1. Nội dung thiết kế tốt nghiệp:
1.5Những khó khăn trong việc phát triển mạng WSN
Vì mạng cảm biến không dây có những ứng dụng vô cùng to lớn trong cuộc sống, và để tận dụng hết những thuận lợi này chúng ta phải xác định rõ những hạn chế của mạng cảm biến và các vấn đề kỹ thuật mà ta sẽ gặp phải khi triển khai:
Bị giới hạn năng lượng
Khi các thiết bị tính toán tăng hiệu quả nhanh chóng thì sự tiêu thụ năng lượng của mạng cảm biến không dây giống như một nút cổ chai. Do các sensor có kích cỡ nhỏ và giá thành rẻ nên có thể triển khai hàng nghìn sensor trong mạng, do
đó ta không thể nối dây từ các sensor này đến nguồn năng lượng. Đồng thời để có thể vận hành tự động thì các sensor cần phải có nguồn pin. Vì lượng năng lượng có sẵn trong mỗi sensor chỉ giới hạn ở một mức nào đó nên sự đồng bộ hóa chỉ nhận được khi duy trì đủ năng lượng để các sensor này hoạt động hiệu quả.
Bị giới hạn về dải thông
Trong mạng cảm biến, năng lượng được dùng trong xử lý dữ liệu ít hơn nhiều so với việc truyền nó đi. Hiện nay việc truyền thông vô tuyến bị giới hạn bởi tốc độ dữ liệu khoảng 10-100 Kbits/s. Sự giới hạn về băng thông này ảnh hưởng trực tiếp đến việc truyền thông tin giữa các sensor, và nếu không có sự truyền thông tin này thì không thể đồng bộ hóa được.
Bị giới hạn về phần cứng
Hình 1.19 Cấu trúc phần cứng của hạt Mica
Phần cứng của các nút cảm biến thường bị giới hạn do kích cỡ nhỏ của nó. Một nút cảm biến tiêu biểu như hạt bụi Berkeley Mica2 (hình 1.19) có một pin mặt trời nhỏ, CPU 8 bit hoạt động ở tốc độ 10MHz, bộ nhớ từ 128KB đến 1MB, và phạm vi truyền dưới 50m. Sự hạn chế về năng lượng tính toán và không gian lưu trữ đặt ra một thách thức to lớn. Đó là ta không thể tăng kích cỡ của nút cảm biến vì như vậy sẽ tăng chi phí và tiêu thụ thêm năng lượng, đồng thời sẽ gây khó khăn trong việc triển khai hàng nghìn nút trong mạng.
Mạng cảm biến có ưu điểm là tính di động, nhưng mạng vẫn phải đối mặt với những nhược điểm sau:
Giới hạn trong phạm vi truyền của các sensor di động (khoảng 10-
100m), dẫn đến việc truyền thông tin giữa các nút cảm biến trở nên khó khăn.
Các phương tiện truyền không dây không được bảo vệ khỏi nhiễu bên
ngoài nên có thể dẫn đến mất mát một lượng lớn thông tin.
Giới hạn dải thông khi truyền vô tuyến và kết nối không liên tục.
Cấu hình mạng thay đổi thường xuyên phụ thuộc vào sự di động của các
nút nên việc định lại cấu hình động trở nên cần thiết.
Sự kết hợp chặt chẽ giữa sensor và môi trường tự nhiên
WSNs dùng để giám sát các hiện tượng trong thế giới thực nên việc thiết kế mạng phải thích ứng với các các đặc trưng của môi trường mà nó cảm nhận. WSNs được dùng cho các ứng dụng khác nhau như là kiểm tra trong quân đội, cảnh báo cháy rừng… nên phải được thiết kế phù hợp với từng ứng dụng. Ví dụ như sensor có thể dùng để đo nhiệt độ, ánh sáng, âm thanh hay độ ẩm và tùy từng loại ứng dụng sẽ quyết định dùng loại sensor nào.
Thách thức lớn nhất trong mạng cảm biến là nguồn năng lượng bị giới hạn và không thể nạp lại, hiện nay rất nhiều nghiên cứu đang tập trung vào việc cải thiện khả năng sử dụng hiệu quả năng lượng trong từng lĩnh vực khác nhau. Trong mạng cảm biến, năng lượng được sử dụng chủ yếu cho 3 mục đích: truyền dữ liệu, xử lý dữ liệu và đảm bảo cho phần cứng hoạt động.
Hiện nay người ta cũng đang mong muốn phát triển quá trình xử lý năng lượng một cách hiệu quả mà giảm tối thiểu các yêu cầu về năng lượng qua các mức của protocol stack, đồng thời tối thiểu hóa các bản tin truyền qua mạng để điều khiển và phối hợp mạng.
CHƯƠNG 2. ĐỊNH TUYẾN TRONG MẠNG CẢM BIẾN
Do những đặc điểm riêng biệt mà định tuyến trong mạng cảm biến không dây phải đối mặt với rất nhiều vấn đề. Rất nhiều các giải thuật mới đã được đưa ra để giải quyết vấn đề định tuyến dữ liệu. Các thuật toán phải đáp ứng được các yêu cầu về ứng dụng và cấu trúc, cũng như các đặc điểm riêng của mạng. Chương này trình bày ba loại giao thức hay được dùng trong mạng cảm biến, đó là định tuyến trung tâm dữ liệu (data centric protocol), định tuyến phân cấp (hierarchical protocol) và định tuyến dựa vào vị trí (location-based protocol).