Tài liệu Nghiên cứu về nhận thức trong mạng cảm biển không dây bằng phương pháp watermarking

HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG --------------------------------------- HOÀNG THỊ THU NGHIÊN CỨU VỀ NHẬN THỰC TRONG MẠNG CẢM BIẾN KHÔNG DÂY BẰNG PHƯƠNG PHÁP WATERMARKING LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT HÀ NỘI – 2019 HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG --------------------------------------- HOÀNG THỊ THU NGHIÊN CỨU VỀ NHẬN THỰC TRONG MẠNG CẢM BIẾN KHÔNG DÂY BẰNG PHƯƠNG PHÁP WATERMARKING CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT VIỄN THÔNG MÃ SỐ: 08.52.02.08 LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT (Theo định hướng ứng dụng) NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS. HOÀNG TRỌNG MINH HÀ NỘI – 2019 i LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan kết quả đạt được của luận văn là sản phẩm của cá nhân tôi nghiên cứu, tổng hợp. Các số liệu và kết quả trình bày trong luận văn là trung thực và chưa được công bố bởi bất kỳ tác giả nào hay ở bất kỳ công trình nào khác. Hà Nội, tháng 11 năm 2018 Tác giả luận văn Hoàng Thị Thu ii LỜI CẢM ƠN Tôi xin bày tỏ sự biết ơn sâu sắc tới TS. Hoàng Trọng Minh, người thầy đã định hướng và hướng dẫn tôi thực hiện thành công đề tài nghiên cứu. Tôi xin chân thành cảm ơn Ban giám đốc, Khoa Quốc tế và Đào tạo sau đại học - Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông cũng như Ban lãnh đạo và các đồng nghiệp tại Viện công nghệ Thông tin và Truyền thông CDIT, nơi tôi đang công tác, đã tạo mọi điều kiện thuận lợi cho tôi trong suốt quá trình thực hiện luận văn. Tôi xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo trong và ngoài trường đã trang bị cho tôi những kiến thức trong quá trình hoàn thành các học phần cao học. Tôi xin được cám ơn những người thân, bạn bè đã thường xuyên quan tâm, giúp đỡ, chia sẻ kinh nghiệm, cung cấp các tài liệu hữu ích trong thời gian học tập, nghiên cứu cũng như trong suốt quá trình thực hiện luận văn tốt nghiệp. Cuối cùng, tôi xin chân thành gửi lời cảm ơn tới gia đình đã kiên trì chia sẻ và động viên tôi trong suốt quá trình thực hiện nội dung luận văn. Hà Nội, tháng 11 năm 2018 Tác giả luận văn Hoàng Thị Thu iii MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN ....................................................................................................... i LỜI CẢM ƠN ............................................................................................................ii MỤC LỤC ................................................................................................................ iii THUẬT NGỮ VIẾT TẮT ....................................................................................... vi BẢNG KÝ HIỆU ................................................................................................... viii DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ.................................................................................. ix DANH MỤC CÁC BẢNG ....................................................................................... xi MỞ ĐẦU .................................................................................................................... 1 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ MẠNG CẢM BIẾN KHÔNG DÂY ................. 4 1.1. Giới thiệu chung về mạng cảm biến không dây .............................................. 4 1.2. Cấu trúc mạng cảm biến không dây ................................................................. 5 1.2.1. Cấu trúc của một node mạng WSN ............................................................... 5 1.2.2. Cấu trúc của toàn mạng WSN ....................................................................... 6 1.2.3. Cấu trúc đặc trưng của WSN ......................................................................... 8 1.3. Đặc điểm và yếu tố ảnh hưởng tới WSN ........................................................ 13 1.3.1. Đặc điểm của mạng cảm biến không dây .................................................... 13 1.3.2. Yếu tố ảnh hưởng của mạng cảm biến không dây ...................................... 14 1.4. Các công nghệ truyền dữ liệu trong WSN ..................................................... 17 1.4.1. Bluetooth ..................................................................................................... 17 1.4.2. Zigbee .......................................................................................................... 17 1.4.3. Z-ware.......................................................................................................... 18 1.4.4. 6LoWPAN ................................................................................................... 18 1.4.5. Thread .......................................................................................................... 18 1.4.6. Wifi .............................................................................................................. 18 1.4.7. Cellular ........................................................................................................ 19 1.4.8.NFC .............................................................................................................. 19 1.4.9. Sigfox .......................................................................................................... 19 1.4.10. Neul ........................................................................................................... 20 iv 1.4.11. Lora............................................................................................................ 20 1.5. Các ứng dụng .................................................................................................... 20 1.5.1. Trong quân đội ........................................................................................... 20 1.5.2. Trong môi trường ........................................................................................ 21 1.5.3. Trong y học.................................................................................................. 23 1.5.4. Trong gia đình ............................................................................................. 23 1.5.5. Trong công nghiệp, nông nghiệp ................................................................. 24 1.5.6. Trong giao thông ......................................................................................... 26 1.6. Kết luận chương ............................................................................................... 27 CHƯƠNG 2. NHẬN THỰC TRONG MẠNG CẢM BIẾN KHÔNG DÂY ...... 28 2.1. Nguyên lý nhận thực ........................................................................................ 28 2.1.1. Lý do nhận thực ........................................................................................... 29 2.1.2. Giai đoạn nhận thực..................................................................................... 29 2.1.3. Quy trình nhận thực ..................................................................................... 29 2.2. Các giải pháp kỹ thuật cơ bản ........................................................................ 30 2.2.1. Nhận thực dựa trên khóa công khai ............................................................. 30 2.2.2. Nhận thực dựa trên khóa đối xứng .............................................................. 30 2.2.3. Lược đồ nhận thực động .............................................................................. 30 2.2.4. Lược đồ nhận thực động lớn ....................................................................... 30 2.2.5. Lược đồ nhận thực nhẹ ................................................................................ 31 2.2.6. Lược đồ nhận thực hiệu quả ........................................................................ 31 2.2.7. Nhận thực sử dụng cấp hai TTUA .............................................................. 31 2.2.8. Nhận thực sử dụng cấp cao hai cấp TTUA ................................................. 31 2.3. Các giao thức trao đổi khóa ............................................................................ 32 2.3.1. Giao thức thỏa thuận chính.......................................................................... 32 2.3.2. Giao thức truy xuất chính ............................................................................ 33 2.3.3. Giao thức quản lý khác cho các nút thu nhận.............................................. 35 2.4. Các giao thức xác thực ..................................................................................... 36 2.4.1. Giao thức kích hoạt và xác thực cảm biến (SAAP)..................................... 37 v 2.4.2. Giao thức xác thực lại Sensor -1 (SRP1)..................................................... 38 2.4.3. Giao thức xác thực lại Sensor - 2 (SRP2).................................................... 39 2.4.4. Giao thức kích hoạt và xác thực người dùng (UAAP) ................................ 41 2.4.5. Giao thức xác thực người dùng chìm (USiAP) ........................................... 42 2.4.6. Giao thức xác thực người dùng cảm biến (USeAP) .................................... 43 2.5. Kết luận chương ............................................................................................... 44 CHƯƠNG 3. NHẬN THỰC BẰNG PHƯƠNG PHÁP WATERMARKING ... 45 3.1. Đặt vấn đề ......................................................................................................... 45 3.2. Giải pháp nhận thực bằng watermarking ..................................................... 46 3.2.1. Kỹ thuật Watermark .................................................................................... 47 3.2.2. Phân loại Watermark ................................................................................... 49 3.2.3. Một số giải pháp nhận thực bằng watermarking ......................................... 51 3.3. Mô hình hóa và mô phỏng kiểm chứng .......................................................... 53 3.3.1. Bài toán đặt ra ............................................................................................. 53 3.3.2. Mô phỏng kiểm chứng kịch bản tấn công lưu lượng .................................. 59 3.4. Đánh giá giải pháp ........................................................................................ 61 3.5. Kết luận chương ............................................................................................ 61 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ................................................................................ 63 TÀI LIỆU THAM KHẢO ...................................................................................... 65 vi THUẬT NGỮ VIẾT TẮT ADC Analog to Digital Converter Bộ chuyển đổi tương tự - số BS Basic Station Trạm gốc CC Communication Giao tiếp CH Cluster Head Nút chủ DAC Digital to Analog Converter Bộ chuyển đổi số - tương tự DCT Discrete Cosine Transform Biến đổi Cosin rời rạc DFT Discrete Fourier Transform Biến đổi Fourier rời rạc DP Data Processing Xử lý dữ liệu DWT Discrete Wavelet Transform Chuyển đổi Wavelet rời rạc FA Flat Architecture Cấu trúc phẳng FFT Fast Fourier Transform Biến đổi Fourier nhanh FT Fault to Lerance Khả năng chịu lỗi HC Hardware Constraints Ràng buộc phần cứng IAT Inter Arrival Time Thời gian liên tiếp giữa các gói tin ID Identification Mã nhận dạng LFS Location Finding System Hệ thống định vị MB Mobilizer Bộ phận di động MH Multihop Đa chặng NT Network Topology Cấu hình mạng cảm ứng PC Production Costs Chi phí sản xuất PC Power Consumption Tiêu thụ năng lượng PDA Personal Digital Assistant Thiết bị trợ giúp cá nhân PG Power Generator Bộ phát nguồn PKC Public Key Crypto Mật mã khóa công khai PU Power Unit Bộ nguồn PU Processing Unit Bộ xử lý RF Radio Frequency Tần số vô tuyến vii SB Scability Khả năng mở rộng SD Smart Dust Hạt bụi thông minh SF Sensor Field Trường cảm biến SH Singlehop Duy nhất SKC Symmetric Key Cryptography Mật mã khóa đối xứng SN Sensor Nodes Nút cảm biến SS Sensing Cảm nhận SU Storage Unit Bộ lưu trữ nhỏ SU Sensing Unit Bộ cảm nhận TA Tiered Architecture Cấu trúc tầng TM Transmission Media Phương tiện truyền dẫn TMN Task Manager Node Nút quản lý nhiệm vụ TU Transceiver Unit Bộ thu phát WINS Wireless Integrated Network Mạng cảm biến tích hợp không dây Sensors WSN Wireless Sensor Network Mạng cảm biến không dây viii BẢNG KÝ HIỆU A Cơ quan kiểm soát A B Cơ quan kiểm soát B BSj Trạm cơ sở thứ j EiB(m) Mã hóa của m, sử dụng khóa KiB G0j Nhóm tất cả các thực thể không liên quan đến BSj Gj Nhóm tất cả các thực thể liên quan đến BSj KiPS Khóa phiên riêng tư KiS Khóa phiên S tạo ra ở khoảng thứ i KiTS Khóa phiên tạm thời KjG Một khóa tạo ra từ BSj Kji Khóa thời gian được BSj tạo ra ở khoảng cách thứ i N Số lượng các nút cảm ứng phân bố trong vùng A Ni Nút thứ i ni Chuỗi thứ i trong trao đổi tin nhắn R Phạm vi truyền sóng Rk(t) Độ tin cậy hoặc khả năng chịu lỗi của các nút cảm ứng Sj Bộ sink thứ j t Khoảng thời gian khảo sát Td Khoảng thời gian thỏa thuận Tk Vé thứ k Ui Nút thứ i Uk Người dùng thứ k Vi Giá trị chỉ số cho khoảng thứ i Z (A) Phần tử xâm nhập Z bắt chước thực thể A λk Tỷ lệ lỗi của nút k ix DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình 1.1: Thành phần của một nút cảm ứng ...............................................................5 Hình 1.2: Cấu trúc mạng cảm biến không dây ............................................................7 Hình 1.3: Cấu trúc tầng ...............................................................................................8 Hình 1.4: Cấu trúc mạng phân cấp chức năng theo lớp ..............................................9 Hình 1.5:Cấu trúc mạng phân lớp xếp chồng vật lý ...................................................9 Hình 1.6: Cấu trúc mạng phân cấp logic ...................................................................10 Hình 1.7: Cấu trúc phẳng ..........................................................................................11 Hình 1.8: Mạng WSN cảnh báo cháy rừng ...............................................................22 Hình 1.9: Cảnh báo và đo thông số động đất ............................................................22 Hình 1.10: WSN trong y tế .......................................................................................23 Hình 1.11:Mạng gia đình thông minh .......................................................................24 Hình 1.12: WSN trong quản lý hàng hóa ..................................................................25 Hình 1.13: WSN trong bến cảng ...............................................................................25 Hình 1.14: WSN trong trồng trọt ..............................................................................26 Hình 1.15: WSN trong chăn nuôi ..............................................................................26 Hình 1.16: WSN trong giao thông ............................................................................27 Hình 2.1: Tạo và nhập khóa dựa trên thời gian với tham chiếu đến đoạn thời gian .33 Hình 2.2: Cây Hash nhị phân được tạo ra với vectơ chỉ số V = v1, v2, v3, v4 ........35 Hình 2.3: Quản lý chuỗi khóa trong nút thu nhận .....................................................36 Hình 2.4: Trao đổi bản tin cho giao thức kích hoạt và xác thực cảm biến (SAAP) .37 Hình 2.5: Trao đổi bản tin cho giao thức xác thực lại Sensor-1 (SRP1) ..................39 Hình 2.6: Trao đổi bản tin cho giao thức xác thực lại Sensor-2 (SRP2) ..................40 Hình 2.7: Trao đổi bản tin cho giao thức kích hoạt và xác thực Người dùng (UAAP) ...................................................................................................................................42 Hình 2.8: Trao đổi bản tin cho giao thức xác thực người dùng cảm biến (USeAP) .43 Hình 3.1: Phân loại Watermarking............................................................................49 x Hình 3.2: Phân loại các thuật toán Watermarking dựa trên miền biến đổi dùng cho quá trình nhúng Watermarking .................................................................................50 Hình 3.3: Phân loại Watermarking dựa vào ứng dụng của watermarking ................51 Hình 3.4: Mô hình mã hóa và giải mã watermark ....................................................56 Hình 3.5: Tỷ lệ phát hiện tấn công lưu lượng dựa trên tỷ lệ thay đổi tốc độ gói tin và khoảng tin cậy ...........................................................................................................60 xi DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 3.1: Ký hiệu các tham số..................................................................................55 1 MỞ ĐẦU Trong số các mạng không dây hiện nay, mạng cảm biến không dây là một trong số những thành tựu công nghệ mới đang thu hút nhiều sự quan tâm. Mạng cảm biến không dây với hạ tầng truyền thông cho các hệ thống IoT được ứng dụng để truyền tải thông tin môi trường từ các node cảm biến về trung tâm xử lý và hỗ trợ các tác vụ điều khiển ngược về phía môi trường. Vì vậy, vấn đề an toàn mạng cảm biến đã và đang là một vấn đề thu hút nhiều nhà nghiên cứu, triển khai hệ thống trước hàng loạt các yêu cầu và ứng dụng mới được đặt ra trong thời gian gần đây. Trong đó, tính nhận thực đảm bảo dữ liệu không bị thay đổi trong quá trình truyền là một vấn đề có nhiều thách thức khi số lượng thiết bị cảm biến tăng rất nhanh và đa dạng kéo theo nhiều điều kiện ràng buộc khác biệt với các hạ tầng đã có. Do đó, đề tài này tập trung nghiên cứu các vấn đề liên quan tới nhận thực trong mạng cảm biến không dây và mong muốn đề xuất một giải pháp nhận thực dựa trên watermark để phù hợp với một số yêu cầu của mạng cảm biến không dây. Tiếp cận nhận thực bằng phương pháp watermark đã được rất nhiều các nhà khoa học trên thế giới quan tâm do tính gọn nhẹ của tiếp cận. Tuy nhiên, tại Việt Nam hướng đi này còn khá mới mẻ, và chưa có các nghiên cứu có hệ thống về khả năng và phương pháp ứng dụng giải pháp này trong mạng cảm biến không dây. Do đó, học viên đã lựa chọn nghiên cứu đề tài “Nghiên cứu về nhận thực trong mạng cảm biến không dây bằng phương pháp Watermarking” nhằm nghiên cứu tiềm năng nhận thực của một giải pháp cụ thể. Từ đó, xây dựng khung lý thuyết về cách nhận thực trong mạng cảm biến không dây trên cơ sở nghiên cứu các công trình khoa học của nước ngoài và khảo sát thực trạng ứng dụng giải pháp watermark của các nước trên thế giới. Với cách đặt vấn đề như trên, mục đích nghiên cứu của luận văn là nhằm phân tích, đánh giá các giải pháp sử dụng nhận thực bằng phương pháp watermark 2 ứng dụng cho mạng cảm biến không dây, trên cơ sở đó đề xuất cải tiến một phương pháp nhận thực trong mạng cảm biến không dây. Đối tượng nghiên cứu chính của luận văn là các giải pháp watermark sử dụng cho nhận thực trong mạng cảm biến không dây. Phạm vi nghiên cứu của luận văn bao gồm: 1) Nghiên cứu tập trung vào các vấn đề lý thuyết. 2) Nghiên cứu các giải pháp công nghệ. 3) Đề xuất các giải pháp đã có. 4) Kiểm chứng thông qua mô phỏng số hoặc mô phỏng sự kiện rời rạc. Phương pháp nghiên cứu chính được sử dụng trong luận văn là phương pháp phân tích, tổng hợp thông tin để từ đó đề xuất giải pháp cải thiện. Nội dung của luận văn được trình bày theo cấu trúc sau: - “Chương 1: Tổng quan về mạng cảm biến không dây”: Trình bày một bức tranh tổng quát về mạng cảm biến không dây. Từ đó, nội dung của chương đi sâu phân tích cấu trúc, đặc điểm, các công nghệ truyền dữ liệu, yếu tố ảnh hưởng và đánh giá các tiềm năng ứng dụng của mạng cảm biến không dây cũng như xác định rõ các vấn đề cần nghiên cứu. - “Chương 2: Nhận thực trong mạng cảm biến không dây”: Chương này trình bày về nguyên lý nhận thực trong WSN, phân tích các giải pháp kỹ thuật cơ bản, các giao thức xác thực sử dụng để đảm bảo tính toàn vẹn của dữ liệu trong WSN. - “Chương 3: Nhận thực bằng phương pháp watermarking”: Tập trung vào các vấn đề xung quanh việc nhận thực bằng phương pháp watermarking để từ đó đề 3 xuất giải pháp phù hợp để mô phỏng lại hệ thống. - “Kết luận và khuyến nghị”: Tổng hợp đánh giá các kết quả đạt được của luận văn đồng thời đề xuất các hướng nghiên cứu tiếp theo. Trong quá trình nghiên cứu, học viên luôn cố gắng bám sát các tài liệu khoa học. Nội dung chi tiết của luận văn sẽ được trình bày dưới đây. 4 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ MẠNG CẢM BIẾN KHÔNG DÂY Tóm tắt: Chương này khái quát các vấn đề chính của mạng cảm biến không dây, các mô hình mạng không dây, đặc điểm và các yếu tố ảnh hưởng tới mạng cảm biến không dây, các công nghệ truyền dữ liệu và ứng dụng của mạng cảm biến không dây trong đời sống của mỗi người. 1.1. Giới thiệu chung về mạng cảm biến không dây Trong những năm gần đây, mạng cảm biến không dây đã và đang được phát triển và triển khai cho nhiều ứng dụng khác nhau như: theo dõi sự thay đổi của môi trường, khí hậu, phát hiện và do thám việc tấn công bằng hạt nhân, giám sát các mặt trận quân sự, sinh học và hóa học, theo dõi điều khiển giao thông, các phương tiện xe cộ, chuẩn đoán sự hỏng hóc của máy móc, thiết bị, theo dấu và giám sát các bác sĩ, bệnh nhân cũng như quản lý thuốc trong bệnh viện. Mạng cảm biến không dây là một mạng không dây mà các nút mạng sử dụng các vi điều khiển, cảm biến, bộ truyền RF với kích thước tương đối nhỏ, đa chức năng, tiêu thụ năng lượng ít, có khả năng tự tổ chức, tự bảo trì, giá thành thấp để thực hiện nhiệm vụ thu thập thông tin. Thông tin được truyền về một trạm gốc thông qua các nút cảm biến khác và thông qua Internet truyền về trung tâm dữ liệu để lưu trữ, phân tích và xử lý. Nút cảm biến bao gồm các bộ vi xử lý rất nhỏ, bộ phận cảm biến, bộ thu phát không dây, bộ nhớ có giới hạn và nguồn nuôi. Khi nút cảm biến hoạt động, các nút này sẽ thu nhận tín hiệu từ môi trường và bản thân thiết bị, tín hiệu có thể là tín hiệu vật lý, sinh học, hóa học hay chuyển thành tín hiệu điện năng để đưa vào vi điều khiển. Thiết bị vi điều khiển sẽ thu nhận tín hiệu từ cảm biến và xử lý chúng. Sau đó, bộ truyền nhận tín hiệu thiết lập giao tiếp truyền dữ liệu đã được xử lý đến các nút trong mạng. 5 1.2. Cấu trúc mạng cảm biến không dây 1.2.1. Cấu trúc của một node mạng WSN Mỗi nút cảm ứng được cấu thành bởi 4 thành phần cơ bản gồm: bộ cảm nhận (a sensing unit), bộ xử lý (a processing unit), bộ thu phát (a transceiver unit) và bộ nguồn (a power unit). Khi xây dựng mạng cảm biến trước hết phải chế tạo và phát triển các nút cấu thành mạng- nút cảm biến. Các nút phải có kích thước nhỏ, giá thành rẻ, hoạt động hiệu quả về năng lượng, có các thiết bị cảm biến chính xác có thể cảm nhận, thu thập các thông số môi trường, có khả năng tính toán, có bộ nhớ đủ để lưu trữ, và phải có khả năng thu phát sóng để truyền thông với các nút lân cận. Bên cạnh đó, có thể có thêm những thành phần khác tùy thuộc vào từng ứng dụng gồm: hệ thống định vị (location finding system), bộ phát nguồn (power generator) và bộ phận di động (mobilizer). Hình 1.1: Thành phần của một nút cảm ứng Với mô hình trên:  Các bộ phận cảm ứng (sensing units) bao gồm cảm biến và bộ chuyển đổi tương tự - số (ADC).  Dựa trên những hiện tượng quan sát được, tín hiệu tương tự tạo ra bởi sensor được chuyển sang tín hiệu số bằng bộ ADC, sau đó được đưa vào bộ xử lý. 6  Bộ xử lý thường được kết hợp với bộ lưu trữ nhỏ (storage unit), quyết định các thủ tục làm cho các nút kết hợp với nhau để thực hiện các nhiệm vụ định sẵn.  Phần thu phát vô tuyến kết nối các nút vào mạng thực hiện việc gửi và nhận các dữ liệu thu được từ chính nó hoặc các nút lân cận tới các nút khác hoặc tới nút sink.  Một trong số các phần quan trọng nhất của một nút mạng cảm ứng là bộ nguồn. Bộ nguồn có thể là một số loại pin, các nút có thời gian sống lâu thì bộ nguồn rất quan trọng, phải có khả năng nạp điện từ môi trường như là năng lượng ánh sáng mặt trời. Ngoài ra cũng có những thành phần phụ khác phụ thuộc vào từng ứng dụng. Hầu hết các kỹ thuật định tuyến và các nhiệm vụ cảm ứng của mạng đều yêu cầu có độ chính xác cao về vị trí nên cần phải có các bộ định vị. Các bộ phận di động, đôi lúc cần để dịch chuyển các nút cảm ứng khi cần thiết để thực hiện các nhiệm vụ đã ấn định như cảm biến theo dõi sự chuyển động của vật nào đó. Tất cả những thành phần này cần phải phù hợp với kích cỡ từng module và tuân theo một số ràng buộc nghiêm ngặt khác như: tiêu thụ năng lượng ít, hoạt động ở mật độ cao, có giá thành thấp, có thể tự hoạt động, và thích ứng với môi trường. 1.2.2. Cấu trúc của toàn mạng WSN Các nút cảm ứng được phân bố trong một trường cảm biến (sensor field) như hình 1.2. Mỗi một nút cảm ứng có khả năng thu thập dữ liệu và định tuyến lại đến các nút sink. Dữ liệu được định tuyến lại đến các nút sink bởi một cấu trúc đa điểm, các nút sink có thể giao tiếp với các nút quản lý nhiệm vụ (task manager node) qua mạng Internet hoặc vệ tinh. 7 Hình 1.2: Cấu trúc mạng cảm biến không dây Khi thiết kế cấu trúc mạng và kiến trúc mạng cần phải dùng một số cơ chế, kỹ thuật đặc thù sau:  Giao tiếp không dây multihop: khi giao tiếp không dây là kỹ thuật chính, thì giao tiếp trực tiếp giữa hai nút sẽ có nhiều hạn chế do khoảng cách hay các vật cản. Khi nút phát và nút thu cách xa nhau thì cần công suất phát lớn nên cần các nút trung gian làm nút chuyển tiếp để giảm công suất tổng thể.  Hoạt động năng lượng hiệu quả: nhằm mục đích hỗ trợ kéo dài thời gian sống của toàn mạng.  Tự động cấu hình: mạng cảm biến không dây cần phải cấu hình các thông số một cách tự động. Các nút có thể xác định vị trí địa lý của nó thông qua các nút khác (gọi là tự định vị).  Cộng tác, xử lý trong mạng và tập trung dữ liệu: việc sử dụng một nút cảm biến không thể thu thập đủ dữ liệu mà cần phải có sự cộng tác hoạt động của nhiều nút thì mới thu thập đủ dữ liệu, khi đó từng nút thu dữ liệu gửi ngay đến nút sink thì sẽ rất tốn băng thông và năng lượng. Do vậy, cần sự kết hợp dữ liệu của nhiều nút trong một vùng rồi mới gửi tới nút sink thì sẽ tiết kiệm băng thông và năng lượng. Do vậy, cấu trúc mạng mới có các tính năng cơ bản sau: