1
ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ
NGUYỄN VĂN BA
NGHIÊN CỨU MÃ ĐIỀU KHIỂN LỖI TRONG
MẠNG CẢM BIẾN KHÔNG DÂY ĐỂ NÂNG CAO
HIỆU QUẢ VIỆC SỬ DỤNG NĂNG LƯỢNG
Ngành:
Chuyên ngành:
Mã ngành:
Công nghệ Điện tử - Viễn Thông
Kỹ thuật điện tử
60 52 70
LUẬN VĂN THẠC SĨ
NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: Pgs.Ts Vương Đạo Vy
HÀ NỘI - 2010
2
LỜI CAM ĐOAN
Kính gửi : Hội đồng bảo vệ luận văn Thạc sĩ, khoa Điện Tử-Viễn Thông,
Hình 1.8 Cấu trúc mạng phân cấp logic................................................................................ 15
1.2.3 Lựa chọn cấu trúc cho mạng cảm biến ............................................................. 15
1.3 Các giao thức đặc trưng của mạng cảm biến .......................................................... 17
1.3.1 Giao thức đồng bộ thời gian .............................................................................. 17
1.3.1.1 Đồng hồ trong các node cảm biến .......................................................................... 18
1.3.1.2 Đồng bộ thời gian trong mạng cảm biến................................................................ 18
Hình 1.9 Đồng bộ bên phát-bên nhận và bên nhận-bên nhận ................................................ 19
1.3.2 Giao thức vị trí................................................................................................... 20
1.3.2.1 Định vị dựa vào mốc có sẵn.................................................................................... 21
1.3.2.2 Định vị dựa vào vị trí tương đối............................................................................. 21
1.3.3 Định tuyến trong mạng cảm biến...................................................................... 22
1.3.3.1 Định tuyến trung tâm dữ liệu (Data Center Protocol) .......................................... 23
1.3.3.1.1 SPIN (Sensor Protocols for Information via Negotiation) ................................ 23
Hình 1.10 Giao thức SPIN ................................................................................................... 24
1.3.3.1.2 Truyền trực tiếp Directed Diffusion .................................................................. 24
Hình 1.11 Các pha của giao thức truyền tin trực tiếp ............................................................ 25
1.3.3.2 Định tuyến phân cấp .............................................................................................. 26
Hình 1.12 Mô hình mạng LEACH........................................................................................ 28
1.4 Kiến trúc giao thức mạng ........................................................................................... 28
Hình 1.13 Kiến trúc giao thức của mạng cảm biến ............................................................... 29
1.5 Lỗi trong quá trình tuyền tin ................................................................................... 31
Hình 1.14a Cơ chế phát lại dừng và đợi Stop and Wait ARQ............................................... 32
Tx gửi 1 frame và đợi ACK từ Rx trước khi truyền next frame............................................. 32
Hình 1.14b Cơ chế phát lại theo nhóm Go back N ARQ....................................................... 33
Tx có thể truyền liên tiếp các frame...................................................................................... 33
Hình 1.15 Cơ chế phát lại có lựa chọn Selective Repeat ARQ .............................................. 33
Tx có thể truyền liên tiếp các frame...................................................................................... 33
1.6 Một số ứng dụng trong mạng cảm biến................................................................... 34
1.6.1 Ứng dụng trong quân đội .................................................................................. 35
Hình 1.16 Node cảm biến được gán lên mũ .......................................................................... 36
2.3 Phát hiện lỗi .............................................................................................................. 47
Hình 2.5 Phương pháp sử dụng bit dư thừa .......................................................................... 48
Kiểm lỗi dư thừa tuần hoàn CRC.............................................................................. 48
Hình 2.6 Quá trình kiểm lỗi CRC ......................................................................................... 49
Hình 2.7 Phép chia nhị phân để tìm CRC ............................................................................. 50
2.4 Sửa lỗi ................................................................................................................... 51
Mã Hamming.............................................................................................................. 51
Hình 2.8 Cách chèn các bit dư thừa vào dữ liệu.................................................................... 51
Hình 2.9 Cách tính các bit chẵn lẻ trong mã Hamming ......................................................... 52
Hình 2.10 Kiểm tra các bit chẵn lẻ ....................................................................................... 53
Chương 3: MÃ ĐIỀU KHIỂN LỖI SỬ DỤNG TRONG WSN........................................ 58
3.1 Giới thiệu .................................................................................................................. 58
Bảng 3.1 Sự tiêu thụ điện năng trong các node cảm biến ...................................................... 58
3.2 Lý thuyết về mã hoá ................................................................................................. 58
3.3 Phương pháp sửa lỗi chuyển tiếp FEC .................................................................... 60
Hình 3.2 Cơ chế sửa lỗi FEC................................................................................................ 60
Mục tiêu của phương pháp này là xây dựng nguyên tắc sửa lỗi dựa vào khoảng cách
Hamming. Trên nguyên tắc này, phương pháp sửa lỗi “kiểm tra chẵn lẻ (parity check)” được
xây dựng và tạo ra quy trình sửa lỗi tối ưu và phù hợp với công nghệ truyền tin hiện nay..... 60
Xét v1 và v2 là 2 dãy nhị phân dài n bit, ta gọi khoảng cách Hamming giữa 2 dãy v1 và v2 là
số bit tương ứng khác nhau. Ký hiệu d(v1, v2). .................................................................... 61
Ví dụ :.................................................................................................................................. 61
v1 = 10101010 ..................................................................................................................... 61
v2 = 10101111 ..................................................................................................................... 61
Ta nhận thấy rằng bit thứ 6 và bit thứ 8 giữa v1 và v2 là khác nhau nên số bit tương ứng khác
nhau giữa v1 và v2 là 2. Do đó ta nói khoảng cách Hamming giữa v1 và v2 là 2 hay d(v1,v2)
= 2. ...................................................................................................................................... 61
Bổ đề tự sửa lỗi được ứng dụng trong FEC .......................................................................... 61
mã Error! Objects cannot be created from editing field codes.sao cho d(vj, w*i)=min d(vj,
wi) => khi đó dựa theo nguyên tắc ngần vẫn đúng vj được gải mã về w*i .............................. 62
- Lỗi chỉ phát hiện không thể tự điều chỉnh: Trong trường hợp này tồn tại w* và w** sao cho
d(vj,w*) = d(vj,w**) = min d(vj,wi) với mọi wi thuộc W....................................................... 62
=> không thể giải mã chính xác............................................................................................ 62
- Lỗi không phát hiện được: Trong trường hợp này ta giải mã ra w*I nhưng khác với wi đã
truyền................................................................................................................................... 62
3.3.1 Mã hoá khối tuyến tính Linear Block Codes .................................................... 62
Hình 3.3 Mã hoá, truyền dẫn và giải mã dữ liệu ................................................................... 63
3.3.1.1 Cách mã hoá ........................................................................................................... 64
3.3.1.2 Cách giải mã ........................................................................................................... 64
Hệ phương trình này gọi là hệ phương trình giải mã............................................................. 65
Do đó dữ liệu thu được ở bên nhận....................................................................................... 65
3.3.1.3 Các phát hiện lỗi..................................................................................................... 65
3.3.1.4 Cách sửa lỗi............................................................................................................. 66
Nếu d = 0 không lỗi ............................................................................................................. 69
Suy ra không lỗi................................................................................................................... 69
Suy ra có lỗi bit thư 7 bị truyền lỗi ....................................................................................... 70
3.3.2 Kỹ thuật ghép xen Interleaving......................................................................... 70
Hình 3.4 Không có ghép xen dữ liệu .................................................................................... 70
Hình 3.5 Hiệu quả của việc ghép xen dữ liệu........................................................................ 71
3.3.2.1 Khối xen dữ liệu...................................................................................................... 71
Hình 3.6 Đặc trưng khối xen từ bộ FEC tới kênh với D=3, N=7 ........................................... 72
Hình 3.7 Đặc trưng bộ giải xen từ kênh tới FEC với D=3, N=7 ............................................ 72
6
Hình 3.8. Mô tả kết quả các giá trị xen dữ liệu ..................................................................... 73
3.3.2.2 Kỹ thuật xen chập Convolution Interleaving ........................................................ 73
Hình 3.9 Bộ xen chập N=7, D=3 .......................................................................................... 73
7
MỞ ĐẦU
Với sự phát triển không ngừng của công nghệ, con người luôn muốn ứng
dụng những công nghệ tiên tiến nhất phục vụ cho cuộc sống. Xu hướng mạnh là
phát triển các công nghệ không dây để thuận tiện hơn, các kỹ sư, nhà nghiên cứu
đã nghiên cứu những hệ thống mạng cảm biến không dây có thể nói là làm thay
đổi cuộc sống, bao gồm các cảm biến giá thành rẻ, tiêu thụ ít năng lượng và đa
chức năng đã nhận được những sự chú ý đáng kể. Hiện nay người ta đang tập
trung triển khai các mạng cảm biến để áp dụng vào trong cuộc sống hàng ngày.
Đó là các lĩnh vực về y tế, quân sự, môi trường, giao thông… Trong một tương
lai không xa, các ứng dụng của mạng cảm biến sẽ trở thành một phần không thể
thiếu trong cuộc sống con người nếu chúng ta phát huy được hết các điểm mạnh
mà không phải mạng nào cũng có được như mạng cảm biến.
Tuy nhiên mạng cảm ứng đang phải đối mặt với rất nhiều thách thức, một
trong những thách thức lớn nhất đó là nguồn năng lượng bị giới hạn và không
thể nạp lại. Hiện nay rất nhiều nhà nghiên cứu đang tập trung vào việc cải thiện
khả năng sử dụng hiệu quả năng lượng của mạng cảm biến trong từng lĩnh vực
khác nhau.
Đề tài “Nghiên cứu mã điều khiển lỗi trong mạng cảm biến không dây để
nâng cao hiệu quả việc sử dụng năng lượng” do PGS.TS Vương Đạo Vy hướng
dẫn, đã được tác giả nghiên cứu và thực hiện với mục tiêu đưa ra các phương
pháp phát hiện và sửa lỗi, từ đó đưa phương pháp phù hợp cho mạng cảm biến.
Luận văn gồm bốn chương. Chương 1 giới thiệu về mạng cảm biến WSN.
Chương 2 nghiên cứu về các phương pháp phát hiện và sửa lỗi. Chương 3
nghiên cứu về mã điều khiển lỗi trong WSN. Dựa trên cơ sở lý thuyết chương 1,
và nghiên cứu các phương pháp phát hiện và sửa lỗi ứng dụng trong mạng cảm
biến ở chương 2 và chương 3, tác giả đưa ra kết luận khách quan về hiệu quả của
việc sử dụng năng lượng.
Tuy nhiên ứng dụng của mạng cảm biến tùy theo yêu cầu sử dụng còn rất đa
dạng và không bị giới hạn.
Mô hình mạng cảm biến được chia thành nhiều tầng, mỗi tầng có một
nhiệm vụ riêng:
Hình 1.1 Mô hình phân tầng mạng WSN
+ Tầng ứng dụng (Application Layer): cung cấp một giao diện (interface)
đến người sử dụng.
+ Tầng hỗ trợ ứng dụng (Application Support Layer): có nhiệm vụ phân
chia và quản lý truyền thông giữa hai node đang hoạt động.
10
+ Tầng mạng (Network Layer): làm nhiệm vụ định tuyến truyền thông
giữa các mạng.
+ Tầng MAC (MAC Sub-Layer): thực hiện hai nhiệm vụ cơ bản đó là:
- Sử dụng các kỹ thuật đóng khung để cho phép các tầng trên truy cập môi
trường.
- Sử dụng kỹ thuật truy nhập môi trường và dò lỗi để điều khiển làm sao
cho dữ liệu được đặt vào môi trường và được nhận từ môi trường.
+ Tầng vật lý (Physical Layer): có nhiệm vụ mã hóa các bit nhị phân trong
các frame của tầng liên kết dữ liệu thành tín hiệu và thực hiện truyền và nhận
các tín hiệu này qua môi trường vật lý (môi trường không dây).
Quá trình đóng gói dữ liệu trong mạng cảm biến như sau: Dữ liệu được
đưa xuống ngăn xếp giao thức trên đường đi của nó để truyền qua môi trường
mạng, mỗi giao thức khác nhau thêm thông tin vào dữ liệu với các mức khác
nhau.
Hình 1.2 Quá trình đóng gói dữ liệu
Hình 1.3 Giao tiếp không dây multihop
12
- Điều khiển lỗi: Nếu việc truyền dữ liệu kéo dài do gặp phải lỗi thì làm
giảm thời gian sống của mạng, để hỗ trợ kéo dài thời gian sống của toàn mạng,
ta phải đưa ra giải pháp hợp lý.
- Cộng tác, xử lí trong mạng và tập trung dữ liệu: Trong một số ứng dụng
một node cảm biến không thu thập đủ dữ liệu mà cần phải có nhiều node cùng
cộng tác hoạt động thì mới thu thập đủ dữ liệu, khi đó nếu từng node thu dữ liệu
gửi ngay đến node chính thì sẽ rất tốn băng thông và năng lượng. Cần phải kết
hợp các dữ liệu của nhiều nút trong một vùng rồi mới gửi tới node chính thì sẽ
tiết kiệm băng thông và năng lượng.[8]
Sau đây xét hai cấu trúc đặc trưng của mạng cảm biến không dây:
1.2.1 Cấu trúc phẳng (Flat Architecture)
Đây là cấu trúc đơn giản nhất, tất cả các node đều ngang hàng và đồng
nhất về hình dạng và chức năng. Các node giao tiếp qua multihop sử dụng các
nút ngang hàng làm bộ tiếp sóng. Với phạm vi truyền cố định, các nút gần hơn
sẽ đảm bảo vai trò của bộ tiếp sóng đối với một số lượng lớn nguồn.
Hình 1.4 Cấu trúc phẳng
1.2.2 Cấu trúc tầng (Tiered Architecture)
Với cấu trúc này các cụm được tạo ra giúp các tài nguyên trong cùng một
cụm gửi dữ liệu single hop hay multihop tùy thuộc vào kích cỡ của cụm đến một
13
15
Một tập hợp con các nút trong mạng có thể được phân biệt một cách logic
khi chúng thực hiện một nhiệm vụ đại diện cho các node khác. Những chức
năng như vậy phải bao gồm sự tập trung dữ liệu, truyền thông qua mạng xương
sống, hoặc kết hợp định tuyến giữa các node. Những quy tắc logic này tạo nên
mạng phân cấp logic.
Hình 1.8 Cấu trúc mạng phân cấp logic
Những quy tắc logic này có thể thay phiên nhau định kì để đảm bảo sự
công bằng. Khi các nút với khả năng tính toán cao hơn hoạt động thì các nút ít
khả năng hơn sẽ chuyển các nhiệm vụ tính toán sang các nút này. Nếu không có
“computer servers” như vậy, một cụm các sensor cần thiết phải chọn ra một nút
để thực hiện các nhiệm vụ như là tập trung dữ liệu. Tuy nhiên trong một số
trường hợp chỉ có mỗi nút có tài nguyên vật lý thích hợp mới thích hợp để thực
hiện các nhiệm vụ định sẵn.[9]
1.2.3 Lựa chọn cấu trúc cho mạng cảm biến
Mỗi một cấu trúc mạng đều có nhược điểm của nó, tuy nhiên việc chọn ra
một cấu trúc mạng sao cho nó tối ưu nhất là vấn đề cần thiết. Mạng cảm ứng xây
dựng theo cấu trúc tầng hoạt động hiệu quả hơn cấu trúc phẳng, với các lý do
như sau:
- Cấu trúc tầng có thể giảm chi phí mạng cảm ứng bằng việc định vị các
tài nguyên ở vị trí mà chúng hoạt động hiệu quả nhất. Rõ ràng là nếu triển khai
các phần cứng thống nhất, mỗi nút chỉ cần một lượng tài nguyên tối thiểu để
16
các nút. Giả thiết rằng các nút đều không cố định và phải thay đổi địa chỉ một
cách định kì, sự cân bằng giữa những lựa chọn này phụ thuộc vào tân số thích
hợp của chức năng cập nhật và tìm kiếm. Hiện nay cũng đang có rất nhiều mô
hình tìm kiếm địa chỉ trong mạng cấu trúc tầng.
17
1.3 Các giao thức đặc trưng của mạng cảm biến
Trong phần này ta đi sâu nghiên cứu về hai giao thức đó là giao thức đồng
bộ thời gian và giao thức vị trí. Hai giao thức này có ý nghĩa rất quan trọng trong
mạng cảm biến.
1.3.1 Giao thức đồng bộ thời gian
Vấn đề thời gian rất quan trọng trong nhiều ứng dụng và giao thức trong
mạng cảm biến. Các nút có thể đo thời gian bằng cách dùng các xung đồng hồ
cục bộ lấy từ các bộ dao động. Bởi vì các pha ngẫu nhiên làm dịch chuyển và
làm trôi tốc độ của bộ dao động, do vậy thời gian cục bộ của các nút sẽ bắt đầu
sai khác đi làm cho mạng mất đi sự đồng bộ. Do vậy việc đồng bộ thời gian có
vai trò rất quan trọng trong hoạt động của mạng cảm biến.
Đồng bộ thời gian là phương thức cho phép các thực thể riêng biệt trong
một nhóm đồng bộ xung đồng hồ của chúng hoặc đồng bộ với thời gian toàn cầu
phối hợp. Phần này sẽ giải thích tại sao cần đồng bộ thời gian và đưa ra một số
giao thức đồng bộ khác nhau.
Đồng bộ thời gian trong mạng cảm biến với các lý do sau:
- Mạng cảm biến cần liên kết với thế giới thực để biết khi nào một hiện
tượng xảy ra.
- Dịch vụ cơ bản chính của mạng cảm biến là tích hợp dữ liệu. Do đó cần
đồng bộ giữa các nút để có thể tích hợp dữ liệu truyền đến mạng.
- Một vài giao thức yêu cầu đồng bộ thời gian: quản lý cấu hình
Người ta thường giả định tần số các bộ dao động là ổn định vừa phải trong
phạm vi từ vài phút đến vài chục phút. Điều này cũng nói lên rằng các thuật toán
đồng bộ thời gian phải đồng bộ lại vài phút một lần để theo kịp sự thay đổi của
tần số. Vì thế giao thức đồng bộ thời gian là rất cần thiết.[11]
1.3.1.2 Đồng bộ thời gian trong mạng cảm biến
Trong mạng cảm biến có một số đặc điểm mà ảnh hưởng đến yêu cầu thiết
kế của các thuật toán đồng bộ thời gian:
- Thuật toán phải phù hợp với phạm vi mạng mutilhop rộng lớn, các nút bị
ràng buộc về mặt năng lượng. Yêu cầu về phạm vi bao hàm cả số lượng các nút
trong mạng và mật độ các nút.
- Yêu cầu về độ chính xác có thể thay đổi khác nhau từ mili giây cho đến
vài giây.
- Không sử dụng thêm phần cứng chỉ giành cho mục đích đồng bộ vì tốn
chi phí và năng lượng thêm vào cho phần phụ đó.
- Mức độ di động là rất thấp.
19
- Hầu như không có giới hạn trên cố định về trễ truyền gói vì phụ thuộc
lớp MAC, lỗi các gói, và truyền lại.
- Trễ truyền giữa hai nút hàng xóm là không đáng kể.
Có rất nhiều giao thức đồng bộ thời gian truyền thống cố gắng giữ việc
đồng bộ giữa các nút ở mọi thời điểm nhưng lại không quan tâm đến năng lượng
và cấu hình mạng cho nên không thể áp dụng vào mạng cảm biến. Vì đặc điểm
của mạng cảm biến cho nên giao thức đồng bộ thời gian cần chú ý về các vấn đề
về độ chính xác, chi phí năng lượng và các yêu cầu về bộ nhớ.
Phương pháp cơ bản để đồng bộ thời gian trong mạng cảm biến là cộng
tác giữa các nút trong toàn mạng. Có hai cách thiết lập sự cộng tác giữa hai nút
trong mạng đó là đồng bộ giữa bên gửi và bên nhận (Sender-Receiver) và giữa
synchronization).
Giao thức này bao gồm hai thành phần: thành phần đầu tiên là một tập
hợp các nút nằm trong vùng broadcast đơn, ví dụ như một tập hợp các nút có thể
nghe thấy nhau, đánh giá xung đồng hồ của các nút ngang hàng với chúng.
Thành phần thứ hai cho phép liên kết các nhãn thời gian giữa các nút ở xa với
một vài khu vực broadcast giữa chúng. Đồng bộ trong một khu vực broadcast
với ý tưởng cơ bản như sau: Bên gửi sẽ gửi theo chu kỳ một gói không cần thiết
đánh dấu nhãn thời gian vào kênh broadcast và tất cả các bên nhận sẽ đánh dấu
nhãn thời gian cho gói này. Các bên nhận trao đổi nhãn thời gian của chúng và
có thể sử dụng dữ liệu này để biết được đồng hồ của nút hàng xóm. Bằng việc
lặp lại quá trình này các nút không chỉ biết về độ lệch pha của nhau mà còn cả
tốc độ trôi nữa. Các nút không điều chỉnh đồng hồ cục bộ của nó nhưng đối với
mỗi nút hàng xóm nó xây dựng một bảng lưu trữ các tham số cần thiết để
chuyển đổi giá trị xung đồng hồ.
1.3.2 Giao thức vị trí
Trong nhiều trường hợp việc xác định vị trí của các nút trong mạng cảm
biến là rất cần thiết. Ví dụ như trong ứng dụng quan sát môi trường và khí tượng
học, dữ liệu sẽ không còn có ý nghĩa nếu như không được đánh dấu thời gian và
vị trí. Hay như trong các ứng dụng: theo dõi việc đóng gói hàng, lưu trữ sách
trong thư viện, tất cả các ứng dụng này đều cần xác định vị trí của các nút cảm
biến. Ngoài ra thông tin về vị trí cũng rất quan trọng trong một vài giao thức
định tuyến, đặc biệt là định tuyến dựa vào vị trí.
21
Trong mạng cảm biến, có một số lượng rất lớn các nút, được triển khai
một cách ngẫu nhiên trong khu vực quan sát. Việc xác định vị trí tuyệt đối của
một nút thường rất khó. Chúng ta có thể trang bị thiết bị GPS cho các nút. Tuy
nhiên cách này không khả thi đối với mạng cảm biến vì GPS tương đối đắt và
22
cảm ứng dò theo vị trí của các nút lân cận. Kỹ thuật xác định vị trí tương đối này
được nghiên cứu kĩ hơn bởi cơ cấu vị trí thụ cảm (perceptive localization
framework -PLF). Trong cơ cấu này, một nút có thể phát hiện và dò theo vị trí
của của nút lân cận bằng cách dùng kỹ thuật ước đoán kết hợp với một bộ lọc
từng phần được ghép vào một dãy các sensor. Để tăng độ chính xác của việc ước
lượng vị trí, node chính có thể yêu cầu tất cả các nút dọc theo đường từ nguồn
phải lọc từng phần để tăng số lượng vật mẫu. Quá trình tác động cục bộ này
không yêu cầu bất kì một vật mốc nào. Hơn nữa, phần xử lý trung tâm không
cần phải quyết định vị trí của các nguồn. Cho dù dùng giao thức định vị dựa trên
vật mốc hay là dựa trên vị trí tương đối thì thông tin vùng đều cần thiết trong các
giao thức lớp vận chuyển, lớp mạng và lớp liên kết dữ liệu. Mỗi một loại giao
thức định vị có những yêu cầu khác nhau. Các ứng dụng mạng cảm ứng sau này
sẽ sử dụng kết hợp các kỹ thuật định vị này.
1.3.3 Định tuyến trong mạng cảm biến
Chính vì những đặc điểm riêng biệt của mạng cảm biến mà việc định
tuyến trong mạng cảm biến phải đối mặt với rất nhiều thách thức sau:
- Mạng cảm biến có một số lượng lớn các nút, cho nên ta không thể xây
dựng được sơ đồ địa chỉ toàn cầu cho việc triển khai số lượng lớn các nút đó vì
lượng mào đầu để duy trì ID quá cao.
- Dữ liệu trong mạng cảm biến yêu cầu cảm nhận từ nhiều nguồn khác
nhau và truyền đến node master.
- Các nút cảm biến bị ràng buộc khá chặt chẽ về mặt năng lượng, tốc độ
xử lý, lưu trữ.
- Hầu hết trong các ứng dụng mạng cảm biến các nút nói chung là tĩnh sau
khi được triển khai ngoại trừ một vài nút có thể di động.
- Việc nhận biết vị trí là vấn đề rất quan trọng vì việc tập hợp dữ liệu
thông thường dựa trên vị trí.
Protocols
for
Information via Negotiation)
Ý tưởng của SPIN là đặt tên dữ liệu sử dụng ký hiệu mô tả ở mức độ cao
hay còn gọi là thông tin về dữ liệu (meta-data). Trước khi truyền, thông tin về dữ
liệu được trao đổi giữa các sensor qua một cơ chế thông báo dữ liệu, đó chính là
đặc điểm chính của SPIN. Mỗi một nút nhận dữ liệu mới, thông báo tới các nút
lân cận của nó và các nút lân cận quan tâm đến dữ liệu này, ví dụ như các nút mà
không có dữ liệu, lấy được dữ liệu nhờ gửi bản tin yêu cầu. Sự dàn xếp các
thông tin về dữ liệu của SPIN giải quyết được các vấn đề của flooding như là
thông tin dư thừa, chồng chéo các vùng cảm nhận, vì vậy đạt được hiệu quả về
mặt năng lượng.
Có 3 bản tin được xác định trong SPIN dùng để trao đổi dữ liệu giữa các
nút, đó là bản tin ADV cho phép các nút thông báo một meta-data cụ thể, bản tin
REQ để yêu cầu các dữ liệu đặc biệt và bản tin DATA để mang thông tin thực.
Hình dưới miêu tả tổng kết lại các quá trình của SPIN.
24
Hình 1.10 Giao thức SPIN
Nút A bắt đầu quảng bá dữ liệu tới nút B (a). Nút B trả lời bằng cách gửi
yêu cầu tới nút A (b). Sau khi nhận dữ liệu yêu cầu (c), nút B bản tin quảng bá
đến các nút lân cận (d), sau đó các nút này gửi yêu cầu lại cho B (e-f)
Một ưu điểm của SPIN là các thay đổi về cấu hình được khoanh vùng vì
thế các nút chỉ cần nhận biết các nút lân cận của chúng. Tuy nhiên cơ chế thông
đặn hơn.
Hình 1.11 Các pha của giao thức truyền tin trực tiếp
Copyright: Tài liệu đại học ©