بخشی از مقاله
چکیده
در این مقاله، پژوهش های متعددی که خیلی پیش در زمینه طراحی میان لایه ای شبکه های حسگر بی سیم صورت گرفته نشان داده شده است. این مقاله عمدتا بر کارهای پژوهشی انجام شده جهت بهره وری در انرژی شبکه حسگر بی سیم تمرکز دارد. جهت بهره وری در انرژی شبکه های حسگر بی سیم، پروتکل های میان لایه ای متعدد و نسخه های پیشرفته آنها معرفی شده است.
یکی از رویکرد ها جهت تامین بهره وری انرژی در شبکه های حسگر بی سیم، رویکرد مودلاسیون متعامد است. یک MAC میان لایه ای از تکنیک مسیرگزینی استفاده کرده و لایه MAC بطور مشترک جهت بهره وری بیشتر انرژی در شبکه های حسگر بی سیم طراحی شده است. پس مسئله نود های متعدد حسگر در نود سینک با استفاده از تکنیک خوشه بندی گردآوری شده است که در آن نود ها با مشخصات مشابه در یک نود جمع آوری می شوند. بنابراین این مقاله پژوهشی است بر آنچه در طراحی میان لایه ای در شبکه های حسگر بی سیم صورت گرفته است.
.1 مقدمه
در مدل OSI شبکه، محدوده های دقیقی وجود دارد که برقراری ارتباط را تنها در یک لایه مجزا مقدور می سازد. بنابراین جهت جلوگیری از انواع این محدوده ها، بهینه سازی میان لایه ای توسعه داده شده است که در آن ارتباط میان لایه ها با مجاز ساختن یک لایه جهت دسترسی به داده های دیگر با تبادل اطلاعات انجام می شود. شبکه های حسگر بی سیم از چندین نود ساخته شده است که این نود ها به یکی یا چند نود دیگر متصل می شوند. مشخصات اصلی شبکه های حسگر بی سیم پویایی و ناهمگنی در نود ها، و قابلیت تحمل شرایط سخت را شامل می شود.
اما طراحی میان لایه ای شبکه های حسگر بی سیم چندین مشکل را با خود به همراه دارد. مشکلات می تواند پیمانه ای بودن، کاهش استحکام، دشواری در ارتقا سیستم، و خطر بی ثباتی باشد. ما می توانستیم پروتکل AODV - اد هاک بر بردار تقاضا - را برای شبکه های حسگر بی سیم مورد استفاده قرار دهیم اما در صورتی که تراکم نود ها خیلی بالا باشد، استفاده از پروتکل AODV می تواند به افزایش آن منجر شود. بنابراین، برای غلبه بر این مشکل، پروتکل مسیرگزینی CAODV مورد استفاده قرار می گیرد.
در شکل 1، شوکیانگ ژنگ، وی گو، کای ون چگونگی اجرای معماری طراحی میان لایه ای را در شبکه های حسگر بی سیم پیشنهاد داده اند .[1] در نظر بگیرید که اگر لایه فیزیکی خواهان برقراری ارتباط با لایه MAC یا لایه فوق را داشته باشد می تواند به سادگی با طراحی میان لایه ای شبکه های حسگر بی سیم صورت گیرد. و نه تنها با لایه فوق بلکه میان سایر لایه ها. فرض کنید لایه MAC قادر است تا نه تنها با لایه شبکه بلکه با لایه زیرین که لایه فیزیکی یا لایه فوق لایه شبکه که لایه انتقال یا لایه برنامه عرضه ای است ارتباط برقرار کند.
CAODV .2 برای شبکه های حسگر بی سیم
در سال 2008 پروتکل جدید شوکیانگ ژنگ، وی گو، کای ون جهت جلوگیری از مسئله سربار - overhead - در شبکه های حسگر بی سیم که تعداد زیادی از نود ها را در اختیار دارند پروتکل CAODV پیشنهاد شده بود .[1] جدا از کاهش سربار، پروتکل CAODV به ایجاد بهره وری انرژی در شبکه های حسگر بی سیم نیز کمک می کند. پروتکل میان لایه ای AODV - اد هاک بر بردار تقاضا - برای شبکه های حسگر بی سیم که دربردارنده تراکم بالای نود ها هستند مورد استفاده قرار می گیرد.
پروتکل AODV که پیش تر پیشنهاد شد برای MANET ها مناسب است اما برای شبکه های حسگر بی سیم که دربردارنده تعداد وسیعی از نود ها هستند، پروتکل AODV کارآمد نیست چرا که ممکن است به سربار منتهی شود. بنابراین، به منظور رایگان ساختن سربار و بهره وری انرژی در شبکه های حسگر بی سیم، پروتکل CAODV بسیار مفید است.
در پروتکل پیشنهاد شده CAODV، دو مکانیزم انتقال تاخیر - DT - و انتشار کارآمد - EB - مورد استفاده قرار می گیرد .[1] نتایج نشان می دهد که سربار و احتمال تصادم را می توان به میزان بیشتری کاهش داد. همچنین نتایج نشان می دهد که بهره وری انرژی به میزان بیشتری بهبود یافته است. پژوهش محتمل آتی در این زمینه که می تواند نود ها با مشخصات مشابه باشد را می تواند در یک کلاستر جهت کاهش هزینه و حلقه های انطباق قرار دهد.
هزینه و حلقه های انطباق مشکلی را در طراحی میان لایه ای بر جای می گذارد که این عامل را می توان به عنوان کار پژوهشی در آینده مورد استفاده قرار داد. ما از نتایج این مقاله پژوهشی می توانیم دریابیم که جدا از کاهش سربار و بهبود در بخش بهره وری انرژی، یک پارامتر دیگر که لتنسی ردیابی مسیر است بدون بازداری از نسبت تحویل بسته ها در شبکه های حسگر بی سیم کاهش داد.
.3 پروتکل میان لایه ای برای بهره وری لتنسی در WSN ها [3]
در سال 2009 ورژن جدید پروتکل میان لایه ای توسط جاهیون کیم، جایونگ لی، سئوگیو کیم با ایجاد دو پروتکل کنترل دسترسی محیط و پروتکل مسیرگزینی جهت برقراری ارتباط با یکدیگر مورد استفاده قرار گرفت .[3] این پروتکل جهت غلبه بر محدودیت هایی چون دستگاه های قدرت و کوچک در شبکه های حسگر بی سیم به منظور افزایش طول عمر شبکه معرفی شد.
CLP ارتقا یافته تکنیک چرخه تطبیقی جهت بهره وری بیشتر انرژی در شبکه های حسگر بی سیم را مورد استفاده قرار می دهد. یک الگوریتم مبتنی بر سه سلسله مراتب نیز جهت افزایش طول عمر شبکه در این پروتکل بکار گرفته می شود. این الگوریتم مبتنی بر سه سلسله مراتب قادر است تا سربار را در حین افزایش طول عمر شبکه کاهش دهد.
نتایج نشان می دهد که ECLP هنگامی که لتنسی و بهره وری انرژی را از خود بروز می دهد عملکرد بهتری را نیز نسبت به سایر پروتکل های موجود از خود نشان می دهد. اما حوزه آینده این الگوریتم می تواند این الگوریتم را در نود های حسگر کوچکتر شبکه های حسگر بی سیم به اجرا درآورد. شکل 2 میانگین مصرف انرژی با اتخاذ 20 نود را نشان می دهد .[3] در محور Y مصرف انرژی در Mw بوده و در محور X CBR در pacer/sec می باشد. نتایج به وضوح نشان می دهد که پروتکل ECLP در مقایسه با سایر پروتکل های موجود نظیر SMAC و AODV از نظر میانگین مصرف انرژی در شبکه های حسگر بی سیم عملکرد بهتری دارد.
نتایج به وضوح نشان می دهد که پروتکل ECLP در مقایسه با سایر پروتکل های موجود نظیر AODV و SMAC از نظر میانگین تاخیر از انتها به انتها در شبکه های حسگر بی سیم عملکرد نسبتا بهتری دارد. نتایج شبیه سازی نشان می دهد که برای 50 نود نیز پروتکل های ECLP نسبت به پروتکل های موجود نظیر AODV و SMAC زمانی که انرژی و تاخیر را از انتها به انتها در شبکه های حسگر بی سیم مصرف می کند عملکرد بهتری دارد.
برای پژوهش های پیش رو با اتخاذ پارامتر های بیشتر جهت بهره وری در انرژی در شبکه های حسگر بی سیم چون شرایط ترافیکی، نسبت موفقیت، پویایی و تراکم شبکه حوزه ای وجود دارد/ ما می توانیم از این مقاله نتیجه بگیریم که پروتکل ECLP در مقایسه با سایر پروتکل های موجود نظیر SMAC و AODV در صورتی که تراکم نود ها افزایش یابد عملکرد بهتری دارد.
در سال 2009 در مقاله ای دیگر ون هاون، تنگ کویلینگ، یوکسیو و کین توانفا پروتکل هایی را جهت بهره وری در انرژی دسترسی به تقیسم زمانی چندگانه مبتنی بر شبکه های حسگر بی سیم پیشنهاد دادند. این مقاله بر اساس طراحی میان لایه ای با پژوهش های عمده انجام شده در لایه های فیزیکی، ارتباطاتی و MAC است. بهره وری انرژی طرح های مودلاسیون وضعیت پالس - PPM - و مودلاسیون شیفت فرکانس - FSK - مورد بررسی قرار گرفته اند.
نتایج نشان می دهد که PPM در مقایسه با FSK دارای بهره وری بیشتری در انرژی است. رویکرد طراحی میان لایه ای هم در PPM و هم در FSK نتایج بیشتری را در حفظ انرژی نشان می دهد. نتایج همچنین نشان می دهد که انرژی ذخیره شده برای FSK 5% حال آنکه برای PPM 28% می باشد. ما از این مقاله می توانیم نتیجه گیری کنیم که طرح PPM در مقایسه با سایر طرح های مودلاسیون که FSK می باشد به مراتب بهتر است. نتایج متعدد نشان می دهد که انرژی ذخیره شده در PPM در مقایسه با FSK بیشتر است. بنابراین با استفاده از رویکرد طراحی میان لایه ای، شبکه های حسگر بی سیم مبتنی بر TDMA قادر است تا در انرژی بهره وری بیشتری داشته باشد.
