بخشی از مقاله
-1 مقدمه
پیشرفت روز افزون شبکه های حسگر بی سیم در زمینه ها ی گوناگون باعث شده است که این شبکه ها به یکی از بحثهای اصلی پژوهشی در حوزه ی بی سیم تبدیل شوند. در شبکه های حسگر بی سیم با چاهک ثابت هرگره در طول دوره ی فعالیت خود، داده را از محیط اطراف جمع آوری میکند که این فعالیت با مصرف انرژی گره همراه خواهد بود. هر گره بعد از جمع آوری داده آن را برای چاهک ارسال می کند. ارسال داده توسط گره باعث مصرف مقدار زیادی از انرژی گره میشود که این انرژی مصرفی با فاصله ی گره از چاهک نسبت مستقیم دارد .البته باتوجه به تک گام یا چند گام بودن ارسال، تاثیر متفاوتی در مصرف انرژی کل شبکه خواهد داشت .[1] در هر صورت مسئله ی مهم در اینجا گره هایی هستند که در نزدیکی چاهک قرار دارند. این گره ها تقریبا متحمل تمام ترافیک شبکه هستند و نسبت به گره های دیگر چالش مصرف انرژی درآنها خیلی بیشتر به چشم میآید زیرا با مرگ هر کدام از آنها فشار ترافیک روی گره های دیگر، در اطراف چاهک بیشتر میشود واین منجر به نزدیکتر شدن زمان مرگ آنها میشود .درنهایت، ارتباط بین چاهک با گره های شبکه یا بطور کامل قطع میگردد ویا گره ها مجبورند که داده های خود را در تعدادگامهای کمتری برای چاهک ارسال کنند که هر کدام از شرایط بوجود آماده به معنی تسریع در مرگ شبکه است.[2-4]
از جمله راههایی که برای انتقال ترافیک به نقاط مختلف شبکه ارایه شده است، استفاده از چاهک متحرک می باشد. انتخاب چاهک متحرک باعث میشود مصرف انرژی در شبکه بصورت متعادل، تقریبا بین تمام گره ها صورت گیرد. این شیوه باعث افزایش طول عمر شبکه، قابلیت اطمینان، انعطاف پذیری و در کل بالا رفتن کارایی شبکه می گردد. این تعادل در مصرف انرژی به شیوهی حرکت چاهک در شبکه و همچنین شیوه ی مسیر یابی داده در شبکه بستگی دارد. حرکت چاهک میتواند بصورت آگاه از وضعیت گره ها یا کاملا تصادفی صورت گیرد .همچنین انتقال داده می تواند درچندگام یا تک گام باشد که انتخاب هر کدام از این دو انتقال خود در مصرف انرژی و طول عمر شبکه نقش دارند .[5-7]
در این مقاله، روشی برای جمع آوری داده از سطح شبکه ارائه می گردد که مبتنی بر حرکت چاهک متحرک می باشد. در اینجا، چاهک از وضعیت انرژی گره ها هیچ اطلاعی ندارد، همچنین، گره ها نیز از وضعیت انرژی یکدیگر بی خبرند. فرض بر این است که گره ها و همینطور چاهک متحرک مجهز به موقعیت یاب باشند .روش ارائه شده در این مقاله در سه مرحله صورت می گیرد. اولین مرحله، پیش بینی مکان چاهک توسط گره هاست. در این فاز گره ها مکان بعدی چاهک را پیش بینی میکنند و داده ی خود را به نزدیکترین گره ها به مکان پیش بینی شده میفرستند. دومین مرحله، حرکت چاهک است. در این مرحله چاهک طبق شیوهای که برای حرکتش در نظر گرفتیم، به ایستگاه بعدی نقل مکان می کند و سومین مرحله دریافت دادهها توسط چاهک است.
در این مرحله چاهک مشابه یک چاهک ثابت، کاملا از حرکت باز می ایستد وشروع به دریافت داده میکند. در واقع ما در کار خود از خصوصیت چاهک ثابت به نفع دریافت داده و از خصوصیت تحرک چاهک برای صرفه جویی و تعادل در انرژی شبکه استفاده کرده ایم. ترتیب مطالب ارائه شده در این مقاله به این صورت است: در بخش 2 تعدادی از کارها که در این زمینه صورت گرفته اند، آورده شده است .در بخش 3 به توضیح روش پیشنهادی برای حرکت چاهک متحرک، ارسال داده توسط گره ها و دریافت داده توسط چاهک میپردازیم .در بخش 4 توصیف شبیه سازی و ارزیابی روش پیشنهادی انجام میشود وسرانجام در بخش 5 یک نتیجه گیری از کار خواهیم داشت.
-2 کارهای پژوهشی پیشین
در [1] ، نویسنده دو شیوه ی حرکت برای چاهک در نظر گرفته است که در اولی چاهک بصورت ثابت نزدیک گره می ایستد وگره های دیگر از طریق این گره دادهای خود را به چاهک می رسانند و بعد از مدتی چاهک تغییر مکان می دهد .در شیوه ی دوم، چاهک در یک پریود زمانی به چند مکان سر می زند و گره تحویل دهنده ی داده هم چند بار در این پریود عوض میشود. همچنین در [1] دریافت داده توسط چاهک متحرک نیز به دو روش تک وضعیتی و چند وضعیتی انجام میشود. در [2] پروتکلی ارائه شده است که یک ساختار گرید در شبکه ایجاد میکند و چاهک متحرک برای هرکدام از سلولهای گرید یک پیام همه گیر می فرستد حال آنکه در [3] ، نویسندگان کارایی شبکه را از لحاظ انرژی برای چاهک متحرک و چاهک ثابت مقایسه کرده اند و سپس ارتباط بین بسته های از دست رفته و کاشتن گره ها در شبکه، نرخ انتقال داده و نرخ جمع آوری داده از محیط را توضیح داده اند.
در کارهای [4,5] مسیر حرکت چاهک بصورت منظم به طوری مشخص شده است که چاهک برای دریافت داده باید هر گره را اجبارا ملاقات کند. نویسندگان روشی را برای شبکه های حسگر بیسیم با چاهک متحرک بررسی کرده اند که در آن هر گره بعد از ساختن داده بلافاصله مجبور نیست آن را برای چاهک ارسال کند و توسط اپلیکشنهای تأخیر پذیر این داده برای مدتی میتواند نگهداری شود. در [6] نویسندگان بیان می کنند که بعد از خوشه بندی شبکه و همینطور مشخص شدن سرخوشه ها، بهترین مکان برای چاهک درپریود بعد، مکانی خواهد بود که با سرخوشه ی فرستنده داده یک گام فاصله داشته باشد تا به این وسیله، کمترین انرژی ممکن مصرف شود. در [7]، یک مکانیزم بر پایه ی یادگیری ارائه شده است که با استفاده از این مکانیزم، گره ها توپولوژی شبکه را می سازند و با استفاده از آن برای چاهک داده ارسال می کنند.
-3 روش پیشنهادی -1-3 پیش بینی مکان بعدی چاهک توسط گره ها
در این مقاله فرض بر این است که هر کدام از گره ها بصورت دوره ای هر T ثانیه یکبار، داده های خود را که از محیط جمع آوری کرده اند برای چاهک ارسال می کنند و چاهک بصورت دوره ای، طبق یک الگوریتم منظم، بصورت زیگزاگی حرکت می کند و برای جمع آوری داده ها در مکانهایی - ایستگاه - می ایستد. فرض دوم ما این است که گره ها و همینطور چاهک مجهز به GPS هستند، بنابراین، امکان ارسال مختصات مکان خود به دیگران را دارند. باتوجه به این فرضیات، وقتی گره ها از مکان چاهک خبر داشته باشند و حرکت چاهک هم طبق یک الگوریتم منظم باشد، مکان بعدی چاهک قابل پیش بینی خواهد بود. این کار توسط گره ها به این صورت انجام می شود که قبل از تمام شدن دوره ی توقف چاهک، گره هایی که در حال ارسال داده هستند، مکان بعدی چاهک را پیش بینی می کنند و ارسال داده ی خود را متوقف می کنند.
از این زمان به بعد، هر گره با توجه به اینکه از مکان تک تک گره ها در شبکه باخبر است، مقصد بعدی بسته های خود را نزدیکترین گره به مکان پیش بینی شده تعیین می کند و بسته ی خود را برای این گره میفرستد. در واقع، برای تمام گره های شبکه، نزدیکترین گره ها به مکان پیش بینی شده، مقصد بسته ها خواهند بود. این گره ها تا پیش بینی بعدی همچنان مقصد بسته ها خواهند بود. محاسبه ی فاصله، نزدیکترین گره و پیش بینی نقطه ی بعدی برای چاهک همه از طریق محاسبه ی فاصله ی دو نقطه در صفحه ی مختصات صورت می گیرد واین روند پیش بینی مادامی که شبکه زنده باشد، ادامه دارد .شکل 1 یک شمای کلی از شبکه ی مد نظر ما را نشان می دهد .در این شکل مکان فعلی چاهک، مکان پیش بینی شده چاهک توسط گره ها، گره هایی که داده ارسال می کنند و گره های دیگر شبکه، نشان داده شده اند.
می دانیم که هر گره یک محدوده ی ارتباطی دارد .در روش پیشنهادی گره ها قابلیت پیش بینی خروج چاهک از برد ارتباطی گره های مقصد بسته ها را دارند. اگر چاهک از محدوده ی برد گره خارج شود، به احتمال زیاد داده های ارسال شده از نقاط دور دست به چاهک که هنوز درحال دست به دست شدن بین گره ها هستند و به چاهک نرسیدهاند، از بین می روند. اهمیت این پیش بینی آنجا مشخص میشود که قبل از تمام شدن دوره ی توقف چاهک صورت میگیرد و گره ها این فرصت را دارند که ارسال داده هایی را که احتمال می دهند به چاهک نمی رسند، متوقف کنند. بنابراین، می توان گفت که از دوباره ارسالی داده به دلیل از دست رفتن آن، اجتناب میشود. لذا، هم صرفه جویی در مصرف انرژی و هم جلوگیری از تأخیر ناشی از ارسال دوباره را در پی خواهد داشت.
