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 trữ dữ liệu trung tõm đƣợc đề xuất tại cỏc kỹ thuật trờn cũng đƣợc ỏp dụng vào trong T-DHT. Trong phƣơng phỏp này, dữ liệu đƣợc đặt tờn, vớ dụ nhƣ: “Nhiệt độ trung bỡnh”, và thụng tin liờn lạc và lƣu trữ sẽ liờn quan trực tiếp đến tờn này. Một bản đồ băm cặp khoỏ – giỏ trị. Khụng gian khoỏ đƣợc phõn phối giữa cỏc nỳt tham gia. Khi thu thập và lƣu trữ dữ liệu, cỏc truy vấn cú thể trực tiếp gửi đến nỳt chịu trỏch nhiệm cỏc khoỏ tƣơng tự.
Bước 1: Xõy dựng một khụng gian tọa độ ảo, đại diện cho những cấu trỳc liờn kết mạng.
Bước 2: Phần trờn của cỏc tọa độ chỳng ta xõy dựng một bảng băm 2 chiều, nơi đú mỗi nỳt duy trỡ dữ liệu gần với vị trớ ảo của nú.
Trong phƣơng phỏp này xõy dựng một bảng băm phõn tỏn gồm 2 chiều trờn đỉnh của hệ thống tọa độ ảo. Khụng gian về tọa độ đƣợc phõn chia giữa cỏc nỳt tham gia. Mỗi nỳt duy trỡ một bảng định tuyến cú chứa cỏc đƣờng dẫn đến cỏc hàng xúm của nú trong hệ thống tọa độ và mỗi vựng khu vực cần duy trỡ.
Định tuyến trong bảng băm hai chiều là trực quan, sử dụng bảng định tuyến, chuyển tiếp một thụng điệp đến hàng xúm của nú trong hệ thống tọa độ và mỗi khu vực cần duy trỡ.
2.3.2 Cấu trỳc mạng cảm biến theo định hướng bảng băm
Việc xõy dựng một bảng băm phõn tỏn hai chiều trờn đỉnh của hệ toạ độ ảo đƣợc xõy dựng và trỡnh bày nhƣ sau:
Khụng gian hệ toạ độ đƣợc phõn chia giữa cỏc nỳt tham gia trong mạng, mỗi nỳt duy trỡ một khu vực hỡnh chữ nhật xung quanh vị trớ của nú trong hệ toạ độ ảo. Trong bảng băm cặp (khoỏ – giỏ trị) cú thể lƣu trữ và lấy dữ liệu, một hàm băm ỏnh xạ khoỏ đến một vị trớ trờn khụng gian toạ độ ảo. Tiếp theo, dữ liệu đƣợc chuyển tiếp giữa bảng băm đến khu vực duy trỡ khoỏ.
Mỗi một nỳt duy trỡ một bảng định tuyến cú chứa đƣờng dẫn đến cỏc hàng xúm trong hệ thống toạ độ và cỏc vựng quan trọng. Định tuyến trong bảng băm hai chiều là trực quan, sử dụng bảng định tuyến một nỳt chuyển tiếp một thụng điệp đến đớch của nú bằng phƣơng phỏp chuyển tiếp tham lam đơn giản. Ngoài ra thỡ một nỳt cú thể cú liờn kết đến cỏc nỳt, mà khụng phải lỏng giềng trực tiếp trong bảng băm. Do đú, nú cú thể sử dụng chỳng để cắt ngắn cỏc tuyến. Xem cỏc bƣớc sử dụng để thiết lập từ một mạng cảm biến cú cấu trỳc vật lý đến một mạng cảm biến tọa độ ảo và kết quả mạng cảm biến theo định hƣớng bảng băm tại cỏc hỡnh 2.10, 2.11, 2.12.
Việc thờm mới một nỳt trong T-DHT bao gồm ba bƣớc:
1: Để tham gia vào mạng, đầu tiờn một nỳt phải tỡm đến một nỳt khỏc, và nỳt cần tỡm phải là đó cú trong T-DHT.
2: Thụng qua việc đinh tuyến sử dụng T-DHT nỳt mới sẽ tỡm thấy khu vực vị trớ duy trỡ nỳt đú trong hệ toạ độ ảo.
3: Cỏc nỳt mới sau khi tham gia sẽ thụng bỏo cho cỏc hàng xúm về sự hiện diện của nú.
Để khởi động nỳt tham chiếu đầu tiờn sẽ duy trỡ toàn bộ bảng băm trong phần đầu. Khi cỏc toạ độ ảo đó đƣợc gỏn, Nú sẽ thụng bỏo đến cỏc hàng xúm lõn cận, rằng nú là một nỳt thành viờn mới của T-DHT. Tiếp theo, những hàng xúm tham gia vào bảng băm phõn tỏn và cũng tự cụng bố những hàng xúm của chỳng.
Hỡnh 2.10: Vị trớ địa lý của cỏc nỳt
Hỡnh 2.12: Kết quả sau khi phõn chia khu vực mỗi nỳt vào cỏc hỡnh chữ nhật và đưa thụng tin toàn mạng vào bảng băm phõn tỏn hai chiều
2.3.3. Lưu đồ kỹ thuật bảng băm phõn tỏn dựa theocấu trỳc mạng Lưu đồ kỹ thuật truyền tin trong T- DHT
Bản tin
Phỏt tỏn tin đến cỏc vựng
Sử dụng cỏc bƣớc nhảy để chuyển tiếp theo vựng
Xỏc định vựng cú chứa điểm đến
Chuyển tiếp nội bộ trong vựng
Xử lý bản tin tại điểm đến
Bắt đầu
Lưu đồ kỹ thuật xỏc định liờn kết mạng trong T-DHT
2.3.4. Nhận xột về T-DHT
Ƣu điểm: T-DHT rất mạnh mẽ trong việc định hƣớng cấu trỳc liờn kết mạng cơ bản. Do việc phõn chia khu vực định tuyến phụ trợ cho cỏc bảng băm phõn tỏn, duy trỡ liờn kết trực tiếp trong mạng. T-DHT cho phộp việc định
Mạng vật lý
Phõn vựng theo cấu trỳc ảo
Tạo liờn kết giữa hai vựng
Liờn kết nỳt mạng với nỳt mạng hang xúm thuộc vựng khỏc
Bắt đầu
tuyến hiệu quả. Ở hỡnh 2.12 cho thấy chức năng phõn phối và tớch lũy về số lƣợng cỏc bƣớc nhảy giỳp cho T-DHT cú khả năng định tuyến trờn đƣờng truyền ngắn nhất.
Hạn chế: Cỏch tiếp cận của T-DHT tập trung vào việc xõy dựng bảng băm phõn tỏn cho mạng internet. Tuy nhiờn, cỏc nỳt mạng trong mạng Internet kết nối ở mức độ logic chứ khụng phải là trờn một mức độ vật lý nhƣ mạng ad-hoc và mạng cảm biến. Cỏc đề xuất về phƣơng phỏp lƣu trữ dữ liệu trung tõm đƣợc đƣa ra. Tuy nhiờn việc phỏt triển T-DHT cho WSN vẫn cũn khỏ nhiều cõu hỏi mở.
2.4. Kỹ thuật định tuyến dựa theo cấu trỳc vũng ảo – VRR
(Virtual Ring Routing) 2.4.1. Nghiờn cứu về VRR
Định tuyến dựa theo cấu trỳc vũng ảo là phƣơng phỏp định tuyến mới, đƣợc lấy cảm hứng từ bảng băm phõn tỏn. Nú đƣợc thực hiện một cỏch trực tiếp trờn phần đầu của tầng liờn kết trong mạng. VRR cung cấp cả mạng định tuyến truyền thống từ điểm đến điểm (poin to poin) và định tuyến trờn DHT đến nỳt chịu trỏch nhiệm băm khúa trong bảng. Trong hỡnh 2.13 giải thớch mối quan hệ giữa vũng ảo và cấu trỳc liờn kết mạng vật lý.
VRR tổ chức cỏc nỳt vào một cấu trỳc vũng ảo. Mỗi nỳt chỉ định một định danh duy nhất ngẫu nhiờn. Trong cấu trỳc vũng ảo, tất cả cỏc định danh đƣợc sắp xếp gia tăng theo mó nhận dạng. Mỗi nỳt duy trỡ cả một vũng ảo hàng xúm gần nhất ( hoặc vset) , và thiết lập cấu trỳc liờn kết với nỳt hàng xúm về mặt vật lý (hoặc pset). Nỳt định danh là cố định, độc lập và đƣợc gỏn tại một vựng xỏc định.
Hỡnh 2.13: Liờn kết giữa cấu trỳc mạng vũng ảo và cấu trỳc liờn kết mạng vật lý
Trong hỡnh 2.13 trờn , cho ta thấy một vớ dụ về vũng ảo với khụng gian định danh sử dụng 12bit (một số những định danh dựa trờn cơ sở 16). Giả sử với đƣờng đi vset liờn quan đến nỳt 8F6, với r = 4. Trong hỡnh 2.13 nú cho thấy ỏnh xạ giữa vũng ảo với cỏc cấu trỳc liờn kết mạng vật lý và đƣờng dẫn vset giữa cỏc nỳt 8F6 với cỏc hàng xúm gần với nú trờn vũng ảo.Tất cả cỏc đƣờng dẫn vset đƣợc lƣu trữ thành đƣờng định tuyến với mỗi hàng xúm của nú trong vũng ảo. Đõy là những thiết lập duy trỡ bởi VRR. Trong hầu hết cỏc trƣờng hợp thỡ đƣờng dẫn vset và multi-hop (đa bƣớc nhảy) cú quan hệ 2 chiều. Bởi cỏc mạng thành viờn thuộc trong đƣờng dẫn vset là đối xứng. Mỗi nỳt duy trỡ một bảng băm định tuyến với cỏc thụng tin về đƣờng dẫn vset. Một bảng mục định tuyến xỏc định hai điểm đầu - cuối của đƣờng dẫn vset và bƣớc dịch chuyển tiếp theo đối với mỗi thiết bị đầu - cuối. Thụng tin này là chủ động. Nếu mỗi nỳt duy trỡ một đƣờng dẫn vset tới cỏc vũng ảo hàng xúm của nú và chiều dài đƣờng trung bỡnh là p, tổng số mục bảng định tuyến trong một mạng lƣới n nỳt là NRP. Vỡ vậy, mỗi nỳt sẽ cú trờn mục RP trung bỡnh với đƣờng dẫn vset trong bảng định tuyến của nú. Mục r cho cỏc đƣờng dẫn đến cỏc vũng ảo hàng xúm của nú và R(P-1) mục bổ sung cho đƣờng dẫn vset đi qua nỳt. Nếu chỳng ta giả thiết rằng những đƣờng dẫn phụ bổ sung kết thỳc tại một nỳt đƣợc lựa chọn ngẫu nhiờn là O(RP/n). Theo đú, một gúi tin dự kiến sẽ đạt đƣợc một nỳt mà cú một đƣờng dẫn vset đến đớch sau khi ghộ thăm O(N.(RP)) nỳt. Và nú sẽ bổ sung liờn tục nếu P phỏt triển với PN.
2.4.2. Định tuyến với VRR
VRR là một giao thức định tuyến cú khả năng mở rộng mạng. Cỏc nỳt cố định và độc lập về vị trớ, đƣợc tổ chức theo một vũng ảo. Hỡnh 2.13 cho thấy việc ỏnh xạ giữa cấu trỳc liờn kết vật lý và cấu trỳc liờn kết theo kiểu logic trong một vũng ảo. Mỗi nỳt VRR duy trỡ của bảng định tuyến của nú.
Một tập hợp cỏc hàng xúm ảo (cũng cú thể gọi là thiết bị đầu cuối) cú chứa hai hàng xúm gần nhất với một nỳt. Đƣờng dẫn đến cỏc nỳt này gọi là vset.
Một tập hợp cỏc nỳt hàng xúm về mặt vật lý sẽ chứa cỏc định danh đến những nỳt hàng xúm vật lý ảo.
Việc chuyển tiếp thụng điệp từ một nỳt đến một nỳt khỏc, VRR sẽ chọn nỳt cú gỏn định danh gần với đớch nhất, và chuyển tiếp thụng điệp đến nú tƣơng ứng nhƣ việc chuyển tiếp trờn mạng vật lý.
2.4.3. Lưu đồ kỹ thuật dựa theo cấu trỳc vũng ảo Lưu đồ kỹ thuật truyền tin trong VRR
Bản tin
Chuyển tiếp đến nỳt hang xúm gần nhất trờn vset(thực hiện trờn vũng ảo)
Nỳt đớch nhận bản tin
Chuyển tiếp đến nỳt hang xúm gần nhất trờn pset(thực hiện trờn mạng vật lý)
Bắt đầu
Lưu đồ kỹ thuật xỏc đinh liờn kết mạng trong VRR
2.4.4. Nhận xột về kỹ thuật dựa theo cấu trỳc vũng ảo Ưu điểm: Ưu điểm:
- Đặc trƣng của VRR là xõy dựng lại khụng gian mạng. Mỗi nỳt trong VRR duy trỡ một số lƣợng nhỏ cỏc đƣờng dẫn đến cỏc thành viờn của nú một cỏch chủ động. Nờn VRR cú thể chuyển tiếp cỏc gúi tin giữa bất kỳ cặp nỳt nào bằng cỏch sử dụng đƣờng dẫn vset mà khụng cần giải quyết vấn đề đƣờng định tuyến và cỏc tỏc động gõy trễ. VRR trỏnh đƣợc cỏc vấn đề này bởi nú chỉ sử dụng một định dạng cố định.
Mạng vật lý
Mạng theo cấu trỳc vũng ảo
Xỏc định nỳt hàng xúm gần nhất trờn vset Gỏn định danh cho cỏc nỳt
Bắt đầu
- VRR khụng phụ thuộc vào địa chỉ vị trớ, cỏc liờn kết trong vũng ảo giải quyết đƣợc vấn đề này. Và trỏnh đƣợc khả năng gõy ngập lụp mạng (flooding).
- VRR cung cấp hiệu suất mạng mẽ trờn nhiều mụi trƣờng khỏc nhau. Nghiờn cứu [11] đó khẳng định VRR hoạt động tốt cả trờn mụi trƣờng mạng cảm biến khụng dõy.
Hạn chế:
- Do việc cấu trỳc mạng theo vũng ảo, dẫn đến việc VRR cú thể khụng chọn lựa đƣợc tuyến đƣờng với cú độ dài ngắn nhất.
2.5. Kỹ thuật bảng băm theo vị trớ địa lý – GHT (Goegraphic Hash Table) Table)
2.5.1.Nghiờn cứu về kỹ thuật bảng băm theo vị trớ địa lý
Nghiờn cứu về kỹ thuật bảng băm theo vị trớ địa lý là một phƣơng phỏp đƣợc đƣa ra dựa trờn mối liờn hệ với phƣơng phỏp lƣu trữ dữ liệu trung tõm (Data Storage Center - DSC) . Việc tăng hiệu quả của việc thu thập một lƣợng lớn dữ liệu từ cỏc mạng cảm biến quy mụ lớn đũi hỏi phải cú khả năng mở rộng, tự tổ chức, và thuật toỏn phõn phối dữ liệu tiết kiệm năng lƣợng. Theo cỏch tiếp cận của DCS, dữ liệu cảm biến sẽ đƣợc lƣu trữ tại một nỳt xỏc định bởi tờn liờn quan đến dữ liệu cảm biến.
Kỹ thuật GHT sử dụng bảng băm phõn tỏn cựng phƣơng phỏp DCS trờn WSNs. GHT sẽ băm những khúa vào tọa độ địa lý, và lƣu trữ một cặp bao gồm khúa – giỏ trị tại nỳt cảm biến cú tọa độ địa lý gần nhất với nú. Hệ thống sẽ sao chộp dữ liệu và lƣu trữ dữ liệu cục bộ nhằm đảm bảo tớnh thụng suốt khi cú một nỳt bị lỗi liờn kết. Nú sử dụng một giao thức thống nhất hiệu quả để đảm bảo rằng cỏc cặp khúa - giỏ trị đƣợc lƣu trữ tại cỏc nỳt thớch hợp sau khi giao thức thay đổi. Và nú phõn phối truyền tải trong mạng sử dụng hệ thống địa lý. Nhiều kết quả nghiờn cứu đó chứng minh rằng GHT là một cỏch tiếp cận hiệu quả đối với những mạng cảm biến lớn, phự hợp với cỏc cỏc cụng
việc liờn quan đến dự đoỏn. Do GHT hỗ trợ dữ liệu ở trạng thỏi sẵn sàng cao, ngay cả khi cỏc nỳt bị lỗi hay bị dịch chuyển.
Kiến trỳc của DCS đỏp ứng cỏc tiờu chuẩn về thiết kế chớnh là GHT. Bƣớc quan trọng nhất trong GHT đú là băm giỏ trị khúa k vào tọa độ địa lý. Cả hai hoạt động Put() và Get() trờn cựng một khúa k thực hiện trờn cựng một vựng cảm biến. Một cặp bao gồm khúa – giỏ trị lƣu trữ tại một nỳt trong vựng lõn cận nơi mà nú đƣợc băm khúa. Chọn chớnh nỳt lƣu trữ đú là trung tõm. Ta giả thiết rằng: một cấu trỳc mạng liờn kết tĩnh và một hệ thống mạng cung cấp gúi tin đến cỏc vị trớ. GHT sẽ lƣu trữ những yờu cầu và truy vấn đến một khúa
k tƣơng tự để định tuyến đến một nỳt tƣơng tự. Đồng thời phõn phối cỏc lƣu trữ về những yờu cầu và tải truy vấn tại cỏc giỏ trị k khỏc một cỏch đồng đều giữa cỏc khu vực dữ liệu bao phủ.
Những dịch vụ đƣợc cung cấp bởi GHT hỗ trợ rất nhiều cho hệ thống bảng băm phõn tỏn. Tuy nhiờn, về mặt thiết kế thuật toỏn, GHT cú thể đảm bảo tớnh bền vững và khả năng mở rộng nhƣng cũng đối mặt với nhiều loại thất bại cú thể phỏt sinh trong hệ thống phõn tỏn cũng là một thỏch thức khụng nhỏ.
GHT sử dụng hai khỏi niệm liờn quan và bổ sung lẫn nhau đú là: Home node và Home primeter
1.Home node là nỳt gần nhất về mặt địa lý tới một nỳt đớch cần truyền trong khụng gian.
2.Home perimetter là tập hợp cỏc cạnh tạo bởi những nỳt bao quanh điểm đớch. Những nỳt trờn home perimeter sẽ lƣu trữ dữ liệu.
Hỡnh 2.14: Một vớ dụ về GHT
GHT cung cấp một cụng việc tƣơng tự nhƣ DHTs
Put (k ; v) lƣu trữ v ( dữ liệu thu thập từ cảm biến ) theo khúa k , với tờn của dữ liệu.
Get (k) lấy giỏ trị đƣợc lƣu trữ mà cú liờn quan đến khúa k GHT cú hai khớa cạnh chớnh cần quan tõm là:
Phõn phối dữ liệu và lưu trữ: Để phõn phối dữ liệu và lƣu trữ chỳng trong mạng. Đầu tiờn, GHT sẽ ỏnh xạ dữ liệu đến tọa độ địa lý theo khúa của dữ liệu, và sau đú, sử dụng GPSR để phõn phối dữ liệu đến vị trớ tọa độ. Nỳt mà gúi tin sử dụng phõn phối dữ liệu