2.2. Định tuyến trong mạng cảm biến không dây
2.2.5.5. Giao thức ngưỡng nhạy cảm năng lượng thấp
Các giao thức LEACH và PEGASIS đều hỗ trợ các ứng dụng mang tính giám sát; nghĩa là thơng tin cảm biến được gửi về BS theo định kỳ. Trong nhiều ứng dụng, hệ thống giám sát chỉ cần đưa ra các cảnh báo khi có sự kiện xảy ra, ví dụ hệ thống
phần dư thừa, trùng lặp. Tuy nhiên, các giao thức này không đáp ứng được cho các ứng dụng dựa trên sự kiện, khi mà dữ liệu chỉ được truyền về BS nếu có một sự
kiện cụ thể nào đó xảy ra. Giao thức ngưỡng nhạy cảm mạng cảm biến năng lượng hiệu quả TEEN [4, 74, 81] được xây dựng nhằm cung cấp một cơ chế truyền nhận dữ liệu dựa trên sự kiện trong mạng, nơi mà các nút liên tục quan sát, cảm biến môi trường nhưng gửi dữ liệu về BS chỉ khi sự kiện xảy ra. TEEN đạt được hiệu quả sử dụng năng lượng cao nhờ vào sự điều khiển hoạt động thông qua các giá trị ngưỡng và tổ chức các nút cảm biến thành một hệ thống phân cấp với nhiều cấp độ khác
nhau giống như cấu trúc cây phân cấp. Trong kiến trúc phân cấp, dữ liệu được
truyền đi từ các nút cảm biến tới nút CH. Nút CH thu thập và tổng hợp dữ liệu từ các nút thành viên trong cụm gửi tới cùng với dữ liệu của chính nó, sau đó nó gửi
gói dữ liệu đó tới nút đứng đầu cấp cao hơn. Quá trình cứ tiếp tục như vậy cho tới khi dữ liệu tới được BS.
Dựa trên kiến trúc mạng phân cấp như vậy, TEEN cung cấp cơ chế truyền nhận dữ liệu thông qua hai ngưỡng là: Ngưỡng cứng (Hard Threshold-HT) và ngưỡng mềm (Soft Threshold-ST), chúng có thể được điều khiển và thiết lập cố định bởi người
dùng. Dữ liệu từ các nút cảm biến chỉ được gửi về BS nếu giá trị mà nó cảm nhận
được vượt qua ngưỡng cứng (HT). Tuy nhiên, nếu giá trị cảm biến này có thể đạt được trong một khoảng thời gian dài, thì dữ liệu sẽ được truyền đi một cách liên tục, điều này dẫn đến lãng phí về năng lượng. Do đó, để giảm thiểu sự truyền tải một
cách dư thừa khơng cần thiết thì ngưỡng mềm (ST) được sử dụng. Bất cứ khi nào
ngưỡng cứng (HT) bị vượt qua, các nút cảm biến sẽ kiểm tra ngưỡng mềm (ST) cho các lần quan sát tiếp theo. Khi đó thơng tin chỉ được gửi đi nếu sự chênh lệch vượt qua ngưỡng mềm (ST). Giao thức TEEN đạt được hiệu quả sử dụng năng lượng do các ngưỡng được thiết lập cố định. Tuy nhiên, TEEN không phù hợp cho các ứng
dụng mà dữ liệu cần thu thập theo định kỳ vì người dùng sẽ khơng có dữ liệu gì nếu thơng tin cảm biến dưới ngưỡng. Hơn nữa, BS có thể khơng nhận ra các nút đã chết từ các nút còn sống vì chỉ khi nào dữ liệu cảm biến từ các nút mạng vượt quá ngưỡng cứng và có biến đổi cao hơn ngưỡng mềm thì nó mới gửi về BS. Cuối cùng là dữ liệu có thể không đến được BS do CH đã hết năng lượng. Để khắc phục các
hạn chế này, Manjeshwar và Agrawal đã đề xuất APTEEN [69, 73, 81] đây được
coi là một cải tiến của TEEN. Trong APTEEN kỹ thuật TDMA được sử dụng để
truyền dữ liệu trong mỗi cụm, nút CH thực hiện việc gán cho mỗi nút một khe để
tránh đụng độ trong pha truyền dữ liệu trong nhóm. Mỗi nút cảm biến trong mạng
sẽ gửi định kỳ thơng tin mà nó cảm biến được về nút CH thông qua khe thời gian này. Ở đây, các giá trị ngưỡng cứng (HT) và ngưỡng mềm (ST) sẽ quyết định thời
điểm và mức độ thường xuyên để gửi dữ liệu. APTEEN là sự kết hợp của LEACH
và TEEN, do đó nó có thể hỗ trợ cho cả những ứng dụng truyền dữ liệu theo sự kiện và cả những ứng dụng truyền dữ liệu theo chu kỳ. Tuy nhiên, APTEEN không thể tránh khỏi các vấn đề mà LEACH gặp phải như truyền thông đơn chặng giữa các
nút thành viên trong cụm và CH với khoảng cách xa, không đảm bảo cân bằng số
nút trong các cụm. Thêm nữa, hoạt động gửi dữ liệu trong APTEEN chỉ xảy ra khi giá trị cảm biến vượt ngưỡng nên cả TEEN và APTEEN có thêm hai điểm yếu mới: Thứ nhất, khe thời gian của mỗi nút là lãng phí nếu như nó khơng có dữ liệu để gửi, trong khi các nút khác phải đợi đến khe thời gian của mình. Thứ hai, các nút khơng có cơ chế để phân biệt nút chết với nút mà giá trị cảm nhận của nó khơng vượt
ngưỡng trong một thời gian dài.