượnií của giao thức

Như vậy, cần sự tương nhượng giữa tính hiệu qua cua giao thức MAC và phụ tai vêII cầu là vẩn đề căn bán cua hầu hết các kỹ thuật chia sẻ truy cập

Sau đây trình bày về các giao thức MAC truyền thống:

2.3.1 Giao thúc ALOHA

ALOHA là tiiao thức đơn gian, không đòi hòi điều khiển trung tâm, do đó cho phép thêm vào hay bớt đi các nút một cách dễ dàng Khi lưu lượng tai thấp, nút truy cập trong khoảng thời gian naẳn Tuy nhiên, nhược điêm lớn của eiao thức là chất lirợníĩ giảm nhiều khi số đụng độ tăng iên nhanh do tái tăng

Truy cập kênh trong A LOM A không phân khe là bất đồng bộ hoàn toàn và độc lập với hoạt động hiện tại của đường truyền Một nút được cho phép phát dữ liệu ngay khi nó sằn sàng Sau khi phát dữ liệu, nút iắng nghe trong một khoảng thời gian được qui định trước Neu nút nhận được một thông điệp xác nhận (ACK) từ nơi nhận trước khi hết khoảng thời gian chờ, quá trình truyền coi như

đã thành công ACK được phát đi bởi thiết bị nhận sau khi nỏ xác định dữ liệu nhận là đúng Neu không nhận được gói ACK xác nhận đúng thi nút cho rằng dữ liệu đã bị mất do lỗi trên đường truyền hay do đụng độ, nút sẽ truyền lại Sau một số lần như vậy, dữ liệu vẫn sai thi nút khônç phát lại nữa

Đế cải thiện chất lượng cùa ALOHA không phân ke, ALOHA phân khe (Slot ALOHA) ra đời Tất ca nút thông tin được đồng bộ và tất cá các gói có chiều dài bằní» nhau Kênh thông tin được chia thành các khe thời gian đều nhau

và bằng với thời RÌan cùa gói dừ liệu Khác với ALOHA không phân khe, việc truyền diễn ra theo một khoảng thời gian xác định trước nhưng không đồng bộ giữa các gói Như vậy, thời gian các gói là khác nhau, nếu đụng độ có xảy ra tại đầu một khe thời gian, gói đụng độ kéo dài với thời gian lâu hơn.[ 14]

2.3.2 Giao thức CSMA/CA

Giao thức CSMA/CA giới thiệu cách sử dụng 2 thông báo điều khiến nó có thê giải quyết cơ bàn vấn đề nút ân và hiện Hai vấn đề này gián tiếp phát sinh từ đặc tính thay đồi theo thòi gian của kênh vô tuyến, gây ra bởi các hiện tượnẹ vật

lý như nhiễu, fading, suy hao và can nhiễu kết hợp với sự giảm nhanh cỏns suất thu theo khoàng cách, giới hạn khoảng cách truvền tối đa

2.3.2.1 Nút ấn (Hidden Nút)

Được định nuhĩa là nút nằm tronc vùnu cua nút đích đến nhưng nám ngoài vùng nút phát Minh họa như hình

I In ỉ r im N«wit

Hình 2.2 Hiện tiạmg hidden-niu trong mçmg WSN

Nút B nằm trong vùng phủ sóng của nút A và c Giả sử nút A và c không

có vùng phú lẫn nhau Mọi liên lạc giữa 2 nút này không thực hiện được Giả sử nút A cần gởi gói dữ liệu cho nút B theo đúng các nguyên tắc của CSMA:

- A cảm nhận kênh truyền, nếu kênh rảnh nút A bắt đầu phát cho B

- Giả sử nút A chưa hoàn thảnh việc phát gói cho B thì nút c muốn phát dữ liệu cho B Nút c dùng CSMA, cảm nhận kênh truyền Vì A và c ngoài tầm của nhau, c không nghe được tín hiệu từ A Do đó, c nhận thấy kênh truyền rảnh và phát gói cùa mình cho B

- Kết quả là B nhận đồng thời 2 gói, đụng độ xảy ra tại máy thu.Cả 2 gói đều hư

Hình 2.3 Hiện tượng exposeci-nủt trong mạng WSN

phu cua nút B Nút A và c ngoài tâm cua nhau Giá sư nút B muôn phát đử liệu

cho A Theo giao thức CSMA nút B lẳnu nghe trạng, thái kênh truyền, xác định kênh truyền ranh B bát đầu «ơi iịói dữ liệu cho A.

Gia sư rằniĩ nút c cũnụ cần ẹởi «ói dừ liệu cho D Nút c theo đúng níiuyên tấc cua giao thức CSMA nó lẳnụ imhe trạnụ thái kênh truyền Bới vì quá trình truyền siừa B và A vẫn tiếp tục, nút c xác định kênh truyền đanií bận và hoãn lại việc phát gói cho D Tuy nhiên sự trễ này là không cẩn thiết, bơi vì quá trình truyền giữa c và D đã thành công nếu như nút D nằm ngoài vùng bao phu cua nút B

Cơ chế hoạt động cua CSMA/CA:

- Carrier Sense: Một trạm k h ô n e dây muôn truyền dữ liệu phái kiêm tra xem đường truyền có bận khôna, nếu đườnạ truyền đang bận trạm đó phải trì hoãn việc truyền lại cho đến khi đường truyền rồi Các trạm xác định trạng thái

+ Kiểm tra lởp vật lý (PHY) xem có sóng mang hay không

+ Sử dụng chức năng carrier sense ảo là NAV (Network Allocation Vector)

Các trạm có thể kiểm tra lóp vật lý và thấy rằng đường truyền rồi Nhưng trong một số trường hợp, đường truyền có thề đã được đặt chỗ trước bởi mộl trạm khác thông qua NAV NAV ỉà một timer được cập nhật bởi các frame dừ liệu truyền trong đường truyền

- Frame ACK: Trạm nhận sau khi nhận được frame thành công (không lỗi)

sẽ hồi đáp lại một frame ACK cho trạm truyền Lưu ý là trạm nhận phài truy nhập đường truyền và truyền frame ACK Bạn có thể nghĩ rằng ACK nhiều khá năng sẽ bị trì hoãn bởi vì phải đấu tranh giành đường truyền Tuy nhiên, việc iruyền frame ACK là một trường hợp đặc biệt Frame ACK được phép bở qua quá trình random backoff và chi phái đợi một khoảng thời gian ngắn sau khi nhận được frame để có thế truyền ACK Khoảng thời gian ngắn mà trạm nhận phải đợi được gọi là Short interframe Space (SIFS) S1FS nhỏ hơn DIFS 2 slot time Nó đảm bảo cho trạm nhận có nhiều cơ hội nhất đề truyền trước các trạm khác.[8]

2.4 Các vấn đề cần quan tâm khi thiết kế giao thức MAC

Một số vấn đề quan trọng như độ trễ, kha năng lưu thông, tính chắc chắn, khả năng mờ rộng, tính ôn định và sự công bằng trong đổi sử với các nút được çuan tâm nhất trorm giao thức MAC

2.4.1 Độ trề (Delay)

Thời aian trễ là lượnu thời gian cần thiết đế gói dừ liệu được xứ lý bới lớp MAC trước khi nó được phát thành côníỉ Trề không chi phụ thuộc vào lưu

37lượng tại trong tnạng mà còn do lựa chọn thiết kế giao thức MAC Đôi với các

ứ n g dụng khắc khe về thời íiian iĩiao thức MAC cần phai cung cấp lượng biên trễ dam báo cho các ứng dụng có dược QoS (chất lượng dịch vụ) đáp ứng yêu cẩu

Có 2 dạng đảm báo thời gian trễ là xác suất (probanilistic) và tất định ( deterministic).Thời gian trễ theo xác suất được mô tả bời một giả trị kỳ vọng,

đ ộ lệch và khoáng tin cậy Thời gian trễ tất định đưa ra một số trạng thái có thê đoán irước được giữa thông diệp đến và thông điệp truyền di Do đó, tất định đảm bảo mộ biên trên cho thời gian truy cập Sự tất định là yêu cầu quan trọng trong các hệ thống thời íỉian thực, ở đó sự chính xác của ứng dụng liên quan mật thiết thời gian hoạt độnụ riêna ở các lớp dưới

2.4.2 Luu luọìig (Throughput)

Lưu lượng được định nghĩa là tốc độ thông điệp được lưu thông trong hệ

thống Nỏ thường được đo bằng thông điệp trên giây hay bit trên giây Trong môi trireme không dâv, lưu lượng là phần dung lượri£ kênh truyền được dùng cho truyề dữ liệu Lưu lượng tăng lên khi tại trong hệ thống tăng lên v ấn đề quan trọng cua RÌao thức MAC là phải làm tối đa lưu lượng kênh truyền trong khi độ trễ tin là nhỏ nhất

2.4.3 Độ chắc chắn (Robustness)

Độ chác chắn !à sự kết họp của sự tin cậy, linh động và các yêu cầu phụ thuộc khá phán ánh mức độ cua giao thức trong việc đổi phó với lỗi và Ihông tin sai Đạt được sự chẳc chắn trong mạng thời gian thực như WSNs !à rất khó khăn, vi nó phụ thuộc vào tính chất cúa các yếu tố gây hư hỏng cho đường truyền và các nút

2.4.4 Khả năng m ở rộng (Scalability)

Mở rộng là khả năng của hệ thống đáp ứng được các đặc điểm mà không quan tâm đến kích thước mạng hay số nút cùng tranh chấp Trong mạng WSNs,

sổ nút là rất lớn, hàng ngàn thậm chí hàng triệu nút Khả năng mở rộng trở thành một nhân tố quan trọng Đây là thách thức, đặc biệt trong môi trường thay đổi theo thời eiarì như mạng không dây Việc nhóm các nút cảm biến vào các cluster cho phép thiết kế các giao thức đa truv cập với khả năng mở rộng cao

2.4.5 Tính ổn định (Stability)

Tính ổ định là khả nănạ hệ thống thônt» tin điều khiến được sự dao động cùa tái qua một khoang thời eian dài hoạt động Một RÌao thức MAC ốn định phải có thể điều khiến tái tức thời, đế khône đạt tới mức tối đa dunii lượng kênh truyền Thông thường, kha năn» mơ rộns cua íỉiao thức MAC xét theo khía cạnh trễ hay lưu thông trong mạng Còn tính ôn định là về mặt trễ, nếu thời üian chờ

về QoS và tránh nhừne, tình huống một vài nút được nhiều hơn các nút còn lại.

Cỏ nhiều trường hợp mạng phai thích ứng các nguồn lưu lượng đa dạng với các kiểu khác nhau và đòi hói về ỌoS cùng khác nhau Đế thích ứng với các nhu cẩu tài nguyên khôrm đồne nhất, các nút được chia trọng số khác nhau để phan ánh việc phân chia tàí nguyên trong mạng Sự công bàng được tính dựa trên phân chia trọng số Một giao thức MAC được xem là công bằng một cách tỉ ]ệ nếu nó khônỵ tăng tài nguyên cho nút nào đỏ, tronạ khi lại giảm tí lệ phục vụ cho nút khác dưới mức ti iệ phân chia của nó

2.4.7 Hiệu suất sử dụng năng luọng

Một nút cám biến được trang bị một hay nhiều cảm biến, các vi xử lý nhúng với khả năng hạn chế, và giao tiếp trên dãy tần radio Những nút cảm biến này được cấp nguồn pin dung lượng nhở Không giống như các mạng không dây khác, mạng WSN thường được triển khai ớ những môi trường không định hướng, gây khó khăn cho việc thay đồi nguồn pin Những hạn chế này tác động trực tiếp đến thời £Ìan sống của nút Như vậy việc tiết kiệm năng lượng trở thành một phần quan trọng trong WSN để kéo dài thời gian hoạt động của mạng.Một kha năng có thể được là giảm tiêu thụ năng lượng tại nút bằng cách dùng các mạch điện công suất thấp Sự tích hợp các chip trong thiết kế nút cảm biến là bước cần thiết để tăng hiệu quá sứ dụng năng lượng Tuy nhiên, hiệu quá

sẽ giảm nếu khá năng xử lv và thông tin cua các nút hoạt động không hiệu quá

Đẻ đạt được điều nàv đòi hỏi thiết kế các giao thức liên lạc có khả năng quản lý năng lượn^

Hiệu qua sứ dụng năng lượn‘4 là một vấn đề quan trọng nhất trong thiết kể giao thức MAC cho WSN Có nhiều yếu tổ ánh hưởn£ đến hiệu qua năng lượng của lớp MAC:

- Sự đụn» độ (Collision): xảy ra khi có 2 hay nhiều nút cùng phát tại một thời điểm Phát lại gói bị hư sẽ làm tăng năng lượng tiêu thụ

- Trạng thái lắng nghe (idle listening)

- Nghe lén: khi nút nhận được các gói dành riens cho các nút khác Phụ tai diều khiển gói