Câu hỏi ôn tập Mạng Cảm Biến - WSN Câu 1: Phân tích đặc điểm mạng cảm biến không dây • Các node kích thước nhỏ, giới hạn công suất, khả tính toán nhớ • Các node giới hạn nguồn lượng, băng thông • Các node phân bố dày đặc • Các node dễ bị hư hỏng • Giao thức mạng thay đổi thường xuyên, quản lý phức tạp Câu 2: Hãy so sánh MANET WSN -MANET: mạng di động ad hoc với kết nối node hạ tầng mạng, định tuyến thay đổi lớn,… +Laptop, máy di động kết nối với tạo mạng -WSN: mạng ad hoc di động tạo nên từ cảm biến  Giống (sự tương đồng) • Tự tổ chức: tự tính toán cấu hình (địa chỉ, định tuyến, đk NL,…) • Tính đa chặng • Nhiễu: Môi trường mưa, gió, vật cản,… • Bảo mật: Rất khó không khí  Khác • Tính di động: node MANET di động, thường WSN cố định (di động node, di động thu) • Năng lượng: WSN có yêu cầu lượng vấn đề bảo dưỡng chặt chẽ • Phạm vi: WSN lớn nhiều (mặc dù tranh cãi) • Ứng dụng: WSN có ứng dụng tương tác môi trường lưu lượng khác nhau(nghỉ) • Độ tin cậy chất lượng dịch vụ QoS: WSN nút cá thể bị bỏ qua (vấn đề mạng), QoS khác ứng dụng khác Câu 3: Vẽ cấu trúc phần cứng node cảm biến nêu chức phận cấu thành node cảm biến? 1 Bộ điều khiển • Nơi thu nhận dl từ sensor, định thời gian gửi dl (gt liên lạc), lệnh cho cấu chấp hành • Nơi lưu trữ liệu trung gian • Là lõi nút, sử dụng vi đk (FPGA, ASIC) Thiết bị liên lạc • Mỗi node có thu phát sóng để kết nối với • Là phận truyền thông nút, biến đổi dòng dl từ đk thành sóng radio • Các node mạng sử dụng sóng radio khả truyền xa, truyền liệu với tỉ lệ lỗi chấp nhận Tần số sóng radio thường dùng: từ 433MHz tới 2.4GHz Các trạng thái hoạt động thu phát • • • • Truyền: Là phần phát kích hoạt, anten xạ lượng Nhận: Là phần thu kích hoạt Nghỉ: Là trạng thái thu liệu tắt chế độ theo dõi Ngủ: Các phần quang trọng tắt Liên quan thời gian hồi phục NL khởi động • Tiết kiệm NL thức chờ thông tin Lãng phí NL khởi tạo hđ (không truyền, nhận) Điều khiển NL phức tạp Đặc điểm thu phát • Cung cấp gd cho lớp MAC bắt đầu truyền dẫn khung, truyền gói tin đến nhớ • ĐK công suất tiêu thụ, sử dụng hiệu NL, thiết lập thời gian phù hợp trạng thái ngủ, nghỉ • Mỗi máy có tần số sóng mang (kênh) khác nhằm giải vấn đề tắc nghẽn (lớp MAC: FDMA, đa kênh CSMA/ALOHA) Kiến trúc thu phát Cảm biến/cơ cấu chấp hành Cảm biến chia nhóm • Cảm biến thụ động, đa hướng: nhằm xác định biến đổi đại lượng vật lý vị trí xác định o Cảm biến nhiệt độ, ánh sáng, độ ẩm, cảm biến chuyển động, áp suất, hóa học o Phát hóa chất độc hại bị rò rỉ nhà máy, kho chứa • Cảm biến thụ động, đơn hướng: Cảm biến theo hướng định, nhiên thay đổi hướng cảm biến cần thiết (Camera) • Cảm biến chủ động: Chủ động thăm dò, tìm kiếm môi trường o Hệ thống định vị vật nước siêu âm o Các radar cảm biến o Cảm biến động đất (tạo sóng có biên độ rộng có vụ nổ nhỏ) Nguồn cung cấp • Cung cấp NLcho node mạng, qđ sống node • Có khả tìm kiếm NL môi trường bù phần NL • Có loại: o Pin, ắc quy thông thường o Chuyển đổi DC – DC o Các nguồn lượng đặc biệt khác Bộ định vị: KT định tuyến, nhiệm vụ cảm ứng cần độ xác cao vị trí Bộ di động: theo dõi dịch chuyển node Câu 4: Nêu nguyên lý hoạt động node cảm biến? Toàn node cảm biến nuôi nguồn riêng Bộ nguồn có nhiệm vụ cung cấp toàn lượng cho khối node cảm biến hoạt động Bộ điều khiển thực chức xử lý lưu trữ liệu Theo sơ đồ ta thấy, cảm biến node nhận tín hiệu phi điện từ môi trường bên ngoài,sau biến đổi tín hiệu thành dạng tín hiệu điện gửi tới điều khiển Đồng thời, hệ thống định vị thiết bị liên lạc gửi liệu điều khiển Sau xử lý liệu đưa về, điều khiển lưu trữ liệu lại đồng thời gửi cho tín hiệu điều khiển cho thiết bị liên lạc khối cảm biến/cơ cấu chấp hành để thực thi Câu 5: Nêu trạng thái hoạt động thu phát node cảm biến? Các trạng thái hoạt động thu phát • • • • Truyền: Là phần phát kích hoạt, anten xạ lượng Nhận: Là phần thu kích hoạt Nghỉ: Là trạng thái thu liệu tắt chế độ theo dõi Ngủ: Các phần quang trọng tắt Liên quan thời gian hồi phục NL khởi động • Tiết kiệm NL thức chờ thông tin Lãng phí NL khởi tạo hđ (không truyền, nhận) Điều khiển NL phức tạp Câu 6: Phân tích loại chuyển động WSN • Nút di chuyển o Giám sát chăn nuôi (nút súc vật) o Tự đẩy ngoại lực; có mục đích ngẫu nhiên • Bộ chứa (thu) di động • Đối tượng di chuyển • Bộ chứa (thu) di động o Là nút di động lại phần WSN o Người yêu cầu thông tin qua PDA di động • Đối tượng di chuyển (giao thức phù hợp) o Sự kiện, đối tượng giám sát di chuyển xung quanh (hoặc mở rộng, co lại) o Các nút WSN khác trở thành “có trách nhiệm” giám sát kiện Câu 7: So sánh mạng truyền thông đơn bước nhảy mạng đa bước nhảy So sánh mạng đơn đa bước nhảy • Một vấn đề chung: phạm vi thông tin vô tuyến bị hạn chế o Chủ yếu hạn chế CS truyền dẫn, suy hao đường truyền, vật cản • Tùy chọn: mạng đa bước nhảy o Gửi gói tới nút trung gian o Nút trung gian gửi tiếp gói tới đích o Mạng đa bước nhảy Lưu gửi tiếp Câu 8: So sánh giao thức ALOHA CSMA giao thức MAC không dây thông thường  Giao thức ALOHA: -Điều chỉnh truy cập việc chia sẻ đường truyền user tranh chấp -Không đòi hỏi điều khiển trung tâm, thêm bớt node dễ -Nguyên lý: + Tại node phát: Sau phát liệu, node lắng nghe khoảng thời gian quy định trước + Tại node thu: Nếu nhận liệu gửi tin xác nhận ACK node phát trước hết khoảng thời gian chờ Quá trình truyền thành công + Phát không nhận ACK, cho liệu lỗi đường truyền đụng độ, truyền lại Sau số lần, liệu sai, không phát lại • Pure ALOHA: o Node phát dl sẵn sàng o Truy cập kênh bất đồng bộ: chiều dài gói khác nhau, kênh tt chia thành khe thời gian khác Thời gian đụng độ tăng có gói dài o Dùng cho lưu lượng tải thấp, node truy cập tg ngắn (tải tăng, số đụng độ tăng, giảm chất lượng) • Slotted ALOHA (phân khe): o Kênh truyền gh truy cập o Các node tt đồng bộ: Kênh tt chia thành khe thời gian nhau, độ dài gói Thời gian đụng độ giảm • Hạn chế: Tải tăng, cần có phát triển giao thức truy cập môi trường Node có dl cần phát trước truyền phải lắng nghe xem kênh truyền có bận không?  Giao thức CSMA – đa truy nhập cảm nhận sóng mang • Node nghe ngóng môi trường- cảm nhận sóng mang • Giao thức giảm can nhiễu gói • Phụ thuộc vào giải thuật dùng để chờ trạng thái kênh truyền chuyển từ bận sang rỗi • Có loại giao thức: o Nonpresistent-không liên tục, không kiên trì o Presistent-liên tục, kiên trì • Giao thức truyền không liên tục: o Node có dl sẵn sàng phát nghe trạng thái kênh truyền o Nếu kênh rỗi, node phát gói dl, node chờ gói xác nhận ACK o Nếu kênh truyền bận, chờ khoảng tg định trước, cảm nhận lại kênh truyền o Quá trình lặp phát thành công • Giao thức truyền liên tục: o Nếu kênh truyền bận,lắng nghe liên tục , kênh vừa chuyển sang rỗi node phát gói Câu 9: Nhằm giảm ảnh hưởng node ẩn, node sử dụng phương pháp giao thức MAC? Nhằm loại bỏ giảm ảnh hưởng loại node ẩn node cách • Dùng âm báo bận • Dựa việc tránh đụng độ CSMA  Âm báo bận: o Dùng kênh: Kênh liệu (node phát) kênh điều khiển (node thu) o Trước phát gói, node phát kiểm tra có âm báo bận từ node thu không? Kênh rỗi phát dl o Bắt đầu nhận dl, node thu phát th kênh đk báo bận o Phát âm báo bận suốt trình nhận dl  Tránh đụng độ CSMA/CA o Sử dụng thủ tục bắt tay RTS (ready to send), CTS (clear to send) o Node phát cảm nhận sóng mang để xem có node truyền hay không o Nếu không, node gửi gói RTS báo muốn dl cho node cần gửi o Nếu kênh truyền rỗi, node nhận gửi trả lời gói CTS để biết node sẵn sàng nhận o Node phát nhận gói CTS, gửi dl cho node nhận Câu 10: Phân tích node ẩn, node giao thức MAC Phân tích thủ tục RTS/CTS xảy hình vẽ đây?  Node ẩn: Là node nằm vùng node thu, nằm vùng node phát • A gửi dl B theo CSMA(A cảm nhận kênh truyền, rỗi gửi) • A chưa hoàn thành phát gói B C phát B • C dùng cảm nhân kênh CSMA, A C tầm nhau, C không nghe đc tín hiệu từ A(A gửi cho B) C thấy kênh rỗi nên phát gói • Kết B nhận đồng thời gói, đụng độ xảy thu, gói hỏng  Node hiện: Node nằm vùng node phát, nằm vùng node thu • B gửi dl cho A theo CSMA (B cảm nhận kênh truyền, rỗi gửi) gửi sang C • C gửi dl cho D theo CSMA, lắng nghe trạng thái kênh truyền • C thấy B gửi cho mình, dừng phát sang D, trễ không cần thiết D nằm B, nên C truyền sang D  Phân tích thủ tục RTS/CTS hình trên: • A thấy kênh rỗi gửi RTS cho B yêu cầu truyền liệu cho B • B rỗi nên gửi lại CTS cho A • Do phát quảng bá nên B phát CTS cho C • Trong đó, D lại muốn truyền liệu cho C nên gửi gói RTS cho C • C nhận CTS từ B nên xảy râ đụng độ -> gói tin hỏng • Do nhận gói CTS từ B nên A gửi liệu cho B • Gói tin từ D gửi sang cho C bị hỏng nên D lại gửi lại gói RTS cho C để yêu cầu lại • C nhận RTS từ D, chấp nhận yêu cầu nên gửi lại gói CTS cho D • Do truyền quảng bá nên C truyền CTS cho B Nhưng lại trùng với thời điểm mà A truyền liệu cho B nên xảy đụng độ, gói tin lại bị hỏng A truyền cho B Câu 11: Nêu ảnh hưởng node ẩn, node WSN? Phân tích thủ tục RTS/CTS xảy hình vẽ đây:  Ảnh hưởng node ẩn, node WSN: - Gây đụng độ, xung đột liệu xảy node phát node thu, làm hỏng gói liệu - Gây lãng phí lượng phải gửi lại gói tin bị hỏng mạng - Gây khó khăn cấu hình mạng  Phân tích thủ tục RTS/CTS hình trên: - A gửi RTS cho B, đồng thời C gửi RTS cho D - B rỗi nên chấp nhận yêu cầu nhận liệu, gửi lại gói CTS cho A - Do phát quảng bá nên B gửi CTS cho C - Đúng thời điểm này, C muốn gửi liệu cho D nên phát gói RTS Do phát quảng bá nên C gửi gói RTS cho B - D rỗi nên chấp nhận, gửi gói CTS lại cho C - Tại B xảy xung đột CTS B phát quảng bá cho C RTS C phát quảng bá cho B - A sau nhận gói CTS từ B, A gửi liệu cho B Đồng thời lúc đó, C gửi liệu cho D - Do phát quảng bá nên liệu phát quảng bá từ C sang B - Xung đột liệu xảy B làm hỏng gói liệu Câu 12.Phân tích giao thức dựa lịch trình phân cấp nhóm thích ứng lượng thấp LEACH lớp MAC WSN - node xếp thành nhóm (cluster) - Mỗi nhóm chọn node chủ (cluster head) - clusterhead cluster trao đổi thông tin theo TDMA - clusterhead truyền thông điệp nhận từ node tới trạm sở -Trạm sở thiết bị cao cấp, quản lý toàn clusterhead - clusterhead lập sẵn lịch trình theo TDMA, phát lịch cho tất node nhóm - BS phát tín hiệu xung đồng cho tất node - Giảm can nhiễu cluster dùng giản đồ phân chia mã dựa vào máy phát - Liên lạc từ clusterhead đến BS dùng CSMA - Giao thức tổ chức thành chu kỳ, chu kỳ gồm bước: Bước thiết lập bước ổn định - Bước thiết lập: tự ứng cử node chủ dựa vào cường độ tín hiệu thu ( lớn nhất) -bước thông báo: Dùng gói tin thông báo để node chủ báo cáo với node lân cận Các node chủ dùng CSMA để cạnh tranh môi trường - Bước thiết lập nhóm: Các node thông báo cho node chủ biết qua CSMA Node chủ biết số lượng thành viên cách nhận dạng Lịch trình TDMA: Chọn mã CDMA ngẫu nhiên Thông báo mã bước lịch trình thông báo *) ưu điểm Không xảy đụng độ Hạn chế lãng phí NL gây tranh chấp Tránh nghe hay thu gói không cần thiết nhờ điều chỉnh khe tg thu phát vô tuyến, khe tg khác ngủ Thời gian sống node kéo dài node hđ vơis chu kỳ nhiệm vụ ngắn *) Nhược điểm: Hạn chế khả mở rộng, khó thích ứng với node di động khả mở rộng mạng sử dụng TDMA yêu cầu node thành cluster, cấu trúc hạn chế liên lạc với node chủ Giao thức có đồng tốt thời gian: Với WSN khó hạn chế NL, phân bố mạng Tăng giá thành Thay đổi node chủ , node vào nhóm Gây chiều dài khung, phân bổ khe thời gian hiệu chỉnh lại Gây giá thành tăng, chậm hđ chung hệ thống Cần có thêm kỹ thuật FDMA, CDMA tạo thông tin nhóm Có can nhiễu Câu 13 Dựa vào yếu tố để đưa định tuyến ngang hàng phân cấp? Mô tả yếu tố này? Dựa vào cấu trúc mạng +) ngang hàng Các nút ngang hàng, đồng hình dạng chức  Các nút giao tiếp với BS qua multihop, sử dụng nút ngang hàng làm tiếp sóng  Nút gần BS làm tiếp sóng với lượng lớn nguồn đến +) phân cấp Mạng chia thành cụm, cụm có nút chủ cụm  Nút cụm thu thập dl, gửi singlehop multihop tới nút chủ cụm  Các nút tạo thành hệ thống cấp bậc, nút mức xác định thực nhiệm vụ định sẵn Câu 14 Mô tả giao thức định tuyến thác lũ FLOODING? Tại dụng giao thức WSN? 10  Là kỹ thuật chung dùng phát tán TT, tìm đường dùng mạng có dây không dây adhoc  Đơn giản, dễ cài đặt chiếm dụng băng thông toàn mạng  Khi nút mạng cần gửi gói tin tới nút đích, gửi tới tất nút liền kề  Các nút nhận gói, kiểm tra, gửi tiếp tới đích *) dùng WSN vì: Có thể xuất vòng lặp truyền tin mạng  Có nhiều gói tin dư thừa  Có thể nút đích nhận nhiều gói tin giống  Có thể nút đích nhận gói tin không theo trật tự gửi Gây sai lệch liệu Gặp bất lợi dùng WSN Câu 15 Mô tả giao thức định tuyên SPIN? Nêu hạn chế giao thức SPIN: Giao thức định tuyến thông tin dựa dàn xếp liệu  Các nút biết nội dung liệu trước liệu truyền mạng  Sử dụng thủ tục bắt tay bước:  A gửi tin quảng cáo liệu ADV tới B  Tại B, có mong muốn nhận gói nên gửi REQ yêu cầu dl cần quan tâm  Tại A, gửi tin DATA có chứa liệu cảm biến kèm mào đâu miêu tả liệu  A gửi đến B quảng cáo ADV  B quan tâm gửi yêu cầu, A gửi dl tới B  B gửi quảng cáo tới nút khác có C, E, G quan tâm…  Cho tới đến đích Hạn chế: Các nút trung gian không quan tâm đến dl nào, dl đến đích Câu 16.Mô tả giao thức định tuyến theo vị trí 11  Dùng TT vị trí để tìm tuyến liên lạc hiệu từ nguồn đến đích  Thiết bị phát yêu cầu tượng xảy khu vực TT đưa đến đích kèm theo vị trí thiết bị địa  Giao thức phù hợp với mạng có nguồn lượng hạn chế khả mở rộng hệ thống  Quá trình định tuyến:sử dụng quy tắc right-hand face traversal Nút S1 chuyển liệu đến S8 Tuyến từ S1 đến S2 Tuyến đến S3, giao với đường thẳng nối nguồn đích, giảm hiệu định tuyến Tuyến từ S2 đến S4 S1 thẳng S4 đường cắt ngang không qua 12 [...]... phát tán TT, tìm đường dùng trong mạng có dây và không dây adhoc  Đơn giản, dễ cài đặt nhưng chiếm dụng băng thông toàn mạng  Khi một nút mạng cần gửi một gói tin tới một nút đích, sẽ gửi tới tất cả các nút liền kề  Các nút này nhận gói, kiểm tra, nếu không phải thì gửi tiếp cho tới khi tới đích *) ít được dùng trong WSN vì: Có thể xuất hiện vòng lặp truyền tin trên mạng  Có nhiều gói tin dư thừa... gói tin giống nhau  Có thể nút đích nhận được các gói tin không theo trật tự được gửi Gây sai lệch dữ liệu Gặp bất lợi khi dùng trong WSN Câu 15 Mô tả giao thức định tuyên SPIN? Nêu hạn chế giao thức này SPIN: Giao thức định tuyến thông tin dựa trên sự dàn xếp dữ liệu  Các nút sẽ biết về nội dung dữ liệu trước khi dữ liệu được truyền trong mạng  Sử dụng thủ tục bắt tay 3 bước:  A gửi bản tin quảng... quan tâm  Tại A, gửi bản tin DATA có chứa dữ liệu được cảm biến và kèm mào đâu miêu tả dữ liệu đó  A gửi đến B quảng cáo ADV  B quan tâm gửi yêu cầu, A gửi dl tới B  B gửi quảng cáo tới các nút khác nhưng chỉ có C, E, G quan tâm…  Cho tới khi đến đích Hạn chế: Các nút trung gian không quan tâm đến dl nào, khi đó dl không thể đến được đích Câu 16.Mô tả giao thức định tuyến theo vị trí 11  Dùng... địa chỉ của nó  Giao thức này phù hợp với mạng có nguồn năng lượng hạn chế và khả năng mở rộng hệ thống  Quá trình định tuyến:sử dụng quy tắc right-hand và face traversal Nút S1 chuyển dữ liệu đến S8 Tuyến 1 từ S1 đến S2 Tuyến 2 đến S3, giao với đường thẳng nối nguồn và đích, giảm hiệu quả định tuyến Tuyến 4 từ S2 đến S4 S1 thẳng S4 là đường cắt ngang không đi qua 12 ... thu phát Cảm biến/ cơ cấu chấp hành Cảm biến chia nhóm • Cảm biến thụ động, đa hướng: nhằm xác định biến đổi đại lượng vật lý vị trí xác định o Cảm biến nhiệt độ, ánh sáng, độ ẩm, cảm biến chuyển... chất độc hại bị rò rỉ nhà máy, kho chứa • Cảm biến thụ động, đơn hướng: Cảm biến theo hướng định, nhiên thay đổi hướng cảm biến cần thiết (Camera) • Cảm biến chủ động: Chủ động thăm dò, tìm kiếm... node cảm biến? Toàn node cảm biến nuôi nguồn riêng Bộ nguồn có nhiệm vụ cung cấp toàn lượng cho khối node cảm biến hoạt động Bộ điều khiển thực chức xử lý lưu trữ liệu Theo sơ đồ ta thấy, cảm biến