Nút y trả lời x bằng tuyếnđã đƣợc chỉ định, đó là hai khethời gian và tần số/ mã bằng cách sử dụng thông báo TYPE2(x,y,LinkSpec). Các khe thời gian chỉ định có mối thời gian chung do nút y chấp nhận pha siêu khung của x dựa trên việc nhận thơng báo
TYPE3(y, -). Do đó, các nút lân cận đƣợc nhận ra trong trƣờng hợp đầu tiên sẽ cùng pha (và cùng chu kỳ).
Nút z sẽ quay trở lại trạng thái ngủ và cố đợi thêm một thời gian nữa. Các nút định kỳ lặp lại lời mời của chúng bằng các thông báo TYPE1(x,unattached).
Trường hợp thứ hai, nút x có sẵn các nút lân cận nhƣng nút chiến thắng y ở gần. Vì
vậy, x gửi thông báo TYPE1(x,unattached) và y cố gắng trả lời trƣớc tiên bằng thơng
báo TYPE2(x,y,unattached) của nó. Sau đó, nút x biết rằng nó có thể tự do sắp xếp
tuyến đến y do nó ở gần x. Nút x chọn hai khe thời gian và tần số phù hợp, gửi thơng báo
TYPE3(y,LinkSpec) đến y. Nó nhận pha siêu khung của x và trả lời bằng thơng báo
TYPE2(x,y,-) mang chỉ định của tuyến rỗng (có nghĩa là chỉ định tuyếncủa x đã đƣợc chấp nhận).
Trường hợp thứ ba, nút x thực sự khơng có nút lân cận, vì vậy y trả lời thông báo
TYPE1(x,unattached) của x bằng TYPE2(x,y,unattached). Nút x tiếp tục bằng
cách gửi thông báo TYPE3(y,-) mà không chỉ định tuyếnđến y và y sẽ điều chỉnh để lựa
chọn các khe thời gian và tần số. Sau đó, y gửi trả lại thông báo
TYPE2(x,y,unattached) đến x.
Trường hợp thứ tư, cả x và y đều có tuyếnvới các nút khác và các siêu khung của nó
chúng thƣờng khơng thẳng hàng. Vì vậy, x gửi thơng báo TYPE1(x,unattached) và y
trả lời bằng TYPE2(x,y,unattached). Nút x trả lời với thông báo
124
định sự dịch pha giữa các siêu khung của x và y. Sau khi nhận đƣợc thông tin này, nút y xác
định các khe thời gian cịn trống giữa hai lịch trình, chúng khơng nhất thiết phải thẳng hàng
với biên giới các khe thời gian ở một trong hai lịch trình.
Giao thức này cho phép cài đặt các tuyến tĩnh giữa các nút cố định. Do quá trình xác
định vùng bao phủ đƣợc lặp lại theo thời gian nên giao thức này phù hợp để thay đổi cấu hình mạng.
3.7 Giao thức MAC của IEEE 802.15.4
Viện Công nghệ kỹ thuật Điện và Điện tử (IEEE - Institute of Electrical and
Electronics Engineers) đã hoàn thành chuẩn IEEE 802.15.4 vào tháng 10 năm 2003. Chuẩn
bao trùm lớp vật lý và lớp MAC của mạng không dây cá nhân (WPAN - Wireless Personal
Area Network) tốc độ thấp. Tuy nhiên, rất nhiều ngƣời bị nhầm lẫn giữa IEEE 802.15.4 và ZigBee, một chuẩn nổi bật của khối liên minh ZigBee. ZigBee sử dụng các dịch vụ của IEEE 802.15.4 và thêm vào cấu trúc mạng (các mạng hình sao, mạngngang hàng/mesh, mạng hình cây), tính bảo mật, các dịch vụ ứng dụng…
IEEE 802.15.4 đƣợc dùng trong WSN, tự động hố ngơi nhà, mạng gia đình, các thiết
bị tuyến đến PC… Hầu hết các ứng dụng này chỉ yêu cầu tốc độ bit từ thấp đến trung bình
(lên đến hàng trăm kbps), trễ trung bình ở mức vừa phải mà khơng có u cầu quá chặt chẽ và với các nút đã biết thì cần phải giảm năng lƣợng tiêu thụ đến mức tối thiểu. Lớp vật lý
yêu cầu tốc độ bit là 20 kbps (kênh đơn ở dải tần 868 –868.6 MHz), 40 kbps (10 kênh ở dải
tần từ 905 đến 928 MHz) và 250 kbps (16 kênh trong dải ISM 2.4 GHz giữa 2.4 và 2.485
GHz với khoảng cách 5 MHz giữa các tần số trung tâm). Có tổng cộng 27 kênh có thể dùng đƣợc nhƣng giao thức MAC chỉ sử dụng một trong số các kênh này tại một thời điểm. Đây không phải là giao thức đa kênh.
Giao thức MAC kết hợp cả sơ đồ dựa trên lịch trình và sơ đồ dựa trên sự cạnh tranh. Đây là giao thức không đối xứng đối với các loại nút khác nhau và các luật khác nhau đƣợc sử dụng.
3.7.1 Các loại nút và vai trò của chúng
Lớp MAC phân ra làm hai loại nút:
• FFD (Full Function Device –thiết bị đầy đủ chức năng) có thể hoạt động theo ba vai
trị: nó có thể là một bộ điều phối mạng cá nhân (PAN coordinator, PAN - Personal Area
Network), một bộ điều phối (coordinator) đơn giản hoặc một thiết bị (device). Đây là những thiết bị hỗ trợ đầy đủ các chức năng theo chuẩn của IEEE 802.15.4 và có thể đảm nhận bất kỳ vai trị nào trong hệ thống.
• RFD (Reduced Function Device - thiết bịgiới hạn chức năng) chỉ có thể hoạt động nhƣ một thiết bị. Đây là những thiết bị giới hạn một số chức năng (chỉ giao tiếp đƣợc với các FFD, áp dụng cho các ứng dụng đơn giản nhƣ tắt mở đèn).
Thiết bịphảikếthợp với nút điều phối (nó phải là một FFD) và chỉ giao tiếp với nó,
cách này tạo nên mạng hình sao (star network). Các bộ điều phối có thể hoạt động ở dạng
ngang hàng và nhiều bộ điều phối có thể tạo thành một PAN. PAN đƣợc xác định bởi bộ
định dạng PAN (PAN Identifier)16 bit và một trong số chúng phải đƣợc thiết kế nhƣ một bộ điều phối PAN.
125 Bộ điều phối có các nhiệm vụ sau:
• Cố gắng liệt kê các thiết bị liên quan. Các thiết bị đƣợc yêu cầu phải liên kết hoặc không liên kết một cách rõ ràng với bộ điều phối bằng cách sử dụng các gói tín hiệu nào đó.
• Ấn định các địa chỉ ngắn cho các thiết bị đó. Tất cả các nút IEEE 802.15.4 có 64 bit
địa chỉ thiết bị. Khi thiết bị kết hợp với bộ điều phối, nó có thể có yêu cầu ấn định địa chỉ ngắn 16 bit cho tất cả các giao tiếp sau đó giữa thiết bị và bộ điều phối. Địa chỉ đƣợc ấn định cho biết gói đáp ứng liên quan đƣợc đƣa ra bởi bộ điều phối.
• Trong chế độ báo hiệu của IEEE 802.15.4, nó truyền các gói báo hiệu khung một
cách thƣờng xuyên nhằm thông báo bộ định dạng PAN, danh sách các khung còn tồn tại và
các tham số khác. Hơn nữa, bộ điều phối có thể chấp nhận vàxử lý yêu cầu để giữ khác khe
thời gian cố định cho các nút và các chỉ định phải đƣợc thể hiện trong báo hiệu.
• Thay đổi gói dữ liệu bằng các thiết bị và các bộ điều phối.
3.7.2 Kiến trúc siêu khung
Bộ điều phối của mạng hình sao hoạt động ở chế độ báo hiệu, nó thiết lập cách truy cập kênh truyền và truyền dẫn dữ liệu với sự trợ giúp của kiến trúc siêu khung nhƣ hình 3.25.