Phần này sẽ đƣa ra các yêu cầu đặc biệt và những mối quan tâm khi thiết kế các giao thức MAC cho WSN.
a. Cân bằng các yêu cầu
Đối với WSN, cân bằng các yêu cầu khó thực hiện hơn các mạng (không dây) truyền thống. Yêu cầu đầu tiên và quan trọng nhất là bảo tồn năng lƣợng. Sự quan trọng của hiệu quả năng lƣợng trong thiết kế các giao thức MAC là vấn đề tƣơng đối mới và một số các giao thức thông thƣờng nhƣ ALOHA và CSMA chƣa đề cập đến. Các đặc tính thông thƣờng khác nhƣ tính công bằng, công suất hoặc trễ đóng vai trò thứ yếu trong các mạng cảm biến. Tính công bằng không quan trọng vì các nút trong WSN không có sự cạnh tranh về băng thông nhƣng
chúng kết hợp với nhau đểcó đƣợc mục đích chung này. Đặc tính trễ truy cập/ truyền dẫn và
công suất thƣờng tỉ lệ nghịch với việc tiêu hao năng lƣợng.
Yêu cầu quan trọng khác đối với các giao thức MAC khả năng mở rộng và tính bền vững để chống lại những thay đổi về cấu hình mạng. Yêu cầu về khả năng mở rộng là hiển nhiên khi xem xét những mạng cảm biến có mật độ rất cao với hàng chục hoặc hàng trăm nút có quan hệ với nhau.
b. Vấn đề năng lượng trong lớp MAC
Nhƣ đã đề cập ở các chƣơng trƣớc, bộ thu phát của các nút tiêu thụ một lƣợng năng lƣợng đáng kể. Nó có thể có bốn trạng thái chính là truyền tin, nhận tin, nghỉ và ngủ. Hoạt động truyền tin tốn nhiều năng lƣợng, nhận tin cũng tốn năng lƣợng nhƣ truyền tin, trạng thái nghỉ có thể mất ít năng lƣợng hơn nhƣng cũng tƣơng đƣơng nhƣ việc nhận tin, trạng thái ngủ không mất năng lƣợng nhƣng tạo ra nút “điếc”. Áp dụng phần này vào hoạt động của giao
thức MAC ta có các vấn đề năng lƣợng và mục đích thiết kế nhƣ sau:
Xung đột: Xung đột là không cần thiết cho chi phí nhận tin tại nút đích, khôngcần thiết cho chi phí truyền tin tại nút nguồn và phải cung cấp thêm năng lƣợng cho việc truyền tin lại. Do đó, phải tránh xung đột hoặc bằng thiết kế (các giao thức phân chia cố định/ TDMA hoặc các giao thức phân chia theo yêu cầu) hoặc bằng cách tránh xung đột thích hợp/ đầu cuối ẩn nhƣ trong các giao thức CSMA. Tuy nhiên, nếu chắc chắn rằng ứng dụng mạng cảm biến luôn có tải đủ nhỏ thì xung đột không là vấn đề đƣợc quan tâm.
Nghe lén: Các khung truyền thông đơn hƣớng có một nguồn và một nút đích. Tuy
nhiên, môi trƣờng vô tuyến là môi trƣờng quảng bá nên tất cả các nguồn có trạng thái nhận ở
cạnh nhau đều có thể nghe tin dù không muốn. Những nút này đƣợc gọi là nghe lén tin. Các
108
năng lƣợng. Mặt khác, nghe lén đôi khi lại là mong muốn, ví dụ nhƣ khi lựa chọn thông tin lân cận nhau hoặc đánh giá lƣu lƣợng tải hiện tại cho mục đích quản lý.
Tầng trên giao thức: Tầng trên giao thức tạo bởi các khung điều khiển liên quan đến MAC là các gói tin RTS (Request To Send) và CTS (Clear To Send) hoặc các gói yêu cầu trong các giao thức phân chia theo yêu cầu.
Nghe rỗi: Nút ở trạng thái rỗi sẵn sàng nhận tin nhƣng nó vẫn chƣa nhận đƣợc gì. Sự
sẵn sàng này gây tốn kém và không cần thiết trong trƣờng hợp mạng có tải thấp. Đối với nhiều modem vô tuyến, trạng thái rỗi vẫn tiêu tốn năng lƣợng đáng kể. Tắt bộ thu phát là một giải pháp, tuy nhiên, do thay đổi chế độ hoạt động cũng tiêu tốn nhiều năng lƣợng nên tần
suất phải giữ ở mức hợp lý.Các giao thức dựa trên TDMA đƣa ra giải pháp ẩn cho vấn đề này
do nút đƣợc ấn định vào khe thời gian và nó chỉ thay đổi trạng thái hoạt động (phát/ thu) nếu các khe thời gian này tắt bộ thu phát một cách an toàn trong tất cả các khe thời gian khác.
Hầu hết các giao thức MAC sử dụng cho WSN đều sử dụng ít nhất một trong các vấn đề này để giảm năng lƣợng tiêu thụ.
Một thiết kế quan tâm đến mức tiêu thụ năng lƣợng thƣờng yêu cầu hoạt động ít phức
tạp (low complexity operation). Các nút cảm biến thƣờng đơn giản, rẻ tiền, không có khả năng lớn về xử lý, bộ nhớ và năng lƣợng. Vì vậy, các hoạt động tính toán phức tạp thƣờng tránh sử dụng. Mong muốn ở đây là dùng phần cứng cho nút có giá rẻ, bao gồm các thiết bị nhƣ bộ tạo dao động và clock. Một chú ý khi thiết kế các giao thức MAC đó là yêu cầu chặt chẽ về đồng bộ theo thời gian (cũng nhƣ yêu cầu đối với TDMA là các khe thời gian nhỏ) sẽ kéo theo yêu cầu phải thƣờng xuyên đồng bộ lại các nút lân cận, mà điều này có thể tiêu thụ năng lƣợng đáng kể.