Mục tiêu của giao thức ñịnh tuyến theo vị trí là dùng thông tin về vị trí ñể tìm ra tuyến liên lạc hiệu quả từ nguồn ñến ñích. ðịnh tuyến theo vị trí thích hợp cho mạng cảm biến, sự tập hợp dữ liệu loại bớt các thông ñiệp dư thừa làm giảm năng lượng tiêu thụ. Trong các giao thức truyền thống, tương tác giữa 2 thiết bị luôn quan tâm ñến nội dung của dữ liệu hơn là sựñồng nhất giữa các node trong mạng. Mục tiêu là tìm ra ñường liên kết 2 thiết bị, không thích hợp ñểñiều khiển những truy vấn ña chiều theo vị trí. Trong giao thức mới này, một thiết bị phát ñi yêu cầu về một hiện tượng xảy ra trong một khu vực nào ñó. Thông tin cục bộñược ñưa ñến ñích kèm theo vị trí của thiết bị như là ñịa chỉ của nó.
Giao thức ñịnh tuyến theo vị trí cần một lượng rất ít overhead chi phí cho tính toán và thông tin. Mặc khác, chỉ yêu cầu thông tin vềñường truyền cấu hình single-hop (một bước) như vị trí của node lân cận tốt nhất ñể có quyết ñịnh chính xác. Do vậy, giao thức này phù hợp với những mạng có nguồn năng lượng hạn chế và khả năng mở rộng cao.
Chiến lược ñịnh tuyến:
ðịnh tuyến theo vị trí của các node trong mạng dùng thông tin về vị trí ñể tìm ra ñường ñi tốt nhất từ nguồn ñến ñích, không yêu cầu phải phát flooding các gói request. Một gói dữ liệu ñược gởi ñến một nhóm node phân bố trong một vùng ñã ñược ñịnh trước, kỹ thuật này ñược gọi là geocasting. Vùng giới hạn này có thể do node nguồn quyết ñịnh hay do các node trung gian ñể
loại trừ khả năng các gói bị chuyển lòng vòng trong mạng. Các node trung gian có hiểu biết tốt hơn vềñích ñến sẽ giới hạn vùng chuyển tiếp ñể tìm ñược hướng ñi trực tiếp ñến ñích. Ý tưởng này giống với ñặc tính dữ liệu-trung tâm của mạng cảm biến, quan tâm ñến dữ liệu hơn là các node cảm biến cung cấp dữ liệu.
Một loại khác của giao thức ñịnh tuyến vị trí gọi là position-based routing, chỉ yêu cầu một node biết thông tin về các node lân cận trực tiếp của nó. Giao thức này giảm ñáng kể overhead và năng lượng tiêu thụ do quá trình truyền chỉ trong một chặng. Tuy nhiên, hiệu quả còn phụ thuộc vào mật ñộ mạng, vị trí chính xác của node, và quan trọng hơn là qui ước chuyển gói ñến ñích.
Các kỹ thuật forwarding (chuyển tiếp gói)
Phần quan trọng của ñịnh tuyến theo vị trí là qui ước ñể chuyển các gói ñến ñích cuối cùng. Trong giao thức position-based routing mỗi node quyết ñịnh bước kế tiếp dựa vào vị trí của nó, vị trí của các node lân cận và node ñích. Do ñó chất lượng của giao thức phụ thuộc vào sự hiểu biết của node ñó về cấu hình toàn mạng. Sự hiểu biết về cấu trúc nội tại có thể tạo ra các ñường không tối ưu. Hình 6.15 minh họa cho 2 trường hợp này, gói dữ liệu chuyển tiếp qua các node chỉ biết thông tin nội tại và trường hợp các node biết ñược thông tin toàn mạng lưới. Tuy nhiên, hiểu biết cấu hình toàn hệ thống không thích hợp trong mạng WSN vì năng lượng hoạt ñộng bị
giới hạn. ðể giải quyết vấn ñề này nhiều giải thuật ñã ñược ñề nghị.
Xem xét mô hình như trên hình 6.16, node hiện tại ñang có dữ liệu cần chuyển ñi là MH. Quá trình chọn lựa node trung gian tiếp theo trên nguyên tắc node nằm gần ñích ñến hơn MH (tức nằm giữa MH và ñích) sẽñược chọn.
Chiến thuật most-forward-within-R (MFR) sẽ chọn node nằm xa nhất trong số các node nằm trong vùng bao phủ R. Theo ñó, bước kế tiếp ñược chọn bởi MH ñể chuyển tiếp dữ liệu sẽ là node MFR.
Một chiến thuật khác, nearest-forward-progress, lựa chọn node gần nhất. Node NFP ñược chọn ñể nhận dữ liệu từ node MH do ñây là node gần nhất tính từ MH.
Mô hình compassing routing chọn node có góc nhỏ nhất tạo bởi ñường thẳng nối MH-ñích và
ñường thẳng nối MH node ñược chọn. Theo ñó, node CMP ñược chọn.
Mô hình low-energy forward chọn node tối thiểu năng lượng ñược yêu cầu. Node LEF ñược chọn ñể chuyển tiếp gói từ MH ñến ñích.
Hình 6.16: Các chiến lược chuyển tiếp gói.
Mặc dù tính ñơn giản, ñịnh tuyến theo vị trí của node có thể không tìm ñược tuyến hay ñịnh tuyến không hiệu quả. Hình 6.17 minh họa trường hợp này. Node S1 cần chuyển gói dữ liệu cho D. Theo
ñó, node S1 phải chọn node lân cận gần nhất ñến ñích là bước kế tiếp. Tuy nhiên S2 và S3ñều nằm cách xa node ñích hơn node S1.
Hình 6.17: Giải thuật ñịnh tuyến không hiệu quả.
Trong môi trường mạng WSN, các cảm biến thường ñược nhúng vào các vùng khó hoặc không thể tiếp cận ñược, sự cô lập có thể xảy ra. ðể phá vỡ thế cô lập, mô hình gọi là right-hand rule ñược
ñưa ra. Một gói xuất phát từ node Ni muốn truyền gói ñến node Nj, xung quanh có nhiều node lận cận thì tuyến ñược chọn kế tiếp là tuyến ñầu tiên theo qui tắc ngược chiều kim ñồng hồ tính từñường thẳng nối NiNj.
Tuy nhiên giản ñồ này gặp phải trường hợp khi tuyến cắt ngang ñường thẳng nối nguồn và ñích. Một giải thuật gọi là face traversal nhằm tránh các ñường cắt ngang. Nếu tuyến ñược chọn kế tiếp theo qui tắc right-hand giao với ñường thẳng nối NiNj thì tuyến ñược chọn sẽ là tuyến kế tiếp theo chiều ngược chiều kim ñồng hồ.
Minh họa cho quá trình cải thiện chất lượng ñịnh tuyến khi áp dụng qui tắc right-hand và face traversal. Giả sử node S1 cần chuyển dữ liệu ñến ñích là node S8. Tuyến ñầu tiên (1) từ S1ñến S2. Kế
tiếp theo qui tắc right-hand chọn tuyến (2) ñến S3. Tuy nhiên, tuyến này giao với ñường thẳng nối nguồn và ñích. Nếu vẫn giữ nguyên thì sẽ làm giảm hiệu quả của việc ñịnh tuyến. Vì thế tuyến này cần ñược thay thế bằng tuyến (4) là tuyến kế tiếp sau tuyến (2) theo chiều ngược chiều kim ñồng hồ. Quá trình ñịnh tuyến tiếp tục cho ñến khi tìm ñược ñường ñến ñích.
Hình 6.18: Cải thiện chất lượng giao thức ñịnh tuyến.
ðịnh tuyến theo vị trí phù hợp cho mạng WSN vì yêu cầu ít thông tin cho ñiều khiển và tương tác cục bộ giữa các node. Tuy nhiên, các liên kết bất ñối xứng và các ñường giao nhau làm tăng ñộ phức tạp của giao thức.
6.4 Kết luận:
ðặc tính của WSN và tính chất môi trường là cho việc ñịnh tuyến trở nên rất khó khăn. Nhiều giao thức ñịnh tuyến ñược ñưa ra như các giải pháp khả thi cho vấn ñềñịnh tuyến. Vì sự phát triển các ứng dụng của WSN, sự cải tiến về mặt phần cứng và công nghệ chế tạo pin sẽ mởñường cho sự
Chương 7
CÁC GIAO THỨC ðIỀU KHIỂN GIAO VẬN
CHO MẠNG CẢM BIẾN KHÔNG DÂY
7.1 Các giao thức ñiều khiển giao vận truyền thống:
Cấu trúc máy tính và mạng thông tin thường gồm nhiều lớp: lớp vật lý, liên kết dữ liệu, mạng, giao vận và các lớp cao hơn như lớp phiên, trình diễn và ứng dụng. Mỗi lớp thấp hoạt ñộng như
người cung cấp dịch vụ cho các lớp cao hơn. Tương tác giữa các lớp lân cận thông qua ñiểm truy cập dịch vụ (SAP).
Nhưng lớp giao vận và các lớp trên chỉ có tại ñầu cuối hay host, và thực thi chức năng giao thức end- to-end.
Lớp giao vận cung cấp sự chuyển vận ñoạn end-to-end, thông ñiệp ñược phân thành các chuỗi tại nguồn và ñược khôi phục lại tại ñích. Một số giao thức lớp giao vận ñược dùng phổ biến như TCP (transport control protocol), UDP (user datagram protocol), SPX (sequenced packet exchange protocol),…TCP và UDP ñược dùng trong mạng Internet.