Bài giảng Giới thiệu về mạng cảm biến không dây (WSN): Chương 5 - TS. Nguyễn Duy Thông

Bài giảng "Giới thiệu về mạng cảm biến không dây (WSN): Chương 5 - Điều khiển truy cập đường truyền trong mạng WSN" trình bày các nội dung chính sau đây: Mô hình giao thức cho WSN; Chức năng lớp MAC; Giao thức MAC; Các thông số khi thiết kế MAC; Các giao thức truy nhập;... Mời các bạn cùng tham khảo!
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Bài giảng Giới thiệu về mạng cảm biến không dây (WSN): Chương 5 - TS. Nguyễn Duy Thông CHƯƠNG 5 ĐIỀU KHIỂN TRUY CẬPĐƯỜNG TRUYỀN TRONG MẠNG WSN Trình bày: TS. Nguyễn Duy Thông 1. Mô hình giao thức cho WSN Đặc điểm kênh truyền trong mạng WSN chỉ cho phép một node truyền thông điệp tại một thời điểm xác định. Việc chia sẻ truy cập kênh truyền cần phải xây dựng giao thức MAC cho các node trong mạng. Giao thức MAC được xây dựng ở lớp thấp của lớp liên kết dữ liệu (Data Link Layer_DDL) Lớp vật lý (PHY) gồm các đặc tính về môi trường truyền và cấu hình mạng. Nó định nghĩa giao thức và chức năng các thiết bị vật lý, giao diện về mặt điện để đạt được việc thu nhận bit. Chức năng chủ yếu lớp PHY bao gồm các qui ước về điện, mã hóa và khôi phục tín hiệu, đồng bộ phát và thu, qui ước về chuỗi bit 2 2. Chức năng lớp MAC Kết hợp dữ liệu vào frame để gởi đi bằng cách thêm vào trường header gồm thông tin về địa chỉ và trường kiểm soát lỗi. Tách frame thu được để lấy ra địa chỉ và thông tin kiểm tra lỗi khôi phục lại thông điệp. Điều chỉnh truy cập đối với kênh truyền chia sẻ theo cách phù hợp với yêu cầu về đặc điểm của ứng dụng. 3 3. Giao thức MAC Khó khăn chủ yếu ảnh hưởng đến việc thiết kế giao thức MAC để chia sẻ đa truy cập là sự phân bố theo không gian của các node trong mạng. Vấn đề đa truy cập tăng sự phức tạp của các giao thức điều khiển truy cập, phần overhead đòi hỏi thay đổi truy cập giữa các node có nhu cầu sử dụng kênh truyền. Hai yếu tố ảnh hưởng đến giao thức đa truy cập là overhead và sự thông minh của việc ra quyết định  Trade-off 4 4. Các thông số khi thiết kế MACĐộ trễ (Delay) Thời gian trễ là lượng thời gian cần thiết để gói dữ liệu được xử lý bởi lớp MAC trước khi nó được gửi đi thành công. Trễ không chỉ phụ thuộc vào lưu lượng tại trong mạng mà còn do lựa chọn thiết kế giao thức MAC. Đối với các ứng dụng khắc khe về thời gian, giao thức MAC cần phải đảm bảo thời gian trễ tối thiểu để cho các ứng dụng có được QoS (chất lượng dịch vụ) đáp ứng yêu cầu. 5 4. Các thông số khi thiết kế MAC (tt)Độ trễ (Delay) Có 2 dạng thời gian trễ là trễ xác suất (probanilistic) và trễ xác định (deterministic).  Thời gian trễ theo xác suất được mô tả bởi một giá trị kỳ vọng, độ lệch và khoảng tin cậy.  Thời gian trễ xác định đưa ra một số trạng thái có thể đoán trước được giữa đến và thông điệp truyền đi. thông điệp 6 4. Các thông số khi thiết kế MAC (tt)Thông lượng (Throughput) Thông lượng được định nghĩa là tốc độ thông tin được lưu thông trong hệ thống. Nó thường được đo bằng thông tin trên giây hay bit trên giây. Trong môi trường không dây, thông lượng là phần dung lượng kênh truyền được dùng cho truyền dữ liệu. Thông lượng tăng lên khi tải trong hệ thống tăng lên (số lượng node gửi dữ liệu tăng lên)*** Vấn đề quan trọng của giao thức MAC là phải làm tối đathông lượng kênh truyền trong khi độ trễ tin là nhỏ nhất 74. Các thông số khi thiết kế MAC (tt)Độ chắc chắn (Robustness) Độ chắc chắn là sự kết hợp của sự tin cậy, linh động và các yêu cầu phụ thuộc khác, phản ánh mức độ của giao thức trong việc đối phó với lỗi, nhiễu. Việc đạt được sự chắc chắn trong mạng thời gian thực như WSNs là rất khó, vì nó phụ thuộc vào tính chất của các yếu tố gây nhiễu cho đường truyền và các node. 8 4. Các thông số khi thiết kế MAC (tt)Khả năng mở rộng (Scalability) Mở rộng là khả năng của hệ thống đáp ứng được các đặc điểm mà không quan tâm đến kích thước mạng hay số node cùng tranh chấp. Trong mạng WSNs, số node là rất lớn, hàng ngàn thậm chí hàng triệu node. Khả năng mở rộng trở thành một nhân tố quan trọng. Nó cũng là thách thức, đặc biệt trong môi trường thay đổi theo không gian, thời gian như mạng không dây. Việc nhóm các node cảm biến vào các nhóm (cluster) cho phép thiết kế các giao thức đa truy cập với khả năng mở rộng cao. 9 4. Các thông số khi thiết kế MAC (tt)Độ ổn định(Stability) Tính ổn định là khả năng hệ thống thông tin điều khiển được sự thay đổi của tải qua một khoảng thời gian dài hoạt động. Một giao thức MAC ổn định phải có thể điều khiển tải tức thời, để không đạt tới mức tối đa dung lượng kênh truyền. Thông thường, khả năng mở rộng của giao thức MAC xét theo khía cạnh trễ hay lưu thông trong mạng. Còn tính ổn định là về mặt trễ, nếu thời gian chờ có giới hạn biên. Về mặt lưu ...