بخشی از مقاله
چکیده -
شبکه هایRFID بیانگر سیستمهایی هستند که ازامواجرادیویی برای انتقال اطلاعات استفاده میکنند.در این شبکهها برخوردداده اجتنابناپذیر است.نکتهای که کاررا مشکل کرده واشتیاقبه پیشرفت درزمینه کاربردیکردن موارد شبکههای رادیویی را تحتتاثیر قرار داده است مسئله تصادم است.
تصادم بهعنوان یک مشکل کلیدی در سیستمهایRFID، میتواند منجربه افزایش زمان لازم جهت شناسایی وهدررفتن پهنایباند شود.دراین مقاله ابتدا به بررسی برخیاز الگوریتمهای ضدتصادم میپردازیم و سپس روشیکه ازکدگذاری منچستر جهت کاهش تصادم استفاده میکند را ارائه خواهیم کرد که هدف آن افزایش بازدهی سیستم وکاهش تعداد تصادمها میباشد.درنهایت به ارزیابی الگوریتم پیشنهادی در پارامترهایی نظیر بازدهی سیستم وتعدادتصادم پرداخته میشود.نتایج مقایسات ناظربر عملکرد بهینهتر الگوریتم پیشنهادی نسبتبه سایرروشها در افزایش بازدهی سیستم میباشد.
-1 مقدمه
سرعت پیشرفت فناوری هر روز بیشتر از روز قبل میشود و این سرعت، گاهی چنان است که ما نیز از آن عقب میمانیم و هنوز با کاربری فناوری جدید خوب آشنا نشدهایم که با فناوری جدیدتری روبرو میشویم. در عصر سرعت، انسان به محصولات و فناوریهایی نیاز دارد که اورا در انجام کارهایش با دقت و سرعت و بهرهوری بیشتری یاری کنند. امروزه با سیستمهای شناسایی و جمعآوریاطلاعات،ازقبیلکارتهای هوشمند، بارکدوغیره سروکار داریم، که همهوهمه ابزارهایی هستند که به بشر در کار شناسایی و جمع آوری اطلاعات کمک میکنند.شناسایی از طریق امواج رادیویی که به آن اینترنت اشیا نیز گفته میشود یکی دیگراز دستاوردهای تلفیق صنعت رایانه و مخابرات است که در آینده میتواند نقش اساسی در تسهیل کارهای روزمره انسان داشته باشد.
به کارگیری این فناوری آیندهای امیدوارکننده برای صنعت برق به ارمغان میآورد،ولی ایراداتی هم به این سیستم الکتریکی وارد است که ازجمله مشکلاتی که این سیستم با آن مواجه است برخورد - تصادم - میباشد. تداخل در سیستم های مخابراتی منجمله سیستمهای RFID هنگامی رخ میدهد که در یک منطقه مشخص، فرستنده یا گیرندههایی برروی یک کانال و در یک زمان مشخص عملیات ارسال و یا دریافت خود را انجام میدهند. این عمل باعث میشود که ارسال اطلاعات با موفقیت انجام نپذیرد.
دراین مقاله به ارائه الگوریتمی خواهیم پرداخت که از کدگذاری منچستر جهت کاهشتصادم استفاده میکند. کدگذاری منچستر یکیاز تکنیکهای موثر برای تشخیص محل بیت تصادم در این شبکهها میباشد.تشخیص محل واقعی بیت تصادم منجر به کاهش میزان تصادمها و شکافهایبیکار غیرضروری می شود.[4] اما استفاده از این کدگذاری به تنهایی نمی تواند منجر به افزایش بازدهیسیستم شود.باتوجه به اینکه تعداد برچسبها قبل از فرآیند شناسایی مجهول است، اضافه کردن وضعیت متحرک برای گرهها جهت مشخص کردن طول فریم اولیه لازم و ضروری میباشد.
-2 مروری بر کارهای گذشته
- الگوریتم ATSA یکی از الگوریتم های ضدتصادم در شبکه RFID می باشد. ایده اصلی این الگوریتم اختصاص یک پیشوند منحصربه فرد برای هرفریم و هراسلات می باشد.درهرفریم برچسبها ابتدا شناسه خودرا با پیشوندفریم مقایسه می کنند، اگر با هم برابر بودند،آنگاه برچسب موردنظر درهمان اسلات به برچسبخوان پاسخ میدهد.این الگوریتم از دودستور جهت فرآیند شناسایی استفاده می کند:
.1دستور :Query - pre , f - برچسبخوان یک صف جستجو تعریف میکند که پارامترهای - Fطول فریم که توانی از 2 است - و - Preپیشوندهای مربوط به اسلات تصادم - مربوطبه هر فریم را ثبت میکند و این مشخصهها رابه برچسب ارسال میکند.
.2دستور - :QueryRep - Spre به کمک این دستور برچسب خوان شروع اسلات آغازین مربوط به هرفریم را مشخص میکند.
با توجه به اینکه تعداد برچسبها از قبل مشخص نمیباشد و ATSA طول فریم را به صورت تصادفی یا دلخواه انتخاب می کند، فرآیند شناسایی بامشکل مواجه و منجر به افزایش اسلات های بیکارغیرضروری می گردد.[3,4]
- الگوریتم DyATSA جهت تعریف طول فریم به صورت پویا برای فرآیند تشخیص معرفی گردید. با استفاده از این الگوریتم برچسب خوان مقداری منطقی و حساب شده برای طول فریم انتخاب می کند. شکل - - 1 فلوچارت تعریف طول فریم بهصورت پویا را نشان میدهد.
شکل:1 فلوچارت تعریف طول فریم به صورت پویا
درلحظه اول طول فریم را با انتخاب F=2P تعیین می کنیم. درواقع P را به عنوان ورودی به سیستم داده که این مقدار توانی از 2 بوده و به صورت دلخواه تعیین می گردد و به برچسب ها ارسال می شود. شمارنده مربوط به هربرچسب یک عددتصادفی در بازه 0" تا "F-1 برای خودبرمی گزیند. برچسب هایی که عدد صحیح "0" را برای خود انتخاب کرده اند، حق پاسخ دادن - برقرارکردن ارتباط - با برچسب خوان را دارند و اجازه دارند شناسه خودرا برای برچسب خوان ارسال کنند. اگر شکاف اول تصادم باشد، بدین معناست که بیش از یک برچسب عدد "0" را برای خود انتخاب کردهاند و برچسبخوان مقدار P را یک واحد افزایش میدهد و مقدار جدیدی از طول فریم را به برچسب ارسال میکند ولی اگر شکاف اول، شکاف بیکار باشد - یعنی برچسبی پاسخ ندهد - آنگاه مقدار P را یک واحد کاهش و مقدار جدیدی از طول فریم به برچسب ارسال میشود.
-3 الگوریتم پیشنهادی DyImATSA
هدف این مقاله ارائه یک الگوریتم ضدتصادم به منظور افزایش بازدهیسیستم میباشد.الگوریتمپیشنهادی DyImATSA می کوشد تا با استفاده از فریم پویا و کدگذاری منچستر، علاوه برکاهش تعدادتصادم های رخ داده در فرآیند تشخیص و کاهش تعداد شکاف های بیکار غیر ضروری، میزان بازدهی سیستم را بهبود بخشد.بخش اول پویا کردن و متحرک کردن وضعیت گره ها از الگوریتم DyATSA گرفته شد. بعداز تعریف طول فریم بهصورت پویا نیازبه استفاده از روشی جهت تشخیص و کاهش تصادم داریم.کدگذاری منچستر به منظور تشخیص محل واقعی بیت تصادم استفاده میگردد.
به کمک این کدگذاری میتوانیم تاثیر تراکم و ازدیاد برچسب رابرروی تشخیص کاهش دهیم. هنگامی که تعداد برچسب ها خیلی کم است،برچسب خوان نمی تواند محل واقعی بیت تصادم را در پروتکل ATSA تشخیص دهد دراین موارد برچسب ها میبایست تعداد زیادی از اسلات های تصادم و بیکاری را امتحان کنند تابتوانند محل دقیق تصادم در ATSA رابیابند. اما بااستفاده از منچستر برچسب خوان قادراست تصادم ها و اسلات های بیکارغیرضروری را به میزان قابل توجهی کاهش دهد.
دراین کدگذاری دریک اسلات تصادم،برچسب خوان پیشوندهای مربوط به پاسخ برچسب های تصادم یافته را تاوقوع اولین بیت تصادم ثبت می کند و به عنوان پیشوند جدید برای فریم بعدی برمی گزیند.این امر منجر به حذف اسلاتهای بیکار غیرضروری و کاهش تصادم می شود.در اینجا با ذکریک مثال تفاوت استفاده و عدم استفاده از منچستر را نشان می دهیم. فرض کنید 5 برچسب به صورت زیر موجود باشد:
A=10011،B=10101،C=01100،D=11110،E=11111
شکل - - 2فرآیندتشخیص برچسب را بدون استفاده از منچستر نشان میدهد.همانطورکه مشاهده میکنیم در فریم سوم، برچسبهای D و E سومین بیت از شماره ID خود را چک میکنند که آیا با spre - پیشوند اسلات - یکسان میباشد یا خیر. بیت سوم آنها یکسان است که موجب میشود یک اسلات بیکاری و یک اسلات تصادم حاصل شود. از آنجایی که این مورد در فریم چهارم هم برابر میباشد، بنابراین برچسب های D و E تا فریم پنجم قابل تشخیص نمیباشند.
-5 ارزیابی الگوریتم پیشنهادی
شکل :2 فرآیند شناسایی برچسب بدون استفاده از منچستر
شکل - - 3استفاده از منچستر رانشان میدهد. اولین بیت تصادم از برچسبهای D و E در همان فریم اول تشخیص داده میشوند. بنابراین میتوانیم پیشوند فریم را در فریم سوم به صورت '1111' تعیین کنیم. در نتیجه برچسب های D و E در این روش در فریم سوم قابل شناسایی و تشخیص خواهند بود.
شکل :3 فرآیند شناسایی برچسب با استفاده از منچستر
-4 پارامترهای شبیه سازی
نرمافزار شبیه سازی که در این پژوهش مورد استفاده قرار گرفته است نرمافزار NS2 می باشد. نوع شبکه مورد استفاده شبکه wireless است. از انتشار موج - two ray ground نوعی از تاخیر انتشار در شبکه - برای جابهجا کردن با سرعت نورو از پروتکل لایه mac با استاندارد 802, 11 و برایمسیریابیاز الگوریتمDSDV - یکپروتکل مسیریابی در - NS2استفاده شده است. همچنین پارامترهای انرژی ورودی را بهطوریکه در زیر اشاره شده در نظر میگیریم. انرژی دریافت برابر 0.76 میلی وات و انرژی ارسال 0.28 میلی وات میباشد. تعداد گرههای بیسیم را 150 برچسب و تعداد برچسبخوانها را نیز 1 در نظر می گیریم.
دراین مقاله الگوریتم پیشنهادی با الگوریتم های ضدتصادم ATSA و DyATSA ازنظربازدهی سیستم و تعداد تصادم های رخ داده، مقایسه شده است.مقایسات برروی طول شناسه 96بیتی انجام شده و علت استفاده از این طول این آن است که سازمان - Electonic Product Code - EPC کدالکترونیکی 96بیتی راازانواع پرمصرف به حساب می آورد. - این سازمان به عنوان مجموعه ای از استانداردها و تکنولوژی ها برای تبدیل RFID به یک طرح استاندارد شده برای پیگیری مواد در زنجیره تولید معرفی شد و کدالکترونیکی محصول، نوعی شناسه است که می تواند هر شی را به طور منحصربه فرد در زنجیره تولید محصولات شناسایی کند. - حال با توجه به توضیحات داده شده قبل از آنکه به شروع ارزیابی الگوریتم ها در وضعیت متحرک بپردازیم، الگوریتم پیشنهادی را با DyATSA در وضعیت شبکه با گره های ثابت مورد بررسی قرارمی دهیم که هدف از این بررسی این است که نشان دهیم استفاده از حالت پویا به تنهایی نمی تواند منجربه بهبود بازدهی سیستم و کاهش تصادم شود.
در شکل - - 4 روش پیشنهادی و الگوریتم DyATSA ازتعداد اسلات های تصادم در شبکه با گره های ثابت با یکدیگر مقایسه شده اند. همانطور که می بینیم زمانی که تعداد برچسب ها از214 بیشتر می شود روش DyATSA کارایی خودرا از دست می دهد و میزان تصادم با شیب زیادی افزایش می یابد. درواقع نرخ رشد تعداد اسلات های تصادم در روش DyATSA از روش پیشنهادی DyImATSA سریعتر است.
شکل :4 تعداد اسلات های تصادم در شبکه با گره های ثابت
هدف اصلی پروتکل های مختلفی که ارائه می شوند، رسیدن به بازدهی بالاتر در شبکه RFID به هنگام شناسایی برچسب ها می باشد. در شکل - - 5 بازدهی سیستم در شبکه با گره های ثابت را ملاحظه می نمائیم. بازدهی سیستم با مجموع تعداد اسلات های تصادم و بیکاری نسبت معکوس دارد.
