2.4. Tổng quan về tiết kiệm năng lượng của các giao thức lớp MAC
Giao thức điều khiển truy nhập đường truyền (MAC) đã được phát triển để giúp mỗi nút quyết định khi nào và làm sao để truy nhập kênh. Vấn đề này cũng được biết như sự định vị kênh hoặc đa truy nhập. Lớp MAC được xem xét bình thường như một lớp con của lớp liên kết dữ liệu trong giao thức mạng.
Các thành phần truyền thống trong khung xử lý thơng tin kết hợp hoạt động chính ở các giao thức lớp MAC. Một giao thức MAC hoạt động hiệu quả thể hiện ở chỗ nó có thể hỗ trợ một nút cảm biến nhận biết lúc nào và khi nào nút đó truy nhập vào kênh truyền không dây để tránh nghẽn, overhearing và giảm các gói tin dư thừa trong mạng. Ngồi ra, nó cịn phải kiểm sốt được năng lượng tiêu thụ ở các cảm biến trong quá trình hoạt động.
2.4.1. Giao thức XT - MAC
Giao thức XT-MAC là một giao thức ở lớp MAC sử dụng một công nghệ được gọi là “chu kỳ hoạt động ngắn”. Bằng việc rút ngắn thời gian hoạt động đồng thời với duy trì mật độ hoạt động tối thiểu của mạng, các cảm biến có thể dự trữ năng lượng và giúp mạng hoạt động lâu dài.
2.4.1.1. Giao thức MAC cho hệ thống định vị WSN.
Định vị trong WSN khác với các ứng dụng truyền thống WSN vì hoạt động MAC của nó có một số tính chất riêng biệt như sau: Phần lớn thời gian các cảm biến không hoạt động phụ thuộc vào tần số xuất hiện của mục tiêu. Khi có một sự kiện xảy ra trong mạng, các nút sẽ giao tiếp với các nút lân cận để phát hiện và thay đổi hoạt động của các cảm biến không cần thiết nhằm tăng tính tin cậy của hệ thống. Các tính chất của đối tượng cần phải được báo cáo về các BS theo thời gian thực. Tính chất trên cho thấy các cảm biến trong mạng thường xuyên ở trạng thái INACTIVE, và các đường truyền dữ liệu chủ yếu được thiết lấp giữa các nút đến BS hoặc giữa các nút với nhau.
Hệ thống định vị WSN sử dụng giao thức XT-MAC này hướng tới việc làm giảm số lượng gói tin overhearing và hạn chế tranh chấp. Hệ thống giám sát đóng vai trị quan trọng trong giao thức XT-MAC. Thay vì tối ưu mạng để tránh các gói tin overhearing, giao thức XT-MAC trong mạng cảm biến theo dõi mục tiêu ở mức thấp để tránh xung đột, tối ưu năng lượng và tạo ra chu kỳ hoạt động ngắn.
2.4.1.2. Mô tả giao thức XT-MAC
Một số tính chất của giao thức XT-MAC được thể hiện như sau:
Tiết kiệm năng lượng vì chế độ CSMA/CA khơng hoa tiêu, không khe thời gian (unbeaconed unslotted CSMA / CA) khơng cần các gói tin RTS / CTS. XT-MAC có 2 chế độ hoạt động là ACTIVE và INACTIVE. Ở trạng thái
ACTIVE, các nút mạng sẽ hoạt động tích cực và có khẳ năng hạn chế tối đa trễ trong quá trình truyền tin. Để tránh lãng phí năng lượng, nếu một nút không hoạt động trong một thời gian nhất định, nó sẽ chuyển sang trạng thái INACTIVE. Ở trạng thái INACTIVE, các nút sẽ không trao đổi bản tin, ngoại trừ bản tin điều khiển gọi là strobes. Lưu ý, ACTIVE và INACTIVE chỉ ảnh hưởng đến trạng thái trao đổi thơng tin giữa các cảm biến. Nói cách khac, các nút mạng INACTIVE vẫn có khả năng theo bám mục tiêu.
Khi ở trạng thái INACTIVE, nút mạng chuyển sang ACTIVE khi nó nhận được yêu cầu nhất định từ các lớp trên hoặc nhận được gói tin strobes từ nút mạng khác.
Khi một nút muốn gửi dữ liệu đến nút lân cận, trước tiên, nó sẽ gửi một chuỗi các bản tin strobes để kích hoạt nút đích sang trạng thái ACTIVE. Các bản tin strobes được gửi định kỳ trong khoảng chu kỳ hoạt động. Thêm nữa, giữa các lần gửi strobes có một khoảng thời gian nhất định đảm bảo nút đích sẽ nhận và gửi bản tin hồi đáp lại. Bản tin strobes sẽ ngừng gửi khi nút nguồn nhận được bản tin hồi đáp.
Preamble là một gói tin của lớp MAC chứa các thông tin về địa chỉ nút nguồn, nút đích. Việc gắn các địa chỉ này vào gói tin strobes sẽ giúp hạn chế được vấn đề overhearing. Khi một nút kiểm tra gói tin strobes, nó sẽ kiểm tra luôn cả trường địa chỉ. Nếu địa chỉ không phải của nó hoặc địa chỉ broadcast, nó sẽ khơng chuyển sang ACTIVE.
Gói tin có thể gửi mà không cần strobes trong trường hợp nút nguồn chắc chắn là nút đích của nó đang ACTIVE.
Hoạt động của XT-MAC được mơ tả ở hình 2.8 dưới đây: