طرح زمان بندی خواب/بیدار برای رسیدن به کمترین تاخیر...

32
ی ل ی ص ح ت : سال دوره درس92 - 91 ) سال دوم م ی ن( ه! ت ف ر% ش ی) پ ری ت و ی) پ م های کا که5 ی% ش درس: ی ن پ س ح ر کت ای د ق< آ5 اب ن5 ح مدرس : مدی ح م ت ش ردو ه ا طا رض لت ع و :5 ج% ش ن دآ( ی ی و5 ج% ش ن ماره دآ% ش9163857339 ) Sleep/Wake scheduling scheme for minimizing end-to-end delay in multi-hop wireless sensor networks

Upload: magda

Post on 22-Jan-2016

75 views

Category:

Documents


0 download

DESCRIPTION

Sleep/Wake s cheduling scheme for minimizing end-to-end delay in multi-hop w ireless sensor networks. طرح زمان بندی خواب/بیدار برای رسیدن به کمترین تاخیر نقطه به نقطه در شبکه های حسگر بی سیم Multi-Hop. دوره درس : سال تحصیلی 92-91 (نیمسال دوم) درس: شبکه های کامپیوتری پیشرفته - PowerPoint PPT Presentation

TRANSCRIPT

Page 1: طرح زمان بندی خواب/بیدار برای رسیدن به کمترین تاخیر نقطه به نقطه در شبکه های حسگر بی سیم Multi-Hop

)نیمسال دوم(91-92دوره درس : سال تحصیلی

درس: شبکه های کامپیوتری پیشرفته

مدرس : جناب آقای دکتر حسینی

دانشجو : علیرضا طاهردوست محمدی

(9163857339شماره دانشجویی)

Sleep/Wake scheduling schem

e for minim

izing end-to-end delay in m

ulti-hop wireless sensor netw

orks

Page 2: طرح زمان بندی خواب/بیدار برای رسیدن به کمترین تاخیر نقطه به نقطه در شبکه های حسگر بی سیم Multi-Hop

Sleep/Wake scheduling schem

e for minim

izing end-to-end delay in m

ulti-hop wireless sensor netw

orks

22

Page 3: طرح زمان بندی خواب/بیدار برای رسیدن به کمترین تاخیر نقطه به نقطه در شبکه های حسگر بی سیم Multi-Hop

شبکه ه=ای حس=گر بی س=یم ش=بکه ای از سنس=ور ن=ود ه=ای توزی=ع ش=ده می باش=د ک=ه

مجه=ز ب=ه حس ک=ردن، محاس=بات، ان=رژی و ماژوله=ای ارتب=اطی می باش=د ک=ه ب=رای

مانیتورین=گ ی=ک پدی=ده خ=اص مانن=د زیس=ت محیطی داده ه=ا و ی=ا ردی=ابی اش=یاء می

باشد .

: نود ها در چنین شبکه هایی با مشخصه های زیر سر و کار دارند

محدودیت انرژی1.

محدودیت پردازش2.

محدودیت حافظه3.

:یک گره حسگر مصرف انرژی در چهار عملیات زیر دارد

حس کردن داده1.

دریافت اطالعات2.

ارسال داده ها 3.

پردازش داده ها4.

نکته : بطور کلی، بیشترین عناصر مصرف انرژی مختص به ماژول RF می باشد که

.ارائه گر ارتباطات بی سیم است

Sleep/Wake scheduling schem

e for minim

izing end-to-end delay in m

ulti-hop wireless sensor netw

orks

33

Page 4: طرح زمان بندی خواب/بیدار برای رسیدن به کمترین تاخیر نقطه به نقطه در شبکه های حسگر بی سیم Multi-Hop

در تم=ام عملی=ات نوده=ای حس=گر ، ارس=ال و دری=افت داده ، مص=رف ان=رژی بیش از

سایر عملیاتها دارد .

انتق=ال ی=ک بیت داده روی کاناله=ای بی س=یم ان=رژی ب=رای بعن=وان مث=ال ، مص=رف

مع=ادل ب=ا ان=رژی الزم ب=رای اج=رای ه=زاران س=یکل دس=تورالعمل در س=طح پ=ردازش

کننده می باشد .

پروتکلهای الیه های سخت افزار ، شبکه و انتقال که برای این شبکه های حسگر

داشته باشند RFبی سیم طراحی شده اند ، باید توجه به استفاده موثر از ماژول

که برای اینکار موارد زیر الزمیست :

به حداقل رساندن تصادمها در الیه های سخت افزار•

کنترل سربار پیامها در مسیریابی•

زمان بندی موثر خواب/بیدار •

عالوه بر موارد باال ، در مدت طراحی پروتکل ، منابع محدودی از نودهای حسگر از

قبیل قدرت پایین پردازش کننده ، حافظه کمتر ، ارتباطات برد کوتاه و شدت

حسگری کمتر باید در نظر گرفته شوند .

Sleep/Wake scheduling schem

e for minim

izing end-to-end delay in m

ulti-hop wireless sensor netw

orks

44

Page 5: طرح زمان بندی خواب/بیدار برای رسیدن به کمترین تاخیر نقطه به نقطه در شبکه های حسگر بی سیم Multi-Hop

عموما ، شبکه های حسگر بی سیم فعالیتشان بدین صورت است که اکثر زمانها در

حالت بیکار می مانند و فقط گاهی اوقات داده ارسال می کنند . در ضمن میزان

مصرف انرزی برای گوش دادن به کانال بیکار )بدون استفاده( معادل با مصرف

انرژی در هنگام ارسال و دریافت داده می باشد و بسیار بیشتر از مصرف انرژی

.در حالت خواب می باشد

نکته : با استفاده از تکنیکهای زمان بندی خواب/بیدار و اثرپذیری آنها می توان

اتالف انرژی را در حالت بیکار کاهش داد و این خود باعث بهره وری می گردد .

انواع پروتکلهای زمان بندی خواب/بیدار در این گزارش ارائه می گردد . بیشتر

( و بدین 1پروتکلها از یک دوره زمانی داخلی خواب/بیدار بهره می برند )شکل

ترتیب با حفاظت از انرژی در هزینه های تاخیر و ارسال/دریافت ، تاثیرگذار می

باشد .

Sleep/Wake scheduling schem

e for minim

izing end-to-end delay in m

ulti-hop wireless sensor netw

orks

55

- زمان بندی دوره های خواب و بیداری عمومی در 1شکل نودهای شبکه

Page 6: طرح زمان بندی خواب/بیدار برای رسیدن به کمترین تاخیر نقطه به نقطه در شبکه های حسگر بی سیم Multi-Hop

برای کاهش تاخیر ، پروتکلهای پیشنهادی از طرح زمان بندی خواب/بیداری عمومی

را برای همه نودها استفاده نمی کنند و ترجیها از ساختاری استفاده می کنند که

طول فعال بودن گره را با توجه به حجم ترافیکی ، در سه سطح مختلف افزایش

می دهد :

گره ای که فاصله زمانی بیداریش افزایش می یابد ، باید فاصله مسافت 1.

خود را از نود اصلی کاهش دهد تا نودها ، داده هایشان را خیلی خوب و تاخیر

کمتر از طریق این نودها به نود اصلی برسانند .

فاصله زمانی بیداری نودها براساس اهمیت توپولوژی آنها می بایستی 2.

افزایش یابد . اولویت توپولوژی می تواند بر اساس قانون نودها در اتصاالت

شبکه می تواند تعیین و مشخص گردد .

در صورت وقوع رویدادی در یک نود ، فاصله زمانی بیداری در نود خاص که 3.

همسایه اش هستند باید بیشتر شود تا مشارکت داشته باشند در اینکه بیشتر

رویدادها در همان نود یا در نزدیکی آنها روی می دهد .

Sleep/Wake scheduling schem

e for minim

izing end-to-end delay in m

ulti-hop wireless sensor netw

orks

66

Page 7: طرح زمان بندی خواب/بیدار برای رسیدن به کمترین تاخیر نقطه به نقطه در شبکه های حسگر بی سیم Multi-Hop

این سمینار شامل بخشهای زیر است :

بخش اول – اهمیت مشکل کاهش تاخیر را بحث می کند و استفاده از زمان بندی

خواب/بیدار متغیر را برای نودهای مختلف بر اساس نیاز بار ترافیکی آنها بیان می

دارد.

بخش دوم – طرح زمان بندی خواب/بیدار برای به حداقل رساندن تاخیر نقطه به

را معرفی می کند .Multi-Hop(را در شبکه های حسگر بی سیم SMEDنقطه )

بخش سوم – شبیه سازهای زیادی عملکرد پروتکل پیشنهادی را ارزیابی می کنند و

انجام می دهند و نتایج را AnyCast و S-MACاینکار را با مقایسه کارایی آنها با پروتکل

نشان می دهد .

بخش انتهایی – تحلیل و نتیجه گیری

Sleep/Wake scheduling schem

e for minim

izing end-to-end delay in m

ulti-hop wireless sensor netw

orks

77

Page 8: طرح زمان بندی خواب/بیدار برای رسیدن به کمترین تاخیر نقطه به نقطه در شبکه های حسگر بی سیم Multi-Hop

برای اکتساب صرفه جویی در انرزی ، بسیاری از مکانیسمهای حفاظت از انرزی پیشنهاد شده

است. از جمله تحقیقات نیکوالس ، یک بررسی جامع از پروتکلهای مختلف حفاظت از انرژی را

بیان می دارد .آن مکانیسمهای حفاظت از انرژی را به دو دسته عمده تقسیم می کند :

فعال : این طرحها باعث افزایش بهره وری انرژی در سطح پروتکل )الیه •

های شبکه ، حمل و انتقال ( می گردد .

منفعل : این طرحها تکیه بر سخت افزار آگاه از انرژی دارد.مثال : رادیوها و •

پردازشگرهای با مصرف کم انرژی .

بر اساس تصمیمی که برای خاموش /روشن نمودن فرستنده و گیرنده انجام می

شود ، این طرح به دو دسته تقسیم می شود :

طرح دانه ریز1.

طرح دانه درشت . مکانیسم دانه درشت بیشتر به دو دسته زیر تقسیم شده 2.

اند:

توزیع شده1.

بر اساس زیرساخت2.

Sleep/Wake scheduling schem

e for minim

izing end-to-end delay in m

ulti-hop wireless sensor netw

orks

88

Page 9: طرح زمان بندی خواب/بیدار برای رسیدن به کمترین تاخیر نقطه به نقطه در شبکه های حسگر بی سیم Multi-Hop

مکانیسمهای حفاظت از انرژی دانه درشت می تواند به سه نوع اصلی تقسیمگردند :

بر اساس تقاضا1.

مالقات برنامه ریزی شده2.

آسنکرون3.

از طرحهایی بیان شده ، طرح زمان بندی خواب بر پایه مسافت – خطی که برای شبکه های 1.

سنسور بر اساس کالستر پیشنهاد شده است . در این طرح ، یک سنسور نود تصمیم می گیرد به

وضعیت خواب برود و اینکار را بر اساس تناسب فاصله اش از کالستر هد می گیرد . البته نتایج

.این طرح در مصرف انرژی نابرابری از سنسور نودها در کالستر می باشد

.2SPAN برای افزایش وضعیت خواب نودها پیشنهاد می گردد در حالیکه همان تاخیر ،

ترافیکی ثابت بماند . بدینمنظور ، تعدادی از نودها که هیچوقت خواب نیستند

بعنوان هماهنگ کننده محسوب می شوند . هماهنگ کننده ها نقش محوری ایفا

می کنند و زمان فواصل خواب/بیدار همه نودها را تعریف می کنند . از طرفی این

نودها چون همیشه فعال هستند بنابراین تنها هماهنگ کننده ها در مسیریابی

شرکت می کنند .

Sleep/Wake scheduling schem

e for minim

izing end-to-end delay in m

ulti-hop wireless sensor netw

orks

99

Page 10: طرح زمان بندی خواب/بیدار برای رسیدن به کمترین تاخیر نقطه به نقطه در شبکه های حسگر بی سیم Multi-Hop

طرح بسمت جلوی بسته ها درAnyCast پیشنهاد می شود ، که در آن هر نود از

چندین پرش بعدی برخوردارند که این بستگی به نودهایی که در این پرش ، برای

حرکت بسمت جلو ، کاندید می گردند . بنابراین زمانیکه یک نود داده ارسال می

کند ، آن نیاز دارد تا منتظر بیدار شدن نودی که در پرش بعدی مشخص شده است

بماند ، که ترجیحا آن بسته را برای اولین نودی از مجموعه بسمت جلو مشخص

شده و بیدار است را می فرستد . در مجموع اینکار باعث کاهش مدت تاخیر یک

پرش می گردد .

با مرور بر روی انواع طرحهای گفته شده می توان نتیجه گرفت که در بیشتر

طرحهای خواب/بیدار ، همه نودها از همان زمان بندی خواب/بیدار عمومی

استفاده می کنند و هر نودی برای خودش تصمیم به خواب رفتن را می گیرد ؛

در نتیجه ، با توجه به مستقل بودن زمان بیداری هر نود ، تاخیرها در هر پرش در

امتداد مسیر تا رسیدن به سینک با یکدیگر جمع می شود . همه این تاخیرها در هر

پرش کمک می کند تا تاخیر نقطه به نقطه بسته ها نهایی گردد .

Sleep/Wake scheduling schem

e for minim

izing end-to-end delay in m

ulti-hop wireless sensor netw

orks

1010

Page 11: طرح زمان بندی خواب/بیدار برای رسیدن به کمترین تاخیر نقطه به نقطه در شبکه های حسگر بی سیم Multi-Hop

تشریح مسئله

، بعنوان اولین چالش برای به حداقل رساندن تاخیر مورد انتظار نقطه به نقطه

شناسایی مناطق مختلف می باشد که در آن می توان تاخیر اضافی را به حداقل

رساند . برای رسیدن به این هدف ، یعنی به حداقل رساندن تاخیر ، در سه سطح

می توان آنالیز ، تجزیه و تحلیل و مورد توجه قرار گرفته است :

تاخیر بدلیل بار ترافیک در نودهای نزدیک به نود سینک رخ داده است .1.

تاخیر بدلیل بار ترافیکی در اتصاالت نود بحرانی رخ می دهد .2.

تاخیری که اتفاق می افتد زمانیکه با ترافیکهای انفجاری )حاصل بروز 3.

رویدادها( سر و کار داریم .

نکته : در این گزارش به این چالشها پرداخته شده و تاخیر را در سطوح مطرح

شده با کاهش تاخیر و شاخصهای زمان بندی خواب/بیدار به بررسی و ارزیابی

بپردازد .

Sleep/Wake scheduling schem

e for minim

izing end-to-end delay in m

ulti-hop wireless sensor netw

orks

1111

Page 12: طرح زمان بندی خواب/بیدار برای رسیدن به کمترین تاخیر نقطه به نقطه در شبکه های حسگر بی سیم Multi-Hop

راه حل پیشنهادی

همه نودها دیتاهای خود را به ابتدا ، در یک معماری شبکه حسگر بیسیم عادی ،

Sink(ارسال می کنند و اینکار را از طریق نودهای نزدیک به Sink Nodeنود سینک )

Node . که بیشترین ترافیک را بدوش می کشند انجام می گیرد

ثانیا ، بدلیل الگوی ارتباط چند پرشی ، نقش نود در مسیریابی مهم می باشد . بر

اساس توپولوژی نودهای مختلف دارای اهمیت متفاوت در شبکه می باشد .

ثالثا ، زمانیکه یک رویدادی در هر منطقه خاص از شبکه سنسور بیسیم رخ می دهد

، چرخه های خواب/بیدار عمومی نودها ،صرفنظر از فرکانس تشخیص رویداد

همچنان باقی می ماند . آن نود خودش را بر اساس فرکانس و محل رویداد ، در

شرایط تغییر فاصله زمانی خواب/بیدارشان منطبق نمی کند .

Sleep/Wake scheduling schem

e for minim

izing end-to-end delay in m

ulti-hop wireless sensor netw

orks

1212

Page 13: طرح زمان بندی خواب/بیدار برای رسیدن به کمترین تاخیر نقطه به نقطه در شبکه های حسگر بی سیم Multi-Hop

تشریح پروتکل پیشنهادی

در این گزارش ، الگوریتم زمان بندی خواب ، برای شبکه های حسگر مبتنی بر

رویداد پیشنهاد می گردد ، برای سیستمهای حساس به تاخیر که در آن رویداد

بسیار اندک رخ می دهد . پروتکل شامل دو بخش اصلی می باشد که عبارتند از :

فاز راه اندازی1.

فاز عملیات2.

Sleep/Wake scheduling schem

e for minim

izing end-to-end delay in m

ulti-hop wireless sensor netw

orks

1313

SMED- چرخه حیاتی از عملیات شبکه بی سیم در پروتکل 2شکل

Page 14: طرح زمان بندی خواب/بیدار برای رسیدن به کمترین تاخیر نقطه به نقطه در شبکه های حسگر بی سیم Multi-Hop

تشریح پروتکل پیشنهادی

نمایش می 3فاز ها که بیشتر خود به زیرمرحله هایی تقسیم می گردند در شکل

همراه با جزئیات 4یابند ؛ فلوچارت و تعامل بین فازهای مختلف در شکل شماره

نمایش داده شده است :

Sleep/Wake scheduling schem

e for minim

izing end-to-end delay in m

ulti-hop wireless sensor netw

orks

1414

 

SMED- عملیات 3شکل

 

فلوچارت فازهای اصلی و تعامل - 4شکل SMEDدر پروتکل

Page 15: طرح زمان بندی خواب/بیدار برای رسیدن به کمترین تاخیر نقطه به نقطه در شبکه های حسگر بی سیم Multi-Hop

فاز راه اندازی

: این فاز به دو بخش تقسیم می گردد

فاز مقداردهی1.

فاز بروزرسانی مسیر2.

نود سینک برای ارسال پیغامها در شبکه

که (TPاز سه سطح انرژی مختلف بکار می برد )

TP1 < TP2< TP3 و در آن یعنیTP1 بعنوان

ناحیه دوم و TP2ناحیه اول تعریف می شود ،

TP3 بعنوان ناحیه سوم ، همانگونه که در شکل

نمایش داده شده است . 5

Sleep/Wake scheduling schem

e for minim

izing end-to-end delay in m

ulti-hop wireless sensor netw

orks

1515

 

- تقسیم شبکه حسگر بیسیم به سه منطقه 5شکل )ناحیه(

Page 16: طرح زمان بندی خواب/بیدار برای رسیدن به کمترین تاخیر نقطه به نقطه در شبکه های حسگر بی سیم Multi-Hop

فاز عملیات

: این فاز به دو بخش تقسیم می گردد

فاز زمان بندی خواب/بیدار 1.

فاز گزارشگیری رویدادها2.

در این فاز زمان بندی خواب/بیدار بر اساس بار ترافیکی انجام می پذیرد . بار

ترافیکی نودها بر اساس پارامترهای زیر متفاوت است :

نواحی قرار گرفتن نودها 1.

اهمیت اتصال نودها 2.

مجاورت با رخ دادن رویداد3.

Sleep/Wake scheduling schem

e for minim

izing end-to-end delay in m

ulti-hop wireless sensor netw

orks

1616

 

SMED- تغییر وضعیت در عملیات 6شکل

Page 17: طرح زمان بندی خواب/بیدار برای رسیدن به کمترین تاخیر نقطه به نقطه در شبکه های حسگر بی سیم Multi-Hop

الگوریتم مشخص می کند بر اساس

سه نوع دوره بیداری 3 و 2 ، 1مناطق

( ، که عبارتند از :WTمتفاوت را )

WT1 ، WT2 وWT3 که دارای شرط

WT3> WT2 > WT1فوق می باشند .

دوره بیداری از نودها با فاصله هر نود از نود سینک نسبت معکوس دارد . یا

بعبارتی هر چه فاصله نودها از نود سینک بیشتر می شود میزان دوره بیداری

نشان داده شده است (7نودها کمتر می گردد و بالعکس )شکل شماره

نود های نزدیک به نود سینک

بیشترین ارتباط و بار ترافیکی را با نود

(8سینک دارند . ) شکل شماره

Sleep/Wake scheduling schem

e for minim

izing end-to-end delay in m

ulti-hop wireless sensor netw

orks

1717

 

- زمانبندی متفاوت خواب/بیدار نودها بر اساس مسافت از نود 7شکل سینک

 

- الگوی بیداری نودها در سه ناحیه8شکل

Page 18: طرح زمان بندی خواب/بیدار برای رسیدن به کمترین تاخیر نقطه به نقطه در شبکه های حسگر بی سیم Multi-Hop

فاز گزارشگیری رویدادها

در این فاز مسئولیت حرکت داده بسمت نود

سینک در موقع رخداد رویدادی را برعهده دارد .

در این فاز ، داده ها از سنسور نودها جمع آوری و

به نود سینک هدایت می شوند .

زمانی که در مجاورت نودی رویدادی رخ می دهد ،

آن نود فاصله زمانی بیداری خود را برای اسالتهای

زمانی بعدی افزایش می دهد. پس ،آن پیامی برای

نودهای همسایه ارسال می کند تا فاصله زمانی

بیداریشان را بیشتر کنند و بتوانند ترافیکهای

غیرمنتظره را پوشش دهند .

، نکته : اگر یک رویدادی در یک نود رخ دهد

احتمال وقوع یک رخداد در نودهای همسایه وجود

دارد )وابستگی مکانی(

Sleep/Wake scheduling schem

e for minim

izing end-to-end delay in m

ulti-hop wireless sensor netw

orks

1818

 

- یک دیاگرام رویداد برای تاثیر متقابل بین سنسور نود و 9شکل ایستگاه در مدت شبیه سازی

Page 19: طرح زمان بندی خواب/بیدار برای رسیدن به کمترین تاخیر نقطه به نقطه در شبکه های حسگر بی سیم Multi-Hop

Sleep/Wake scheduling schem

e for minim

izing end-to-end delay in m

ulti-hop wireless sensor netw

orks

1919

 

SMED- جزئیات فلوچارت از پروتکل 10شکل

Page 20: طرح زمان بندی خواب/بیدار برای رسیدن به کمترین تاخیر نقطه به نقطه در شبکه های حسگر بی سیم Multi-Hop

بر اساس مدل سیستمهای توسعه یافته ، شبیه سازی با بکار بردنOMNET++ [22]

را بررسی نماید . کارایی SMEDانجام می شود تا کارایی پروتکل پیشنهادی

پروتکل پیشنهادی با دو پروتکل هم ارز زیر مقایسه می شود :

S-MAC [17]پروتکل 1.

Anycast[33]پروتکل 2.

راه اندازی شبیه سازی

مترمربع برای حس کردن 200 * 200 شبیه سازی در منطقه ای به وسعت

انجام می شود و تعداد سنسور نودهای بکار رفته برای آزمایش متفاوت از

بسته به نوع آزمایش فرق می کند . سنسور نودها بصورت تصادفی 260 تا 20

( مبتنی بر توزیع X,Yپخش می شوند و پخش تصادفی با انتخاب محلهای )

یکنواخت انجام می پذیرد .

Sleep/Wake scheduling schem

e for minim

izing end-to-end delay in m

ulti-hop wireless sensor netw

orks

2020

اندازه شبیه پارامترسازی

200 × 200 m2 حسگری ناحیه38.4 Kbps باند پهنای50 m انتقال رنج60 mW ارسال انرژی مد30 mW دریافت انرژی مد30 mW بیکار انرژی مد0.003 mW خواب انرژی مد30 mW انتقال انرژی2.45 ms انتقال زمان96 bytes بسته سایز42 ms زمانی اسالت سایز300 s سازی شبیه زمان

Page 21: طرح زمان بندی خواب/بیدار برای رسیدن به کمترین تاخیر نقطه به نقطه در شبکه های حسگر بی سیم Multi-Hop

خالصه رویدادها

خالصه ای از رویدادهای

SMEDاصلی بکار رفته در پروتکل

در جدول زیر می باشد :

Sleep/Wake scheduling schem

e for minim

izing end-to-end delay in m

ulti-hop wireless sensor netw

orks

2121

شرح رویداد رویداد ردیف

این روی=داد در زم=ان ش=روع اج=را می ش=ود ، هنگامیک=ه ن=ود

مق=داردهی اولی=ه می گ=ردد . آن ش=امل مق=داردهی اولی=ه

، ن=ود ش=ماره ش=امل آنه=ا از ب=رخی ، ن=ود پارامتره=ای

و مختص=ات تص=ادفی مح=ل ، اولی=ه مان=ده ب=اقی ان=رژی

سایر .

Initialization)( 1

این روی=داد فع=ال ش=ده زمانیک=ه ت=ایمر خ=ود ن=ود منقض=ی

می گ=ردد . سنس=ور ن=ود س=پس وض=عیت خ=ود را خ=واب ب=ه

بیداری تغییر می دهد .

SN_W 2

این روی=داد زم=انی رخ می ده=د ک=ه ی=ک ن=ود ارس=ال/دری=افت

می منقض=ی خ=ودش ت=ایمر ی=ا ده=د می پای=ان را داده

گ=ردد . سنس=ور ن=ود س=پس وض=عیت خ=ود را از ح=الت بی=دار

به خواب تغییر می دهد .

SN_S 3

ن=ود ه=ر روی=دادی را این زم=انی فع=ال می ش=ود ک=ه ی=ک

حس کند . این یک خود پیام است .E_DETECT 4

پی=ام خ=ود ن=ود ی=ک ک=ه اس=ت فع=ال زم=انی روی=داد این

را دری=افت کن=د . آن ش=امل ارس=ال داده E_DETECTروی=داد

RTS/CTS/DATAبه پرش بعدی همسایه با استفاده از

SEND_MSG 5

این روی=داد فع=ال می گ=ردد زمانیک=ه ی=ک ن=ود ه=ر پی=امی از

RTS/CTS/DATA دری=افت کن=د . آن ش=امل پای=ه ری=زی ک=ردن

ارتب=اط بین ن=ود فرس=تنده و گیرن=ده داده ب=ا اس=تفاده از

RTS/CTS/DATA

RECEIVE_MSG 6

یک روی=داد اج=را می گ=ردد زمانیک=ه ت=ایمر انتظ=ار منقض=ی

تش=خیص از ی=ک ه=ر تکمی=ل در توان=د می آن . میگ=ردد

رویدادها چه تایمر بیدار و یا خواب باشد .

End Timer 7

Page 22: طرح زمان بندی خواب/بیدار برای رسیدن به کمترین تاخیر نقطه به نقطه در شبکه های حسگر بی سیم Multi-Hop

نتایج و بررسی ها

کارایی پروتکلSMED در مقابل پروتکلهای Anycast و SMAC . مقایسه می شود

برای اندازه گیری کارایی از پارامترهای تجربی زیر استفاده می شود :

میانگین تاخیر هر بسته1.

انرزی هر بسته2.

میانگین بسته های گم شده3.

گذردهی یا توان عملیاتی4.

میانگین تاخیر هر بسته

این پروتکل بسیار مقیاس پذیرتر از پروتکل

Anycast و S-MAC .می باشد

Sleep/Wake scheduling schem

e for minim

izing end-to-end delay in m

ulti-hop wireless sensor netw

orks

2222

میانگین تاخیر هر بسته برای تعداد مختلفی از - 11شکل سنسور نودها

Page 23: طرح زمان بندی خواب/بیدار برای رسیدن به کمترین تاخیر نقطه به نقطه در شبکه های حسگر بی سیم Multi-Hop

Sleep/Wake scheduling schem

e for minim

izing end-to-end delay in m

ulti-hop wireless sensor netw

orks

2323

میانگین انرژی هر بسته برای تعداد مختلفی از - 12شکل سنسور نودها

Page 24: طرح زمان بندی خواب/بیدار برای رسیدن به کمترین تاخیر نقطه به نقطه در شبکه های حسگر بی سیم Multi-Hop

پروتکلSMED عملکرد بهتری نسبت به دو

پروتکل دیگر در از دست دادن بسته ها دارد .

)گذردهی )بسته ها بر ثانیه

SMED ، بهترین گذردهی را دارد S-MAC از

کمترین Anycastنظر گذردهی دوم و پروتکل

می باشد .

Sleep/Wake scheduling schem

e for minim

izing end-to-end delay in m

ulti-hop wireless sensor netw

orks

2424

نرخ از دست دادن بسته ها برای تعداد مختلفی از - 13شکل سنسور نودها

گذردهی) بسته ها بر ثانیه ( برای تعداد مختلفی - 14شکل از سنسور نودها

Page 25: طرح زمان بندی خواب/بیدار برای رسیدن به کمترین تاخیر نقطه به نقطه در شبکه های حسگر بی سیم Multi-Hop

طول عمر پوشش

درSMED از سوراخ شدن پوشش با بهره وری استفاده از انرژی نودها ، اجتناب ،

می گردد و این بهره وری با اختصاص زمان بندی خواب/بیدار نودها بر اساس بار

ترافیکی ) با لحاظ موقعیتشان در شبکه ، اهمیت توپولوژی آنها و نزدیکی به نود

سینک (حاصل می گردد .

Sleep/Wake scheduling schem

e for minim

izing end-to-end delay in m

ulti-hop wireless sensor netw

orks

2525

100%( : a طول عمر پوشش برای تعداد مختلفی از سنسور نودها )- 15شکل پوشش90%( : bپوشش )

Page 26: طرح زمان بندی خواب/بیدار برای رسیدن به کمترین تاخیر نقطه به نقطه در شبکه های حسگر بی سیم Multi-Hop

در این گزارش یک پروتکل زمان بندی خواب/بیدار نود را برای به حداقل رساندن

( را در شبکه های حسگر بی سیم چند پرشه – SMEDتاخیر نقطه به نقطه )

رویدادمحور را مورد بررسی قرار دادیم . در مقابل با طرح زمان بندی خواب

/بیدار عمومی ، الگوریتم پیشنهادی ما مجری زمان بندی می باشد که وابسته به

بار ترافیک شبکه است .نودهایی که این زمان بندی را برای خواب/بیدار می پذیرند

)اساسا زمان بندی بر اساس بار ترافیک می باشد ( ، باید در قبال سه فاکتور مهم

پاسخگو باشند :

مسافت نود از نود سینک 1.

اهمیت توپولوژی نودها2.

نود در مجاورتش اتفاق یا رویدادی رخ می دهد3.

این پروتکل پیشنهادی ممکن می سازد نودها به آرامی ترافیک را کنترل کنند ، از

آنجاییکه نودها بصورت دینامیکی مدت فعالیت خود را بر اساس بار ترافیکی مورد

انتظار ، منطبق می کنند . اینکار باعث به حداقل رساندن تاخیر در نودها با شرایط

زیر میگردد :

Sleep/Wake scheduling schem

e for minim

izing end-to-end delay in m

ulti-hop wireless sensor netw

orks

2626

Page 27: طرح زمان بندی خواب/بیدار برای رسیدن به کمترین تاخیر نقطه به نقطه در شبکه های حسگر بی سیم Multi-Hop

نودهای نزدیک به نود سینک 1.

نودها دارای موقعیت توپولوژی بحرانی2.

نودهای مجاور وقوع رویداد3.

با استفاده از طرح پیشنهادی بهره وری شبکه را به حداکثر می رساند که اینکار را 1.

با کاهش دادن ازدحام در نودهایی که دارای بار ترافیک سنگین می باشند به

سرانجام می رساند.

شبیه سازها بخدمت گرفته می شوند تا کارایی و عملکرد پروتکل پیشنهادی را 2.

صورت می AnyCastو S-MACارزیابی کنند و اینکار را با مقایسه عملکرد پروتکلهای

دهند . نتایج شبیه سازی نشان می دهد که پروتکل پیشنهادی به میزان قابل

توجهی تاخیر نقطه به نقطه را کاهش می دهد و همچنین پارامترهای سرویس

کیفیت را مانند )میانگین انرژی بر بسته ، میانگین تاخیر ، نسبت از دست دادن

بسته ها ، گذردهی و طول عمر پوشش شبکه ( افزایش میدهد .

Sleep/Wake scheduling schem

e for minim

izing end-to-end delay in m

ulti-hop wireless sensor netw

orks

2727

Page 28: طرح زمان بندی خواب/بیدار برای رسیدن به کمترین تاخیر نقطه به نقطه در شبکه های حسگر بی سیم Multi-Hop

1. F Ken, Sensor network-based countersniper system, inProceedings of the 2nd International Conference on Embedded Networked Sensor Systems, ACM, Baltimore, (2004)2. M Castillo-Effer, DH Quintela, W Moreno, R Jordan, W Westhoff, Wireless sensor networks for flash-flood alerting, in Devices, Circuits and Systems (2004). in Proceedings of the Conference on Fifth IEEE International Caracas 3. K Lorincz, DJ Malan, TRF Fulford-Jones, A Nawoj, A Clavel, V Shnayder, GMainland, M Welsh, S Moulton, Sensor networks for emergency response: challenges and opportunities, IEEE Pervas. Comput. 3(4), 16–23 (2004)4. IF Akyildiz, S Weilian, Y Sankarasubramaniam, E Cayirci, A survey on sensor networks. IEEE Commun Mag. 40(8), 102–114 (2002). doi:10.1109/ MCOM.2002.10244225. Y Jennifer, M Biswanath, G Dipak, Wireless sensor network survey. Comput Netw. 52(12), 2292–2330 (2008). doi:10.1016/j.comnet.2008.04.0026. W Andrew, C SeongHwan, S Charles, C Anantha, Energy efficient Modulation and MAC for Asymmetric RF Microsensor Systems, in Proceedings of the 2001 international symposium on Low Power Electronics and Design, ACM, Huntington Beach, CA, (2008)7. BA Myers, JB Willingham, P Landy, MA Webster, P Frogge, M Fischer, Design considerations for minimal-power wireless spread spectrum circuits and systems. Proc IEEE. 88(10), 1598–1612 (2000). doi:10.1109/5.8889988. WL Lee, A Datta, R Cardell-Oliver, Flexi TP, a flexible-schedule-based TDMA protocol for fault-tolerant and energy-efficient wireless sensor networks. IEEE Trans Parallel Distrib Syst. 19(6), 851–864 (2008)

Sleep/Wake scheduling schem

e for minim

izing end-to-end delay in m

ulti-hop wireless sensor netw

orks

2828

Page 29: طرح زمان بندی خواب/بیدار برای رسیدن به کمترین تاخیر نقطه به نقطه در شبکه های حسگر بی سیم Multi-Hop

9. C Srisathapornphat, S Chien-Chung, Coordinated power conservation for ad hoc networks, in IEEE International Conference on Communications (2002)10. NA Pantazis, DD Vergados, A survey on power control issues in wireless sensor networks. IEEE Commun Surv Tutor. 9(4), 86–107 (2007)11. AP Nikolaos, JV Dimitrios, DV Dimitrios, D Christos, Energy efficiency in wireless sensor networks using sleep mode TDMA scheduling. Ad Hoc Netw. 7(2), 322–343 (2009). doi:10.1016/j.adhoc.2008.03.00612. J Liu, S Singh, ATCP: TCP for mobile ad hoc networks. IEEE J Sel Areas Commun. 19(7), 1300–1315 (2001). doi:10.1109/49.93269813. L Jie, Z Feng, P Cheung, L Guibas, Apply geometric duality to energy-efficient non-local phenomenon awareness using sensor networks. IEEE Wirel Commun. 11(6), 62–68 (2004). doi:10.1109/MWC.2004.136889814. C Juan-Carlos, M Pietro, A performance comparison of energy consumption for mobile ad hoc network routing protocols, in Proceedings of the 8th International Symposium on Modeling, Analysis and Simulation of Computer and Telecommunication Systems, IEEE Computer Society, (2000)15. V Tsaoussidis, H Badr, TCP-probing: towards an error control schema with energy and throughput performance gains, in Proceedings of 2000 International Conference on Network Protocols (2000) doi:10.1023/A:10165422292202

Sleep/Wake scheduling schem

e for minim

izing end-to-end delay in m

ulti-hop wireless sensor netw

orks

2929

Page 30: طرح زمان بندی خواب/بیدار برای رسیدن به کمترین تاخیر نقطه به نقطه در شبکه های حسگر بی سیم Multi-Hop

16. S Suresh, CS Raghavendra, PAMAS—power aware multi-access protocol with Signalling for Ad Hoc Networks. SIGCOMM Comput Commun Rev. 28(3), 5–26 (1998). doi:10.1145/293927.29392817. Y Wei, J Heidemann, D Estrin, An energy-efficient MAC protocol for wireless sensor networks, in Proceedings on Twenty-First Annual Joint Conference of the IEEE Computer and Communications Societies INFOCOM (2002)18. C Benjie, J Kyle, B Hari, M Robert, Span: an energy-efficient coordination algorithm for topology maintenance in ad hoc wireless networks. Wirel Netw. 8(5), 481–494 (2002). doi:10.1023/A:1016542229220219. L van Hoesel, T Nieberg, W Jian, PJM Havinga, Prolonging the lifetime of wireless sensor networks by cross-layer interaction. IEEE Wirel Commun. 11(6), 78–86 (2004). doi:10.1109/MWC.2004.1368900 20. A Giuseppe, C Marco, F Mario Di, P Andrea, Energy conservation in wireless sensor networks: A survey. Ad Hoc Netw. 7(3), 537–568 (2009). doi:10.1016/j. adhoc.2008.06.00321. C Schurgers, V Tsiatsis, MB Srivastava, STEM: topology management for energy efficient sensor networks, in Proceedings on Aerospace Conference (2002)22. C Schurgers, V Tsiatsis, S Ganeriwal, M Srivastava, Optimizing sensor networks in the energy-latency-density design space. IEEE Trans Mobile Comput. 1(1), 70–80 (2002). doi:10.1109/TMC.2002.101106023. Y Xue, NH Vaidya, A wakeup scheme for sensor networks: achieving balance between energy saving and end-to-end delay, in 10th IEEE Proceedings on Real-Time and Embedded Technology and Applications Symposium, RTAS 2004 (2004))

Sleep/Wake scheduling schem

e for minim

izing end-to-end delay in m

ulti-hop wireless sensor netw

orks

3030

Page 31: طرح زمان بندی خواب/بیدار برای رسیدن به کمترین تاخیر نقطه به نقطه در شبکه های حسگر بی سیم Multi-Hop

24. T Yu-Chee, H Chih-Shun, H Ten-Yueng, Power-saving protocols for IEEE 802.11-based multi-hop ad hoc networks, in Proceedings on Twenty-First Annual Joint Conference of the IEEE Computer and Communications Societies INFOCOM 2002 (2002)25. Z Rong, CH Jennifer, S Lui, Asynchronous wakeup for ad hoc networks, in Proceedings of the 4th ACM International Symposium on Mobile ad hoc Networking & Computing, ACM, Annapolis, MD, (2002) 26. D Jing, SH Yunghsiang, BH Wendi, KV Pramod, Scheduling sleeping nodes in high density cluster-based sensor networks. Mobile Netw Appl. 10(6), 825–835 (2005). doi:10.1007/s11036-005-4441-927. D Jing, SH Yunghsiang, BH Wendi, KV Pramod, Balanced-energy sleep scheduling scheme for high-density cluster-based sensor networks. Comput Commun. 28(14), 1631–1642 (2005). doi:10.1016/j.comcom.2005.02.019 28. Y Xu, J Heidemann, D Estrin, Adaptive energy-conserving routing for multihop ad hoc network. (2000) Research Report 527, USC/Information Sciences Institute29. T Di, DG Nicolas, A coverage-preserving node scheduling scheme for large wireless sensor networks, in Proceedings of the 1st ACM international workshop on Wireless sensor networks and applications, ACM, Atlanta, GA,(2002)30. P Lin, C Qiao, X Wang, Medium access control with a dynamic duty cycle for sensor networks. in Wireless Communications and Networking Conference (2004)

Sleep/Wake scheduling schem

e for minim

izing end-to-end delay in m

ulti-hop wireless sensor netw

orks

3131

Page 32: طرح زمان بندی خواب/بیدار برای رسیدن به کمترین تاخیر نقطه به نقطه در شبکه های حسگر بی سیم Multi-Hop

31. D Tijs van, L Koen, An adaptive energy-efficient MAC protocol for wireless sensor networks, in Proceedings of the 1st international conference on Embedded networked sensor systems, ACM, Los Angeles, CA, (2003)32. Y Shih-Hsien, T Hung-Wei, EHK Wu, C Gen-Huey, Utilization based duty cycle tuning MAC protocol for wireless sensor networks, in Global Telecommunications Conference, 2005. GLOBECOM ‘05. IEEE (2005)33. K Joohwan, L Xiaojun, NB Shroff, P Sinha, Minimizing delay and maximizing lifetime for wireless sensor networks with anycast. IEEE/ACM Trans Netw. 18(2), 515–528 (2010)34. AA Abbasi, K Akkaya, M Younis, A distributed connectivity restoration algorithm in wireless sensor and actor networks, in 32nd IEEE Conference on Local Computer Networks 2007, LCN 2007 (2007)

Sleep/Wake scheduling schem

e for minim

izing end-to-end delay in m

ulti-hop wireless sensor netw

orks

3232