Nhƣ chúng ta đã biết, có rất nhiều nghiên cứu đã đƣợc thực hiện để giải quyết khả năng hợp tác giữa các nút cảm biến trong việc thu thập và xử lý dữ liệu và quản lý hoạt động cảm nhận trong mạng cảm biến không dây. Tuy nhiên, các nút bị ràng buộc về mặt nguồn năng lƣợng và băng thông. Vì vậy, yêu cầu cần thiết là phải phát triển đƣợc các kỹ thuật mới cho phép sử dụng hiệu quả năng lƣợng, giúp tăng thời gian sống của mạng. Các ràng buộc này cùng với đặc tính động của mạng cảm biến đem lại rất nhiều khó khăn khi thiết kế và quản lý WSN cũng nhƣ yêu cầu nhận biết năng lƣợng tại tất cả các lớp trong ngăn xếp giao thức mạng. Ví dụ ở lớp mạng, một tiêu chí quan trọng là tìm đƣợc các phƣơng pháp định tuyến và
140
chuyển tiếp dữ liệu từ các nút cảm biến về trạm gốc hiệu quả năng lƣợng để thời gian sống của mạng đƣợc tối đa.
Định tuyến trong WSN là rất khó khăn do các đặc tính cố hữu khác biệt giữa mạng cảm biến không dây với các mạng không dây khác nhƣ mạng ad hoc hoặc mạng di động.
Thứ nhất, do số lƣợng các nút cảm biến tƣơng đối lớn, hầu nhƣ không thể xây dựng một cơ chế đánh địa chỉ toàn cục để triển khai số lƣợng lớn các nút này vì chi phí duy trì ID rất cao. Vì vậy, các giao thức dựa trên IP truyền thống có thể không áp dụng đƣợc cho mạng cảm biến không dây. Ngoài ra, các nút cảm biến đƣợc triển khai theo kiểu ad hoc cần có khả năng tự tổ chức, yêu cầu hệ thống hình thành các kết nối phù hợp với cấu hình phân bố nút, đặc biệt khi hoạt động của mạng ở chế độ tự động, không có ngƣời giám sát. Trong WSN, nhiều khi hoạt động nhận dữ liệu lại quan trọng hơn việc biết địa chỉ của nút cung cấp dữ liệu.
Thứ hai, khác với các mạng truyền thông khác, hầu hết các ứng dụng của mạng cảm biến yêu cầu dòng dữ liệu từ nhiều nguồn tới một trạm gốc nào đó. Tuy nhiên điều này không ảnh hƣởng đến định dạng của dòng dữ liệu (ví dụ phát đa điểm hay ngang hàng).
Thứ ba, các nút cảm biến bị ràng buộc chặt chẽ về mặt năng lƣợng cũng nhƣ khả năng xử lý và lƣu trữ dữ liệu. Vì vậy, cần phải có các biện pháp quản lý năng lƣợng hiệu quả.
Thứ tƣ, trong hầu hết các ứng dụng, các nút trong WSN sau khi triển khai thƣờng không di chuyển, trừ một số trƣờng hợp các nút có thể di động. Các nút trong các mạng không dây truyền thống có thể di chuyển tự do, do đó cấu hình mạng thƣờng xuyên thay đổi và không dự đoán đƣợc. Tuy nhiên, trong một vài ứng dụng, các nút cảm biến cũng đƣợc phép di chuyển và thay đổi vị trí (mặc dù chúng di chuyển với tốc độ rất thấp).
Thứ năm, các mạng cảm biến thƣờng đƣợc xác định theo ứng dụng, các yêu cầu thiết kế
của một mạng cảm biến thay đổi tùy thuộc vàomục đích sử dụng. Ví dụ, yêu cầu thiết kế đảm
bảo độ chính xác trễ thấp cho ứng dụng giám sát trong quân sự khác với ứng dụng giám sát thời tiết định kỳ.
Thứ sáu, việc nhận thức vị trí của các nút cảm biến là rất quan trọng vì quá trình thu thập dữ liệu thƣờng dựa trên vị trí. Hiện nay, không thể sử dụng hệ thống định vị toàn cầu
GPS cho mục đích này. Các phƣơng pháp dựa trên tam giác đạc (trigangulation) cho phép các
nút xác định gần đúng vị trí sử dụng cƣờng độ sóng vô tuyến từ một số điểm đã biết.
Cuối cùng, dữ liệu thu thập bởi nhiều cảm biến trong WSN thƣờng dựa trên các hiện
tƣợng thông thƣờng, vì vậy xác suất dữ liệu này có sự dƣ thừa là rất cao. Sự dƣ thừa dữ liệu
này cần phải đƣợc loại bỏ nhờ các giao thức định tuyến để cải thiện việc sử dụng năng lƣợng
cũng nhƣ băng thông. Thông thƣờng, WSN là các mạng tập trung dữ liệu, dữ liệu đƣợc yêu cầu dựa trên các thuộc tính nhất định, nghĩa là đánh địa chỉ dựa trên thuộc tính. Một địa chỉ
dựa trên thuộc tính gồm một bộ các truy vấn cặp thuộc tính –giá trị. Ví dụ, nếu truy vấn có
dạng [temperatura > 60F], chỉ các nút cảm biến cảm nhận đƣợc nhiệt độ lớn hơn 60F cần gửi đáp ứng báo cáo dữ liệu của nó về trạm gốc.
Do những khác biệt này, có rất nhiều thuật toán mới đƣợc đề xuất để định tuyến trong WSN. Các giải thuật này đƣợc xây dựng dựa trên việc xem xét các đặc tính cố hữu của WSN cùng với các yêu cầu kiến trúc và ứng dụng. Nhiệm vụ tìm và duy trì tuyến trong WSN là rất
141
quan trọng, vì hạn chế năng lƣợng và tình trạng thay đổi đột ngột của các nút mạng (nhƣ nút
bị hỏng) sẽ gây ra những thay đổi về mặt cấu trúc không dự đoán đƣợc trong mạng. Để tối thiểu hóa năng lƣợng tiêu thụ, các giải thuật định tuyến đã sử dụng các kỹ thuật đặc biệt cho
WSN nhƣ tập hợp dữ liệu và xử lý trong mạng, phân cụm, gán vai trò nútkhác nhau, tập trung
dữ liệu, …