Giao thức định tuyến LEACH trong mạng cảm biến không dây

Chương II: Khảo sát một số giao thức định tuyến trong mạng cảm biến không dây.Chương này giới thiệu một số giao thức định tuyến chính đang được sử dụng phổ biếntrong các ứng dụng của WSN

Mục lục

Danh mục hình vẽ và bảng

LỜI NÓI ĐẦU

Trong những năm gần đây, công nghệ và truyền thông đã đạt được những bước pháttriển ấn tượng và đang đóng vai trò thiết yếu trong cuộc sống của con người Chính sựphát triển nhanh chóng của công nghệ đã làm cho hoạt động trao đổi thông tin trởthành một đặc trưng của xã hội hiện đại Tuy nhiên, xã hội càng tiến bộ thì những nhucầu của con người ngày càng phong phú và khắt khe hơn Để đáp ứng được tốt yêu cầu

đó, đòi hỏi những người trong lĩnh vực nghiên cứu khoa học phải không ngừng sángtạo để tìm ra những giải pháp công nghệ mới, không những chỉ đáp ứng tốt nhu cầuhiện tại của xã hội, mà còn định hướng cho những ứng dụng mới trong tương lai Sự rađời của mạng cảm biến không dây WSN được đánh giá là một trong những ví dụ điểnhình của những giải pháp công nghệ như vậy

Mạng WSN có những ưu thế vượt trội như khả năng ứng dụng phong phú, chi phítriển khai thấp do các nút mạng có giá thành rẻ, tiêu thụ ít năng lượng nhưng vẫn đảmbảo khả năng cảm biến và truyền thông tốt Tuy nhiên, bất cứ một hệ thống nào có tínhlinh hoạt và ứng dụng rộng rãi cũng đều phải đối mặt với rất nhiều thách thức, vàWSN cũng không phải là một ngoại lệ Một trong những thách thức lớn nhất của mạngcảm biến là nguồn năng lượng của các nút cảm biến bị giới hạn và không thể nạp lại

Để giải quyết vấn đề đó, hiện nay, rất nhiều hướng nghiên cứu đang tập trung vào việctìm ra giải pháp để cải thiện khả năng sử dụng hiệu quả nguồn năng lượng cho mạngcảm biến nhưng đáng chú ý nhất là phương pháp sử dụng giao thức định tuyến phùhợp Kết quả là rất nhiều giao thức định tuyến đã được đưa ra, trong đó, những giaothức định tuyến phân cấp được đánh giá là rất hiệu quả

Do đó, nhóm 2 đã chọn đề tài nghiên cứu “Giao thức định tuyến LEACH trong mạng cảm biến không dây” Trong đề tài, nhóm chúng em đặc biệt chú trọng nghiên

cứu về cách thức hoạt động của giao thức LEACH, rồi chỉ ra các đặc điểm nổi trội củagiao thức LEACH đồng thời cũng nêu ra các điểm hạn chế còn tồn tại Sau đó đưa racác biện pháp, các giao thức cải tiến của LEACH Phần đề tài được nêu ra trong bachương:

Chương I: Tổng quan về mạng cảm biến không dây Chương này đưa ra cái nhìntổng quan về WSN, bao gồm khái niệm, cấu trúc, đặc điểm, những thách thức, yêu cầu

và ứng dụng của WSN

Chương II: Khảo sát một số giao thức định tuyến trong mạng cảm biến không dây.Chương này giới thiệu một số giao thức định tuyến chính đang được sử dụng phổ biếntrong các ứng dụng của WSN

Chương III: Giao thức định tuyến LEACH Chương này tập trung vào phân tíchhoạt động và thuật toán của giao thức LEACH Từ đó, đánh giá ưu điểm, nhược điểm

và đề suất một số giao thức LEACH cải tiến

Do kiến thức và khả năng của chúng em còn hạn chế nên đề tài này không tránhkhỏi thiếu sót, chúng em rất mong nhận được sự góp ý của cô và các bạn sinh viên để

nội dung của đề tài được hoàn thiện hơn nữa.

Hà Nội, ngày 08 tháng 03 năm 2015 Nhóm sinh viên

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ MẠNG CẢM BIẾN KHÔNG DÂY

Trong những năm gần đây, rất nhiều mạng cảm biến không dây đã và đang đượcphát triển và triển khai cho nhiều các ứng dụng khác nhau như: theo dõi sự thay đổicủa môi trường, khí hậu, giám sát các mặt trận quân sự, phát hiện và do thám việc tấncông bằng hạt nhân, sinh học và hoá học, chuẩn đoán sự hỏng hóc của máy móc, thiết

bị, theo dấu và giám sát các bác sỹ, bệnh nhân cũng như quản lý thuốc trong các bệnhviên, theo dõi và điều khiển giao thông, các phương tiện xe cộ Hơn nữa với sự tiến

bộ công nghệ gần đây và hội tụ của hệ thống các công nghệ như kỹ thuật vi điện tử,công nghệ nano, giao tiếp không dây, công nghệ mạch tích hợp, vi mạch phần cảmbiến, xử lý và tính toán tín hiệu đã tạo ra những con cảm biến có kích thước nhỏ, đachức năng, giá thành thấp, công suất tiêu thụ thấp, làm tăng khả năng ứng dụng rộngrãi của mạng cảm biến không dây

Chương này sẽ giới thiệu tổng quan về mạng cảm biến không đây, bao gồm kháiniệm, đặc điểm, cấu trúc mạng, mô hình phân lớp, quản lý năng lượng, ứng dụng củamạng cảm biến không dây trong đời sống

1.1 Khái niệm

Một mạng cảm biến không dây (Wireless Sensor Network) là một mạng bao gồmnhiều nút cảm biến nhỏ có giá thành thấp, và tiêu thụ năng lượng ít, giao tiếp thôngqua các kết nối không dây, có nhiệm vụ cảm nhận, đo đạc, tính toán nhằm mục đíchthu thập, tập trung dữ liệu để đưa ra các quyết định toàn cục về môi trường tự nhiên Mạng cảm nhận không dây(WSN) là mạng sử dụng phương thức truyền nhận bằng sóng vô tuyến mà các nút mạng được tích hợp bộ vi điều khiển và bộ cảm biến

Tóm lại khái niệm mạng cảm nhận không dây dựa trên công thức đơn giản sau: Cảm biến + CPU + sóng vô tuyến = WSN

Những nút cảm biến nhỏ bé này bao gồm các thành phần: Các bộ vi xử lý rất nhỏ,

bộ nhớ giới hạn,bộ phận cảm biến, bộ thu phát không dây, nguồn nuôi Kích thước củacác con cảm biến này thay đổi từ to như hộp giấy cho đến nhỏ như hạt bụi, tùy thuộcvào từng ứng dụng Khi nghiên cứu về mạng cảm biến không dây, một trong nhữngđặc điểm quan trọng và then chốt đó là thời gian sống của các con cảm biến hay chính

là sự giới hạn về năng lượng của chúng Các nút cảm biến này yêu cầu tiêu thụ côngsuất thấp Các nút cảm biến hoạt động có giới hạn và nói chung là không thể thay thếđược nguồn cung cấp Do đó, trong khi mạng truyền thông tập trung vào đạt được cácdịch vụ chất lượng cao, thì các giao thức mạng cảm biến phải tập trung đầu tiên vàobảo toàn công suất

1.2 Đặc điểm của mạng cảm biến không dây

Thiết kế một mô hình mạng WSN chung duy nhất để đáp ứng được hàng loạt các ứng dụng trên là vô cùng khó khăn, do đó, với mỗi một loại ứng dụng cụ thể, chúng ta phải thiết kế một kiểu mạng WSN phù hợp với nó Tuy nhiên, trong quá trình thiết kế, tựu trung lại, WSN có một số đặc điểm như:

- Chất lượng dịch vụ: Thông thường, những thông số về chất lượng dịch vụ truyềnthống (thường bắt nguồn từ các ứng dụng đa phương tiện) như: giới hạn về độ trễhoặc băng thông tối thiểu không phải là yêu cầu quan trọng trong WSN Tuynhiên, trong một số trường hợp, việc truyền các gói tin theo chu kỳ lại được đặt

lên hàng đầu, hoặc trong một số trường hợp khác, độ tin cậy của thông tin, trễ,…lại là vấn đề rất quan trọng

- Khả năng chịu lỗi: Yếu tố đặc biệt quan trọng là WSN phải có khả năng xử lýđược những vấn đề như: các nút có thể hết năng lượng hoặc bị hỏng, hoặc truyềnthông vô tuyến giữa hai nút bị ngắt

- Thời gian sống: Trong hầu hết các kịch bản, nút cảm biến đều hoạt động nhờ vàomột nguồn cung cấp năng lượng có giới hạn (sử dụng pin) Việc thay thế nguồn năng lượng của nút trên thực tế thường là không thực hiện được, đồng thời, một mạng WSN phải duy trì được trong một khoảng thời gian yêu cầu hoặc càng lâu càng tốt Do đó, thời gian sống của mạng WSN trở thành một vấn đề rất quan trọng

- Khả năng mở rộng: Mạng WSN có thể bao gồm một số lượng rất lớn nút cảmbiến, do đó, kiến trúc và giao thức mạng được áp dụng phải có khả năng mở rộng

dễ dàng

- Khả năng duy trì: Cả môi trường hoạt động của WSN và bản thân nó luôn luônthay đổi, do đó, hệ thống phải có khả năng thích nghi tốt Điều này đòi hỏi phải

có cơ chế giám sát trạng thái của các nút để điều chỉnh các thông số hoạt động (ví

dụ như chấp nhận cung cấp dữ liệu với chất lượng kém hơn khi nguồn nănglượng yếu) Theo hướng này, mạng lưới phải tự bảo trì hoặc nó cũng có thểtương tác với các cơ chế bảo trì bên ngoài để đảm bảo rằng nó có thể hoạt động

và đáp ứng được những tiêu chuẩn như yêu cầu

1.3 Cấu trúc cơ bản của mạng cảm biến

Một mạng cảm biến không dây thường có 4 thành phần sau:

- Các nút cảm biến được phân bố một cách ngẫu nhiên, có thể tập trung hoặc phântán trên mô hình mạng

- Mạng lưới liên kết giữa các nút cảm biến lại với nhau: Hữu tuyến hoặc vô tuyến

- Điểm trung tâm tập hợp dữ liệu ( Clustering )

- Bộ phận xử lí dữ liệu trung tâm

Ngoài ra, một trong những yếu điểm hạn chế liên quan đến thời gian tồn tại của cácmạng cảm biến không dây chính là những nguồn năng lượng giới hạn phục vụ chohoạt động của các nút cảm biến được triển khai trong mạng Để đạt được hiệu quả sửdụng năng lượng cao và duy trì thời gian hoạt động lâu dài của mạng, các nút cảm biếnthường được tổ chức phân bậc bằng cách gộp chúng lại thành các cụm riêng biệt mà ở

đó số liệu được thu thập và xử lý nội bộ tại các nút chính (cluster head nodes) trướckhi chúng được gửi về một trạm gốc nào đó Cấu trúc của mạng cảm biến không dâyphân cụm được minh họa ở hình vẽ dưới đây

Hình 1: Cấu trúc mạng cảm biến không dây phân cụm

Như vậy, việc phân cụm hình thành nên một cấu trúc phân cấp 2 mức mà ở đó các nút chủ hình thành nên một bậc cao còn các nút thành viên của cụm thuộc về một bậc thấp hơn

Lưu ý rằng, các nút trong một nhóm không truyền số liệu mà chúng thu thập được

về trực tiếp trạm gốc mà phải thông qua nút chủ của cụm Nút chủ có nhiệm vụ:

- Điều phối hoạt động giữa các nút trong nhóm và thu thập số liệu của các nút (Vì các nút có thể tạo ra các số liệu trùng lặp và thừa Số liệu giống nhau từ nhiều nút

có thể được tập hợp lại, sắp xếp, lọc loại bỏ số liệu thừa trùng lặp với mục đích giảm số lần truyền dẫn)

- Truyền trực tiếp các số liệu đã được tập hợp, tinh lọc về trạm gốc hoặc thông quatruyền dẫn nhiều chặng (multi-hop) nghĩa là qua các nút chính khác

1.4 Mô hình phân lớp trong mạng cảm biến không dây

Mô hình phân lớp của mạng cảm nhận không dây bao gồm các lớp: Lớp ứng dụng, lớp vận chuyển, lớp mạng, lớp liên kết dữ liệu và lớp vật lý Trong đó lớp vận chuyển đảm bảo luồng dữ liệu khi lớp ứng dụng yêu cầu, lớp mạng hỗ trợ định tuyến cho lớp vận chuyển trong truyền dữ liệu đa bước, thủ tục thâm nhập môi trường của lớp liên kết dữ liệu nhằm hạn chế xung đột với các nút hàng xóm, cuối cùng lớp vật lý đảm nhận truyền nhận gói tin một cách hiệu quả Trong nội dung của bài tập nhóm này chỉ tìm hiểu về 3 lớp dưới cùng trong mô hình phân lớp của mạng WSN, đó là lớp vật lý, lớp liên kết dữ liệu, mạng nhằm phục vụ cho việc tìm hiểu giao thức định tuyến trong lớp mạng sẽ được trình bày ở chương 2

Ứng dụngVận chuyển

Mạng Liên kết dữ liệu Vật lý

Hình 2: Mô hình phân lớp trong mạng WSN

1.4.1 Lớp vật lý

Chịu trách nhiệm lựa chọn tần số, hát tần số sóng mang, điều chế, lập mã và tách sóng

Một vài đặc điểm quan trọng của lớp vật lý trong mạng cảm nhận là:

+ Tiêu thụ năng lượng thấp

+ Truyền công suất thấp tương ứng với khoảng cách truyền ngắn

+ Phần cứng có thể hoạt động trong chế độ tiết kiệm năng lượng

+ Tốc độ dữ liệu thấp từ vài chục tới vài trăm kilobits trên giây

+ Cấu tạo đơn giản và giá thành rẻ

+ Có khả năng chịu đựng sự thay đổi của môi trường cao

1.4.2 Lớp liên kết dữ liệu

Chịu trách nhiệm ghép các luồng dữ liệu, dò khung dữ liệu, điều khiển lỗi và truynhập môi trường Nó đảm bảo giao tiếp điểm - điểm, điểm - đa điểm tin cậy Môitrường có tạp âm và các nút cảm biến có thể di động nên giao thức điều khiển truynhập môi trường (MAC) phải xét đến vấn đề công suất và phải có khả năng tối thiểuhoá việc va chạm với thông tin quảng bá của các nút lân cận

1.4.3 Lớp mạng

Lớp mạng quan tâm đến định tuyến dữ liệu cung cấp bởi lớp truyền tải Việc địnhtuyến trong mạng cảm biến ẩn chứa rất nhiều thách thức như mật độ các nút dày đặc,năng lượng hạn chế, tính không đồng nhất về khả năn xử lý, liên kết, năng lượng… Dovậy thiết kế lớp mạng trong mạng cảm biến hải tuân thủ các nguyên tắc sau:

• Tính hiệu quả về mặt năng lượng phải đặt lên hàng đầu

• Các mạng cảm biến gần như là tập chung dữ liệu

• Tích hợp dữ liệu và giao thức mạng

• Phải có cơ chế địa chỉ theo thuộc tính và biết về vị trí

• Nhận biết được các thuộc tính của mạng, tính đồng nhất, không đồng nhất

Nhìn chung, lớp mạng được chia thành ba loại dựa vào cấu trúc mạng định tuyếnngang hàng, định tuyến phân cấp , định tuyến dựa theo vị trí Về mặt hoạt động, chúngđược chia thành định tuyến dựa trên đa đường (multipath-based), định tuyến theo truyvấn (query- based), định tuyến negotiation-based, định tuyến theo chất lượng dịch vụ(QoS-based), định tuyến kết hợp (coherent-based)

1.5 Quản lý năng lượng của các thiết bị

1.5.1 Chế độ hoạt động và năng lượng tiêu thụ

Như các phần trên đã trình bày thì năng lượng trong mạng cảm biến không dây làvấn đề đặc biệt quan trọng bởi vậy điều khiển tiết kiệm năng lượng là vấn đề rất đượcquan tâm, năng lượng tiêu thụ chủ yếu trong hoạt động vi điều khiển, thiết bị vô tuyến,

và một phần trong bộ nhớ và phụ thuộc vào kiểu của cảm biến Chế độ hoạt động củacác thành phần của nút mạng trong chế độ tiết kiệm năng lượng là rất được quan tâmtrong xây dựng nút mạng, ví dụ với vi điều khiển là chế độ “rỗi” hay “ngủ”, với thiết

bị vô tuyến truyền nhận là bật hay tắt chế độ truyền, cảm biến hay bộ nhớ có thể bậthay tắt

1.5.2 Tiết kiệm năng lượng trong vi điều khiển

Phụ thuộc chủ yếu vào công nghệ chế tạo của nhà sản xuất và chương trình ứngdụng chạy trên vi điều khiển, bao gồm điều khiển chế độ hoạt động và tốc độ xử lýcủa vi điều khiển tương ứng với yêu cầu dữ liệu cần xử lý, thuật toán xử lý của ứngdụng cũng giảm được đáng kể số phép toán cần thực hiện

1.5.3 Tiết kiệm năng lượng trong bộ nhớ

Bộ nhớ phổ biến trong mạng cảm nhận thường là Flash hoặc RAM, trên thực tếnăng lượng tiêu thụ trên bộ nhớ tương ứng với năng lượng tiêu thụ trên vi điểu khiển.Thời gian đọc dữ liệu và năng lượng tiêu thụ tương ứng với loại bộ nhớ, thời gian ghi

và năng lượng tiêu thụ lúc ghi thì phức tạp hơn một chút vì nó còn phụ thuộc vào loại

dữ liệu

1.5.4 Tiết kiệm năng lượng trong truyền nhận vô tuyến.

Đây là hoạt động tiêu tốn nhiều năng lượng nhất trong mạng cảm nhận, tương tựnhư vi điều khiển truyền nhận vô tuyến cũng có thể hoạt động ở những chế độ khácnhau (bật – tắt) chế độ tắt có thể chiếm đa số thời gian, chỉ hoạt động khi được kíchhoạt do vậy tiết kiệm đáng kể năng lượng

Trong chế độ truyền một phần năng lượng được sử dụng để phát sóng vô tuyến, nóphụ thuộc chủ yếu vào loại điều chế, khoảng cách truyền, kĩ thuật lọc, đồng bộ tần số.Tương tự như chế độ truyền, chế độ nhận cũng có thể chuyển giữa 2 trạng thái tắt

- bật, thường thì chế độ truyền và nhận được sử dụng đan xen nhau, ví dụ trong thínghiệm của khóa luận này truyền và nhận được luân phiên nhau, với trạm cơ sở thì chế

độ chủ yếu là nhận, còn chế độ truyền chỉ hoạt động khi yêu cầu thủ tục xây dựng lạituyến hoặc trong thủ tục yêu cầu nhận dữ liệu từ nút cơ sở

1.5.5 Tiết kiệm năng lượng của cảm biến.

Đây là vấn đề quan trọng cần được quan tâm trong tiết kiệm năng lượng của mạngkhông dây bởi sự đa dạng của thiết bị này, việc lựa chọn cảm biến, giao diện kết nối

1.5.6 Mối liên hệ giữa việc tiền xử lý và truyền – nhận dữ liệu.

Sau khi đã có cái nhìn khái quát về năng lượng tiêu thụ trên vi xử lý và truyền nhận

dữ liệu thì câu hỏi đặt ra là: kết hợp giữa việc xử lý dữ liệu và truyền dữ liệu như thếnào để tiết kiệm năng lượng nhất ? Ví dụ: dữ liệu mà ta nhận được tại mỗi nút mạngthường ở dạng thô, nếu ta gửi dữ liệu này về trạm gốc mà không xử lý trước thì kíchthước dữ liệu này rất lớn, như vậy sẽ kéo theo một loạt các nút khác cũng phải truyền– nhận một lượng dữ liệu lớn dẫn tới tiêu tốn rất nhiều nút này Kết quả là năng lượng

tiêu thụ khi truyền dữ liệu chưa xử lý sẽ lớn hơn rất nhiều năng lượng mà nút sử dụng

để xử lý dữ liệu thô trước khi truyền đi Việc lựa chọn có xử lý dữ liệu thô trước khitruyền đi hay không thường dựa trên loại ứng dụng (loại dữ liệu), và kích thước mạng,phương pháp tiền xử lý thường được sử dụng trong các mạng có kích thước lớn

1.6 Những thách thức trong mạng cảm biến

Những khó khăn khi thiết kế phần cứng, giao thức truyền thông và các ứng dụng làvấn đề để triển khai mạng cảm biến thành hiện thực Duy trì đời sống của mạng cảmbiến và xây dựng một mô hình mạng thông minh là hai thách thức chung, những tháchthức cơ bản là:

- Cấu trúc liên kết trong mạng cảm biến thay đổi thường xuyên

- Mạng cảm biến sử dụng mô hình truyền thông quảng bá, khác với hầu hết các mạngkhác thường dựa trên cách truyền thông cơ sở là point to point

- Mạng cảm biến rất hạn chế về năng lượng, khả năng tính toán và phần cứng

- Các thiết bị trong mạng cảm biến rất dễ bị hủy hoại/chết

- Thiết bị mạng cảm biến không có chung chuẩn nhận dạng toàn cầu vì số lượng làrất lớn

- Mạng cảm biến triển khai với số lượng nút lớn sẽ dẫn đến xung đột (va chạm vềmặt truyền thông) và gây tắc nghẽn mạng Để tránh va chạm mạng cảm biến có quyđịnh phạm vi truyền dẫn và thời gian truyền dẫn riêng

- Với các thiết bị tùy biến có khả năng di động yêu cầu hệ thống có khả năng nhậndạng và phản ứng với sự di chuyển đó

- Sự thay đổi của điều kiện môi trường yêu cầu hệ thống có những thay đổi để thíchhợp hơn

1.7 Những yêu cầu chung của mạng cảm biến

Mạng cảm biến có những yêu cầu sau:

- Số lượng thiết bị cảm biến lớn: Sử dụng các thiết bị giá rẻ và kích thước nhỏ nên sốlượng thiết bị tham gia trong một vùng mạng có thể lên tới hàng ngàn nút Khả năng

mở rộng và quản lý số lượng lớn các thiết bị điện là một vấn đề khá quan trọng.Phân cụm chính là một giải pháp của vấn đề này Mạng sẽ phân thành các cụm vàbầu ra các nút chính để quản lý nhóm này

- Sử dụng năng lượng thấp: Trong nhiều ứng dụng, một số nút cảm biến sẽ được triểnkhai ở một vị trí khá xa vì thế khả năng phục vụ của nút đó không được tốt Do đótuổi đời của nút đó sẽ rất ngắn, tuổi đời của một nút được xác định bằng tuổi thọpin, do đó đòi hỏi phải tiêu hao năng lượng ở mức tối thiểu (sạc năng lượng chomột số lượng nút cảm biến sẽ mất nhiều thời gian và tốn kém nên không khả thi)

- Sử dụng hiệu quả bộ nhớ nhỏ: Khi xây dựng mạng cảm biến, các yêu cầu lưu trữ,tính toán thông tin trong bảng định tuyến, sao chép dữ liệu, an ninh yêu cầu bộ nhớtrong của thiết bị cảm biến có kích thước nhỏ có dung lượng thích hợp

- Tập hợp, thu thập dữ liệu: Số lượng lớn các nút cảm biến có thể gây tắc nghẽnmạng thông tin Để giải quyết điều này yều cầu nút chủ cụm trong mạng cảm biến

có khả năng tổng hợp dữ liệu, làm một số tính toán (ví dụ tính giá trị trung bình …)

và sau đó phát đi những thông tin tóm tắt mới

- Tự tổ chức mạng: Do trong mạng cảm biến số lượng các nút lớn và tiềm năng củatừng nút với những đăc điểm điển hình nên yêu cầu khả năng tự tổ chức là thiết yếu.Hơn nữa, các nút cảm biến có thể bị hỏng (do thiếu năng lượng hoặc rủi ro ngoài),

và các nút mới có thể được đưa vào mạng Do đó, mạng phải có khả năng định kỳtái cấu hình chính nó để có thể tiếp tục hoạt động Một nút riêng lẻ có thể bị ngắtkết nối với phần còn lại của mạng nhưng nhìn trên tổng thể mạng cần duy trì mộtmức độ kết nối cao

- Xử lý tín hiệu hợp tác: Một yếu tố để phân biệt với các mạng di động tùy biến(MANET) là mạng cảm biến cần dự đoán và phát hiện một số sự kiện quan trọngchứ không chỉ nhằm mục đích truyền thông Để cải thiện hiệu suất mạng thì giảipháp hiệu quả nhất là tích hợp dữ liệu từ nhiều cảm biến Việc tích hợp dữ liệu nàykéo theo việc truyền dữ liệu và bản tin điều khiển Điều này lại đưa thêm nhữnggiới hạn vào kiến trúc mạng

- Khả năng truy vấn: Có 2 loại địa chỉ trong mạng cảm biến đó là data-centric (trungtâm dữ liệu) với truy vấn được gửi tới những vùng đặc biệt trong mạng và address-centric (trung tâm địa chỉ) với các truy vấn được gửi đến một nút riêng biệt

1.8 Ứng dụng của mạng cảm biến không dây

Mạng cảm nhận không dây có rất nhiều ứng dụng nhưng hầu hết các ứng dụngđều thuộc ba dạng: thu thập dữ liệu môi trường, giám sát an ninh, và theo dõi đốitượng

1.8.1 Quân sự

Dựa trên ưu điểm có thể triển khai nhanh chóng ( Dải từ máy bay), với khả năng tự cấu hình lại khi có nút bị hỏng đưa mạng cảm nhận không dây trở thành một ứng dụnghữu ích trên chiến trường Chủ yếu là: theo dõi lực lượng, trang bị, hướng di chuyển, phát hiện giám sát mục tiêu, các dấu hiệu vũ khí nguyên tử, sinh học

1.8.2 Môi trường

Đây là ứng dụng phổ biến nhất của mạng cảm nhận không dây bao gồm: theo dõi sựxuất hiện và di chuyển của động vật, theo dõi nhiệt độ, mức nước, áp suất khí quyển…v.v Trong đó ứng dụng dễ nhận thấy nhất là cảnh báo cháy rừng, cảnh báo lũ

1.8.3 Y tế

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

Theo dõi bác sĩ và bệnh nhân trong bệnh viện: mỗi bệnh nhân được gắn một nútcảm biến nhỏ và nhẹ, mỗi một nút cảm biến này có nhiệm vụ riêng, ví dụ có nút cảm biến xác định nhịp tim trong khi nút cảm biến khác phát hiện áp suất máu, bác sĩ cũng

có thể mang nút cảm biến để cho các bác sĩ khác xác định được vị trí của họ trongbệnh viện

1.9 Kết luận

Mạng cảm biến không dây WSN với khả năng ứng dụng rộng rãi đã trở thành một

đề tài nghiên cứu rất được quan tâm trong những năm vừa qua Do đó, đã có rất nhiềugiải pháp công nghệ mới được đưa ra nhằm nâng cao hiệu quả hoạt động của mạng,trong đó, khởi đầu và đặc biệt quan trọng là những tiến bộ vượt bậc trong lĩnh vực điện

tử và công nghệ cảm biến Nhờ có những giải pháp trong lĩnh vực trên mà khả năngcảm biến, xử lý tín hiệu và truyền thông của các nút cảm biến được cải thiện đáng kể,đồng thời, chi phí triển khai mạng WSN cũng nhờ đó mà giảm xuống, mở ra tiềm năngphát triển mạnh mẽ cho WSN

Chương1 đã trình bày tổng quan về mạng cảm biến, các vấn đề về khái niệm, cấutrúc, mô hình phân lớp, quản lý năng lượng, những thách thức, yêu cầu và ứng dụngcủa mạng cảm biến

CHƯƠNG 2: KHẢO SÁT MỘT SỐ GIAO THỨC ĐỊNH TUYẾN TRONG MẠNG CẢM BIẾN KHÔNG DÂY

Mặc dù mạng cảm biến có nhiều đặc điểm tương đồng với mạng ADHOC, nhưngchúng cũng có một số đặc trưng riêng, đòi hỏi phải có các giải pháp công nghệ hoàntoàn khác với mạng ADHOC Do vậy, mạng cảm biến không dây yêu cầu thiết kế cácgiao thức định tuyến mới, khác xa so với các giao thức định tuyến đã tồn tại trongmạng ADHOC Quá trình thiết kế giao thức định tuyến để mạng cảm biến không dây

có thể đáp ứng được tốt những đặc trưng riêng đó đã dẫn đến hàng loạt thách thức lớn

và riêng có đối với mạng cảm biến không dây Chương này sẽ trình bày ba loại giaothức định tuyến chính hay được dùng trong mạng cảm biến, đó là :

+ Định tuyến trung tâm dữ liệu (data - centric protocol)

+ Định tuyến phân cấp (hierarchical protocol)

+ Định tuyến dựa vào vị trí (location - based protocol)

2.1 Phân loại và so sánh các giao thức định tuyến

Như đã nêu ở phần trên, có rất nhiều vấn đề phải xem xét khi thiết kế một giao thứcđịnh tuyến trong WSN Một giao thức định tuyến thỏa mãn được các yêu cầu đó cónghĩa là đã tạo ra được sự cân bằng giữa khả năng phản ứng với môi trường xungquanh và hiệu quả của mạng, tức là phải đảm bảo thông tin dữ liệu đầy đủ trong khivẫn tối ưu hóa công suất truyền và xem xét đến tài nguyên hạn chế của các nút mạng,đặc tính thay đổi theo thời gian của kênh truyền vô tuyến

Ngoài ra, một mạng cảm biến có thể dựa trên cấu trúc mạng hoặc cách thức hoạtđộng của giao thức để phân loại các giao thức định tuyến khác nhau Dựa trên cấu trúcmạng có thể chia thành: Giao thức định tuyến phẳng, giao thức định tuyến phân cấp,giao thức định tuyến dựa theo vị trí Dựa vào cách thức hoạt động của giao thức đượcchia thành: giao thức định tuyến thương lượng, giao thức định tuyến dựa trên QOS,giao thức định tuyến kết hợp, giao thức định tuyến đa đường, giao thức định tuyến truyvấn

Hình 3: Phân loại các giao thức dịnh tuyến trong WSNs

Chương này sẽ trình bày ba loại giao thức định tuyến chính hay được dùng trongmạng cảm biến, đó là :

 Giao thức định tuyến trung tâm dữ liệu

Trong nhiều ứng dụng của mạng cảm biến thì việc xác định số nhận dạng toàn cầucho từng nút là không khả thi Việc thiếu số nhận dạng toàn cầu cùng với việc triểnkhai ngẫu nhiên các nút gây khó khăn trong việc chọn ra một tập hợp các nút chuyêndụng Vì thế, dữ liệu được truyền từ mọi nút trong vùng triển khai tới sink Tuy nhiên,các nút sẽ gửi dữ liệu với độ dư thừa đáng kể vì không có cơ chế quản lý vị trí Dovậy, người ta đã đưa ra các giao thức định tuyến mà có khả năng chọn ra tập hợp cácnút và thực hiện tập trung dữ liệu trong suốt quá trình truyền Ý tưởng này đã đượcnghiên cứu và phát triển để rồi thiết kế thành giao thức trung tâm dữ liệu

Trong loại giao thức định tuyến này, sink gửi yêu cầu đến các vùng xác định và đợi

dữ liệu từ các sensor được chọn trước trong vùng SPIN là giao thức đầu tiên thuộcloại này mà đã đề cập đến việc dàn xếp dữ liệu giữa các nút để giảm bớt sự dư thừa dữliệu và tiết kiệm năng lượng Sau đó Directed Diffusion (truyền tin trực tiếp) đượcphát triển và là một giao thức rất đáng chú ý trong loại định tuyến trung tâm dữ liệu

 Giao thức định tuyến phân cấp

Khi công nghệ điện tử phát triển làm cho giá thành của các bộ cảm biến giảm đáng

kể thì khả năng và nhu cầu triển khai một mạng WSN trên pham vi rộng xuất hiện Khi

đó, một vấn đề nảy sinh là yêu cầu về khả năng mở rộng của mạng Một cấu trúc mạng

phẳng với số lượng lớn nút cảm biến thường hạn chế về khả năng mở rộng và rất khó

để có thể liên kết hoạt động của các nút trong toàn mạng với nhau Để giải quyết vấn

đề này, cấu trúc mạng phân cấp (clusters) được đề xuất nhằm giải quyết vấn đề này Hướng tiếp cận này có thể giảm thiểu đáng kể yêu cầu với các nút trong cảm biến, xử

lý dữ liệu và truyền thông trong cùng một cụm, do đó, tạo ra khả năng sử dụng hiệu quả năng lượng và kéo dài thời gian sống của mạng Ngoài ra, cấu trúc phân cấp cũng

có thể cung cấp khả năng cân bằng tải nếu cần thiết

Tuy nhiên, mục đích chính của định tuyến phân cấp là để đạt được và duy trì tính hiệu quả trong việc tiêu thụ năng lượng của các nút cảm biến bằng cách đặt chúng trong giao tiếp multihop thuộc phạm vi một cụm cụ thể, đồng thời, thực hiện tập trung

và hợp nhất dữ liệu để giảm số bản tin được truyền đến sink Sự hình thành các cụm chủ yếu dựa trên năng lượng dự trữ của nút cảm biến và vùng lân cận của nút so với các nút chủ của cụm

LEACH là một trong số những cách tiếp cận định tuyến phân cấp đầu tiên cho mạng cảm ứng Ý tưởng của LEACH là động lực cho rất nhiều giao thức định tuyến phân cấp khác phát triển

 Giao thức định tuyến dựa trên vị trí

Hầu hết các ứng dụng mạng cảm biến đều yêu cầu thông tin về vị trí của các nút để phục vụ cho những mục đích khác nhau Vì mạng cảm biến không có chế độ địa chỉ nào như địa chỉ IP và chúng được triển khai trong một vùng không gian rộng lớn, vì vậy thông tin về vị trí cần phải được sử dụng trong các dữ liệu định tuyến theo cách hiệu quả về mặt năng lượng, từ đó, các giao thức định tuyến dựa trên vị trí được phát triển

Trong loại giao thức định tuyến này, GAF và GEAR là hai giao thức rất đáng được chú ý

Nguyên lý của giao thức này là dựa trên sự thích ứng về tài nguyên và sắp xếp dữliệu Trong SPIN, tất cả các loại dữ liệu khác nhau đều được đánh dấu bằng một bộmiêu tả dữ liệu hay còn gọi là meta-data Khi một nút cảm biến nhận được một mộtgói tin dữ liệu mới, nó phát quảng bá meta-data của bản tin dữ liệu đó tới các nút lâncận (chứ không chuyển tiếp ngay gói dữ liệu) và chờ phản hồi từ các nút này Khinhận được bản tin request từ nút lân cận nào thì gửi gói data cho nút đó

Các nút lân cận khi nhận được một bản tin quảng bá có chứa meta-data từ nút hàngxóm, nó sẽ quyết định xem có cần loại dữ liệu đó không, nếu cần thì gửi trả lại bản tinrequest.

Ý nghĩa của việc dàn xếp dữ liệu (data negotiation) là các nút trong giao thức SPIN

sẽ biết về loại dữ liệu trước khi bất kỳ dữ liệu nào được truyền trong mạng Nơi nhận

dữ liệu bày tỏ mối quan tâm đến nội dung dữ liệu bằng cách gửi yêu cầu để lấy được

dữ liệu đang được quảng bá Điều này tạo ra sự giàn xếp dữ liệu để đảm bảo rằng dữliệu chỉ được truyền đến nút quan tâm loại dữ liệu này Do đó mà loại trừ khả năng bảntin kép và giảm thiểu đáng kể việc truyền dữ liệu dư thừa qua mạng

Việc sử dụng bộ miêu tả dữ liệu cũng loại trừ nguy cơ chồng chất vì các nút có thểgiới hạn số lượng loại dữ liệu mà chúng quan tâm đến Mỗi nút theo dõi mức tiêu thụnăng lượng của mình trước khi truyền hoặc xử lý dữ liệu Khi mức năng lượng còn lạithấp các nút này có thể giảm số lượng dữ liệu mà nó quan tâm hoặc loại bỏ một sốhoạt động như là truyền meta-data hoặc các gói Chính khả năng thay đổi để thích nghivới nguồn năng lượng hiện có của các nút đã làm tăng thời gian sống của toàn mạng

Để truyền và sắp xếp dữ liệu, giao thức SPIN sử dụng ba loại bản tin

Hình 4: Ba tín hiệu bắt tay của SPIN

Hình 5: Hoạt động của SPIN

Hoạt động của SPIN gồm 6 bước:

- Bước 1: Gửi ADV (Advertise) để thông báo dữ liệu mới tới các nút

- Bước 2: Gửi REQ (Request) để yêu cầu dữ liệu mà nút quan tâm Sau khi nhậnđược ADV các 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 sự chứa dữ liệu được cảm biến và kèmtheo mào đầu miêu tả dữ liệu

- Bước 4: Sau khi một nút nhận dữ liệu nó sẽ chia sẻ dữ liệu của nó cho các nútcòn lại trong mạng bằng việc phát bản tin ADV chứa miêu tả dữ liệu (metadata).

- Bước 5: Quá trình truyền gói dữ liệu tiếp tục bằng việc các nút xung quanh gửibản tin REQ yêu cầu dữ liệu

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

Tuy nhiên giao thức SPIN cũng có hạn chế nảy sinh khi nút trung gian không quantâm đến dữ liệu nào đó thì dữ liệu không thể đến được đích

 Directed Difussion

Directed Diffussion – giao thức truyền tin trực tiếp – là một giao thức định tuyến dữliệu ở trung tâm mạng WSN Mục đích của giao thức là giải quyết vấn đề giới hạntrong khả năng mở rộng mạng lưới của các giao thức trung tâm dữ liệu, tuy nhiên,Directed Diffussion cố gắng tìm ra một giải pháp đơn giản, thay vì phụ thuộc vào khảnăng định vị toàn cầu của các nút, giao thức này tạo ra sự tương tác giữa các nút trongmột vùng

Cấu trúc của truyền tin trực tiếp bắt nguồn từ chính cách thức hoạt động bên trongcủa một mạng cảm biến: Người vận hành hệ thống sẽ thông qua sink, tạo ra một yêucầu tới một vùng xác định nào đó trong mạng theo hướng nhất định, các nút trongvùng đó sẽ thu thập dữ liệu cần thiết và gửi trả lại để hoàn thành yêu cầu Mỗi khi dữliệu được thu thập, mỗi nút cảm biến sẽ kết hợp với các nút lân cận để truyền kết quảtrở về sink

Giao thức Directed Diffusion bao gồm 4 thành phần: interest (thông tin yêu cầu),data message (các bản tin dữ liệu), gradient và reinforcements Hoạt động của DirectedDissfusion có thể được mô tả như sau:

Hình 6: Hoạt động của Directed Diffusion

- Truyền interest: Dữ liệu được gán nhãn bằng các cặp giá trị thuộc tính Một yêucầu cảm biến tạo bởi sink sẽ được gửi trên toàn mạng dưới dạng các interest Bảntin này sẽ truyền qua tất cả các nút trong mạng thể hiện sự quan tâm đến một loại

dữ liệu nào đó Mục đích của việc thăm dò này là để xem xét xem có nút cảmbiến nào đó có thể tìm kiếm dữ liệu tương ứng với interest không

Mỗi một nhiệm vụ do sink gửi đi được miêu tả bằng một danh sách các cặp giá trịthuộc tính, ví dụ, danh sách này có thể chứa kiểu dữ liệu được yêu cầu, chu kỳ thờigian mà sink muốn nhận thông tin về nhiệm vụ được yêu cầu, thời gian tồn tại củatoàn bộ nhiệm vụ, vùng mạng được chỉ định… Như vậy, mỗi một nhiệm vụ cảm biến

do sink yêu cầu được mô tả trong một bản tin interest

Tất cả các nút đều duy trì một ngăn xết interest gọi là interest cache để lưu trữ cácinterest khác nhau Mỗi một mục interest lại có nhiều trường khác nhau gồm: Mộttrường nhãn thời gian timestamp chứa thời điểm cuối cùng nhận được interest tươngthích, một số trường gradient tương ứng với các nút hàng xóm (mỗi một gradient cómột trường tốc độ dữ liệu chứa tốc độ dữ liệu yêu cầu bởi nút hàng xóm và hướngtruyền), một trường chu kỳ chỉ ra khoảng thời gian tồn tại của interest

Khi nút cảm biến nhận được một interest, nó kiểm tra trong bộ nhớ cache của nó,nếu không có mục interest nào tương ứng thì nút sẽ tạo ra một mục interest mới vớicác thông số có trong interest vừa nhận được Ngược lại, nếu như interest nhận được

có trong cache thì nút sẽ cập nhật nhãn thời gian và trường duration vào mục interesttương ứng Sau khi nhận một interest, một nút sẽ quyết định broadcast interest này tớitất cả các hàng xóm của nó, hoặc nó có thể chỉ gửi interest tới một vài nút lân cận,hoặc cũng có thể hủy interest đó nếu như nó vừa mới gửi một interest cùng loại Đốivới hàng xóm của nút gửi interest, nhận được interest chuyển tiếp từ nút nào thì nó coinút đó là nguồn của interest, mặc dù trên thực tế, interest này được bắt nguồn từ sink.Theo cách thức hoạt động đó, các interest được truyền đi trên toàn mạng thông qua sựtương tác giữa các nút lân cận.

- Thiết lập Gradient: Quá trình các bản tin interest được truyền đi cũng chính làquá trình thiết lập các đường truyền có thể trong mạng (gradient) Các gradientnày được sử dụng để định tuyến cho gói tin dữ liệu (dữ liệu phù hợp với interest)trở lại sink Dữ liệu sẽ được truyền trở về sink thông qua các đường truyền đađiểm, nút trung gian có thể lưu trữ hoặc tính toán dữ liệu

- Truyền dữ liệu: Một nút cảm biến nằm trong vùng đích của một interest có nhiệm

vụ thu thập dữ liệu và gửi bản tin dữ liệu đi ở tốc độ bằng với tốc độ lớn nhất chỉ

ra trong trường gradients của nó

Khi nút nhận được một bản tin dữ liệu từ một trong các nút hành xóm của nó, nó sẽtìm kiếm interest tương ứng trong cache Nếu như không tồn tại interest nào tươngứng, gói dữ liệu sẽ bị loại bỏ Nếu nút nhận được một bản tin dữ liệu mà có một mụcinterest phù hợp, để đề phòng trường hợp lặp vòng, nút tiến hành kiểm tra cache dữliệu, cache này lưu trữ đường đi của các bản tin dữ liệu mới nhận được Nếu như bảntin dữ liệu nhận được khớp với một mục trong cache dữ liệu thì bản tin đó cũng bị loại

bỏ Ngược lại, bản tin dữ liệu sẽ được thêm vào cache dữ liệu và gửi tới nút lân cận.Trước khi gửi một bản tin dữ liệu, một nút cần kiểm tra danh sách đường truyềntrong mục interest Nếu tất cả các đường truyền có tốc độ dữ liệu lớn hơn hoặc bằngtốc độ yêu cầu của gói tin đến, nút này sẽ có thể chuyển tiếp gói tin dữ liệu vừa nhậnđược tới nút lân cận dự phòng Nếu một vài đường truyền có tốc độ dữ liệu thấp hơnnhững đường truyền khác, nút sẽ chuyển những đường truyền đó xuống thành đườngtruyền dự phòng

Như vậy, Directed disffusion có ưu điểm là nếu một đường dẫn nào đó giữa sink vàmột nút bị lỗi, một đường dẫn có tốc độ dữ liệu thấp hơn sẽ được thay thế Kỹ thuậtđịnh tuyến này ổn định và phù hợp với mạng yêu cầu tính linh hoạt cao Loại giao thứcđịnh tuyến này tiết kiệm năng lượng đáng kể

2.2.2 Giao thức định tuyến phân cấp

 LEACH

LEACH (Low-Energy Adaptive Clustering Hierarchy-Centralized) là giao thứcphân cấp theo cụm thích ứng năng lượng thấp Trong giao thức LEACH, các nút cảmbiến được tập hợp thành từng cụm, thực hiện chức năng thu thập và truyền dữ liệu tớicác sink hoặc trạm gốc thông qua nút chủ

Mục tiêu chính của LEACH là:

- Kéo dài thời gian sống của mạng

- Giảm năng lượng tiêu thụ của mỗi nút

- Tập trung dữ liệu để giảm bản tin truyền trong mạng

LEACH thông qua mô hình phân cấp để tổ chức mạng thành các cụm, mỗi cụmđược quản lý bởi nút chủ Nút chủ thực hiện nhiều nhiệm vụ, trong đó nhiệm vụ đầutiên là thu thập dữ liệu theo chu kỳ từ các nút thành viên, trong quá trình nhận dữ liệu,nút chủ sẽ cố gắng tập hợp dữ liệu để giảm dư thừa do có nhiều dữ liệu giống nhau.Nhiệm vụ thứ hai của nút chủ là trực tiếp truyền dữ liệu đã được tập hợp lại đến trạmgốc, quá trình truyền dữ liệu này có thể được thực hiện theo kiểu single-hop hoặcmutil-hop Nhiệm vụ thứ ba là các nút chủ tạo ra mô hình ghép kênh theo thời gianTDMA (Time Division Multiple Access), mỗi nút trong cụm được gán một khe thờigian nhất định, dùng để định thời hoạt động, thu thập và gửi dữ liệu về nút chủ Giaothức định tuyến LEACH sẽ được trình bày rõ hơn trong phần sau

 PEGASIS

PEGASIS (Power-Efficient Gathering in Sensor Information Systems -Tập trunghiệu suất năng lượng trong hệ thống thông tin cảm biến) là một giao thức định tuyếnphân cấp PEGASIS thực hiện 2 nhiệm vụ:

- Kéo dài thời gian sống cho mạng

- Đồng bộ năng luợng tại tất cả các nút mạng và giảm độ trễ của gói dữ liệu

PEGASIS áp dụng trên mô hình mạng bao gồm tập hợp các nút được phân bố đồngnhất trên một vùng địa lý Trong đó mỗi nút đều biết được thông tin về vị trí các nútkhác trong toàn mạng Bên cạnh đó chúng cũng có khả năng điều khiển công suất vàbao phủ một vùng tùy ý Các nút này được trang bị bộ thu phát sóng sử dụng côngnghệ CDMA

Nhiệm vụ của nút cảm biến là thu thập và truyền dữ liệu đến sink, thông thường làcác trạm gốc Mục đích chính của giao thức là phát triển một cấu trúc định tuyến vàmột sơ đồ tập trung dữ liệu nhằm giảm thiểu năng lượng tiêu thụ, đồng thời, dữ liệuđược tập trung và truyền đến trạm cơ sở với trễ truyền dẫn nhỏ nhất, trong khi vẫn cânbằng sự tiêu thụ năng lượng giữa các nút trong mạng

Hoạt động của pegasis gồm 3 bước: Xây dựng chuỗi, chọn nút chủ, truyền dữ liệu,

xử lý lỗi khi nút chết

- Xây dựng chuỗi: Mục đích là tạo ra một chuỗi các nút cảm biến – mỗi nút có thểnhận và truyền dữ liệu tới nút bên cạnh Quá trình thêm nút vào chuỗi được thựchiện tuân theo thuật toán Greedy Bắt đầu với nút xa sink nhất để đảm bảo rằngtất cả nút cảm biến ở xa đều có nút lân cận gần nó vì trong thuật toán greedykhoảng cách giữa các nút sẽ tăng dần và nút nằm trong chuỗi sẽ không được

thăm lại, nút mạng được thêm dần vào chuỗi làm cho chuỗi lớn dần, kể từ núthàng xóm gần nhất.

Để xác định được nút lân cận gần nhất, mỗi nút sử dụng cường độ tín hiệu để đokhoảng cách tới các nút lân cận của nó Sau khi xác định xong, nó sẽ điều chỉnh cường

độ tín hiệu sao cho chỉ có nút lân cận gần nhất nghe được

Hình 7: Xây dựng chuỗi sử dụng thuật toán Greedy

- Chọn nút chủ: Sau khi chuỗi được thành lập, bước tiếp theo là chọn nút chủ.Trong một chuỗi chỉ có một nút được chọn làm nút chủ, trách nhiệm của nút chủ

là truyền dữ liệu tập hợp được tới trạm cơ sở Vai trò nút chủ sẽ được thay đổitrong chuỗi theo vị trí sau mỗi vòng Việc quay vòng nút chủ trong chuỗi nhằmđảm bảo sự cân bằng trong tiêu thụ năng lượng giữa các nút mạng Tuy nhiên,trong nhiều trường hợp, việc thay đổi có thể làm khoảng cách giữa nút chủ vàtrạm gốc lớn, khi đó nút này lại yêu cầu công suất cao để truyền dữ liệu đến trạm

Trong một vòng, PEGASIS sử dụng cơ chế điều khiển token passing được khởi tạobởi nút chủ để bắt đầu truyền dữ liệu từ hai đầu của chuỗi Chi phí cho các bản tin điềukhiển này là rất nhỏ vì kích thước thẻ bài nhỏ Đầu tiên nút chủ sẽ gửi một thẻ bài tớinút cuối cùng bên phải của chuỗi Khi nhận được tín hiệu này nút cuối sẽ gởi dữ liệu

nó cảm biến được đến nút lân cận theo chiều xuôi trong chuỗi, nút hàng xóm này tiếnhành tập hợp dữ liệu và tiếp tục chuyển tiếp đến nút lân cận gần nó nhất, cứ như vậycho đến khi dữ liệu được gửi đến nút chủ Sau đó, nút chủ tập hợp dữ liệu và gửi đếnsink