مقاله پروتکل MAC موثر از نظر انرژی برای شبکه های حسگر بی سیم
چکیده
پیشرفت های اخیر در فناوری بی سیم ما را به دیدگاه شبکه های فراگیر حسگر بی سیم نزدیک تر کرده است. شبکه های حسگر، نودها دارای منابع محدود انرژی هستند و کاربردها به طور کلی نیازمند تحویل وقت گیر پکت ها هستند. بنابراین، راندمان بالای انرژی و کاهش تاخیر از اهمیت بالایی برخوردار هستند. لایه کنترل دسترسی به رسانه (MAC) نقش مهمی را در مدیریت انرژی مصرفی در ارتباطات و حفظ تاخیر ایفا می کند. در این مقاله یک لایه کنترل دسترسی به رسانه بی سیم و آنی بر مبنای اولین روش زمان بندی اولین مهلت پیشنهاد داده شده است. این پروتکل جدید برخلاف پروتکل های قبلی به نودهای رخداد محور و نودهای ساعت محور که دارای خصوصیات برجسته ای هستند و راندمان بالای انرژی و تاخیر مبتنی بر اولویت دارند، به کار گرفته می شود. ما عملکرد بهبود یافته تاخیر را بر بستر پروتکل دسترسی چندگانه حامل از طریق شبیه سازی شبکه حسگر بی سیم در شبیه ساز-3 شبکه ایجاد می کنیم. سپس، یک مدل ریاضی برای دستیابی به کران پایین تر در بخشی از انرژی ذخیره شده با استفاده از پروتکل پیشنهادی برخلاف پروتکل های فعلی ارائه می دهیم. این بهبود در عملکرد تاخیر سبب تسهیل افزایش اندازه کلاستر می شود و ارتباط موثر از نظر انرژی سبب تضمین افزایش طول عمر شبکه حسگر می شود که پروتکل پیشنهادی را به انتخاب مناسبی برای شبکه های آتی حسگر بی سیم تبدیل می کند.
1. مقدمه
با توجه به دسترس بودن حسگرها، رادیوها و میکروکنترلر های کوچک، ارزان قیمت و کم مصرف، چشم اندازه شبکه های فراگیر حسگر بی سیم (WSNs) به واقعیت تبدیل شده است [1]. با این حال، دیده شده است که به کارگیری WSN های بزرگ اغلب به دلیل تاخیر زیاد در تحویل داده و طول عمر کوتاه باتری محدود شده است [3]. این مشکلات در مسیر رشد عظیم WSN ها وجود دارد که وقوع آن ها در سال های آتی پیش بینی شده است [2]. در ادبیات، راهکارهای متعددی برای کاهش تاخیر موجود در یک شبکه بزرگ پیشنهاد داده شده است. همچنین تکنیک های ارتباطی محدودی از نظر کارآمدی انرژی برای افزایش طول عمر WSN ها پیشنهاد داده شده است [5,6]. در مرجع [5]، نویسندگان سعی می کند تا طول عمر را از طریق سکون (خواب) تطبیقی توسعه دهند و [6] یک مطالعه و تحلیل رسمی از انواع مسائل حداکثر سازی طول عمر شبکه در مدل های مختلف مصرف انرژی ارائه می دهد. یک راه برخورد با مسائل اشاره شده فوق به کارگیری یک لایه هوشمند کنترل دسترسی به رسانه (MAC) است. پروتکل MAC دسترسی به کانال را تنظیم می کند به این معنا که یک نود را در زمانی شناسایی می کند که می تواند داده ارسال کند و همچنین انتظار دریافت داده از آن وجود دارد. یک مکانیزم خوب دسترسی به کانال، مکانیزمی است که تحویل زمان بر پکت ها را تضمین می کند، از تصادم (برخورد) میان نودها اجتناب می کند و در مصرف انرژی صرفه جویی می کند [8]. بنابراین، با طراحی یک لایه MAC هوشمند می توان انتظار داشت که افزایش در بهره وری انرژی شبکه و همچنین کاهش قابل توجه در تاخیر رخ دهد.
Abstract
Recent advances in wireless technology have brought us closer to the vision of pervasive wireless sensor networks. In sensor networks, the nodes have limited energy resources and the applications generally demand timely delivery of the packets. Therefore, high energy efficiency and reduced latency are of paramount importance. The medium access control layer plays a crucial role in managing the energy spent on communication and keeping the latency in check. In this paper, a real time wireless media access control protocol based on earliest deadline first scheduling scheme is proposed. Unlike its predecessors, this new protocol is applicable to both event-driven and clock-driven nodes with salient features being high energy efficiency and priority based latency. We establish the improved latency performance over carrier sense multiple access protocol, through simulation of wireless sensor network in network simulator-3. Then, we present a mathematical model to obtain the lower bound on the fraction of energy saved by the use of the proposed protocol as opposed to existing protocols. This improvement in latency performance facilitates an increase in cluster size and energy efficient communication ensures increased lifetime of the sensor network, which makes our protocol a promising choice for the future wireless sensor networks.
I. INTRODUCTION
With the availability of small, low-cost and low-power sensors, radios, and micro-controllers the vision of ubiquitous wireless sensor networks(WSNs) has become a reality [1]. However, it is seen that the deployment of large WSNs is often limited by high latency in data delivery and low battery life-time [3]. These problems stand in the path of the tremendous growth WSNs are forecasted to have in the coming years [2]. In literature, multiple solutions have been proposed to reduce the latency involved in a large network. Also, a few energy efficient communication techniques have been proposed to increase the life-time of WSNs [5], [6]. In [5], the authors try to extend the lifetime through adaptive sleep and [6] presents a survey and formal analysis of a variety of network lifetime maximization problems in different energy consumption models. One way to attack the above mentioned problems is to employ an intelligent media access control(MAC) layer. A MAC protocol regulates channel access, i.e. it specifies when a node can transmit and when it is expected to receive data. A good channel access mechanism is one which ensures timely delivery of packets, avoids collisions among nodes and saves energy [8]. Thus by designing an intelligent MAC layer, one can expect an increase in the energy efficiency of the network and also a significant reduction in the latency.
چکیده
1. مقدمه
2. اصطلاحات و فرض ها
3. پروتکل EEDF-MAC
A. مرحله آغاز به کار شبکه
B. مرحله انتشار زمان بندی
C. مرحله ارسال داده
D. مرحله همگام سازی
4. نتایج شبیه سازی
5. محدودیت کمتر بر صرفه جویی در انرژی
A. مورد 1: CSMA/CA
B. مورد 2: EEDF-MAC
6. نتیجه گیری
Abstract
I. INTRODUCTION
II. TERMINOLOGY AND ASSUMPTIONS
III. THE EEDF-MAC PROTOCOL
A. Network Initialization Phase
B. Schedule Broadcast Phase
C. Data Transmission Phase
D. Synchronization Phase
IV. SIMULATION RESULTS
V. A LOWER BOUND ON ENERGY SAVINGS
A. Case 1: CSMA/CA
B. Case 2: EEDF-MAC
C. Fraction of Listening Energy Saved
VI. CONCLUSION
- 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