Để khắc phục hạn chế về khoảng cách ngƣời ta sử dụng các trạm chuyển tiếp. Bằng cách đó, các gói dữ liệu đƣợc đƣa qua nhiều trạm từ nguồn đến bộ thu. Khái niệm về mạng đa bƣớc nhảy(minh họa trong hình 1.7) sử dụng rất hiệu quả cho các WSN, trong đó bản thân mỗi nút cảm biến có thể đƣợc coi nhƣ các nút chuyển tiếp. Tùy thuộc vào ứng dụng cụ thể, khả năng có nút cảm biến trung gian ở đúng vị trí cần thiết là khá cao. Ví dụ, trong một khu vực nhất định đƣợc trang bị đồng đều các nút cảm biến, không phải lúc nào cũng tồn tại tuyến đƣờng đa bƣớc nhảytừ nguồn tới bộ thu, và cũng khơng thể đảm bảo tuyến đƣờng đó là đủ ngắn.
Trong khi đa bƣớc nhảy là một giải pháp hiển nhiên để khắc phục vấn đề về khoảng cách lớn hoặc chƣớng ngại vật thì nó cũng đƣợc u cầu để nâng cao hiệu quả năng lƣợng của thông tin. Trong hầu hết các mơi trƣờng, sự suy giảm các tín hiệu vơ tuyến có bậc lớn hơn hoặc bằng2 (thƣờng là lớn hơn), sử dụng các trạm chuyển tiếp thay vì truyền thơng trực tiếp sẽ tiêu thụ ít năng lƣợng hơn. Với mục tiêu có SNR khơng đổi ở tất cả các máy thu (giả sử tỉ lệ sai số không đáng kể tại SNR này), năng lƣợng bức xạ cần thiết để giao tiếp trực tiếp qua khoảng cách d là cd (c là hằng số, ≥ 2 là hệ số suy hao); sử dụng mộttrạm chuyển tiếp ở khoảng cách d/2 làm giảm năng lƣợng này xuống 2c(d/2) .
Tính tốn này chỉ quan tâm tới năng lƣợng bức xạ mà không chú ý đến năng lƣợng tiêu thụ, thực tế là có sự tiêu thụ năng lƣợng tại các nút chuyển tiếp trung gian. Nếu giả sử rằng các nút chuyển tiếp này thuộc WSN thì khi tính tổng năng lƣợng tiêu thụ vẫn phải đƣa chúng vào phép tính. Rất dễ nhận thấy là sẽ phí năng lƣợng khi các nút chuyển tiếp trung gian sử dụng cho các khoảng cách d ngắn. Chỉ với khoảng cách d lớn, năng lƣợng bức xạ mới chiếm ƣu thế trong chi phí năng lƣợng cố định tiêu thụ của bộ phát và bộ thu. Đây là khoảng cách cụ thể, khi mà giao tiếp trực tiếp và đa bƣớc nhảycân bằng nhau, nó phụ thuộc rất nhiều vào các tham số của thiết bị và môi trƣờng cụ thể. Tuy nhiên, mối quan hệ này thƣờng không đƣợc xem xét.
29
chuyển tiếp. Trong mạng nhƣ vậy, nút sẽ nhận gói tin một cách trực tiếp trƣớc khi nó đƣợc
chuyển đến một nơi nào đó. Một phƣơng pháp mới đƣợc sử dụng để khai thác gói tin nhận đƣợc ngay cả khi nó bị sai. Ví dụ, khi nhiều nút gửi cùng một gói tin và mỗi chuyển tiếp riêng lẻ không thể nhận đƣợc, nhƣng tập hợp lại, một nút có thể tái tạo lại các gói dữ liệu một cách đầy đủ. Kỹ thuật hợp tác chuyển tiếp nhƣ vậy không đƣợc xem xét ở đây.
1.2.3 Ba loại chuyển động
Ƣu điểm chính của giao tiếp vơ tuyến là khả năng hỗtrợ cho các ứng dụng có đối tƣợng di chuyển. Trong các mạng cảm biến khơng dây, di chuyển có thể xuất hiện dƣới ba hình thức chính: nút di chuyển, bộ thudi chuyển và đối tƣợng di chuyển.
Nút di chuyển: Bản thân các nút cảm biến khơng dây có thể di chuyển đƣợc. Ý nghĩa
của tính di chuyển này sẽ khác nhau trong từng ứng dụng cụ thể. Để giám sát mơi trƣờng thì khơng nên dùng các nút di chuyển; trong giám sát chăn nuôi (các nút cảm biến gắn liền với gia súc) thì đây lại là quy luật phổ biến.
Khi sử dụng nút di chuyển, các mạng phải thƣờng xuyên tự tổ chức lại để nó hoạt động đúng chức năng. Rõ ràng là có sự thoả hiệp giữa tần số và tốc độ của việc di chuyển nút cũng nhƣ năng lƣợng cần để duy trì chức năng mong muốn của mạng.
Bộ thudi chuyển: Bộ thuthông tin có thể di chuyển (hình 1.8). Đây có thể đƣợc coi là một trƣờng hợp đặc biệt của nút di chuyển. Điểm khác biệt là bộ thuthông tin không phải là một phần của mạng cảm biến. Ví dụ, ngƣời sử dụng yêu cầu thông tin qua PDA khi đi bộ trong một tịa nhà thơng minh.
Trong trƣờng hợp đơn giản, ngƣời yêu cầu có thể tƣơng tác với WSN tại một thời điểm và hoàn thành các tƣơng tác trƣớc khi di chuyển. Ngƣời yêu cầu đƣợc phép tƣơng tác với nút bất kỳ hoặc chỉ với các nút cụ thể là lựa chọn thiết kế cho các lớp giao thức thích hợp.
Đối tƣợng di chuyển:Trong các ứng dụng phát hiện sự kiện hoặc các ứng dụng theo dõi, sự kiện hoặc đối tƣợng đƣợc theo dõi có thể di chuyển. Trong trƣờng hợp này, tại một thời điểm, nó thƣờng bị giám sát bởi một số cảm biến.
Do đó, cảm biến sẽ “thức” quanh đối tƣợng, giữ mức hoạt động cao hơn để quan sát đối tƣợng hiện tại, và sau đó trở về trạng thái “ngủ”. Khi nguồn di chuyển trong mạng, nó cũng di chuyển trong vùng hoạt động của mạng – đây đƣợc gọi là mơ hình frisbee. Khái niệm này đƣợc mơ tả trên hình 1.9, nhiệm vụ của nó là phát hiện một con voi đang di chuyển và quan sát khi nó di chuyển xung quanh. Các nút khơng chủ động phát hiện sự kiện thƣờng có trạng thái ngủ ngắn hơn, trừ khi nó đƣợc yêu cầu để truyền thông tin từ vùng hoạt động đến một số bộ thu ở xa (điều này khơng đƣợc hiển thị trong hình 1.9).
30