بخشی از پاورپوینت
اسلاید 1 :
مبانی شبکه های بی سیم
فصل چهارم: شبکه های حسگر بی سیم
روش های دستیابی به کانال در شبکه های حسگر بی سیم
اسلاید 2 :
مروری بر مطالب این بخش ( دسترسی به کانال)
بطور کلی شبکه های انتقال از هر نوعی که باشند از پروتکل خاصی پیروی میکنند
این پروتکل ها باید توسط سازمان جهانی مخابرات ITU بعنوان استاندار جهانی مصوب شوند و همه شرکت ها و سازمان ها موظف به رعایت آن باشند.
در بین پروتکل های موجود پروتکل های 802.11 و 802.15 بیش از سایرین در شبکه های حسگر بی سیم استفاده میشوند.
در این بخش طبقه بندی پروتکل های دسترسی به کانال و تقسیم بندی آنها به پروتکل های ثابت، مبتنی بر تقاضا، رقابتی و . ارائه خواهند شد.
پروتکل هایی با سیکل وظیفه کوچک و مفاهیم بیداری مطرح خواهند شد.
اسلاید 3 :
استاندارد شبکه های بی سیم بر اساس وسعت مکان تحت پوشش
در اینجا استانداردهای شبکه های بی سیم را از دیدگاه وسعت مکان تحت پوشش، فرکانس، مصرف انرژی و برخی پارامترهای دیگر مقایسه میکنیم.
اسلاید 4 :
مقایسه مشخصات تعدادی از فناوری های بی سیم
اسلاید 5 :
مقایسه انرژی مصرفی استانداردهای 802.11 و 802.15
در شبکه های حسگر WLAN و WPAN برای استفاده در شبکه های حسگر بی سیم مناسب تر میباشند.
اسلاید 6 :
لایه های مورد استفاده در دسترسی به کانال
در شبکه های حسگر برای دسترسی به کانال عمدتاً از لایه های فیزیکی و لایه MAC، استفاده میشود.
وظیفه اصلی پروتکل لایه MAC، تنظیم دسترسی تعدادی از گره ها برای استفاده از کانال مشترک است تا احتیاجات مربوط به کاربرد برآورده شوند.
در اینجا تعدادی پارامتر رایج وجود دارد که عبارتند از:
تاخیر (Delay)
عدالت (Fairness)
گذردهی (Throughput)
پایداری (Stability)
برخی پارامترها مربوط به شبکه های حسگر بی سیم است
راندمان انرژی (Energy Efficiency)
اسلاید 7 :
برخی تکنیک های مربوط به شبکه های حسگر
تکنیک هایی که سعی در کاهش انرژی مصرفی دارند
استفاده از تکنیک قرار دادن گره های بیکار در حالت خواب
استفاده از روشهای رقابتی و روشهای زمانبندی برای تخصیص کانال
اسلاید 8 :
دیگر عوامل تاثیر گذار در پروتکل های دستیابی به کانال در شبکه های حسگر
سربارهای لایه MAC
سرآیندها و پس آیندها
تصادم و تبادل بسته های اضافه
تضمین زمان ارسال برای کاربردهایی که زمان برای آنها با اهمیت است
تضمین زمان قطعی
تضمین زمان احتمالی
مقابله با خطاهای بیتی که باتوجه به محیط انتشار بی سیم با آن روبرو هستیم
اسلاید 9 :
طبقه بندی های مهم پروتکل MAC برای دستیابی به کانال
دسته های مختلفی برای پروتکل های لایه MAC وجود دارند که ما آنها را به سه دسته مجزا برای دستیابی به کانال تقسیم میکنیم:
دسته اول) پروتکل های تخصیص ثابت
دسته دوم) پروتکل های تخصیص براساس تقاضا
دسته سوم) پروتکل های دستیابی تصادفی
اسلاید 10 :
پروتکل های تخصیص ثابت
در این نوع پروتکل ها، منابع در دسترس بین تمامی گره ها، در مدت قابل توجهی، تقسیم میشوند.
هر گره میتواند بدون نگرانی، از منابع خود استفاده کند.
منظور از تخصیص منابع به مدت قابل توجه این است که این عمل در طول چند دقیقه یا چند ساعت و حتی بیشتر ادامه دارد.
در اینگونه پروتکل ها باید تمهیداتی برای تغییرات توپولوژی اندیشیده شود.
یکی از چالشهای این پروتکل ها، قابلیت گسترش (Scalability) است.
اسلاید 11 :
پروتکل های تخصیص ثابت-پروتکل LEACH (Low-Energy Adaptive Clustering Hierarchy)
یکی از شناخته شده ترین پروتکلهای شبکه های حسگر بی سیم میباشد.
یک شبکه همگن با چگالی بالا را در نظر بگیرید که گره ها از نظر انرژی محدودیت دارند و باید داده ها را به چاهک برسانند
این پروتل مبتنی بر TDMA است و با توپولوژی خوشه بندی ترکیب شده است.
در این پروتکل، شبکه به تعدادی خوشه تقسیم میشود و یک گره در هر خوشه بعنوان سرخوشه (Head Cluster) در نظر گرفته میشود
گره سرخوشه، وظیفه مدیریت زمانبندی در آن خوشه را به عهده دارد.
بقیه گره ها اعضای خوشه نام دارند.
برای تمامی اعضای خوشه یک اسلات زمانی اختصاص می یابد که در آن میتوانند با دیگر اعضای خوشه ارتباط برقرار کنند.
هر گره میتواند در اسلات هایی غیر از اسلات های اختصاص یافته به خواب برود.
سرخوشه اطلاعات تمام اعضای خوشه را برای چاهک ارسال میکند.
اسلاید 12 :
پروتکل های تخصیص ثابت-پروتکل SMACS (Self-Organizing Medium Access Control for Sensornetworks)
این پروتکل ترکیبی از اکتشاف همسایه ها و تخصیص زمان بندی های TDMA و یا تخصیص کدهای CDMA به گره ها است.
این پروتکل بر مبنای فرضیات زیر است:
پهنای باند در دسترس را به تعدادی کانال تقسیم میکنیم. هر گره میتواند ترنسیور خود را روی هر یک از این کانال ها تنظیم نماید
اغلب گره ها ساکن و بدون حرکت هستند و تخصیص های انجام شده، برای مدت زیادی معتبر هستند.
هر گره زمان را بصورت سوپر فریم هایی با طول ثابت تقسیم میکند. تمام گره ها طول سوپر فریم مشابهی دارند که نیازمند سنکرون سازی زمانی بین گره ها است.
هدف از پروتکل SMACS تشخیص گره های همسایه و برقراری یک لینک یا کانال انحصاری با آنهاست.
اگر گره ها خواستار ارتباط دوطرفه باشند، باید از دو لینک استفاده نمایند.
پروتکل SMACS مراقب است که اسلات های زمانی (یا کدهای CDMA) با یکدیگر همپوشانی نداشته باشند.
اسلاید 13 :
پروتکل های تخصیص ثابت-پروتکل TRAMA(Traffic Adaptive Medium Access)
این پروتکل امکان زمان بندی گره برای دستیابی به یک کانال واحد و بدون تصادم را فراهم میکند.
این زمان بندی بصورت توزیع شده و براساس تقاضا طراحی شده است.
در این پروتکل فرض بر این است که تمام گره ها با یکدیگر سنکرون هستند و زمان به دو دوره ی دستیابی تصادفی و دستیابی زمان بندی شده تقسیم میشوند.
دوره دستیابی زمان بندی شده بعد از دوره دستیابی تصادفی آغاز میشود که به آن سیکل گفته میشود.
گره ها اطلاعات همسایه های خود را برای یکدیگر ارسال میکنند
هر گره اطلاعات همسایه های خود را تا دو گام دارد.
اطلاعات جدول همسایگان در دو گام بصورت دوره ای بروز میشود.
گره ها یک الگوریتم زمان بندی توزیع شده را اجرا میکنند.
اسلات زمانی دوره دستیابی زمان بندی شده، مشخص شده و گره گیرنده و فرستنده و گره هایی که باید به خواب بروند مشخص میشوند.
اسلاید 14 :
پروتکل های تخصیص ثابت-پروتکل TRAMA- ادامه .(Traffic Adaptive Medium Access)
پروتکل TRAMA از 3 بخش تشکیل میشود:
پروتکل همسایگی
پروتکل تبادل زمانبندی
الگوریتم انتخاب بهینه
پروتکل تشخیص همسایگی فقط در دوره دستیابی تصادفی اجرا میشود.
در این دوره زمان به اسلات های کوچکی تقسیم میشود هر گره بصورت تصادفی یک اسلات زمانی را انتخاب میکند و بسته های کنترلی کوچکی را در آن اسلات زمانی قرار میدهد.
دوره دستیابی تصادفی باید به گونه ای انتخاب شود تا با احتمال بالایی همه بسته های کنترلی ارسال و دریافت شوند.
مدت این دوره به درجه گره ها وابسته است.
همه گره ها باید در بازه دسترسی تصادفی، فعال باشند.
بوسیله پروتکل زمانبندی، مشخص میشود که کدام اسلات زمانی برای کدام گیرنده و فرستنده است.
اسلاید 15 :
پروتکلهای تخصیص مبتنی بر تقاضا
در این پروتکل ها، تخصیص انحصاری به گره ها بصورت short-time است.
این پروتکل ها را میتوان به دو دسته متمرکز و توزیع شده تقسیم کرد.
گره ها تقاضای خود را برای تخصیص پهنای باند به گره مرکزی میفرستند.
در صورت تخصیص موفق، تاییدیه ای به سمت گره تقاضا کننده ارسال میشود که اطلاعات مربوط به کانال تخصیص داده شده در آن است.
گره مرکزی باید همواره فعال باشد و مسئولیت تخصیص کانال ها را در کلیه زمان ها انجام دهد.
هنگامی که گره ای از اسلات زمانی مختص به خود استفاده نکند آن اسلات به گره دیگری اختصاص می یابد.
به همین دلیل گره مرکزی انرژی زیادی از دست میدهد.
در صورتی که تعدادی گره با انرژی نا محدود در دسترس نباشند، میتوان وظیفه گره مرکزی را در بین دیگر گره های شبکه چرخاند.
اسلاید 16 :
پروتکل های دستیابی تصادفی یا رقابتی
در این پروتکل ها، گره ها بصورت هماهنگ نشده و کاملاً توزیع یافته عمل میکنند
اغلب این پروتکل ها با یک عنصر تصادفی سر و کار دارند.
یکی از اولین پروتکل های دستیابی تصادفی به کانال که هنوز حائز اهمیت است، پروتکل ALOHA یا S-ALOHA است.
در این پروتکل هر گره که نیاز به ارسال بسته جدید پیدا کرد، بی درنگ آنرا ارسال میکند.
پروتکل های CSMA و توسعه های آن نیز برای دستیابی تصادفی به کانال استفاده میشوند.
روشهای مبتنی بر RTS/CTS که در CSMA/CA استفاده میشود برای مدیریت دسترسی به کانال مناسب هستند.
به این روشها رقابتی میگویند چر که گره ها برای تصاحب کانال باید با هم رقابت کنند.
اسلاید 18 :
پروتکل های دستیابی تصادفی یا رقابتی-ادامه .
علیرغم گونه های مختلف این پروتکل ها، همه آنها یک بدنه اصلی دارند که معمولاً همه از آن پیروی میکنند.
هنگامی که یک بسته برای ارسال از لایه بالا وارد میشود، گره با یک تاخیر تصادفی شروع به کار میکند.
علت وجود چنین تاخیری در شروع کار این است که گره هایی که یک رخداد را کشف میکنند، بصورت همزمان برای بدست آوردن کانال تلاش نکنند.
در طول این زمان تصادفی، گره ها میتوانند به حالت خواب بروند.
اسلاید 19 :
پروتکل های دستیابی تصادفی یا رقابتی-ادامه .
در طول دوره گوش دادن به کانال، اگر کانال مشغول باشد و تعداد تلاش هایی که برای دستیابی به کانال صورت گرفته است کوچکتر از مقدار ماکزیمم باشد، گره به حالت Back off میرود.
در این مدت نیز مناسب است تا گره به خواب برود.
اسلاید 20 :
خواب و بیدار شدن گره ها
سوال: چه موقع گره ها میتوانند به حالت خواب بروند؟
پاسخ: هر زمانی که گره تشخیص دهد که هیچ ارسال و یا دریافتی را نباید انجام دهد، میتواند به خواب برود.
سوال مهم: چه موقع گره باید از خواب بیدار شود؟
اگر گره x طول بسته در حال ارسال جاری را بداند، میتواند زمان خواب و بیداری خود را تنظیم کند.
در غیر اینصورت با گوش دادن به بسته های کنترلی RTS و CTS و یا سرآینده مربوط به فریم داده راجع به طول داده آگاهی پیدا میکند.
شبیه سازی ها نشان میدهد ذخیره سازی انرژی در شرایط بار سبک شبکه به متوسط درجه گره ها بستگی دارد
منظور از متوسط درجه گره ها، متوسط تعداد همسایگی گره ها است.
اگر x همسایه های بیشتری داشته باشد، به همان نسبت هنگامی که گره x در حال ارسال است، تعداد گره های بیشتری میتوانند به خواب بروند.
در شرایط بار کم بین 20 تا 30 درصد و در شرایط ترافیک بالا، بین 10 تا 40 درصد در مصرف انرژی صرفه جویی میشود.
