بخشی از مقاله
چکیده
UWB یک فناوری رادیویی است که می تواند برای مخابرات بی سیم در سطوح بسیار پایین انرژی برای برد کوتاه استفاده شود. در این مقاله با بکارگیری تکنیک های مسیریابی صحیح در فناوری UWB سعی در بهینه سازی مصرف انرژی شده است که این خود موضوعی تازه در این حوزه خاص مورد بررسی می باشد. با توجه به اینکه بیشترین مصرف انرژی در مرحله ارسال داده ها صورت می گیرد، لذا نحوه مسیریابی از اهمیت خاصی برخوردار خواهد بود.
نتایج شبیه سازی نشان میدهد توان عملیاتی ارایه شده با استفاده از الگوی پیشنهادی دارای بهینگی نسبت به روش های قبلی میباشد. گره هایی که با پروتکل در شبکه فعالیت مینمایند، بدلیل فعال بودن دائمی گرهها و گوش دادن اضافی در زمانی که کانال بیکار است، انرژی بسیار زیادی را هدر میدهند. با توجه به زیر ساخت پروتکل پیشنهادی که در اسلاتهای زمانی مشخص به گرهها دسترسی به کانال میدهد، انرژی مصرفی پروتکل پیشنهادی نسبت به پروتکل های قبلی بهینه شده است.
واژگان کلیدی: فراپهن باند، مسیریابی، مصرف انرژی، بهینه سازی
مقدمه
فناوری 1UWB،یک روش جدید برای انتقال حجم وسیعی از اطلاعات در فاصله کوتاه در شرایط الکترومغناطیسی دشوار هست.در این فناوری فرستنده ها از توان تشعشعی بسیار ناچیزی در یک باند بسیار وسیع استفاده نموده و به گونه ای فعالیت می نمایند که تاثیر منفی بر روی ارتباطات رادیویی سامانه های ارتباطی در فرکانس های به کار رفته ایجاد نشود.مصرف انرژی یک مبحث طراحی بسیارمهم درشبکه های حسگربی سیم مبتنی بر UWB می باشد.
یک گره سنسور بی سیم دارای منبع انرژی محدودی می باشد و در بیشتر کاربردهای شبکه های حسگر بی سیم تامین دوباره منبع انرژی غیرممکن است، در نتیجه مساله انرژی در شبکه های حسگر مهمترین چالش بشمار می آید. استفاده از فناوری UWB دارای مزایای فراوانی می باشد از جمله اینکه با به کارگیری پروتکل های مسیریابی مناسب در کنار این فناوری، قادر خواهیم بود که علاوه بر نرخ ارسال داده بالاتر - در تحقیقات گذشته به اثبات رسیده - از انرژی مصرفی بهینه تری نیز در شبکه بهره مند گردیم.
یکی از ضعف های اصلی این نوع از شبکه ها مصرف بالای انرژی آن ها می باشد. بدین منظور تاکنون چندین روش برای بهینه تر نمودن مصرف در این نوع از شبکه ها ارائه شده است که عبارتند از: در روش دوره گردش کاری فرض می شود در محیط بیش از تعداد مورد نظر گره2 حسگر وجود دارد و در صورتی که تعدادی از آن ها در حالت مصرف کم قرار بگیرند و یا خاموش شوند تاثیری در کارکرد شبکه ایجاد نشود. در این روش ها سعی می گردد به گونه ای این کار انجام گردد که زیرمجموعه انتخاب شده دارای کمترین میزان ممکن باشد.
روش داده گرایی شامل روش های کاهش داده ها و روش های استخراج داده می باشد. روش های کاهش داده ها سعی درکاهش داده های تولید شده دارند و این کار را از طریق گوناگون از جمله حذف داده های اضافی فشرده سازی داده ها و ترکیب چند داده و تفسیر آنها انجام می دهند. در روش های استخراج داده بر این تاکید می گردد که میزان تولید داده کاهش پیدا کند. یعنی با تعداد دفعات بررسی محیط کاهش پیدا کرده و یا بررسی محیط تنها زمانی انجام گیرد که تغیرات قابل قبولی در اطراف محیط حسگر رخ داده باشد.
یکی دیگر از راه های کاهش مصرف انرژی3 کاهش تعداد حسگرها در ناحیه حسگری است به صورتی که شناسایی هر هدفی در ناحیه مورد نظر تامین شود. الگوریتم های کاهش تعداد حسگر در صورتی می توانند به صورت بهینه سازی پیاده سازی شوند که شبکه مقیاس پذیر باشد.روش شایعه پراکنی از فرایند تصادف برای صرفه جویی در مصرف انرژی بهره می برد. به جای ارسال داده ها به صورت یکسان یک گره شایعه پراکن اطلاعات را به صورت تصادفی تنها به یکی از همسایگانش ارسال می کند.
اگر یک گره شایعه پراکن داده ای را از همسایه اش دریافت کند می تواند در صورتی که همان همسایه به صورت تصادفیانتخاب شد داده را مجدداً به آن ارسال کند. در این روش تنها یک کپی از داده در هر گره ایجاد می شود و هر چه تعداد کپی های ایجاد شده کمتر باشد احتمال تصادف این کپی ها کمتر می شود.روش زنجیر بر اساس ساخت زنجیری عمل می کند. در این روش در ابتدای عملکرد شبکه همه گره ها به صورت یک ساختار زنجیری با طول حداقل در نظر گرفته می شوند و سپس یک گره به عنوان رهبر زنجیر انتخاب می شود.
این گره مسولیت انتقال اطلاعات نهایی شبکه به سمت ایستگاه پایه را بر عهده خواهد داشت. روش های دیگری با الهام گرفتن از روش مبتنی بر زنجیر و به منظور بهبود عملکرد آن پیشنهاد شدند که اغلب به جای ساختار زنجیری از یک ساختار درختی بهره می گیرد. این روش ها از یک ساختار سلسله مراتبی استفاده می کنند و در هر مرتبه یک گره اطلاعات را به گره های سلسله بالاتر ارسال می کند.
بارادواج و پارینی به مطالعه مکان یابی سه بعدی حسگرهای روی بدن انسان با استفاده از فناوری UWB پرداخته اند. دو مکان حسگر مختلف در نظر گرفته می شوند؛ یکی نزدیک آرنج و دیگری نزدیک قفسه سینه. یک مطالعه مقایسه ای بین دو حسگر در قالب دقت در تخمین هماهنگی های ناشناخته بدست آمد. نتایج نشان می دهند دقت تخمین مکان حسگرها وابسته به موقعیت آن ها در بدن انسان است. دقت میانگین در مکان یابی سه بعدی برای حسگرهای مستقر در زانو حدود 2 تا 3 سانتی متر و برای حسگرهای مستقر در قفسه سینه حدود 2.5 تا 4 سانتی مترمی باشد.
روش پیشنهادی
الگوریتم پیشنهادی برای ایجاد بهبود در گذردهی، کاهش زمان تاخیر و همچنین بسته های از دست رفته در یک شبکه حسگر بی سیم، ارائه شده است. در الگوریتم پیشنهادی با نام SHA.MAL سعی بر این است که برای مسیر یابی بین گرههای حسگر، بر روی پارامترهایی همچون تعداد گره های همسایه و همچنین فاصله تمرکز گردد.در این صورت به غیر از پارامتر تعداد گام که می تواند در جهت کم کردن انرژی مصرفی گرهها و افزایش عمر گره ها موثر باشد، برای تصمیم گیری پارامترهای بیشتری لحاظ می گردد تا تصمیم گیری بهتری بر اساس این پارامترها انجام گیرد. گرههایی که دارای همسایه بیشتری نسبت به گره های دیگر هستند، شانس بیشتری برای رسیدن به مقصد دارند.
