I. Tổng quan về mạng cảm biến không dây
Mạng cảm biến không dây (WSN) là một hệ thống bao gồm nhiều nút cảm biến được kết nối với nhau thông qua sóng vô tuyến. Các nút này có khả năng thu thập, xử lý và truyền dữ liệu về một trạm trung tâm. Đặc điểm nổi bật của WSN là khả năng tự tổ chức và yêu cầu ít hoặc không có sự can thiệp của con người. Tuy nhiên, mạng này cũng phải đối mặt với nhiều thách thức, đặc biệt là vấn đề năng lượng. Nguồn năng lượng của các nút cảm biến thường bị giới hạn và không thể nạp lại, điều này đòi hỏi các giải pháp tối ưu hóa hiệu quả sử dụng năng lượng. Việc áp dụng các giải thuật phân tuyến phù hợp là rất cần thiết để đảm bảo hiệu suất mạng. Các ứng dụng của WSN rất đa dạng, từ giám sát môi trường đến theo dõi y tế, cho thấy tính ứng dụng cao của công nghệ này.
1.1 Cấu trúc mạng cảm biến không dây
Cấu trúc của một nút mạng trong WSN bao gồm bốn phần chính: bộ cảm biến, bộ xử lý, bộ thu phát và bộ nguồn. Mỗi nút cảm biến có nhiệm vụ thu thập thông tin từ môi trường và truyền dữ liệu về trạm trung tâm. Đặc điểm của các nút này là kích thước nhỏ gọn, giá thành thấp và tiêu thụ năng lượng ít. Cấu trúc toàn mạng cần được thiết kế sao cho sử dụng hiệu quả nguồn tài nguyên hạn chế, kéo dài thời gian sống của mạng. Việc sử dụng giao tiếp không dây multihop giúp giảm công suất tiêu thụ và tăng cường khả năng truyền tải dữ liệu. Cấu trúc mạng có thể là phẳng hoặc phân cấp, mỗi loại có những ưu điểm và nhược điểm riêng, ảnh hưởng đến hiệu suất và độ tin cậy của mạng.
II. Định tuyến trong mạng cảm biến không dây
Định tuyến là một trong những vấn đề quan trọng nhất trong WSN. Các giao thức định tuyến cần phải đảm bảo tính hiệu quả trong việc truyền tải dữ liệu, đồng thời tiết kiệm năng lượng. Các thách thức trong định tuyến bao gồm tính động của mạng, tài nguyên hạn chế và đặc tính thay đổi của môi trường. Các giao thức định tuyến có thể được phân loại thành nhiều loại, trong đó các giao thức phân cấp được đánh giá cao về hiệu suất. Việc lựa chọn node chủ trong các cụm là một yếu tố quan trọng để tối ưu hóa việc truyền tải dữ liệu. Các giao thức như LEACH, PEGASIS và HEED đã được phát triển để giải quyết vấn đề này, mỗi giao thức có những đặc điểm riêng biệt và phù hợp với các ứng dụng khác nhau.
2.1 Các giao thức định tuyến
Các giao thức định tuyến trong WSN có thể được chia thành ba loại chính: giao thức trung tâm dữ liệu, giao thức phân cấp và giao thức dựa trên vị trí. Giao thức trung tâm dữ liệu tập trung vào việc thu thập dữ liệu từ các nút và truyền về trạm trung tâm. Giao thức phân cấp, như LEACH, cho phép các nút trong cùng một cụm giao tiếp với nhau và chỉ gửi dữ liệu về node chủ, giúp tiết kiệm năng lượng. Giao thức dựa trên vị trí sử dụng thông tin vị trí của các nút để tối ưu hóa việc truyền tải dữ liệu. Mỗi loại giao thức đều có những ưu điểm và nhược điểm riêng, ảnh hưởng đến hiệu suất và độ tin cậy của mạng.
III. Các phương pháp chọn node chủ cụm trong mạng cảm biến không dây nhiều node sink
Việc lựa chọn node chủ trong mạng cảm biến không dây nhiều node sink là một vấn đề phức tạp. Các phương pháp lựa chọn node chủ có thể dựa trên nhiều tiêu chí khác nhau như bậc của node, trọng số của node hoặc các yếu tố khác. Các phương pháp này cần được thiết kế sao cho tối ưu hóa hiệu suất mạng và tiết kiệm năng lượng. Một số giao thức tiêu biểu như LEACH, LEACH-C và PEGASIS đã được nghiên cứu và áp dụng để giải quyết vấn đề này. Mỗi giao thức có những đặc điểm riêng, phù hợp với các ứng dụng khác nhau trong thực tế. Việc áp dụng các phương pháp này không chỉ giúp cải thiện hiệu suất mạng mà còn kéo dài thời gian sống của các nút cảm biến.
3.1 Phương pháp lựa chọn node chủ
Các phương pháp lựa chọn node chủ có thể được phân loại thành nhiều nhóm khác nhau. Một số phương pháp sử dụng nhận dạng để lựa chọn node chủ, trong khi các phương pháp khác dựa trên bậc của node hoặc trọng số của node. Việc lựa chọn node chủ cần phải xem xét đến nhiều yếu tố như vị trí, năng lượng còn lại và khả năng xử lý của node. Các giao thức như LEACH và PEGASIS đã chứng minh được hiệu quả trong việc lựa chọn node chủ, giúp tối ưu hóa việc truyền tải dữ liệu và tiết kiệm năng lượng. Việc áp dụng các phương pháp này trong thực tế sẽ giúp cải thiện đáng kể hiệu suất của mạng cảm biến không dây.
