CHƢƠNG 1 GIỚI THIỆU CHUNG
1.5 Giao diện dịch vụ của WSN
1.5.1 Cấu trúc của giao diện ngăn xếp giao thức/ứng dụng
Mộthệ điều hành dựa trên phần tử và ngăn xếp giao thức có thể đƣợc coi nhƣ một ứng dụng: một phần tử có thể tƣơng tác trực tiếp với các phần tử khác thông qua giao diện tồn tại giữa chúng . Ứng dụng có thể gồm một số phần tử, đƣợc tích hợp ở những nơi khác nhau trong ngăn xếp giao thức. Cách tiếp cận này có một số lợi thế: tinh gọn với cấu trúc giao thức tổng thể, dễ dàng giới thiệu mã ứng dụng cụ thể vào WSN ở các mức khác nhau và không yêu cầu giao diện dịch vụ chuyên dụng.
Nhƣng, tính tổng quát và linh hoạt cũng chính là nhƣợc điểm của phƣơng pháp này. Việc cho phép các lập trình viên ứng dụng can thiệp vào cácngăn xếp giao thức và bên trong hệ điều hành phải đƣợc giám sát cẩn thận. Trong các mạng truyền thống nhƣ Internet, các lập trình viên ứng dụng có thể truy cập vào các dịch vụ của mạng thông qua một giao diện thông thƣờng là ổ cắm. Giao diện này quy định rõ ràng về cách xử lý các kết nối, cách gửi và nhận các gói tin, và cách hỏi thông tin về trạng thái của mạng. Nhiệm vụ hiển nhiên của giao diện là trao đổi các gói tin với nhau.
Nhƣ vậy, có hai cách là thiết kế ứng dụng nhƣ là một phần tử hoặc thiết kế giao diện dịch vụ cho tất cả các phần tử. Hai lựa chọn này đƣợc chỉ ra trên hình 1.11. Giao diện dịch vụ sẽ cho phép nâng cao mức độ trừu tƣợng hố cho ứng dụng có thể tƣơng tác với WSN - thay vì phải xác định giá trị để đọc từ các cảm biến riêng lẻ, ngƣời ta mong muốn cung cấp một ứng dụng với khả năng thể hiện cảm nhận nhiệm vụ gần với ý nghĩa của ứng dụng.
38
Rõ ràng, sự tích hợp chặt chẽ của ứng dụng trong ngăn xếp giao thức sẽ tạo ra tính tối ƣu cho nhà lập trình ứng dụng. Mặt khác, nó địi hỏi phải có nhiều kinh nghiệm hơn khi sử dụng một giao diện dịch vụ chuẩn. Câu hỏi đặt ra ở đây là giá thành, sự suy giảm các đặc tính quan trọng và độ phức tạp của giao diện dịch vụ. Trong thực tế, so với mạng Internet, tính đa dạng và phức tạp về mẫu thông tin trong WSN lớn hơn nhiều. Do đó, giao diện dịch vụ thực sự có ý nghĩa và sẽ phức tạp hơn.
Hình 1.12. Hai lựa chọn giao diện dịch vụ với ngăn xếp giao diện
1.5.2 Các yêu cầu cho giao diện dịch vụ của WSN
Các chức năng quan trọng nhất mà một giao diện dịch vụ nên có là:
• Hỗ trợ các u cầu/ đáp ứng đơn giản: lấy giá trị đo từ một số cảm biến hoặc đặt
tham số cho một số nút. Đây là một mơ hìnhtƣơng tác đồng bộ và kết quả sẽ có ngay lập tức. Ngồi ra, các đáp ứng có thể yêu cầu đƣợc cung cấp định kỳ, hỗ trợ các ứng dụng đo lƣờng định kỳ.
• Hỗ trợ cho các thông báo sự kiện không đồng bộ: một nút có thể yêu cầu mạng
thơng báo khi có một sự kiện xảy ra. Đây là mơ hình khơng đồng bộ trên khía cạnh khơng tồn tại mối quan hệ giữa thời gian yêu cầu đƣợc thực hiện và thời gian thơng tin đƣợc cung cấp. Hình thức này yêu cầu không đồng bộ nên đƣợc đi kèm với khả năng hủy bỏ yêu cầu thông tin.
Mối quan tâm lớn hơn là câu hỏi làm thế nào để tập trung dữ liệu? Một lựa chọn, liên quan chặt chẽ đến phƣơng pháp công bố/ đăng ký đƣợc đƣa ra trong phần 1.4.4, nó đƣợc định nghĩa bởi một số hàm thành viên của một nhóm các nútnhƣ:
• Vị trí - tất cả các nút đều thuộc một vùng xác định phụ thuộc vào nhóm.
• Giá trị quan sát đƣợc - tất cả các nút có giá trị quan sát đƣợc phù hợp với một thuộc
tính đã cho sẽ thuộc về một nhóm. Ví dụ, u cầu nhiệt độ đo đƣợc lớn hơn 20oC.
Do các yêu cầu của giao diện dịch vụ tƣơng ứng với khái niệm công bố/ đăng ký nên phƣơng pháp này khá tự nhiên, nhƣng khơng vì thế mà nó chỉ phù hợp với các WSN.
• Chức năng xử lý trong mạng đƣợc sử dụng. Đối với hoạt động truy cập toàn bộ một
Ứng dụng
Ứng dụng
Giao diện dịch vụ
39
nhóm các nút, đặc biệt là khi đọc các giá trị từ nhóm này (hoặc đồng bộ hoặc khơng đồng bộ), nó cần phải xác định loại xử lý trong mạng nào áp dụng đƣợc cho nó. Đặc biệt, khi xử lý thay đổi bản chất của kết quả (ví dụ nhƣ hợp nhất dữ liệu) thì nó phải đƣợc sự cho phép của ứng dụng đã yêu cầu.
• Liên quan đến chức năng tập hợp là một đặc điểm kỹ thuật về độ chính xác u cầu
của kết quả. Điều này có thể có đƣợc bằng cách chỉ định giới hạn về số thành viên trong
nhóm để tạo ra kết quả. Đi kèm với độ chính xác yêu cầu là chi phí năng lƣợng chấp nhận đƣợc.
• Các yêu cầu về tính kịp thờikhi cung cấp dữ liệu là một khía cạnh tƣơng tự. Ví dụ, nó có thể cung cấp kết quả một cách nhanh chóng nhƣng với chi phí năng lƣợng cao hoặc chậm nhƣng với chi phí năng lƣợng thấp.
Nói chung, bất kỳ sự thoả hiệp nào về việc tiêu thụ năng lƣợng của sự trao đổi các gói dữ liệu cần đƣợc thể hiện càng rõ càng tốt.
• Yêu cầu để truy cập vào địa điểm, thời gian, hoặc thơng tin trạng thái mạng (ví dụ nhƣ dự trữ năng lƣợng có sẵn trong các nút) thơng qua giao diện dịch vụ.
Nó cũng có thể đƣợc sử dụng nhằmkết khối thơng tin vị trí vào cấp trừu tƣợng cao hơn để có thể nói về các đối tƣợng tƣơng ứng với cách nhìn của con ngƣời vềsự vật.
• Bảo mậtcũng là một đặc tính thƣờng xuyên đƣợc sử dụng .
• Hỗ trợ kết nối giữa các nútkhác nhau, toàn bộmạng lƣới hoặc truy cập đơn giản vào các dịch vụ trong một mạng “chƣa biết”.