Khái niệm mạng cảm biến không dây

khái niệm mạng cảm biến không dây Mạng cảm biến không dây (wireless sensor network) là một kết cấu hạ tầng bao gồm các thành phần cảm nhận, tính toán và truyền thông nhằm cung cấp cho người quản trị khả năng đo đạc, quan sát và tác động lại với các sự kiện hiện tượng trong môi trường xác định. Một mạng cảm biến không dây bao gồm nhiều nút mạng. các nút mạng thường là các thiết bị đơn giản, nhỏ gọn, giá thành thấp, có số lượng lớn và thường được phân bố trên diện tích rộng, sử dụng nguồn năng lượng hạn chế nên có thời gian sống của mỗi nút là ngắn, có thể là vài tháng đến năm và nó có thể hoạt động trong môi trường khắc nghiệt, độc hại. Các nút cảm biến thường phân bố rải rác trong các môi trường và kết nối tới nút gốc ( còn gọi là nút Sink/Gateway). Các nút mạng cảm biến vừa có khả năng thu thập dữ liệu môi trường vừa có thể làm bộ định tuyến dữ liệu. ( nói them và vẽ hình). những thách thức đối với mạng cảm biến không dây a) Thách thức cấp độ nút. công suất tiêu thụ, kích thước vật lý, giá thành nguyên vật liệu, môi trường tài nguyên hạn chế(bộ nhớ), khả năng xử lý vi điều khển hạn chế… là những thách thức cấp độ nút cần phải giải quyết hợp lý. Công suất tiêu thụ là một yếu tố quan trọng đối với các nút mạng cảm biến không dây bởi vì chúng thường sử dụng nguồn năng lượng là pin hoặc một nguồn năng lượng thấp bên ngoài. Kích thước vật lý cũng rất quan trọng bởi vì các yếu tố kích thước và hình thức quyết định đến các ứng dụng tiềm năng cho mạng cảm biến không dây, các nút mạng cảm biến không dây phải có kích thước nhỏ gọn. Giá thành cũng quan trọng đối với các nút mạng cảm biến không dây bởi vì mạng cảm biến không dây thường được triển khai với quy mô lớn. Với việc triển khai hàng ngàn các nút mạng cảm biến thì việc tiết kiệm giá thành cho mỗi nút sẽ cho phép tiết kiệm được một khoản tiền đáng kể. Với chi phí thấp, kích thước vật lý nhỏ, công suất tiêu thụ thấp thì các bộ vi xử lý mà trên đó các phần mềm hoạt động trở nên nhỏ gọn hơn, tốc độ tính toán và kích thước bộ nhớ của các bộ vi xử lý cũng bị giảm bớt. Các nhà thiết kế phần mem cho một hệ thống mạng cảm biến không dây thường chỉ có vài ngàn Byte bộ nhớ để làm việc so với hàng triệu hoặc hàng tỉ Byte bộ nhớ trong các hệ thống máy tính thông dụng. Do đó, phần mềm cho các nút mạng cảm biến không dây không chỉ can hiệu quả năng lượng mà còn phải có khả năng chạy trong một môi trường hạn chế nghiêm ngặt ve tài nguyên. ( phân tích them) b) thách thức cấp độ mạng quy mô tổ chức mạng cảm biến không dây có số lượng nút với quy mô lớn thì các nút chuyển tiếp lien tục làm việc với công suất cao. Có sự ảnh hửng của cấp độ nút cộng các kênh truyền không đáng tin cậy dẫn đến thiết kế giao thức định tuyến khó khăn. Kích thước mạng ảnh hưởng đến việc thiết kế giao thức định tuyến trong mạng cảm biến không dây. Định tuyến là quá trình mạng xác định những tuyến đường tốt nhất để truyền bản tin qua mạng. Thiết kế các giao thức định tuyến là rất quan trọng bởi vì nó ảnh hưởng đến cả hiệu năng mạng xét ve lượng dữ liệu mà mạng có thể duy trì cũng như tốc độ dữ liệu để có thể vân chuyển dữ liệu thành công qua mạng và hơn hết là khoảng thời gian tồn tại của mạng được đảm bảo. Trong mạng cảm biến không dây, việc truyền thông tin đòi hỏi năng lượng. Các nút thực hiện truyền thông tin nhiều sẽ mất năng lượng nhanh hơn so với các nút khác thường ở chế độ ngủ. Tính chất không đáng tin cây của mạng cảm biến không dây được gọi là "tổn hao". Tổn hao nên được coi như là một đặc tính vốn có trong mạng cảm biến không dây. Vấn đe tổn hao trong mạng cảm biến không dây là một thách thức đối với các giao thức định tuyến. Các giao thức định tuyến phải tính toán vấn đe tổn hao khi quyết định tuyến đường để truyền các bản tin và có thể bản tin can phải được gửi lại. Các bản tin sẽ được định tuyến sao cho các nguy cơ mất mát bản tin là thấp nhất. Tổn hao là một thuộc tính khó xác định, đặc biệt là trong các mạng không dây. Tổn hao bị ảnh hưởng bởi các yếu tố môi trường như nhiệt độ và độ ẩm của không khí cũng như môi trường vật lý xung quanh của các mạng cảm biến không dây. Tính chất quy mô lớn của các mạng cảm biến không dây làm phức tạp thêm việc định địa chỉ các nút. Trong một mạng quy mô lớn, mỗi nút phải có địa chỉ riêng để các bản tin có thể được gửi tới nó. Các địa chỉ can có độ dài đủ lớn sao cho mỗi nút trong các mạng quy mô lớn phải có một địa chỉ riêng biệt. Việc quản lý mạng đối với mạng cảm biến không dây quy mô lớn là một thách thức vô cùng khó khăn. Với mạng cảm biến không dây có thể bao gồm hàng ngàn nút thì việc thực hiện quản lý mạng theo cách truyền thống không thể áp dụng ngay được. Quản lý theo cách truyền thống đòi hỏi sự điều chỉnh cơ sở hạ tang mạng thủ công bởi một quản trị viên hệ thống. Một mạng cảm biến không dây cũng phải cung cấp các cơ chế truy cập từ bên ngoài. Có những trường hợp mà một mạng cảm biến không dây được sử dụng cô lập, nhưng thông thường các dữ liệu tạo ra bởi các mạng cảm biến không dây can phải được lấy ra để xử lý hoặc được lưu trữ ở một nơi khác. c) sự chuẩn hóa Tiêu chuẩn là một yếu tố then chốt đối với chất lượng đến sự thành công của sản phẩm cảm biến không dây. Các công nghệ sản xuất khác nhau có những tiêu chuẩn khác nhau. Nếu không có sự chuẩn hóa thì các nhà sản xuất thiết bị và các nhà tích hợp hệ thống cần phải xây dựng toàn bộ hệ thống đối với mọi hệ thống mới được cài đặt. Ngoài ra, nhà sản xuất và nhà tích hợp sẽ sử dụng một công nghệ độc quyền từ một nhà cung cấp riêng lẻ. Định dạng bản tin phải thống nhất giữa các nút, có cộng tác tương thích với nhau và tuân theo điều khoản mỗi bên. Cấu trúc phần cứng mạng cảm biến không dây Bộ cảm biến: Cho phép các nút cảm biến có khả năng tương tác với thế giới vật lý. Các nút cảm biến không dây tương tác với môi trường vật lý nhờ các cảm biến. Các cảm biến được gán trên nút cảm biến không dây có thể từ rất đơn giản đến rất phức tạp. Nhiều bộ cảm biến đơn giản về cả hình thức và chức năng. Ví dụ như các cảm biến nhiệt độ là một biến trở mà trở kháng của nó thay đổi theo nhiệt độ môi trường. Nguồn điện: Cung cấp năng lượng cho nút cảm biến hoạt động. Một nút cảm biến không dây bao gồm nhiều thiết bị điện tử và các thiết bị điện tử can năng lượng. Vì vây, mỗi nút cảm biến can một nguồn cung cấp năng lượng. Ngày nay, các nguồn năng lượng phổ biến là pin nhưng trong một số trường hợp sử dụng các tế bào năng lượng mặt trời, áp điện và các hình thức tích trữ năng lượng khác. Thiết bị truyền thông: Cho phép các nút cảm biến có thể truyền thông với nhau. Thiết bị truyền thông thường là một bộ thu phát vô tuyến được kết nối với một anten.. Một bộ thu phát vô tuyến có cả hai chức năng đó là vừa phát và vừa nhân bản tin vô tuyến. Nó là thành phần tiêu thụ năng lượng nguồn nuôi lớn nhất. Nguyên nhân là do yêu cầu xử lý điều chế và giải điều chế tín hiệu vô tuyến. Đối với bộ thu phát vô tuyến công suất thấp thì chỉ một phần nhỏ công suất tiêu thụ được sử dụng để gửi tín hiệu vô tuyến. Thêm nữa là thu phát của các nút xa từ vài chục mét đến vài trăm mét nhưng có bước song ngắn. VD: khảo sát thực tế tại trường do thầy phân bố mạng với địa hình nhỏ ktx thì thấy rằng việc tuyền tải dữ liệu cũng như sự hoạt động lien tục của các nút cảm biến dẫn đến một số nút trung tâm truyền tải hết pin trước so với các nút khác. Bộ vi điều khiển: Bộ vi điều khiển điều khiển các hành vi hoạt động của nút cảm biến. Nó là một bộ vi xử lý nhỏ trên đó chạy các chương trình phần mềm của nút cảm biến và được kết nối với bộ thu phát vô tuyến và các cảm biến. Vi điều khiển là một bộ vi xử lý có bộ nhớ trong, bộ định thời và phần cứng để kết nối với các thiết bị bên ngoài như các cảm biến và bộ thu phát vô tuyến. Do hạn chế ve giá thành và năng lượng nên các vi điều khiển được sử dụng trong các nút cảm biến đơn giản hơn nhiều so các bộ vi xử lý được sử dụng trong các máy tính cá nhân. Thông thường, một bộ vi điều khiển sử dụng trong nút cảm biến có vài KB bộ nhớ của chip và hoạt động ở tốc độ xung nhịp một vài MHz. Vi điều khiến có hai loại bộ nhớ: Bộ nhớ chỉ đọc (ROM) và bộ nhớ truy nhập ngẫu nhiên (RAM). ROM được sử dụng để lưu trữ mã chương trình phan mềm còn RAM được sử dụng cho các dữ liệu tạm thời của chương trình phan mềm. Giải pháp thiết kế phần cứng TUmote cho mạng cảm biến Modun TUmote có hai tham số đo nhiệt độ và độ ẩm của môi trường. sử dụng modun CC 2420EM, bộ vi điều khiển MSP430, bộ nhớ ngoài, kết nối mở rộng,có cổng giao tiếp USB, và nguồn cung cấp là sử dụng nguồn pin hoắc lấy nguồn từ máy tính qua cổng USB. Vi điều khiển MSP430 Đây là bộ vi điều khiển rất tiết kiệm năng lượng của hãng Texas Instruments. Bộ vi điều khiển MSP430 F1611 có 10KB bộ nhớ RAM, 48KB bộ nhớ Flash. Bộ vi điều khiển MSP430 F1611 được thiết kế cho những ứng dụng tiêu thụ năng lượng thấp và sử dụng được ở nhiều chế độ hoạt động khác nhau. TUmote có thể tương thích dễ dàng với các hệ điều hành phổ biến hiện nay như TinyOS, Contiki. Việc cài đặt hệ điều hành trên phan cứng TUmote sẽ cho phép lập trình phan mềm ứng dụng được thuận tiện và các tài nguyên phan cứng trên nút cảm biến cũng được quản lý một cách hiệu quả từ đó tiết kiệm được năng lượng tiêu thụ. Bộ thu phát vô tuyến CC2420 Chip CC2420 là một chip thu phát tín hiệu vô tuyến công suất thấp theo chuấn IEEE 802.15.4. Tuy nhiên, việc chế tạo mạch in ở tan số 2,4 GHz là một vấn đe khó khăn đối với công nghệ chế tạo mạch in trong nước. nút cảm biến TUmote sử dụng module thu phát vô tuyến CC2424EM của hãng Texas Instruments. Trên module này đã được tích hợp sẵn chip CC2420. Cảm biến nhiệt độ, độ ẩm sử dụng cảm biến SHT 11. Cảm biến này được sản xuất bởi hãng Sensirion AG. Cảm biến này cung cấp dữ liệu đau ra số. Cảm biến được chế tạo theo quy trình CMOS và được kết hợp với bộ chuyển đổi A/D 14-bit. Đây là loại cảm biến tiêu thụ năng lượng thấp và có kích thước nhỏ gọn. Cảm biến này có thể được sử dụng cho nhiều ứng dụng giám sát môi trường. Bộ nhớ ngoài Bộ nhớ ngoài cho phép TUmote tăng khả năng lưu trữ ngoài bộ nhớ ROM và RAM trên vi điều khiển MSP430 F1611. TUmote sử dụng bộ nhớ ST M25P80. Bộ nhớ này chứa 1024kB cho dữ liệu và được chia thành 16 segments, mỗi segment có kích thước là 64kB. Bộ nhớ này chia sẻ các đường truyền thông SPI với bộ thu phát vô tuyến CC2420. Ket nối mở rộng Cho phép TUmote kết nối với các cảm biến tương tự, màn hình LCD và các thiết bị ngoại vi khác thông qua 18 chân kết nối mở rộng. Giao tiếp USB TUmote sử dụng FT232BM của hãng FTDI để truyền thông với máy tính. Đe thực hiện truyền thông với TUmote thì FTDI driver can phải được cài đặt trên máy tính. Một ứng dụng có thể truyền thông với TUmote bằng việc mở cổng COM được gán cho TUmote. TUmote truyền thông với máy tính thông qua USART1 trên vi điều khiển MSP430. Việc lập trình cho TUmote có thể thông qua giao tiếp USB hoặc JTAG. Nguồn cung cấp Sử dụng hai pin AA có điện áp một chiều nằm trong dải từ 2,7V đến 3,6V. Nguồn nuôi cũng có thể lấy trực tiếp từ máy tính khi nút cảm biến được kết nối với máy tính. Công cụ phần mềm điều khiển thu thập dữ liệu TU2C Công cụ phan mềm TU2C (Thainguyen University Control and Collection) bao gồm hai thành phan chính đó là: Phan điều khiển và phan thu thập dữ liệu. Công cụ phan mềm TU2C cho phép người dùng thực hiện một số chức năng sau: Cấu hình mạng: Thông qua giao diện phan mềm TU2C, người dùng có thể cấu hình các tham số mạng như số lan truyền lại gói tin, tan suất gửi gói tin. Lập trình cho nút cảm bien: Công cụ phan mềm TU2C cho phép phát hiện tự động các nút đang được kết nối với máy tính cũng như cho phép người dùng kết nối hoặc ngắt kết nối giữa các nút cảm biến với máy tính. Chương trình ứng dụng trên nút cảm biến có thể được biên dịch và nạp cho các nút cảm biến thông qua giao diện phan mềm TU2C. Điều khien các nút cảm bien: Người dùng có thể gửi các lệnh điều khiển đến các nút m ạng trong trường cảm biến như thiết lập nút Sink, gửi lệnh bắt đau thu thập dữ liệu, dừng thu thập dữ liệu... Lựa chọn các số liệu thống kê và vẽ biểu đồ: Dữ liệu nhiệt độ, độ ẩm môi trường và các thông số mạng như công suất tiêu thụ trung bình của các nút mạng, số lan truyền kỳ vọng ETX, số gói tin nhân được, số gói tin bị mất... sẽ được gửi ve máy tính và được lưu trữ trong cơ sở dữ liệu. Người dùng có thể lựa chọn để quan sát các đồ thị, các số liệu thống kê ve mạng. Chương 3: hệ điều hành cho mạng cảm biến không dây Những thách thức ảnh hưởng đến thiết kế hệ điều hành mạng cảm biến không dây Những thách thức chủ yếu ảnh hưởng đến việc thiết kế hệ điều hành là: Dung lượng nhỏ: Với bộ nhớ bị giới hạn chỉ vài KB trên nút cảm biến, đòi hỏi hệ điều hành được thiết kế với dung lượng rất nhỏ. Đây là đặc điểm cơ bản của hệ điều hành mạng cảm biến và đó cũng là lý do chính mà tại sao nhiều hệ điều hành nhúng không thể dễ dàng cài đặt trên nút cảm biến. Hiệu quả năng lượng: Các nút cảm biến có thời gian sử dụng của pin rất hạn chế. Mặt khác, các mạng cảm biến bảo đảm mục tiêu là vân hành từ 3 đến 5 năm. Điều này có nghĩa là, hệ điều hành mạng cảm biến được triển khai một lan và có kế hoạch vân hành trong một thời gian dài. Hỗ trợ thời gian thực: Hau hết các ứng dụng cảm biến như phục vụ giám sát thường nhạy cảm với thời gian. Trong các ứng dụng đó, các gói tin can được chuyển tiếp và gửi đi một cách kịp thời, vấn đề đảm bảo thời gian thực là cần thiết để đáp ứng cho các ứng dụng đó. Khả năng cấu hình lại: Là điều can thiết để các nút cảm biến có thể được lập trình lại sau khi mạng cảm biến không dây đã được triển khai. Khả năng cấu hình lại hệ thống là một đặc điểm can thiết của hệ điều hành giúp cho mạng cảm biến có thể được lập trình lại dễ dàng và hiệu quả. Lập trình được rút ngắn thời gian: Các ứng dụng mạng cảm biến là khác nhau và tùy theo yêu cầu. Do vây, sự tiện lợi cho lập trình là một điều quan trọng để rút ngan thời gian triển khai các ứng dụng mạng cảm biến không dây. Các gói tin được chuyển đi một cách kịp thời: Hệ điều hành contiki Hệ điều hành Contiki là một mã nguồn mở được lập trình bằng ngôn ngữ C và có những đặc điểm phù hợp với các hệ thống nhúng và mạng cảm biến không dây: Contiki được chia thành nhieu module hoạt động độc lập. Nhờ đó các ứng dụng có thể sử dụng các module một cách linh động và chỉ nạp những module can thiết. Cơ chế hoạt động điều khiển sự kiện làm giảm năng lượng tiêu hao và hạn chế dung lượng bộ nhớ can sử dụng. Có thể sử dụng IP trong mạng cảm biến thông qua ulP stack được xây dựng dựa trên nền TCP/IP. Có những module cho phép ước lượng và quản lý năng lượng một cách hiệu quả. Có ngăn xếp truyền thông RIME phục vụ các giao thức dành cho mạng năng lượng thấp một cách hiệu quả. Có hỗ trợ mô phỏng giả lập các thiết bị thực tế, dễ sử dụng và hỗ trợ tốt những thiết bị trong thực tế, phục vụ những mục đích nghiên cứu, mô phỏng và triển khai những giao thức mới. Contiki cung cấp các ứng dụng trên nen IP gồm cả IPv4 và IPv6 thông qua 2 ngăn xếp truyền thông: uIP và Rime. Các ứng dụng có thể hoạt động trên một trong hai giao thức uIP hoặc Rime, hoặc đồng thời trên cả hai giao thức. Bên cạnh đó, các ứng dụng uIP có thể hoạt động dựa trên Rime và ngược lại, các ứng dụng trên nen Rime cũng có thể hoạt động dựa trên nen uIP Ngăn xếp truyền thông trong hệ điều hành Contiki. Sơ đồ hoath động ứng dụng trong contiki Ngăn xếp truyền thông uIP Ngày nay, cùng với sự thành công của Internet, giao thức TCP/IP đã trở thành tiêu chuẩn toàn cầu trong truyền thông. Những thiết bị nhúng có khả năng đáp ứng được đay đủ những đặc tính của TCP/IP sẽ là những thiết bị có tính ưu việt, có khả năng giao tiếp một cách đay đủ với tất cả các thiết bị khác trong mạng. Tuy nhiên, sự triển khai giao thức TCP/IP truyền thống đòi hỏi quá nhiều tài nguyên gồm cả dung lượng mã và bộ nhớ sử dụng, không thể được đáp ứng trong các hệ thống nhúng 8 hoặc 16 bit. ngăn xếp truyền thông uIP (hình 3.8) được thiết kế với mục tiêu tối ưu hóa các đặc tính can thiết cho một ngân xếp TCP/IP đay đủ. uIP chỉ có thể hoạt động với một giao diện mạng duy nhất và bao gồm các giao thức: IP, ICMP, UDP, TCP. uIP được lập trình bằng ngôn ngữ C bởi Adam Dunkels - một thành viên trong tổ chức nghiên cứu và phát triển Contiki. Ngăn xếp truyền thông RIME Ngăn xếp truyền thông RIME là một cấu trúc phân tang giao thức trong mạng cảm biến không dây, từ việc phát quảng bá đơn giản cho tới các giao thức định tuyến phức tạp hơn trong mạng. Ngăn xếp truyền thông RIME thực thi các giao thức phức tạp với nhiều thành phần, mỗi phần lại gồm nhiều mô đun được tạo nên từ những mô đun nhỏ lẻ đơn giản hơn. Đặc điểm của ngăn xếp truyền thông RIME: Phân chia thành nhiều mô đun khá đơn giản với kích thước nhỏ. Xây dựng nhiều mô đun giao tiếp đơn giản: broadcast, unicast single hop. Định tuyến multihop: mesh, collect. Các chức năng phức tạp được thực hiện qua các phân lớp đơn giản. Sử dụng các hàm callback để thực hiện các hàm xử lý khi nhân được gói tin, bộ định thời hết hạn, kết nối lỗi... Ket nối phải được khởi tạo trước khi sử dụng. Sử dụng một bộ đệm gói cho tất cả các gói đến và gửi đi (hình 3.10). Khi gửi gói, các ứng dụng lưu gói vào bộ nhớ đệm và gọi các hàm xử lý liên quan để gửi gói đi. Khi nhân được một gói, gói nhân được được lưu trong bộ đệm gói, đồng thời ngăn xếp RIME gọi các hàm callback tương ứng để xử lý gói đau vào. Các thước đo định tuyến trong mạng cảm biến không dây, thách thức với vấn đề định tuyến Thước độ định tuyến Các thước đo định tuyến tuyến là thành phần quan trọng của chiến lược định tuyến và đã được nghiên cứu trong nhiều năm qua. Các thước đo liên kết có thể phản ánh được băng thông của liên kết, độ trễ hoặc có thể là sự kết hợp của một vài thước đo khác nhau. Giao thức định tuyến sẽ tính toán đường đi ngan nhất dựa trên các thước đo này. Một số thước đo định tuyến có thể được sử dụng trong mạng cảm biến không dây như: Độ tin cậy của lien kết: phản ánh độ tin cậy cho các lien kết có thể tổn hao cũng như những liên kết công suất thấp được phản ánh qua các phép tính nghiên cứu khác nhau. Thường sử dụng nhất là số lần truyền kỳ vọng ETX. Độ trễ: Được sử dụng để thông báo trễ tuyến đường. Độ trễ có thể được sử dụng như một thước đo hoặc một ràng buộc. Khi được sử dụng như một thước đo thì đối tượng trễ biểu diễn tổng lượng trễ (thước đo tổng) và trễ lớn nhất hay nhỏ nhất dọc theo tuyến đường. Khi được sử dụng như một ràng buộc thì trễ có thể được sử dụng để loại bỏ các liên kết có độ trễ lớn hơn một giá trị cho trướ c. Số bước nhảy: xác định được số bước nhảy dọc theo các tuyến đường đến nút gốc. Năng luong của nut: Đây là một thước đo quan trọng trong mạng cảm biến không dây. Vài thông số như: chế độ tiêu thụ năng lượng của nút, năng lượng còn dư của nút. Những thách thức của vấn đề định tuyến trong mạng cảm biến Thời gian tồn tại dự kiến: một mạng cảm biến không dây có thể kéo dài từ 1 đến 10 năm tùy thuộc vào từng ứng dụng. Nguồn năng lượng được tích trữ phụ thuộc vào dung lượng của pin. Các nút cảm biến không dây có kích thước rất nhỏ do vây nguồn năng lượng của chúng bị hạn chế. Ngoài ra, mỗi nút cảm biến thực hiện đồng thời hai chức năng đó là: Chức năng khởi tạo dữ liệu và chức năng định tuyến dữ liệu. Khả năng mở rộng: . Giao thức định tuyến can phải hoạt động hiệu quả trong các mạng lớn bao gồm hàng ngàn các nút cảm biến. Việc định tuyến trong các trường hợp này gặp nhiều khó khăn bởi vì các nút cảm biến có khả năng xử lý và bộ nhớ lưu trữ rất hạn chế. Khả năng lưu trữ và tính toán: đã làm hạn chế nhiều đến các giao thức định tuyến. Do đó, các thuật toán định tuyến đơn giản, gọn nhẹ can phải được nghiên cứu và phát triển cho các mạng cảm biến không dây. Thách thức này có thể được giải quyết với một chi phí thấp bang cách sử dụng một số nút cảm biến có khả năng lưu trữ lớn hơn và tốc độ tính toán nhanh hơn. Các nút không đồng nhất: Thứ nhất là hoàn toàn có thể tăng được hiệu năng của mạng thông qua việc triển khai một số nút có năng lượng, khả năng lưu trữ và tính toán tốt hơn các nút còn lại trong mạng. Các nút này đóng vai trò là các nút chủ cụm để chuyển tiếp lưu lượng của các nút khác đến nút gốc. Thứ hai là sự khác biệt giữa các nút cảm biến có thể phát sinh trong quá trình hoạt động của mạng. nút có khả năng tính toán tốt hơn thì có thể chọn làm nút gốc, còn lại làm nút thu thập dữ liệu. việc phát sinh dữ liệu làm các nút trở nên tốn năng lượng hơn. Sự triển khai các nút mạng: phụ thuộc vào ứng dụng của thể của mạng cảm biến không dây, quá trính triển khai của các nút mạng có thể là ngẫu nhiên hoặc đặt thủ công, việc triển khai trong môi trường độc hại thì có thể phân bố ngẫu nhiên. Trường hợp phân bố rộng và mạng lớn thì có thể phân cấp. Khả năng chịu lỗi: các thuật toán định tuyến cần phải thiết lập những tuyến đường dự phòng hoặc xây dựng tuyến đường khác trong truowngfhowpj nút bị lỗi. Phạm vi truyền thông: theo chuẩn 802.15.4. Các nút cảm biến có thể thay đổi công suất phát để tăng phạm vi truyền nhưng cùng với đó là sự tiêu hao nhiều ve nguồn năng lượng. Việc gửi các bản tin với công suất phát hạn chế, qua một khoảng cách ngan có thể kéo dài thời gian tồn tại của một nút mạng nhưng cũng làm tăng trễ truyền bản tin. Ngược lại, khi phạm vi truyền thông được mở rộng thì tổng năng lượng được sử dụng cho việc xử lý các bản tin tại các nút trung gian sẽ giảm nhưng nhiễu trong mạng cũng có thể xuất hiện nhiều hơn. Chất lượng dịch vụ QoS: đặc trưng cho các yêu cầu dịch vụ can được đáp ứng khi vân chuyển một luồng bản tin từ nguồn đến đích. Tuy nhiên, những yêu cầu ràng buộc ve chất lượng dịch vụ trong các ứng dụng mạng cảm biến không dây có thể rất khác so với các mạng truyền thống. Vấn đề di động: có thể gặp phải trong một số ứng dụng của mạng cảm biến không dây. Các nút cảm biến có thể cố định hoặc di động do đó việc định tuyến các bản tin trở nên phức tạp hơn. Ngoài ra, trong một số trường hợp các nút gốc có thể di chuyển và điều này cũng can phải tính đến khi thiết kế các mô hình định tuyến. Định tuyến dựa trên sự phân cụm? Vd? Một số giao thức được thiết kế dựa trên cách tiếp cân phân cụm như: LEACH (Low Energy Adaptive Clustering Hierarchy), PEGASIS (Power-Efficient Gathering in Sensor Information System), TEEN (Threshold sensitive Energy Efficient sensor Network). Giao thức LEACH là Một số giao thức được thiết kế dựa trên cách tiếp cân phân cụm như: LEACH (Low Energy Adaptive Clustering Hierarchy), PEGASIS (Power-Efficient Gathering in Sensor Information System), TEEN (Threshold sensitive Energy Efficient sensor Network). Giao thức PEGASIS là giao thức dựa trên chuỗi gan như tối ưu và là một sự cải tiến hơn so với giao thức LEACH. Trong giao thức PEGASIS, tại một thời điểm thì mỗi nút truyền thông với chỉ một nút lân cân và thay phiên nhau truyền thông với nút gốc. Sau khi tất cả các nút đã truyền thông với nút gốc thì một vòng chu trình mới lại bắt đau. Cách tiếp cân này tiết kiệm năng lượng tiêu thụ tại mỗi vòng chu trình. Giao thức TEEN xây dựng các cụm cũng gan giống như giao thức LEACH. Nó xác định hai ngưỡng đó là một ngưỡng cứng và một ngưỡng mềm. Sau khi đã cảm nhân được giá trị mới khác so với giá trị hiện tại và lớn hơn hoặc bằng ngưỡng mềm hoặc giá trị mới cảm nhân lớn hơn ngưỡng cứng thì các nút sẽ gửi dữ liệu đến nút chủ cụm để chuyển tiếp đến nút gốc. Ưu điểm của cách tiếp cân phân cụm là những giao thức này có khả năng mở rộng mạng và dễ dàng trong việc quản lý các tuyến đường. Vấn đe gặp phải đối với các giao thức định tuyến này đó là chúng được thiết kế cho các mạng tĩnh và không thể xử lý đối với van đe di động trong mạng. Trong các kịch bản di động, các nút chủ cụm cũng sẽ di chuyển. Do vây, nó can phải thường xuyên tính toán nút chủ cụm khi chúng di chuyển ra ngoài phạm vi truyền thông của nhóm. Hau hết các giao thức được thiết kế dựa trên các giả thiết của giao thức LEACH nên cũng gặp phải những nhược điểm tương tụ như giao thức LEACH. Các giao thức này cũng không thích hợp với các ứng dụng đòi hỏi độ chính xác ve thời gian bởi vì can phải mất thời gian để tính toán các nút chủ cụm.