بخشی از مقاله
چکیده
شبکههای حسگر بیسیم متشکل از حسگرهای کوچک، با هزینه پایین میباشند. از آنجا که در این شبکهها نیاز به ارسال مشارکتی میباشد و برای این منظور از مسیریابی مشارکتی استفاده میشود، بنابراین در حین مسیریابی احتمال وقوع برخورد از مشکلات این شبکه میباشد.
در این مقاله یک الگوریتم مشارکتی بین لایهای1 به منظور کم کردن احتمال برخورد در مسیرهای از ابتدا تا انتها با قید احتمال خروج، پیشنهاد شده است. همچنین با استفاده از ارسال مشارکتی و تخصیص توان بهینه این الگوریتم توسعه داده شده است. این الگوریتم مسیریابی مشارکتی که - MCCR - 2 نامیده میشود، باعث کمتر شدن احتمال برخورد با گرههای دیگر در شبکه میشود. نتایج بدست آمده نشان میدهد که روش پیشنهادی با استفاده از طرح مسیریابی مشارکتی احتمال برخورد را کم میکند.
-1 مقدمه
تکنیک دایور سیتی مشارکتی3، یک تکنیک موثر در مخابرات بی سیم میباشد که برای تقویت لینکهای بیسیم که دارای سیگنال ضعیفی میباشند استفاده میشود. برای ارسال مشارکتی دو حالت وجود دارد: - 1 تقویت و ارسال4 ؛ در این حالت رله سیگنال دریافتی را تقویت و سپس برای مقصد ارسال میکند. -2 کدگشایی و ارسال 5 ؛ 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 .[4] مسیریابی مشارکتی به مانند آن چه در [1] 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
-2 روشهای پیشین
یکی از الگوریتمهای مسیریابی مشارکتی ارائه شده در این زمینه 1 - CAN-L - نامیده شده و در [1] 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 [2] ارائه شده است که با عنوان - MPCR - 2 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 [5] این مشکل حل شده است. در [3] 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.
در[4] الگوریتم مسیریابی مشارکتی دیگری با استفاده از تخصیص توان بهینه در زمینه کمکردن احتمال برخورد با مسیرهای از ابتدا تا انتهای چندگانه انجام شده و در آن احتمال برخورد را در مقایسه با روشهای قبلیاش کاهش داده است.
در این مقاله روشی جدید با الگوریتم مسیریابی بین لایهای برای کم کردن احتمال برخورد در مسیرهای انتخابی از ابتدا تا انتهای مسیرها طراحی شده است که این طراحی با ترکیب ارسال مشارکتی و تخصیص دادن توان بهینه انجام شده است.
-3 سیستم مدل مسئله
hij راضرایب 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 .[2] در حالت ارسال مستقیم که منبع سیگنالش را بصورت مستقیم برای مقصد ارسال میکند رابطه سیگنال دریافتی در مقصد به صورت زیر میباشد:
که در آن psD ، توان ارسالی از منبع در حالت ارسال مستقیم است و K ثابتی است که به 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 - - باشد.احتمال خروج وقتی که گیرنده قادر به آشکارسازی اطلاعات u نباشد تعریف میشود، بنابراین احتمال خروج وقتی که در حالت ارسال مستقیم هستیم Pr Dout میباشد و به صورت - Pr - SNRsd تعریف میشود .[4] میتوان نشان داد که تحت قید احتمال خروج - - Pr Dout Pr *out ، توانی که باعث حداقل شدن احتمال برخورد میشود طبق رابطه - 2 - بدست میآید:
که Pr *out ، بیشترین احتمال خروج قابل قبول است و N o توان نویز میباشد.
بطور کلی یک ارسال مشارکتی شامل سه گره: - s - منبع، - d - مقصد و گره رله - l - میباشد. برای ارسال مشارکتی سیگنال دریافتی از - s - منبع در - d - مقصد و در - l - رله با عبارتهای زیر بیان میشود:
که در آنها psC توان ارسالی از منبع در ارسال مشارکتی میباشد. اگر رله سیگنال را برای مقصد دوباره ارسال کند، سیگنال دریافتی در مقصد از گره رله با رابطه - 5 - بیان میشود:
که درآن plC توان ارسالی از گره رله است و مقصد سیگنال را تنها با استفاده از سیگنال رله آشکار میکند. اگرچه با ترکیبی مثل - MRC - پر بازده تر است، اما نیازمند آن است که سیگنال مستقیم را تا زمانی که سیگنال غیر مستقیم دریافت شود ذخیره کنند. همچنین نیازمند پردازش سیگنال بیشتر و داشتن دانش کاملی از اطلاعات کانال میباشد که به خاطر توان محدود و قابلیت پردازش محدود در شبکههای حسگر بی سیم، تکنیک ترکیبیاین چنینی در این مقاله استفاده نشده است. اگر گره منبع - s - در حال فرستادن باشد و بطور همزمان گره دیگری مثل - n - در حالت دریافت از گرهایی مثل - m - باشد، تداخل بوجود خواهد آمدکه باعث ایجاد برخورد خواهد شد [4]، احتمال وقوع این سناریو با رابطه - 6 - بدست میآید:
که این رابطه احتمال تداخل دریافتی از - s - بوسیله - n - را نشانمیدهد و Prrx - n - احتمالی است که گره n دریافت خواهد کرد
