2.3.2.1. Các thông số
Có rất nhiều thông số cần quan tâm khi thiết kế giao thức MAC. Một số vấn đề quan trọng nhƣ độ trễ, khả năng lƣu thông, tính chắc chắn, khả năng mở rộng, tính ổn định và sự công bằng trong đối sử với các node đƣợc quan tâm nhất trong giao thức MAC. * Độ trễ (Delay) * Lƣu lƣợng (Throughput): * Độ chắc chắn (Robustness): * Khả năng mở rộng (Scalability): * Tính ổn định (Stability): * Sự công bằng (Fairness): * Hiệu suất sử dụng năng lƣợng:
Hiệu quả sử dụng năng lƣợng là một vấn đề quan trọng nhất trong thiết kế giao thức MAC cho WSNs. Có nhiều yếu tố ảnh hƣởng đến hiệu quả năng lƣợng của lớp MAC:
27
- Sự đụng độ (Collision): xảy ra khi có 2 hay nhiều node cùng phát tại một thời điểm. Phát lại gói bị hƣ sẽ làm tăng năng lƣợng tiêu thụ.
- Trạng thái lắng nghe (idle listening)
- Overhearing: khi node nhận đƣợc các gói dành riêng cho các node khác. - Overhead điều khiển gói
- Chuyển đổi (frequent switching): thay đổi các trạng thái hoạt động khác nhau có thể gây hao phí năng lƣợng. Hạn chế số lần chuyển đổi giữa chế độ hoạt động - ngủ của node có thể tiết kiệm năng lƣợng hiệu quả.
Giao thức lớp liên kết dữ liệu sử dụng năng lƣợng hiệu quả khi loại bỏ hay ít nhất là làm giảm hao phí năng lƣợng từ các nguồn nên trên. Hơn nữa hiệu quả có thể nâng lên bằng cách dùng các sơ đồ quản lý năng lƣợng thông minh tập trung không chỉ tại các node mà còn ở các nguồn tiêu thụ năng lƣợng khác.
2.3.2.2. Các giao thức chung:
Lựa chọn phƣơng thức MAC chủ yếu dựa trên đặc điểm của mạng WSNs. Nhiều giải thuật đƣợc nêu lên để giải quyết vấn đề chia sẻ truy cập. Các giải thuật hƣớng đến sự cân bằng giữa chất lƣợng cao nhất của việc ra quyết định và overhead để có đƣợc các quyết định này.
* Giao thức phân chia cố định (Fixed-Assignment Protocols):
Mỗi node đƣợc chia một lƣợng cố định xác định trƣớc tài nguyên kênh truyền. Dùng tài nguyên này một cách riêng biệt mà không bị tranh chấp với các node khác. Các giao thức thƣờng dùng là đa truy cập chia theo tần số (FDMA), đa truy cập chia theo thời gian (TDMA), và đa truy cập chia theo mã (CDMA).
* Giao thức phân chia theo nhu cầu (Demand Assignment Protocols):
Mục tiêu chính của các giao thức phân chia theo nhu cầu là cải thiện việc sử dụng kênh truyền bằng cách chia dung lƣợng kênh cho các node theo cách tối ƣu hay gần nhƣ tối ƣu. Không giống các giao thức phân chia cố định, dung lƣợng kênh truyền đƣợc chia độc quyền cho một node nào đó mà không cần xác định trƣớc nhu cầu thông tin hiện tại của node. Giao thức phân chia theo nhu cầu bỏ qua các node ở
28
trạng thái nghỉ và chỉ xem xét các node sẵn sàng phát. Kênh truyền đƣợc chia thành những lƣợng thời gian riêng biệt theo từng node.
- Hỏi vòng (Polling)
- Đặt khe thời gian (Reservation)
* Giao thức phân chia ngẫu nhiên (Random Assignment Protocols):
Trong giao thức phân chia cố định, mỗi node thông tin đƣợc chia một băng tần trong FDMA hay khe thời gian trong TDMA. Sự phân chia này là tĩnh, không quan tâm đến node có hay không có dữ liệu để phát. Do đó không hiệu quả nếu có nhiều thiết bị trong mạng. Khi không có dữ liệu để truyền, node ở trạng thái nghỉ, băng thông đƣợc chia bị lãng phí. Giải thuật phân chia ngẫu nhiên cố gắng để loại bỏ sự phân chia trƣớc băng thông cho các node liên lạc.
Giao thức phân chia ngẫu nhiên không thực hiện bất cứ điều khiển nào để xác định node nào có thể truy cập kế tiếp. Hơn nữa, giao thức này không chia trƣớc thời gian cho các node để phát dữ liệu. Tất cả các node trong mạng phải tranh chấp để truy cập đƣờng truyền. Sự đụng độ xảy ra khi có nhiều hơn một node phát đồng thời. Để đối phó với đụng độ, giao thức phải bao gồm các kỹ thuật để phát hiện đụng độ và lập kế hoạch cho việc phát lại các gói dữ liệu bị đụng độ.
Giao thức truy xuất ngẫu nhiên ban đầu đƣợc phát triển cho vô tuyến đƣờng dài và thông tin vệ tin. ALOHA là giao thức đầu tiên thuộc dạng này, còn gọi là pure ALOHA.Giao thức ALOHA cho phép các node truyền bất kỳ khi nào chúng có dữ liệu để phát đi. Từ ALOHA phát triển thành nhiều giao thức khác nhƣ CSMA, CSMA/CD, CSMA/CA...