بخشی از مقاله
خلاصه
شبکه های حسگر بی سیم متشکل از حسگرهای کوچک با هزینه پایین می باشند. دایورسیتی مشارکتی یک تکنیک موثر در مخابرات بی سیم می باشد که برای تقویت لینکهای بی سیمی که سیگنال ضعیفی دارند استفاده می شوند. با انجام ارسال مشارکتی در شبکه حسگر بی سیم شبکه حسگر بی سیم مشارکتی را خواهیم داشت. تاکنون کارهایی بر روی نحوه تقویت عملکرد لایه فیزیکی با استفاده از ارسال مشارکتی انجام شده است و در سالهای اخیر محققین ارسال مشارکتی را در حین مسیریابی در نظر گرفته اند. احتمال وقوع برخورد بسته ها در حین مسیریابی مشارکتی از مسائل شبکه های حسگر بی سیم می باشد.
در طرحهای ارائه شده برای کاهش برخورد در شبکه های حسگر بی سیم با استفاده از الگوریتمهای مسیریابی مشارکتی گیرنده بصورت ساکن فرض شده است. در این مقاله یک الگوریتم مشارکتی بین لایه ایی به منظور حداقل سازی احتمال برخورد با قید احتمال خروج در شبکه های حسگر بی سیم با گیرنده متحرک پیشنهاد شده است. ما الگوریتم حداقل سازی برخورد را با استفاده از ارسال مشارکتی تخصیص توان بهینه انتخاب مسیر و با در نظر گرفتن مدل حرکتی گوس مارکوف برای گیرنده توسعه داده ایم. این الگوریتم باعث کمتر شدن احتمال برخورد با گره های دیگر در شبکه حسگر بی سیم با گیرنده متحرک می شود. نتایج بدست آمده نشان می دهد که الگوریتم پیشنهادی احتمال برخورد را تحت قید احتمال خروج در شبکه حسگر بی سیم با گیرنده متحرک حداقل می کند.
کلمات کلیدی: مسیریابی مشارکتی، شبکههای حسگر بی سیم، حداقل کردن برخورد، گیرنده متحرک،
-1مقدمه
تکنیک دایور سیتی مشارکتی، یک تکنیک موثر در مخابرات بی سیم میباشد که برای تقویت لینکهای بیسیمی که سیگنال ضعیفی دارند استفاده میشود. برای ارسال مشارکتی دو حالت وجود دارد: -1 تقویت و ارسال؛ در این حالت رله سیگنال دریافتی را تقویت و سپس برای مقصد ارسال میکند. -2 کدگشایی و ارسال ؛ دراین حالت رله ابتدا سیگنال دریافتی از منبع را کدگشایی کرده و سپس برای مقصد ارسال میکند. دایورسیتی مشارکتی به نحوی عمل میکند که ترکیب چندین کپی از بستهها برای مقصد ارسال میشود و این امر سبب مزایای متعددی مثل: ظرفیت بالاتر و کیفیت سیگنال دریافتی بهترمیشود.
الگوریتمهای مسیریابی در لایه فیزیکی با داشتن قابلیت ارسالهای مشارکتی در لایه فیزیکی با عنوان الگوریتمهای مسیریابی مشارکتی شناخته میشوند .[1] مسیریابی مشارکتی به مانند آن چه در [2] آمده است نشان داده شده است که پیدا کردن مسیریابی مشارکتی بهینه یک مسئله Np-Hard میباشد. پیدا کردن زیر مسیرهای بهینه به دو دسته تقسیم میشوند : الگوریتمهای مسیریابی که بوسیله اولین انتخاب مسیر بهینه با ارسال مستقیم در هر لینک و سپس ارسال مشارکتی حول لینکهایی که از مسیرهای انتخاب شده هستند. الگوریتمهای مسیریابی که قابلیت ارسال مشارکتی در هریک از لینکهایی که در حین مسیرهایی که انتخاب شدهاند را دارا هستند، که مسیریابیهای این دسته خیلی پیچیده میباشند اما دارای بهره وری بیشتری میباشند .[1]
-2کارهای پیشین
یکی از الگوریتمهای مسیریابی مشارکتی ارائه شده در این زمینه - CAN-L - نامیده شده و در [2] ارائه شده است، که در مسیریابی با موضوعیت کمکردن توان مجموع ارسالی با استفاده از کوتاهترین مسیرایده اصلیاین الگوریتم است، که اول کوتاهترین مسیر غیرمشارکتی استفاده شده و سپس بوسیله آخرین - L - گره در مسیرغیر مشارکتی ارسال مشارکتی انجام خواهد شد. یک الگوریتم که در [3] ارائه شده است که با عنوان - - MPCR نامگذاری شده است، بدین شکل عمل میکند که مسیری را که توان مجموع ارسالی را کمینه میکند پیدا میکند. اثر متقابلی در مسیرهای برقرار شده بین ورودی و خروجی میتواند باعث مشکل گرههای پنهان و آشکاری شود که در نهایت سبب برخورد بستهها با هم میشود. اما استفاده از تکنیکهای دایورسیتی و مسیریابی مشارکتی باعث تقویت عملکرد لینکهای قدرتمند شبکه شده و مصرف توان شبکه را کم میکند. این عمل سبب میشود که چندین کپی از بستهها توسط رلهها ارسال شوند و درنهایت مقصد سیگنال با کیفیت بیشتری را دریافت میکند،
اما ممکن است مشکل شلوغی در لایه Mac در شبکه نیز داشته باشیم. در [4] این مشکل حل شده است. در [5] از برخورد اجتناب شده است، با استفاده از بحثهای گراف که در ان با عملکرد هماهنگ دستهای از گرهها میباشد که در آن به یک پروتکل غیر مشارکتی رسیده است، اما مسئله اصلی در مسیریابی مشارکتی در همه طرحهای ارائه شده کمتر کردن مصرف انرژی است، هم چنین همانطور که نشان داده شده پروتکلهای مسیریابی با هدف کمینهکردن توان ارسالی مثل مشارکتی همراه غیر مشارکتی - Can-L - و کمینهکردن توان با مسیریابی مشارکتی - MPCR - لزوما منجر به کمکردن احتمال برخورد نمیشوند.
شبکههای حسگر بیسیم که بنا به کاربرد دارای محدودیتهایی مثل: محدودیت انرژی میباشند، برخورد بستهها دراین شبکهها میتواند باعث مشکلات جدی شود. مثلاً در کاربردهای نظامیکه هدف آشکارسازی دارند برخورد بستهها میتواند باعث از دست رفتن هدف یا تأخیرهایی در شبکه شوند که نتایج نامطلوبی را به همراه دارند. به همین دلیل است که کم کردن احتمال برخورد در شبکههای حسگر بیسیم از موارد دلخواه و موردنظر میباشد.تعداد کمی از طرحها مثل [1] و [4] مسیرهای از ابتدا تا انتهای چند تایی را در مسیریابی مشارکتی در نظر گرفته اند. در [4] مسئله برخورد در مسیریابی مشارکتی مورد توجه قرار گرفته است، این مسئله را در لایه Mac حل کرده است
و برای افزایش مسیرهای از ابتدا تا انتهای چند گانه از مسیریابی مشارکتی استفاده کرده است. الگوریتم ارائه شده در [1] احتمال برخورد را با استفاده از مسیریابی مشارکتی حداقل کرده است. اگر چه این الگوریتم نیازمند دانستن ترافیک گره است که پیچیدگی آن را در مقایسه با الگوریتم این مقاله افزایش می دهد. در طرحهای ارائه شده برای کاهش برخورد در شبکه های حسگر بی سیم با استفاده از الگوریتمهای مسیریابی مشارکتی گیرنده بصورت ساکن فرض شده است. در برخی از کاربردها در شبکه حسگر بی سیم نیاز به استفاده از گیرنده متحرک برای جمع آوری اطلاعات در داخل شبکه حسگر بی سیم می باشد. در این مقاله الگوریتمی برای حداقل سازی احتمال برخورد در شبکه حسگر بی سیم با گیرنده متحرک با استفاده از ارسال مشارکتی، تخصیص توان بهینه و انتخاب مسیر ارائه شده است.
-3مدل سیستم مسئله
hij ضرایب رایلی محوشوندگی کانال و nij نویز گوسی سفید جمعشونده در هر لینک بین گره i و گره j فرض میشود، هم چنین تضعیف ناشی از مسافت بصورت تابع نمایی با به عنوان مدلی برای افت مسیر تعریف شده است. در حالت ارسال مستقیم که منبع سیگنالش را بصورت مستقیم برای مقصد ارسال میکند رابطه سیگنال دریافتی در مقصد به صورت زیر میباشد:[6] که در آن D ps ، توان ارسالی از منبع در حالت ارسال مستقیم است و K ثابتی است که مشخصات فرستنده، گیرنده و کانال بستگی دارد و rsd، فاصله بین دو گره مبداً و مقصد است و u، اطلاعات ارسالی با توان واحد میباشد.
شرط آشکارسازی مناسب آن است که، سیگنال به نویز دریافتی بزرگتر از آستانه آشکارسازی - - باشد.احتمال خروج وقتی که گیرنده قادر به آشکارسازی اطلاعات u نباشد تعریف میشود، و وقتی یک لینک در حالت خروج فرض می شود که سیگنال به نویز دریافتی آن کمتر از آستانه آشکارسازی - - باشد. بنابراین احتمال خروج وقتی که در حالت ارسال مستقیمهستیم D میباشد و به صورت - Pr - SN Rsd تعریف میشود. میتوان نشان داد که تحت قید احتمال Prout خروج - * Pr D - Pr ، توانی که باعث حداقل شدن احتمال برخورد میشود طبق رابطه - 2 - بدست میآید: مدل سیستم بکار گرفته شده برای ارسال مشارکتی مشابه با آنچه که در [7] استفاده شده می باشد. همانطور که در شکل - 1 - نشان داده شده است یک ارسال مشارکتی شامل سه گره: - s - منبع، - d - مقصد - که گره مقصد نهایی - d - همان گیرنده شبکه حسگر بی سیم در این کار می باشد - و گره رله - l - میباشد.
