Trong khi hoạt động ở Robust mode (Rmode), thỡ chức năng của CSN tƣơng tự nhƣ Chord trong P2P và cú thể giải quyết việc tra cứu dữ liệu với một ràng buộc về độ phức tạp O(logN) thụng điệp. Nhƣng khi tra cứu dữ liệu đƣợc thực hiện với hoạt động tiờu thụ năng lƣợng lớn hơn, nhƣ việc mỗi nỳt gửi một thụng điệp trực tiếp đến một nỳt với đƣờng truyền xa từ nú. Nờn Rmode sẽ đƣợc sử dụng khi ứng dụng yờu cầu độ trễ khụng thể đỏp ứng đƣợc bằng EEmode. Trong EEmode cỏc hoạt động gửi thụng điệp đến một nỳt đƣợc tỏch ra từ phõn tớch định tuyến thực tế và định tuyến của thụng điệp diễn ra chỉ với nỳt hàng xúm gần nhất của nú.
Hỡnh 2.5: Sự giao thoa về xử lý giữa Rmode và EEmode
Ta xem xột vớ dụ thể hiện trong hỡnh 2.5. Cỏch phƣơng thức định dạng cỏc cụm đảm bảo khoảng cỏch (α1 , α4) ≥ khoảng cỏch (α1, α2). Do đú, nếu α1 quyết định gửi tin nhắn trực tiếp đến α4, diễn ra trong Rmode thỡ số cỏc bƣớc nhảy của thụng điệp sẽ là tối thiểu nhƣng với mức chi phớ giành cho năng lƣợng lớn hơn cả α1, α4. Mặt khỏc, theo EEmode, α1 sẽ định tuyến cỏc thụng điệp đến α4 thụng qua α2, α3. Số lƣợng cỏc bƣớc nhảy của thụng điệp cung cấp sẽ lớn hơn Rmode nhƣng năng lƣợng tiờu thụ cho mỗi bƣớc nhảy sẽ ớt hơn.
EEmode là chế độ mặc định của CSN và CSN sẽ chuyển sang Rmode chỉ khi yờu cầu về ứng dụng cú độ trễ mà EEmode khụng đỏp ứng đƣợc. Ứng dụng cho phộp độ trễ, gọi là d, đƣợc so sỏnh với độ trễ của giỏ trị ngƣỡng Γd và nếu (d ≤ Γd) Rmode hoặc EEmode.Với Rmode tất cả cỏc thụng điệp của một nỳt đƣợc phõn phối trực tiếp đến nú. Trong khi đú, trong EEmode tất cả cỏc thụng điệp đến một nỳt sẽ đƣợc chuyển tiếp một cỏch giỏn tiếp, bằng cỏch mỗi thụng điệp sẽ đi qua hàng xúm gần nhất với nỳt gửi tin trƣớc. Một hỡnh thức lai giữa EEmode và Rmode cũng cú thể thực hiện đƣợc. Trong việc lai giữa hai chế độ sẽ đƣa ra quyết định giữa việc nờn sử dụng Rmode hay là EEmode.
2.1.5. Lưu đồ kỹ thuật Chord cho mạng cảm biến khụng dõy Lưu đồ kỹ thuật truyền tin trong CSN
Bắt đầu Đỳng Sai Bản tin Giao thức Chain Giao thức SAM Chế độ EEmode Chế độ Rmode
Xử lý bản tin tại điểm đớch Độ trễ lớn
Lưu đồ liờn kết mạng trong CSN
2.1.6. Nhận xột về kỹ thuật Chord cho mạng cảm biến
Ưu điểm: CSN cung cấp phƣơng tiện để định vị dữ liệu trong mạng cảm biến khụng dõy hiệu quả. Cỏc cảm biến của CSN hoạt động ở chế độ năng lƣợng thấp, trừ khi cú những truy vấn từ ứng dụng đƣợc thực hiện. Điều này làm tăng đỏng kể tuổi thọ của mạng cảm biến, đặc biệt là khi truy vấn dữ liệu từ ứng dụng là việc ớt khi xảy ra. Hiệu suất Rmode của CSN là rất ấn tƣợng, cựng với EEmode, CSN thực hiện việc tra cứu dữ liệu với độ phức tạp O(logN) nờn cung cấp một đảm bảo mạnh mẽ cho cho cỏc ứng dụng chạy với hiệu suất rất cao. CSN cũng đƣợc cho là phự hợp với mạng cảm biến quy mụ lớn.
Hạn chế: Với CSN việc giải quyết cỏc vấn đề về di động của cỏc nỳt là một thỏch thức khụng nhỏ. Bởi cỏc giao thức trong CSN đũi hỏi sự sắp xếp nghiờm ngặt của cỏc nỳt và cỏc đƣờng định tuyến. Giải quyết cho vấn đề này bằng cỏch cập nhật nhanh cỏc thay đổi của finger table nhằm giữ cho cỏc finger table liờn tục đƣợc cập nhật. Trong CSN mỗi nỳt ở cấp i=0 thỡ việc lƣu trữ cỏc finger table khụng chỉ là O(logN) cỏc nỳt thành viờn của nhúm C mà
Successor(ID) Kiểm tra nỳt hang xúm gần
nhất
Predecessor (ID) IDi < IDi+1
Đỳng
cũn của tất cả cỏc thành viờn ở cấp thấp hơn. Điều này làm tăng yờu cầu về lƣu trữ của cỏc nỳt cảm biến và giới hạn lƣu trữ của nỳt cú thể sẽ trở thành hạn chế lớn cho khả năng mở rộng mạng. Một số cỏc nghiờn cứu khoa học khỏc đang thực hiện nhằm giải quyết vấn đề này. Đú là tăng khụng gian lƣu trữ của bộ cảm biến vật lý.
2.2. Kỹ thuật định tuyến băm ụ – CHR ( Cell Hash Routing)
2.2.1 Nghiờn cứu về CHR
CHR tập trung vào cỏc vấn đề của việc thực hiện bảng băm phõn tỏn trong mạng khụng dõy ad-hoc. Đƣợc thiết kế với mục tiờu trƣớc tiờn dựng để đối phú với vấn đề hạn chế năng lƣợng, phạm vi giao tiếp trong toàn mạng và việc dịch chuyển của cỏc nỳt trong mạng.
CHR phải khắc phục cỏc vấn đề nhƣ năng lƣợng hạn chế, phạm vi giao tiếp và tớnh di động bằng cỏch sử dụng nỳt thụng tin vị trớ trờn đầu cỏc cụm của DHTs. CHR đó chia khụng gian thành cỏc ụ cú kớch thƣớc nhƣ nhau và đều cú hỡnh dạng ụ vuụng, nhƣ dạng lƣới đƣợc minh họa trong hỡnh 2.6. Tất cả cỏc nỳt trong cựng một ụ, thuộc cựng một cụm. CHR sử dụng khỏi niệm của cụm nhƣ một loại “super node”, nơi cỏc tƣơng tỏc xảy ra ở cấp độ cụm. Vỡ ụ là bất biến, cụm cú thể nhận đƣợc một nhận dạng khụng thay đổi theo thời gian. Vỡ vậy, cỏc nỳt luụn luụn cú thể xỏc định cỏc cụm của chỳng, thậm chớ tự động về mặt kịch bản, khi mà chỳng di chuyển từ ụ này sang ụ khỏc.
Kớch thƣớc của cỏc ụ bị giới hạn bởi phạm vi giao tiếp của cỏc nỳt, bởi vỡ một nỳt trong một ụ phải luụn lắng nghe bất kỳ ụ nào khỏc, hoặc nội bộ trong ụ của mỡnh hoặc trong bất cứ ụ lõn cận nào. Giả định rằng cú một loạt thụng tin liờn lạc của R, vỡ vậy kớch thƣớc cỏc ụ vuụng nhiều nhất là
8
R .
CHR sử dụng một đề ỏn định tuyến dựa trờn GPSR kết hợp cựng với một thuật toỏn tiền xử lý. Hàm băm xỏc định cụm duy nhất mà sẽ giữ 1 cặp gồm: (khúa, giỏ trị ). Trong trƣờng hợp của cặp đụi (khúa A, giỏ trị A), cụm giành cho nhận dạng băm (khúa A) sẽ chịu trỏch nhiệm lƣu trữ giỏ trị A. Vớ dụ: Hóy xem
xột cặp (“Bob”, 18), nơi mà chỡa khúa “ Bob ” băm đến ụ 144. Trong trƣờng hợp này, giỏ trị 18 sẽ đƣợc lƣu trữ vào ụ 144. Cụng thức (1) dƣới đõy chi thấy làm thế nào để xỏc định địa chỉ của một ụ. Dx và Dy là hai kớch thƣớc độ lớn của khụng gian; dx, dy là kớch thƣớc của mỗi ụ và Lx, Ly là tọa độ của điểm trung tõm trong một ụ ( nú cú thể là bất cứ điểm nào bờn trong ụ). Vớ dụ, cụng thức này rất hữu ớch để cho một nỳt xỏc định số trong ụ chứa nú.
Hỡnh 2.6: Phõn chia khụng gian thành cỏc ụ với kớch thước cố định
Cụng thức: A = [ Dx/dx] * [Ly/dy] + [Lx/dx] (1)
2.2.2. Phần bờn trong của một ụ
Do kớch thƣớc của một ụ bị giới hạn bởi phạm vi giao tiếp giữa cỏc nỳt. Một yờu cầu bắt buộc là một ụ luụn luụn phải giao tiếp đƣợc với bất cứ nỳt nào ở trong hay ngoài ụ của mỡnh hoặc cỏc ụ lõn cận. Hạn chế này đƣa ra sẽ đảm bảo rằng trong hầu hết cỏc trƣờng hợp, cỏc nhúm mạng vẫn đƣợc kết nối, miễn sao mạng khởi tạo ban đầu cú kết nối, ngay cả khi chỉ cú một nỳt đang hoạt động trong một ụ.
Điều này cú thể đƣợc nhỡn thấy trong hỡnh 2.6. Cú 8 ụ, mỗi ụ cú chứa một nỳt. Yờu cầu cỏc nỳt trong một ụ cú thể giao tiếp với tất cả cỏc nỳt khỏc trong ụ và cỏc ụ lõn cận. Việc này làm đƣợc chủ yếu là do: Thứ nhất là cỏc chƣơng trỡnh định tuyến yờu cầu cỏc nỳt kiểm tra cú hay khụng cú cỏc ụ lõn cận gần nú. Thứ hai là khụng sử dụng thuật toỏn để tỡm ra nỳt chủ mà bằng cỏch làm cho cỏc nỳt cú thể giao tiếp ngang hàng với cỏc nỳt hàng xúm của nú. Sử dụng một trong hai cỏch theo kiểu ngẫu nhiờn để chia truyền tải định tuyến cho tất cả cỏc nỳt. Vớ dụ, một nỳt cần phải định tuyến cho một thụng
điệp đi qua một số ụ lõn cận, nú cú thể tuỳ ý chọn một nỳt thuộc ụ lõn cận nhƣ một bƣớc nhảy tiếp theo. Nếu khụng cần chuyển sang ụ khỏc, cỏc nỳt của một ụ sẽ chuyển tiếp thụng điệp nội bộ.
CHR cần biết cỏc nỳt trong ụ lõn cận chủ yếu là vỡ 2 lý do:
Thứ nhất là: Cỏc chƣơng trỡnh định tuyến yờu cầu cỏc nỳt biết đƣợc rằng cú hay khụng cú cỏc ụ liền kề cú chứa nỳt.
Thứ hai là: CHR khụng yờu cầu việc liờn kết với cỏc nỳt của một ụ đến cỏc nỳt của ụ lõn cận. Chỉ cần cú thể liờn kết một phần nhỏ cú thể sử dụng phƣơng phỏp chia sẻ tải định tuyến đến tất cả cỏc nỳt.
Hỡnh 2.7: Định nghĩa về đồ thị của cỏc cụm
Hỡnh 2.9: Home cell và Home perimetter
Giả định trong hỡnh 2.7 là trƣờng hợp tất cả cỏc nỳt liờn kết với những nỳt khỏc trong ụ của mỡnh và ụ lõn cận.
Giả định trong hỡnh 2.8 là một thụng bỏo truyền dẫn bờn trong một ụ bị lỗi. Với việc bắt đầu tại S gúi tin di chuyển đến vị trớ X, và khụng tỡm thấy đƣờng định tuyến đến D. Tuy nhiờn giả định trƣờng hợp này mang tớnh tham khảo vỡ hón hữu, rất ớt khả năng cú thể xảy ra.
Giả định ở hỡnh 2.9, mụ tả gúi tin chuyển tiếp theo chế độ chu vi (perimetter). Giống nhƣ GHT, khi gúi tin đi vào một cụm cỏc nỳt bao quanh điểm đến T, gúi tin sẽ di chuyển một cỏch tuần tự đến với nỳt gần điểm đến nhất. H sẽ là home cell, và cụm cỏc nỳt bao quanh T là home perimetter.
2.2.3. Định tuyến trong CHR
Bằng cỏch sử dụng GPSR cho việc định tuyến thụng điệp (chi tiết về GPSR sẽ đƣợc trỡnh bày ở mục 2.6), CHR cú thể làm theo một cỏch tiếp cận tƣơng tự nhƣ GHT để giải quyết ụ trống là một số khúa cú thể đƣợc rời đi khi khụng cú những nỳt giành để lƣu trữ chỳng. CHR mạnh mẽ hơn bởi một khúa cú thể đƣợc lƣu tại nhiều nỳt, cho phộp bảng băm phõn tỏn cú thể giải quyết tốt hơn những thay đổi đột ngột về trạng thỏi cỏc nỳt.
Hầu nhƣ tất cả cỏc phƣơng phỏp định tuyến đều bao gồm hai phần: Phần thứ nhất là thuật toỏn định tuyến tiền xử lý là một bộ giành cho tất cả cấu trỳc dữ liệu. Phần thứ 2 là cỏc thuật toỏn định tuyến phõn tỏn. Giành cho cỏc
chƣơng trỡnh định tuyến theo địa lý. Trong đú, phổ biến và hay sử dụng nhất là GPSR, sử dụng chiến lƣợc định tuyến dựa theo phƣơng phỏp tham lam nhằm chuyển tiếp thụng điệp đến những nỳt hàng xúm gần nhất với điểm đớch cần truyền. Khi nú tỡm thấy vựng tối thiểu gần với điểm đớch. Sẽ chuyển sang chế độ chu vi (tức là perimetter giống nhƣ GHT) và xõy dựng cỏc đƣờng định tuyến xung quang điểm đến. Ngay sau khi tỡm thấy hàng xúm gần nhất với điểm đớch. GPSR sẽ chuyển trở lại chế độ tham lam. Những hạn chế lớn nhất của thuật toỏn là chỉ cú thể định tuyến trờn đồ thị phẳng. Để khắc phục vấn đề này ta sẽ sử dụng CHR để định tuyến trong đồ thị khụng phẳng. Điều này giỳp đơn giản hoỏ cỏc thuật toỏn tiền xử lý và cho phộp GPSR thực hiện tốt hơn.
Một DHT lƣu trữ một cặp gồm (key, value) tại cỏc nỳt của nú. Một trong những khớa cạnh khỏc biệt của CHR là lƣu trữ cỏc giỏ trị theo cụm (cluster) thay vỡ cỏc nỳt.
2.2.4. Lưu đồ kỹ thuật định tuyến băm ụ Lưu đồ kỹ thuật truyền tin trong CHR
Bản tin
Chuyển tiếp theo thuật toỏn tham đến ụ lõn cận
Chuyển tiếp theo chu vi
Tỡm chu vi bao quanh ụ chứa điểm đến
Xỏc định ụ chủ
Chuyển tiếp nội bộ đến nỳt đớch Xử lý thụng tin của ụ chủ
Bắt đầu
Lưu đồ kỹ thuật xỏc định liờn kết mạng trong CHR
2.2.5. Nhận xột về CHR
CHR với những ƣu điểm của mỡnh là một thay thế khả thi để xõy dựng bảng băm định tuyến trong mạng khụng dõy ad-hoc. Tuy nhiờn CHR khụng thực sự khả thi khi ỏp dụng với WSNs với những hạn chế cũn tồn tại của
Mạng vật lý
Phõn chia thành cỏc ụ trong khụng gian ảo
Liờn kết một nỳt đến nỳt thuột ụ lõn cận Liờn kết cỏc nỳt nội bộ của một ụ
Liờn kết với ụ lõn cận
Tạo liờn kết và lƣu trữ tuyến trong DHT
Bắt đầu
mỡnh. Do đú việc theo đuổi nghiờn cứu nhằm bổ sung cỏc cơ chế nhằm giải quyết cỏc nhƣợc điểm của CHR vẫn đang đƣợc tiếp tục nghiờn cứu.
Cụ thể là:
- Cấu trỳc động của ụ: Nhƣ vớ dụ của hỡnh 2.8. Khi một nỳt rời khỏi mạng. Tƣơng đƣơng với một ụ rời mạng. Mạng sẽ cần cung cấp sự thay đổi về khúa của nú đến ụ chủ. ễ đú cần truy vấn đến chu vi chủ (home primeter). Việc thay đổi này dẫn đến ụ đú trở thành ụ trống và cập nhật lại cấu trỳc mạng là một điều khú khăn.
- Khụng tỡm thấy liờn kết nội bộ giữa cỏc nỳt trong ụ hoặc cỏc ụ lõn cận: Trong một trƣờng hợp, liờn kết trong mạng khụng tỡm thấy nỳt lỏng giềng bờn trong cựng một ụ, hoặc ụ lõn cận. Khắc phục điều này bằng cỏch tạo ra một bảng định tuyến để duy trỡ cập nhật sự liờn kết bờn trong ụ và liờn kết với cỏc ụ lõn cận là một giải phỏp.
- Vấn đề xỏc định vị trớ của cỏc ụ: Trong những tỡnh huống trỡnh bày ở trờn là một giả thiết về việc luụn xỏc định vị trớ chớnh xỏc của cỏc ụ. Nhƣng thực tế khụng phải hoàn toàn nhƣ vậy. Hậu quả của việc này dẫn đến một nỳt khụng xỏc định đỳng ụ chứa của mỡnh.
- Việc phõn cụm cũng cú thể gõy mất kết nối: Tuy khụng phải là thƣờng xuyờn, nhƣng việc phõn cụm cỏc nỳt vào cỏc ụ cũng dẫn đến việc ngắt kết nối trong mạng. Sự kiện này mặc dự là hiếm, đặc biệt trong mạng lƣới dày đặc thỡ sử dụng CHR càng ớt gặp.
- Cỏc yờu cầu về khả năng chịu lỗi: Một trong những sự cố mà CHR trỏnh càng nhiều càng tốt đú là sự mất mỏt cặp lƣu trữ gồm: khúa và giỏ trị. Đề xuất giải quyết vấn đề này bằng cỏch sử dụng cỏc ngƣỡng nhằm đảm bảo cỏc khúa lan truyền đầy đủ trong một ụ, cựng với việc băm khúa và nhõn rộng nội dung trong cỏc tế bào khỏc nhau.
2.3 Kỹ thuật bảng băm phõn tỏn dựa theo cấu trỳc của mạng T-DHT ( Topology based Distributed Hash Table ) T-DHT ( Topology based Distributed Hash Table )
2.3.1 Nghiờn cứu về T-DHT
Trong phƣơng phỏp này, Olaf Landsiedel và cỏc cộng sự đó giới thiệu T-DHT nhƣ một cơ sở hạ tầng để lƣu trữ dữ liệu tập trung, xử lý thụng tin và đinh tuyến trong mạng khụng dõy ad hoc và mạng cảm biến WSNs. Về khả năng mở rộng cơ sở hạ tầng lƣu trữ dữ liệu tập trung. Nú khụng dựa vào thụng tin vị trớ và hoạt động ngay cả khi xuất hiện những khoảng trống trong mạng.
Tiến bộ trong nghiờn cứu phần cứng tớch hợp cao với điện năng tiờu thụ thấp, cụng nghệ truyền thụng khụng dõy, và hệ điều hành nhỳng cho phộp xõy dựng cỏc loại hỡnh mạng mới cho mạng ad-hoc cựng mạng cảm biến. Một mạng lƣới cảm biến cú thể bao gồm hàng trăm nỳt, hạn chế về xử lý, lƣu trữ và khả năng giao tiếp giữa cỏc nỳt trong mạng. Mạng cảm biến cũng cung cấp số lƣợng lớn cỏc phộp tớnh toỏn, đo đạc chi tiết. Và chỳng cần đƣợc tổng hợp, đỏnh giỏ trong mạng lƣới phõn phối. Tuy nhiờn, với dữ liệu đƣợc trải rộng toàn bộ mạng và gặp nhiều khú khăn trong việc truy cập thụng tin. Hơn nữa, năng lƣợng cho cỏc nỳt cảm biến luụn là hạn chế và thụng tin liờn lạc giữa cỏc nỳt lại đũi hỏi việc tiờu thụ phần lớn năng lƣợng. Truyền dữ liệu là một trong số đú.
Trong mạng cảm biến, dữ liệu truyền thƣờng đƣợc coi là quan trọng hơn là nỳt, nhất là trong việc thu thập và lƣu trữ. Vỡ vậy mà phƣơng phỏp lƣu