Các thành phần cơ bản và thiết kế trọng tâm của mạng WSNs cần ựược ựặt trong ngữ cảnh của mô hình WSNs dạng 1 (C1WSNs) ựã ựược giới thiệu ở phần trước. Bởi vì ựây là mô hình với số lượng lớn cảm biến trong mạng, dữ liệu không thật hoàn hảo, khả năng hư hỏng các node cao, cũng như khả năng bị nhiễu lớn, giới hạn công suất cung cấp xử lý, thiếu thông tin các node trong mạng. Do vậy, C1WSNs tổng quát hơn so với mô hình C2WSNs. Sự phát triển mạng cảm biến dựa trên cải tiến về cảm biến, thông tin, và tắnh toán (giải thuật trao ựổi dữ liệu, phần cứng và phần mềm).
Hình 2.1: Mô hình mạng cảm biến thông thường
Hình 2.1 cho thấy mô hình cấu trúc của mạng cảm biến thường dùng. Các cảm biến liên kết theo giao thức Multihop, phân chia Cluster chọn ra node có khả năng tốt nhất làm node trung tâm, tất cả các node loại này sẽ truyền về node xử lý chắnh. Nhờ vậy, năng lượng cũng như băng thông kênh truyền sẽ sử dụng hiệu quả hơn. Tuy nhiên, có thể thấy cấu trúc mạng phức tạp và giao thức phân chia Cluster và ựịnh tuyến cũng trở nên khó khăn hơn.
Một vài ựặc ựiểm của mạng cảm biến: Các node phân bố dày ựặc. Các node dễ bị hư hỏng.
Giao thức mạng thay ựổi thường xuyên.
Node bị giới hạn về công suất, khả năng tắnh toán, và bộ nhớ. Các node có thể không ựược ựồng nhất toàn hệ thống vì số lượng lớn các nodẹ
Hình 2.2: Các thành phần trong một Node
Các thành phần cấu tạo nên một node trong mạng cảm biến như trên hình 2.2: Một cảm biến (có thể là một hay dãy cảm biến) và ựơn vị thực thi (nếu có)
đơn vị xử lý
đơn vị liên lạc bằng vô tuyến Nguồn cung cấp
Các phần ứng dụng khácẦ
Software (Operating Systems and Miđleware)
để cung cấp sự hoạt ựộng cho các node, phần quan trọng là các hệ ựiều hành nguồn mở ựược thiết kế ựặc biệt cho WSNs. Thông thường, các hệ ựiều hành như thế dùng kiến trúc dựa trên thành phần ựể có thể thiết lập một cách nhanh chóng trong khi kắch thước node nhỏ phù hợp với bộ nhớ có giới hạn của sensor networks. TinyOS là một vắ dụ về dạng này, ựây là một chuẩn không chắnh thức. Thành phần của TinyOS gồm giao thức mạng, phân phối các node, drivers cho cảm biến và các ứng dụng. Rất nhiều nghiên cứu sử
dụng TinyOS trong mô phỏng ựể phát triển và kiểm tra các giao thức và giải thuật mới, nhiều nhóm nghiên cứu ựang cố gắng kết hợp các mã ựể xây dựng tiêu chuẩn cho các dịch vụ mạng tương thắch.
Standards for Transport Protocols
Mục ựắch thiết kế WSNs là ựể phát triển giải pháp mạng không dây dựa trên tiêu chuẩn về hao phắ là thấp nhất, ựáp ứng các yêu cầu như tốc ựộ dữ liệu thấp-trung bình, tiêu thụ công suất thấp, ựảm bảo ựộ bảo mật và tin cậy cho hệ thống. Vị trắ các node cảm biến hầu như không xác ựịnh trước, có nghĩa là giao thức và giải thuật mạng phải có khả năng tự xây dựng. Các nhà nghiên cứu ựã phát triển nhiều giao thức ựặc biệt cho WSNs, trong ựó vấn ựề căn bản là năng lượng tiêu thụ phải thấp nhất ựến mức có thể. Chủ yếu tập trung vào giao thức ựịnh tuyến, bởi vì ựịnh tuyến có khác so với các mạng truyền thống ( phụ thuộc vào ứng dụng và kiến trúc mạng).
Hình 2.3: Giao thức chung cho mạng cảm biến.
Giao thức mạng cảm biến gồm liên lạc trong mạng và quản lý. Giao thức liên kết trong mạng gồm các lớp như mô hình OSỊ
Layer 1: lớp vật lý: các qui ước về ựiện, kênh truyền, cảm biến, xử lý tắn hiệu
Layer 2: lớp liên kết dữ liệu: các cấu trúc khung, ựịnh thời Layer 3: lớp mạng: ựịnh tuyến
Layer 4: lớp chuyển vận: truyền dữ liệu trong mạng, lưu giữ dữ liệu Upper Layers: phục vụ các ứng dụng trong mạng, bao gồm xử lý
ứng dụng, kết hợp dữ liệu, xử lý các yêu cầu từ bên ngoài, cơ sở dữ liệu ngoại vị