EACTP: Giao thức cây thu thập dữ liệu với thông lượng cao và cân bằng năng lượng

Vũ Chiến Thắng và Đtg Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ 116 (02): 23 - 27

23

EACTP: GIAO THỨC CÂY THU THẬP DỮ LIỆU

VỚI THÔNG LƢỢNG CAO VÀ CÂN BẰNG NĂNG LƢỢNG

Vũ Chiến Thắng1*

, Nguyễn Chấn Hùng2

,

Lê Nhật Thăng3

, Bùi Thị Mai Hoa1

1

Trường Đại học Công nghệ thông tin và Truyền thông - ĐH Thái Nguyên,

2

Trung tâm công nghệ xanh, Viện Điện tử - Tin học - Tự động hóa,

3 Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông

TÓM TẮT

Một mạng cảm biến không dây bao gồm nhiều nút mạng nhỏ gọn với khả năng xử lý, bộ nhớ,

phạm vi truyền thông và năng lƣợng hạn chế. Các thuật toán truyền thông cho mạng cảm biến

không dây đƣợc thiết kế để mạng có thể hoạt động đƣợc trong những điều kiện hạn chế về tài

nguyên nói trên. Trong bài báo này, chúng tôi đề xuất và thiết kế giao thức cây thu thập dữ liệu

EACTP với thông lƣợng cao và cân bằng năng lƣợng giữa các nút mạng thuộc những tuyến đƣờng

có chất lƣợng liên kết tốt nhằm nâng cao thời gian sống của các nút mạng. Giao thức EACTP sử

dụng thƣớc đo chất lƣợng liên kết ETX (Expected Transmission) và trạng thái năng lƣợng còn lại

ES (Energy State) trên các nút chuyển tiếp để lựa chọn tuyến đƣờng tối ƣu. Các kết quả mô phỏng

cho thấy giao thức EACTP đảm bảo đƣợc sự cân bằng năng lƣợng giữa các nút mạng và thời gian

sống của các nút mạng đƣợc cải thiện tốt hơn so với giao thức cây thu thập dữ liệu ban đầu.

Từ khóa: Giao thức cây thu thập dữ liệu nhận thức năng lượng, giao thức cây thu thập dữ liệu cải

tiến, mạng cảm biến không dây, hệ điều hành Contiki

GIỚI THIỆU*

Trong các mạng cảm biến không dây đa

phƣơng tiện - MWSNs (Multimedia Wireless

Sensor Networks), thông lƣợng cao là một

trong những yêu cầu bắt buộc. Dữ liệu đa

phƣơng tiện nhƣ hình ảnh, âm thanh, video

cần đƣợc truyền về điểm thu thập một cách

nhanh chóng và hiệu quả. Một vài ứng dụng

của mạng MWSNs có thể kể đến nhƣ: Giám

sát môi trƣờng; theo dõi sự sinh trƣởng và

phát triển của cây trồng; điều khiển quá trình

công nghiệp; các hệ thống điều khiển, giám

sát và tránh tắc nghẽn giao thông...

…...

Điểm thu thập

Nút gốc 1 Nút gốc n

Hình 1. Cấu trúc liên kết mạng.

*

Tel: 0904 909692, Email: [email protected]

Do ứng dụng chính của các mạng MWSNs là

thu thập dữ liệu trong trƣờng cảm biến nên

các giao thức thu thập dữ liệu nhận đƣợc

nhiều sự quan tâm của cộng đồng nghiên cứu

mạng cảm biến. Giao thức cây thu thập dữ

liệu CTP (Collection Tree Protocol) thực thi

cơ chế thu thập dữ liệu tin cậy từng bƣớc

nhảy. Hình 1 minh họa cấu trúc liên kết mạng

đƣợc xây dựng theo giao thức CTP.

Giao thức CTP sử dụng thƣớc đo định tuyến

là số lần truyền kỳ vọng ETX (Expected

Transmission) [1] để lựa chọn tuyến đƣờng

tối ƣu. Tuyến đƣờng có ETX nhỏ nhất là

tuyến đƣờng có số lần truyền đến nút gốc ít

nhất và cũng là tuyến đƣờng hiệu quả về mặt

năng lƣợng nhất. Tuy nhiên, giao thức CTP

hiện tại không đảm bảo đƣợc vấn đề cân bằng

tải giữa các nút mạng. Một số nút mạng thuộc

tuyến đƣờng tối ƣu sẽ hết năng lƣợng nhanh

hơn các nút còn lại và sẽ tạo thành các lỗ

hổng trong mạng, làm giảm hiệu năng của

toàn bộ hệ thống mạng. Một số công trình

nghiên cứu gần đây [2, 3] cũng đã chỉ ra

nhƣợc điểm này của giao thức CTP. Trong

bài báo này, chúng tôi đề xuất và thiết kế giao