بخشی از مقاله
چکیده
در این مقاله به مساله مقیاس پذیری بر روی پروتکل AODV در شبکه های حسگر بی سیم پرداخته می شود در مرحله اول، مسائل طراحی مقیاس پذیری با کار مرتبط در زمینه شبکه های حسگر بی سیم - WSN - بحث شده است. در ادامه مدل شبکه حسگر بی سیم طراحی شده نشان داده شده است. در نهایت، اهمیت مقیاس پذیری بر روی رفتار برنامه MAC، حمل و نقل فیزیکی و عملکرد لایه شرح داده شده است
-1 مقدمه
در سال های اخیر، شبکه های حسگر بی سیم به یکی از مناطق پژوهشی تبدیل شده اند .موسسه تکنولوژی ماساچوست [1] شبکه های حسگر را به عنوان ده تکنولوژی برتر که جهان را تغییر می دهد بررسی می کند .شبکه های حسگر بی سیم شامل یک گروه از سنسورها یا گره های متصل است که از طریق یک مکانیسم مرتبط به منظور انجام کار سنجش توزیع شده است .شبکه های بیسیم حسگر از استقرار فیزیکی بسیار حساسی برخوردار هستند .محدوده کاربرد شبکه های حسگر بی سیم در محدوده نظارت نظامی و بخش بهداشت و درمان و بسیاری از مناطق به رشد فوق العاده ای در شبکه های حسگر بی سیم منجر شده است و یک چهره جدید از تحقیقات در این زمینه از برنامه های محاسبات توزیع شده باز کرده است .چالش هایی همچون [ 2] مقیاس پذیری، مشکل پوشش، محلی سازی، مصرف انرژی و محیط فیزیکی و غیره باید برای عملکرد بهینه سیستم WSN بررسی شوند .برای محیط های بی سیم و تلفن همراه، نیاز است که گره های حسگر ارزان و کم داشته باشیم. مدل سازی تحلیلی WSN و پیش بینی عملکرد واقعی آن، بستر آزمون به منظور به دست آوردن رفتار واقعی WSN است که نیاز به تلاش فوق العاده ای دارد. در آینده، ما انتظار زیادی از برنامه WSN بلادرنگ به عنوان یکی از زمینه های تلاش داریم.
-2 معیارهای طراحی مقیاس پذیری
مقیاس پذیری از مسایل اساسی در شبکه های حسگر بی سیم است، زیرا می توان آن را به عنوان اندازه ای از عملکرد عمده در نظر گرفت .در شرایط عمومی، مقیاس پذیری می تواند به عنوان توانایی سیستم برای انجام کارهای مفید باشد که با افزایش بار اندازه سیستم به عنوان نمونه شبکه نامیده می شود .به عنوان مثال، آیا عملکرد یک شبکه با افزایش تعداد گره افزایش می یابد، آیا عملکرد پروتکل مسیریابی با افزایش اندازه شبکه و غیره افزایش می یابد یا خیر. پاسخ این مسایل نشان دهنده ی اهمیت واقعی مقیاس پذیری در شبکه های حسگر بی سیم است .مقیاس پذیری به عنوان یک مسئله طراحی عمده در شبکه های حسگر بی سیم به شمار می رود و توانایی سیستم را مشخص می کند، به جای گره های اضافی تا آستانه خاص، بدون تغییر ساختار کل سیستم این کار انجام می شود.مقیاس پذیری نقش مهمی را ایفا می کند، به طور خاص برای شبکه گیرنده بی سیم در مقیاس بزرگ که در آن گره ها در همکاری با یکدیگر به منظور انجام یک کار مشترک کار می کنند .شبکه های حسگر بی سیم می توانند به دو روش مقیاس پذیر باشند: - الف - مقیاس پذیری جغرافیایی - ب - مقیاس پذیری بار شبکه. در مورد مقیاس پذیری جغرافیایی، قابلیت استفاده بستگی به پارامترهای سیستم دارد، مانند دامنه، قدرت و غیره در حالی که در شبکه های مقیاس پذیری بار، قابلیت استفاده بستگی به افزایش تعداد گره ها به سیستم شبکه داده شده است.از دیدگاه سخت افزاری، مقیاس پذیری شامل حساسیت و طیف وسیعی از سنسور، پهنای باند رادیو و مصرف انرژی است. چشم انداز نرم افزار شامل: مدیریت داده ها، انتقال و الگوریتم های مورد استفاده برای مقیاس پذیری شبکه است. حجم زیاد گره ها، پیچیدگی مدل برنامه نویسی و پیچیدگی مدیریت داده ها را افزایش می دهد .
بنابراین، لازم است که با دقت و مسائلی مانند مقیاس پذیری کنار آمدن برای دیدار با نیاز عملکرد برنامه بررسی شود. در - 10 - سه پروتکل مسیریابی پروتکل یعنی، جاری شدن سیل، پروتکل BVR و پروتکل PGRبرای مسئله مقیاس پذیری در شبکه های حسگر بی سیم مورد بررسی قرار گرفت .مقایسه عملکرد پروتکلRR ، پروتکل SER و پروتکل SPIN توسطChalaket انجام شده است [11] .روش جدیدی برای WSN پیشنهاد شد و در مقایسه با پروتکل GPSR و جاری شدن سیل پروتکل در [12] بیان شد. Lukachanو همکاران [13]، پروتکل SELAR را بررسی و در مقایسه با LEACH و MTE ارزیابی مقیاس پذیری را انجام دادند .مقایسه های بی سیم شبکه های حسگر پروتکل های مسیریابی مقیاس پذیری های Hadjila و همکاران نشان داده شده است [14]. .در اینجا، مقاله ما با مقیاس پذیری بار شبکه مرتبط است. ما در این مقاله بر مسئله مقیاس پذیری شبکه های حسگر بی سیم بیش موقت در بردار فاصله تقاضا - AODV - پروتکل مسیریابی تمرکز داریم. این نوع واکنش های پروتکل در مسیر ، تنها زمانی که AODVپروتکل مسیریابی 16]،[15 باشد، رویکرد سنتی مسیریابی یعنی یک ورودی در هر جدول و یک شماره ترتیب را بیان می کند .این پارامترها حفظ می شوند تا اطلاعات مسیر یابی به روز رسانی شوند و حلقه مسیریابی رایگان در شرایط مختلف ایجاد شود .پرس و جو و پاسخ - درAODV ، اطلاعات مسیر یابی [17] را می توان با دو دوره تعیین نمود .پروتکل AODV مسیریابی با استفاده از نوع چهار گروه کنترل از پیام های: - الف - مسیریابی پیام درخواست - RREQ - برای پیام پخش به گره دیگر، - ب - مسیر یابی پیام پاسخ - RREP - برای دریافت پیام، - ج - مسیریابی پیغام خطا - REPP - برای آگاه شدن از طریق عدم پیوند و - IV - پیام HELLO با استفاده از لینک ها و تشخیص، تشکیل شده است.
-3 مدل ارزیابی پیشنهادی
برای ارزیابی و قضاوت تاثیر مسئله مقیاس پذیری در عملکردWSN ، ما یک مدل اساسی برای WSN توسعه داده ایم، همانطور که در شکل 1 نشان داده شده است
شکل -1 مدل WSN پیشنهادی
مدل WSN پیشنهادی از سه مرحله تشکیل شده است که عبارتند از: - الف - ورودی، - ب - پروسه و - ج - مرحله خروجی . مرحله اول شامل مشخصات سناریوی عمومی، ایستگاه های بی سیم و خواص گره های فردی است .مرحله دوم شامل استقرار مرحله نود ایستگاه پایه در محیط شبیه سازی شده است .مرحله نهایی خروجی متناظر با پارامترهای ورودی را می دهد .در این مدل، یک ایستگاه بی سیم در مرکز منطقه قرار دارد که برای جمع آوری اطلاعات از تمام گره های دیگر مورد استفاده قرار می گیرد. وضعیت زمین ما به صورت 1500 متر 1500 × متر است که به صورت یک منطقه مسطح تنظیم شده است .کل منطقه به 225 سلول به شکل مربع تقسیم شده است .گره ها می توانند به صورت استاتیک و یا پویا باشند .نوع مدل انتشار بی سیم دو اشعه و انتشار به زمین است و گره ها به صورت تصادفی قرار گرفته اند .یک کانال با فرکانس 2.4 گیگاهرتز داریم . زمان توقف را 30 ثانیه در نظر می گیریم. تعداد نرخ بیت ثابت - CBR - در نظر گرفته می شود و اتصالات فاصله تحرک 10است و به عنوان 100 میلی ثانیه تنظیم شده است .کل اتصال راه اندازی شده است و به طور تصادفی انجام شده است . سرعت گره from0-20 متفاوت است .زمان توقف برای این سناریو 30 ثانیه در نظر گرفته شده است و در لایه کاربردی، لایه MAC، لایه انتقال و لایه فیزیکی انجام شد .ما استاندارد IEEE802.15.4 را برای پروتکل لایه فیزیکی استاندارد IEEE 802.11برای MAC پروتکل لایه، IPv4را برای پروتکل لایه شبکه و پروتکل AODV برای مسیریابی شبکه استفاده می کنیم
-4 آنالیز کارایی و نتایج
تجزیه و تحلیل عملکرد و نتایج این بخش ما را قادر می کند که تجزیه و تحلیل ارزیابی AODV پروتکل مسیریابی در شبکه های حسگر بی سیم را انجام دهیم. مدل پیشنهادی ما با Qualnet 5.0 شبیه ساز [18] بیش از پلت فرم ویندوز اجرا، شبیه سازی ها در P-IV پردازنده 2.8 گیگاهرتز با 2 حافظه GBof RAM اجرا شد . ما تاثیر مقیاس پذیری بر روی لایه های مدل شبیه سازی را بررسی می کنیم. پس از شبیه سازی ما پارامترهای مشخص لایه کاربردی، لایهMAC ، لایه انتقال و لایه فیزیکی را تغییر می دهیم. .پارامترها عبارتند از - الف - میانگین نوسانات، - ب - تاخیر سراسری، - ج - بسته های پخش ارسال و دریافت، - د - بسته ها از و به لایه کاربردی .پارامترهای مشابه مانند حداکثر توان برای اعلان شبکه های بی سیم توسط لین دای و همکاران گزارش شده است [19] .در ابتدا تنوع میزان میانگین نوسانات یعنی انحراف نامطلوب سیگنال های دوره ای واقعی با هماهنگ سازی مرجع ساعت را داریم .شکل2 نمودار میانگین نوسانات و تجزیه و تحلیل تاخیر سراسری را با توجه به تعداد گره ها نشان می دهد .مقدار متریک تعیین شده برای میانگین نوسانات در محدوده 011 .-0 است .در اینجا میزان متوسط نوسانات را در افزایش 100-50 گره را نشان می دهیم. پس از آن تعداد را به 250 گره می رسانیم . مشاهده می شود که میانگین نوسانات برای پروتکل AODV تا آستانه خاص به عنوان مثال 100 گره بیشتر کاهش می یابد تا 250 گره .این به خاطر این واقعیت است که گره هایی که به ایستگاه اتصال بی سیم نزدیکتر هستند، به جای گره های سینک دورتر، بسته ها را به سینک های نزدیک تری می فرستند.
