بهبود عملکرد شبکه حسگرهای بیسیم با استفاده از ارتباطات چندگانه

دانلود فایل کامل  بهبود عملکرد شبکه حسگرهای بیسیم با استفاده از ارتباطات چندگانه
در قالب فای word و متشکل از 9 صفحه قابل ویرایش

بخشی از محتوا ::

خلاصه

توانایی نسل جدید رادیوهای به کار رفته در گره های حسگر فعال در کانال های متفاوت چند کاناله فرصتی برای تکنسین در تعدیل اثرات اختلال ایجاد کرده و متعاقبا بهبود عملکرد شاخص شبکه را فراهم می سازد. در این مقاله ما به بررسی الگوریتم ها ی ارتباطات چندکاناله مربوط به فرایند مسیر یابی(طرح ارتباط مسیر شبکه چندکاناله ( MMRC به کار رفته برای شبکه های حسگر بی سیم WSN می پردازیم تا ظرفیت و عملکرد شبکه را با مختصات زیر بهبود بخشیم. بدون مسیریابی اختلالات و پارازیت چند مسیره، اثر بخش و انرژی و تعادل باز ما از روش شبیه سازی برای ارزیابی و مقایسه عملکرد الگوریتم جدید به طرح های کانال واحد مشابه در دوره های مصرف انرژی، تعادل بار ترافیک و بازه شبکه پرداختیم. نتایج شبیه سازی نشان داد که طرح چندکاناله پیشنهادی می تواند عملکرد را در مقایسه با طرح پیشنهادی دیگر به طور شاخص افزایش دهد.

کلمات کلیدی: WSN , MMRC , TDMA , CSMA , EMRP

.۱ مقدمه

WSNها از گره های حسگر ارایش یافته یا مستقر در حوزه های جغرافیایی متصل به هم در سرتاسر لینک های بی سیم ساخته شده اند.چون گره های حسگر در اندازه های کوچک با توان محدود می باشند. مسیریابی موثر درWSN ها ضروری می باشد تا اثر بخشی انرژی و تعادل بار بین گره های شبکه را تضمین سازد. تحقیق اخیر نشان داد که مسیریابی مبتنی بر خوشه سلسله مراتبی دارای مزایای زیادی در افزایش عملکرد شبکه می باشد.[۱] پروتکل های مسیریابی میتنی بر خوشه مانند گره های گروهی ]HEED,[2]LEACH. 3]گره ها را در خوشه هایی گروه بندی می کنند که در ان یک یا چند گره باعث تضمین معیار ارزیابی مانند بالاترین سطح انرژی باقیمانده ممی شود که به عنوان سرخوشه CHانتخاب می شوند. سرخوشه داده ها را از اعضای خوشه خود جمع اوری کرده و مجموع داده ها را به BS در یک وضعیت تک جهشی یا چند جهشی ارسال می کنند چون این پروتکل های گره های WSN را در خوشه ها هدایت می کنند. انها ممکن است مزایای لازم برای WSN ها مانند مدیریت ناحیه ای خوشه ها بدون کسب اطلاعات از کل شبکه را فراهم می سازد و نظارت کرده و داده های زائد را کاهش داده و انرژی را به طور یکسان توزیع کرده و در نهایت طول عمر شبکه را افزایش می دهند.

.روش a در پروتکل های مسیریابی مبتنی بر خوشه سلسله مراتبی وجود دارد. مشتق زمانی و و مشتق رویدادی. در پروتکل های مشتق زمانی داده های حس شده به صورت دوره ای به BS ارسال می شوند. تا اطلاعات محیط را در همه زمان ها فراهم سازند. در حالیکه در پروتکل های مشتق رویدادی داده های حس شده تنها زمانی به BS ارسال می شوند که یک رویداد شناسایی شده باشد. پروتکل های مسیریابی مشتق زمانی معمولا خوشه های ثابتی را در مرحله اغازین براساس فرمول احتمال شکل می دهند در حالیکه پروتکل های مسیریابی مشتق رویدادی تنها خوشه ها را بعد از شناسایی رویداد شکل می دهند. در پروتکل های مسیریابی مبتنی بر خوشه سلسله مراتبی محرک های رویداد مانند ]OEDSR,[5]ARPEES,[6]HPEQ 4]

۱ دانشجوی کارشناسی تکنولوژی مخابرات

The 8th Symposium on Advances in Science and Technology (8thSASTech), Mashhad, Iran. 8thSASTech.khi. ac.ir

خوشه بندی انتقال داده ها به BS تنها در زمان و مکانی اتفاق می افتد که که رویداد حادث شده باشد. از این رو روش های محرک رویداد در WSNها در ذخیره انرژی کاهش داده های زائد و افزایش طول عمر شبکه به نسبت روش های محرک زمانی کاملا موثر تر و مفید تر می باشند چون انها شامل داده هایی بدون اورهد یا نظارت، مصرف انرژی و فرایند می باشند. اگرچه، OEDSR,ARPEES,HPEQضمانت کننده پایایی و اعتبار لینک برای انتقال داده ها به BS نمی باشند. اگر لینک در اثر انرژی کم از بین برود و این پروتکل ها باعث افت داده می شوند چون هیچ مسیر پشتیبان موجود برای انتقال نمی باشد. ثانیاهرگاه یک رویداد جدید شناسایی شود این پروتکل ها می بایست به طور فزاینده به اجرای مجدد فرایند مخابره بپردازند تا مسیر رله جدید به ایستگاه اصلی BS را پیدا کنند. عیب دیگر منجر به افزایش زوائد پیام کنترل و اتلاف بیشتر در مصرف انرژی می شود.. برای کاربردهای نوظهور که می تواند از عملیات های پیچیده تر استفاده کند ایجاد دامنه رویایی هدف تا مراقبت سلامت مانند شناسایی به موقع رویدادها ، استعلام پاسخگویی شبکه با جریان های گرداوری داده ها به شیوه ای زمان بندی شده مزایای نامعتبر OEDSR,ARPEES,HPEQ در این محدودیت ها و شرایط تحویل رویداد در کاربردهای شرایط بحرانی را براورده نیم سازد. به منظور غلبه بر این مسائل، پروتکل ]EMRP 7]پیشنهاد می شود که از استراتژی تبدیل دینامیک بین دو مسیر انتخاب ارائه شده با گره رله RN و گره پشتیبانی PN استفاده می کند تا پایایی و اعتبار انتقال داده ها به سوی BS را تضمین کند. فرایند تبدیل مسیر نقش بسیار کلیدی در تضمین بالای EMRP ایفا می کند. به علاوه EMRP نیازی به مخابره پیام برای انتخاب گره رله با سطح انرژی کافی نداردچون سطح انرژی RN و PN را در طول فاز اغاز ذخیره می کند.

در دوره های مصرف انرژی، تعدل بار، بازده شبکه و تعداد گره های فعال می باشد. ادامه مقاله از این قرار است: بخش ۲ به بررسی تحقیقات مربوطه در ارتباطات چندکاناله می پردازد. بخش ۳ و ۴ به تشریح مدل ارتباطات و الگوریتم جدید MMRC به طور مشروح می پردازد. بخش ۵ به ارائه نتایج ارزیابی عملکرد از طریق شبیه سازی پرداخته و ان را با سایر طرح های کانال واحد مشابه مقایسه می کند. و نتیجه گیری و تحقیقات اینده در بخش اخر ارائه می شود.
تحقیقات مربوطه:

به منظور افزایش بازده داده های مخابره شده شبکه در محیط ارتباطات بی سیم رقابتی در WSN طرح چندکاناله می بایست مسائل مهمی را مد نظر قرار دهد. هماهنگی برای دستیابی به گره های حسگر بدون اختلال و فشردگی و با قابلیت نیم دوپلکس، مکان یابی شبکه، این دسواری ها و راه حل های انها در زیر بررسی می شوند.

هماهنگی برای حالت بدون اختلال و تراکم در محیط بی سیم مشترک وقتی انتقال همزمان به روی کانال مشابه در حوزه فضایی مشابه اتفاق می افتد تمام ارسال های ناخواسته به اختلال درسیگنال مطلوب مربوط می شوند. از این رو افت فشرده بسته اتفاق می افتد چون سیگنال های دریافتی در مقایسه با سیگنال های اختلالی بسیار ضعیف می باشند. برای توانمندی در استفاده فضایی بدون پارازیت و تراکم در محیط هماهنگی انتقال میان گره ها به کار می رود.

دوره نیمه دوپلکس

فرستنده رادیویی موجود بر روی گره های حسگر می تواند به طور دینامیک کانال ها و فرکانس های عملیاتی خود را با تاخیر سوئیچ ناحیه هماهنگ کنند. اگرچه، به خاطر محدویت توان و برق انها به طور طبیعی در یک وضعیت نیمه دوپلکس با اختلال رادیویی واحد فعالیت می کنند. به این معنی که انها نمی توانند به طور همزمان به دریافت و ارسال پرداخته و از بیش از یک فرستنده در ان واحد استفاده کنند. از این رو، برای دستیابی به ارتباط موفق، فرستنده و گیرنده می بایست هماهنگ با کانال مشابه در لحظه مشابه باشند.

مکان یابی شبکه

برطبق الگوی ارتباط چند به یک، داده های فرستنده به ایستگاههای اصلی معمولا در مکان یابی های مسیر درختی رله می شوند. برخلاف مسیریابی سنتی نا مطلوب که در ان می بایست از کانال استفاده شود، مسیریابی مربوط به مسئله چندکاناله می بایست به تعیین کانال های متفاوت در مسیرهای متفاوت درخت مسیریابی بپردازند. به ویژه، زمانی که حسگرهای کاربرد فشرده ای داشته و تعداد گره ها به طور فزاینده ای زیاد می شوند. مسیریابی و تعیین فرکانس های متفاوت برای شاخه های متفاوت این مسیرها برای داده های رله ها در جهت ایستگاه اصلی یکی از اهداف مهم برای WSN مقیاس پذیر و بزرگ می باشد. این طرح ها می بایست به دقت ترسیم شوند تا گره هایی در امتداد یک مسیر را هماهنگ و تبادل کرده تا درکانال های مشابه به فعالیت بپردازند اما کاملا متفاوت از کانال های گره های در امتداد مسیرهای دیگر می باشند. به عبارتی دیگر، استراتژی هماهنگ کانال با تعیین کانال در امتداد این مسیرها در میان حسگر ها ضروری می باشد. به علاوه، فرایندهای هماهنگی و تعیین کانال می بایست به ۲ معیار دست یابند:

مصرف توان در امتداد مسیرها به حدااقل می رسدهاثر بخش انرژی) و بار ترافیک در میان گره ها به منظور به حداکثر رسیدن طول عمر شبکه متعادل گردد(تعادل بار.)