ارزیابی تجربی تاثیر طول بسته بر شبکه های حسگر بی سیم در معرض تداخل
چکیده
امروزه شبکه های حسگر بی سیم (WSN) به عنوان یک فناوری توانمند کننده برای طیف وسیعی از سیستم های سایبری- فیزیکی شناخته می شوند. با این حال، به منظور مقابله با قابلیت اطمینان و الزامات بهره وری انرژی، چالش های تحقیقاتی متعددی می بایست رفع گردد. به عنوان مثال، تداخل الکترومغناطیسی تاثیر منفی بر ارتباطات بی سیم دارد و منجر به افزایش برخورد بسته، ازدحام شبکه و افزایش مصرف انرژی توسط دستگاه ها می شود. بنابراین نمایان کردن نقش پیچیده میان ارتباطات تحت تداخل و پارامترهای شبکه های حسگر برای دستیابی به طرح های منتخب و بهبود عملکرد سیستم الزامی است. ما در این کار مطالعه تجربی از قابلیت اطمینان و بهره وری انرژی شبکه های حسگر سازگار با استاندارد IEEE 802.15.4 تحت تداخل کنترل شده را به عنوان تابعی از طول بسته ها پیشنهاد می دهیم. نتایج حاصل از آزمایش های گسترده بر روی طیف وسیعی از پروتکل های دسترسی ناهمگام و توان پایین به رسانه، به مصالحه بین مصرف انرژی و مقاومت در برابر تداخل اشاره دارد و دیدگاه مقایسه ای از این پروتکل ها فراهم می آورد؛ بنابراین راهکارهای سودمند در انتخاب و طراحی عناصر مختلف حیاتی را نشان می دهد.
1. مقدمه
نفوذ وسیع شبکه های حسگر بی سیم به عنوان یک فناوری توانمند کننده برای طراحی و برنامه ریزی سیستم های پیچیده و فراگیر سایبری- فیزیکی سبب ایجاد انگیزه در فعالیت های تحقیقاتی در راستای طراحی راهکارهای مطمئن و کارآمد از نظر انرژی شده است [1]. با این حال، این تلاش ها توسط عوامل متعددی همانند عملکرد در محیط های در معرض تداخل با مشکلاتی مواجه شده است. در واقع ارسال بر بستر یک واسط بی سیم می تواند با ارسال های همزمان از نودهای دیگر شبکه یا با دستگاه های فرکانس رادیویی دیگر که در همان محدود فرکانسی کار می کنند تداخل ایجاد کند که اغلب منجر به عدم کدگشایی صحیح در گیرنده می شود. نوع قبلی تداخل به عنوان تداخل داخلی دسته بندی می شود در حالی که نوع دوم به طور معمول به عنوان تداخل خارجی شناخته می شود. به ویژه، پیاده سازی شبکه های WSN متراکم مستعد تداخل داخلی هستند، در حالی که تداخل خارجی اساساً به دلیل هم پوشانی جزئی یا کامل ارتباطات رادیویی با دستگاه های دیگری است که در باند فرکانسی 2.4 GHz ISM کار می کنند (مانند فرستنده-گیرنده های وای فای 802.11b/g/n یا بلوتوث) دستگاه های الکترونیکی مشتریان مانند اجاق های مایکروویو به دلیل مسائل سازگاری الکترومغناطیسی می توانند تداخل در باند 2.4 GHz ISM ایجاد کنند [2].
7. نتیجه گیری
تداخل الکترومغناطیسی ارتباطات را مختل و طول عمر شبکه حسگر بی سیم را محدود می کند. در واقع برای طراحی یک سیستم منعطف و قابل اطمینان شبکه ای، درک کامل نقش پارامترهای فضای طراحی بر روی عملکرد، در محیط های در معرض تداخل، قطعی است. ما در این کار یک ارزیابی تجربی را ارائه کرده ایم که هدف آن ارزیابی تاثیر اندازه محموله و قابلیت اطمینان ارتباط و هزینه انرژی لینک پیشنهادی شامل یک زوج نود حسگر متاثر از سطوح تداخل کنترل شده است. ما آزمایش هایی را برای بررسی سناریوهای مختلف (با پروتکل های مختلف کم توان MAC و مطابق با الگوهای ارتباطی متفاوت) با اندازه گیری نرخ دریافت بسته و مصرف انرژی سیستم تحت مطالعه است.
Abstract
Wireless sensor networks are nowadays considered an enabling technology for a wide spectrum of cyber-physical systems applications. However, in order to cope with stringent dependability and energy efficiency requirements, several research challenges have to be solved. Electromagnetic interference, for instance, adversely affects wireless communication, resulting into increased packet collisions and network congestion, and also increasing the energy consumption of devices. Highlighting the complex interplay between communication under interference and parameters of sensor networks is therefore mandatory for driving design choices and improving system performance. In this work we propose an experimental study of the reliability and energy efficiency of IEEE 802.15.4 compliant sensor networks under controlled interference, as a function of the packets length. The results of an extensive set of experiments on an ample range of low-power asynchronous, medium access protocols point out the trade-off between energy consumption and robustness to interference and also provide a comparative view of the protocols, thus indicating useful guidelines in the choice and in the design of several critical components.
1. Introduction
The widespread diffusion of wireless sensor networks (WSN) as enabling technology for planning sophisticated, ubiquitous cyberphysical systems motivates research efforts towards the design of reliable and energy efficient solutions [1]. However this endeavor is hampered by several factors, such for instance operativeness in environments subject to interference. Indeed, transmissions over a wireless medium could interfere with simultaneous transmissions from other nodes of the network or with other radio frequency devices operating within the same frequency range, often resulting in the impossibility of correct decoding at the receiver. The former type of interference is classified as internal while the latter is usually referred to as external. Specifically, dense WSN deployments are particularly prone to internal interference, while external interference is basically due to partial or complete overlapping of radio communication with that of other devices operating within the 2.4 GHz ISM band (e.g. WiFi 802.11b/g/n or Bluetooth transceivers). Consumer electronics appliances (e.g. microwave ovens) could also generate interference within the 2.4 GHz ISM band because of electromagnetic compatibility issues [2].
7. Conclusions
Electromagnetic interference impairs communication and limits the lifetime of WSN. Indeed, to design reliable and flexible networked embedded system, detailed understanding of the role of parameters of the design space on performance, in environments subject to interference, is decisive. In this work we presented an experimental assessment aimed at evaluating the impact of payload size on the reliability of the communication and on the energy expenditure of a link composed by a pair of sensor nodes affected by controlled interference levels. We have conducted experiments to explore different scenarios (e.g. with various low-power MAC protocols and according to different communication patterns) by measuring the packet reception rate and the energy consumption of the system under study
چکیده
1. مقدمه
2. کار مرتبط
3. اطلاعات پیشینه
1-3 استاندارد IEEE 802.15.4
2-3 رابط بی سیم
4. پروتکل های چرخش وظیفه برای شبکه های حسگر بی سیم
1-4 پروتکل ContikiMAC
2-4 پروتکل X-MAC
3-4 پروتکل LPP
5. راه اندازی تجربی
1-5 نود حسگر بی سیم
2-5 منبع تداخل
3-5 اندازه گیری توان
6. نتایج و بحث
1-6 ارتباطات همه پخشی
2-6 تک پخشی
3-6 حساسیت به تداخل
7. نتیجه گیری
Abstract
1. Introduction
2. Related work
3. Background information
3.1. The IEEE 802.15.4 Standard
3.2. Wireless interference
4. Radio duty cycling protocols for WSNs
4.1. ContikiMAC
4.2. X-MAC
4.3. LPP
5. Experimental set-up
5.1. Wireless sensor node
5.2. Interference source
5.3. Power measurement
6. Results and discussion
6.1. Broadcast communication
6.2. Unicast
6.3. Sensitivity to interference
7. Conclusions
- اصل مقاله انگلیسی با فرمت ورد (word) با قابلیت ویرایش
- ترجمه فارسی مقاله با فرمت ورد (word) با قابلیت ویرایش، بدون آرم سایت ای ترجمه
- ترجمه فارسی مقاله با فرمت pdf، بدون آرم سایت ای ترجمه