số lượng nhỏ các node được xác định trước (P) tự quyết định chúng trở thành các node chính, một node n chọn lấy một số ngẫu nhiên v trong phạm vi 0 và 1 và so sánh với giá trị ngưỡng T(n). Nếu số ngẫu nhiên này nhỏ hơn giá trị ngưỡng T(n), thì node đó sẽ trở thành node chính ở vòng hiện tại. Giá trị ngưỡng được tính toán dựa trên một biểu thức toán học có sự kết hợp phần trăm mong muốn hay xác suất trở thành nút chính P, vòng hiện tại r, và tập hợp G là các node chưa được lựa chọn làm node chính ở 1/P vòng trước đó. T(n) được xác định theo công thức:
Tất cả các node chính được lựa chọn phát quảng bá một bản tin thông báo tới tất cả các node còn lại trong mạng rằng chúng là các node chính mới. Các node khác, không phải là
Các giao thức định tuyến trong WSNs Chương 3. Các giao thức định tuyến trong WSNs
đa truy cập theo mã CDMA để giảm xung đột giữa các node trong và ngoài cluster. Mã được chọn lựa cẩn thận để giảm can nhiễu giữa các cluster.
Trong giai đoạn ổn định trạng thái, các nút cảm biến bắt đầu cảm biến và truyền phát số liệu về các nút chính. Các nút chính, sau khi thu tất cả các số liệu, tập hợp chúng lại trước khi gửi đến trạm gốc. Sau một khoản thời gian nhất định nào đó được xác định trước, mạng sẽ quay trở lại trạng thái thiết lập và bắt đầu một vòng lựa chọn các nút chính mới. LEACH cung cấp một mô hình tốt mà các thuật toán nội bộ và tập hợp dữ liệu có thể được thực hiện trong các nút chính được lựa chọn một cách ngẫu nhiên. Điều này làm giảm quá tải thông tin và cung cấp một tập hợp tin cậy các số liệu cho người sử dụng cuối cùng. LEACH góp phần giảm đáng kểnăng lượng tiêu thụ và kéo dài hơn thời gian hoạt động của mạng cảm biến so với trường hợp mạng gồm các nhóm cố định Tuy nhiên, LEACH có một số nhược điểm:
• LEACH chưa xác định cụ thể được số lượng tối ưu các nút chính của mạng khi mà các mạng khác nhau có cấu hình, mật độ và số lượng nút khác nhau.
• Chưa có gợi ý về khi nào thì việc tái tạo lại các nút chính cần được thực hiện. • Các nút chính ở xa trạm gốc sẽ tiêu thụ nhiều năng lượng hơn và nhanh chóng
dừng hoạt động hơn các nút khác.
• Tất cả các node có thể kết nối với trạm gốc qua một chặng có thể không khả thi vì khả năng và năng lượng cung cấp cho các node thay đổi theo thời gian.
• Khoảng thời gian của pha ổn định trạng thái ảnh hưởng lớn đến năng lượng tiêu thụ. Khoảng ổn định trạng thái ngắn làm tăng overhead (chi phí cho điều khiển giao thức), trong khi khoảng ổn định trạng thái kéo dài làm sụt giảm năng lượng nhanh chóng.
Nhiều giao thức đã được đưa ra để cải tiến LEACH. Giao thức XLEACH (extented LEACH) xem xét đến mức năng lượng node trong quá trình lựa chọn node chính. Theo đó, mức ngưỡng T(n) để lựa chọn node chính được định nghĩa:
Trong đó: En, current là năng lượng hiện tại
En,max là năng lượng lúc đầu node có được.
Các giao thức định tuyến trong WSNs Chương 3. Các giao thức định tuyến trong WSNs
Khi giá trị rn,s đạt đến 1/P, ngưỡng T(n) trở lại giá trị nó có trước khi xét đến năng lượng còn lại trong biểu thức tính T(n). rn,s trảvề0 khi một node trở thành node chính.
LEACH làm giảm năng lượng tiêu thụ. Các node không phải gửi dữ liệu trực tiếp đến trạm gốc. Yêu cầu năng lượng trong LEACH phân bố đều cho tất cả các node bởi vì chúng đóng vai trò như nhau trong việc lựa chọn node chính. LEACH thực sự là một thuật toán phân bố, không yêu cầu thông tin điều khiển từ trạm gốc. Quản lý các nhóm cục bộ không cần các thông tin chung của toàn mạng. Các kết quả mô phỏng cho thấy, LEACH vượt trội hơn so với các giao thức định tuyến truyền thống như định tuyến đa chặng và truyền trực tiếp, định tuyến năng lượng tối thiểu, và giải thuật định tuyến phân nhóm tĩnh
• Tập trung hiệu quả công suất trong hệ thống thông tin cảm biến:
Tập trung hiệu quả công suất trong hệ thống thông tin cảm biến (Power-efficient gathering in sensor information systems - PEGASIS) và các cấu trúc mở rộng là họ giao thức định tuyến và tập hợp thông tin cho mạng WSN. PEGASIS thực hiện 2 nhiệm vụ: kéo dài thời gian sống cho mạng, đồng bộ năng lượng tại tất cả các node mạng và giảm độ trễ các gói dữ liệu. PEGASIS ứng dụng trong mô hình mạng gồm các node phân bố đồng nhất trên một khu vực và mỗi node biết được thông tin chung về các node khác trong mạng. Hơn nữa các node còn có khả năng điều chỉnh công suất và các bộ thu phát dùng kỹ thuật CDMA. Mục tiêu giao thức định tuyến là giảm năng lượng tiêu thụ và truyền dữ liệu thu thập được từ các node đến trạm gốc với độ trễ thấp. Khác với những giao thức khác dựa trên cấu trúc mạng hình cây hay phân chia cluster, PEGASIS dùng cấu trúc chuỗi. Theo cấu trúc này, các node liên lạc với những node gần nó nhất. Chuỗi bắt đầu từ node xa trạm gốc nhất và các node mới được thêm vào cho đến node cuối cùng của chuỗi. Để xác định các node gần nhất, node dựa trên độ mạnh tín hiệu để đo khoảng cách đến tất cả các node gần nó và node sẽ hiệu chỉnh công suất phát chỉ đủ liên lạc với các node gần nhất nghe thấy được.
Các giao thức định tuyến trong WSNs Chương 3. Các giao thức định tuyến trong WSNs
được cấp các bộ thu phát dùng CDMA để tránh can nhiễu giữa các node lân cận. Hình 3.12minh họa giải thuật tập hợp dữ liệu song song.
Hình 3.23 Cấu trúc mạng hình chuỗi