همان‏طور که در فصل­های پیش ذکر شد، مسیریابی چند مسیره به عنوان یک راهکار برای افزایش قابلیت اطمینان در شبکه ­های حسگر بی­سیم استفاده می­ شود. با بهره گرفتن از مسیریابی چند مسیره، چندین کپی از یک بسته روی مسیرهای مختلف ارسال می­ شود. در صورتی که یک بسته در گره­های میانی حذف شود بسته در مقصد از مسیرهای دیگر قابل بازیابی است. تعیین تعداد مسیرها برای این راهکار خیلی مهم و حیاتی است، زیرا استفاده از مسیرهای بیشتر سربار زیادی را به شبکه تحمیل می­ کند و مصرف انرژی و طول عمر شبکه را نیز تحت تأثیر قرار می­دهد. همچنین استفاده از مسیرهای کمتر ممکن است قابلیت اطمینان مورد انتظار را ارضا[۱۸۰] نکند.

(( اینجا فقط تکه ای از متن درج شده است. برای خرید متن کامل فایل پایان نامه با فرمت ورد می توانید به سایت feko.ir مراجعه نمایید و کلمه کلیدی مورد نظرتان را جستجو نمایید. ))

معمولاً در فاز طراحی شبکه با توجه به قابلیت اطمینان مورد انتظار از شبکه، تعداد مسیرهایی که باید بسته­ها روی آن ارسال شوند تعیین می­گردد. در شبکه ­های بی­سیم احتمال موفقیت لینک در تحویل بسته­ها به گام بعدی به عوامل زیادی بستگی دارد که سبب می­ شود در زمان‌های مختلف این مقدار تغییر کند. احتمال موفقیت لینک بر روی قابلیت اطمینان مسیرهایی که از این لینک استفاده می­ کنند. در نتیجه روی قابلیت اطمینان کل شبکه تأثیر می­ گذارد. کم یا زیاد شدن احتمال موفقیت لینک­ها، تعداد مسیرهای استفاده شده را تحت تأثیر قرار می­دهد. تعداد مسیرهایی که استفاده می­ شود بر روی کارایی شبکه نیز موثر است. با کم شدن احتمال موفقیت لینک مسیرهای موجود ممکن است قابلیت اطمینان مورد انتظار را ارضا نکند و با زیاد شدن احتمال موفقیت لینک استفاده از مسیرهای موجود ممکن است سربار زیادی را به شبکه تحمیل کند.
همچنین در بعضی کاربردها قابلیت اطمینان مورد انتظار در زمان‌های مختلف متفاوت است. در این مورد نیز با افزایش قابلیت اطمینان مورد انتظار، استفاده از مسیرهای موجود ممکن است قابلیت اطمینان مورد انتظار ارضا نشود یا با کاهش این مقدار، استفاده از مسیرهای موجود سربار زیادی را به شبکه تحمیل کند.
به طور مثال شبکه یک منبع و یک چاهک دارد که سه مسیر مستقل از منبع به چاهک برقرار است. قابلیت اطمینان این شبکه برای احتمالات متفاوت از موفقیت لینک­ها (احتمال همه لینک­ها برابر است) با توجه به تعداد مسیرهایی که استفاده می­ شود در شکل ۶-۲ نشان داده
شکل ‏۶‑۱: شبکه با سه مسیر مستقل از منبع به چاهک
شکل ‏۶‑۲ : قابلیت اطمینان مسیرهای مختلف برای توپولوژی شکل ۶-۱
شده است. محاسبات با بهره گرفتن از قوانین محاسبه قابلیت اطمینان با بهره گرفتن از فرمول­های سری و موازی بدست آمده است.
در شکل ۶-۲ مشخص است که برای قابلیت ­های اطمینان متفاوت، تعداد مسیر بهینه انتخاب شده متفاوت است. با توجه به شکل ۶-۲ فرض می­ شود قابلیت اطمینان مورد انتظار برابر ۹۰ درصد باشد و احتمال موفقیت لینک­ها نیز برابر ۹۰ درصد باشد. در اینجا مقدار بهینه برای تعداد مسیرهای استفاده شده ۲ می­باشد. اگر از یک مسیر استفاده شود قابلیت اطمینان بدست آمده در حدود ۷۰ درصد است که قابلیت اطمینان مورد انتظار را ارضا نمی­کند. همچنین اگر از ۳ مسیر استفاده ­شود قابلیت اطمینان بدست آمده در حدود ۹۸ درصد است. استفاده از ۳ مسیر قابلیت اطمینان را ارضا می­ کند ولی سربار بیشتری را به شبکه تحمیل می­ کند. نتایج بدست آمده در شکل ۶-۲ برای مسیرهایی با ۳ لینک با توجه به فرمول­های زیر بدست آمده است:
) ( ۶-۱
) ( ۶-۲
کهqi بیانگر قابلیت اطمینان لینک iام روی مسیر l می­باشد، Rl بیانگر قابلیت اطمینان مسیر lام می­باشد، p تعداد مسیرهای استفاده شده و R قابلیت اطمینان کل را نمایش می­دهد؛ لذا یک مصالحه[۱۸۱] بین احتمال موفقیت لینک­ها و تعداد مسیرهای استفاده شده وجود دارد.
پروتکل چند مسیره تطبیقی پیشنهادی برای اقناع قابلیت اطمینان
همان‏طور که در بخش قبل توضیح داده شد وجود یک پروتکل که به صورت دینامیک مسیرها را برای منابع تعیین کند تا محدودیت­های لازم در شبکه اقناع شود امری ضروری است؛ لذا در این فصل یک پروتکل برای بر آورده کردن این نیازها پیشنهاد شده است که پروتکل چند مسیره تطبیقی برای اقناع قابلیت اطمینان[۱۸۲] (AMPRS) نامیده شده است. پروتکل AMPRSیک پروتکل تخصیص مسیر دینامیک در شبکه ­های حسگر بی­سیم است که جهت تعیین تعداد مسیرهای استفاده شده توسط هر یک از منابع برای ارضای قابلیت اطمینان طراحی شده است.
در پروتکل AMPRS راهکارهایی به کار برده شده است که هم قابلیت اطمینان مورد انتظار برای شبکه ارضا ­شود و هم سربار ارسال بسته­ها زیاد نشود. همچنین مصرف انرژی کاهش و طول عمر شبکه افزایش یابد. در پروتکل AMPRS چاهک تصمیم می­گیرد. هر منبع از چند مسیر و کدام مسیرها استفاده کند تا کارایی شبکه بالا رود. در پروتکل AMPRS با به کار بردن راهکار پیشنهاد شده در فصل قبل قابلیت اطمینان شبکه در چاهک تخمین زده می­ شود. چاهک بر اساس اطلاعاتی که در مورد گره­ها، لینک­ها و مسیرهای در دسترس از شبکه دریافت می­ کند تصمیم گیری­های لازم را انجام می­دهد. این اطلاعات شامل تعداد گام مسیرها، قابلیت اطمینان مسیرها، انرژی مسیرها، قابلیت اطمینان لینک­ها و پارامترهای دیگر می­باشند. چاهک تعیین می­ کند که هر منبع از چند مسیر و چه مسیرهایی داده ­های خود را ارسال کند تا قابلیت اطمینان شبکه در یک دامنه حول و حوش قابلیت اطمینان مورد انتظار نگه داشته شود، همچنین سربار شبکه کم و طول عمر شبکه نیز ماکزیمم شود.
برای تخمین قابلیت اطمینان در چاهک از راهکار پیشنهاد شده در فصل قبل استفاده می­ شود. ساختار مسیریابی پروتکل پیشنهاد شده AMPRS مبتنی بر پروتکل پیشنهادی LOMDD است که در فصل ۴ تشریح شد. در LOMDD از یک مسیر به عنوان مسیر اصلی استفاده می­شد و سایر مسیرها به عنوان جایگزین انتخاب می­شوند. پروتکل AMPRS به منظور تعیین تعداد مسیرها برای هر یک از منابع طراحی می­ شود. چاهک بر اساس اطلاعاتی که در دوره­ های زمانی از شبکه بدست می ­آورد تصمیم می­گیرد که هر یک از منابع از چه مسیرهایی و چند مسیر برای ارسال اطلاعات استفاده کنند. در ادامه ابتدا یکسری از ویژگی­های و پیش فرض­ها را برای AMPRS بیان می­کنیم سپس نحوه عملکرد آن را تشریح می­کنیم.
تنظیمات اولیه
بعد از مسیریابی که مبتنی بر پروتکل پیشنهاد شده LOMDD است برای هر یک از منابع یک مسیر تنظیم می­ شود که منبع داده ­های خود را بر روی آن ارسال می­ کند. چاهک از حضور هر یک از منابعی که داده ارسال می­ کند با خبر است و اطلاعات هر منبع را در یک جدول به نام Info-Source در حافظه خود نگهداری می­ کند. با تشکیل هر مسیر اطلاعات مربوط به این مسیر در جدول ذخیره می­ شود. به طور کل می­توان گفت چاهک یک دید کلی نسبت به منابع و مسیرهای تنظیم شده برای آن‏ها و همچنین ویژگی­های این مسیرها دارد. این اطلاعات برای تصمیم گیری چاهک در مورد انتخاب مسیرها و نحوه توزیع بار در شبکه لازم می­باشد.
برای هر منبع یک مدخل در جدول Info-Source ایجاد می­گردد که اطلاعاتی از قبیل:
شماره شناسایی[۱۸۳] منبع
مسیرهای موجود برای منبع
تعداد گام­ها از منبع تا چاهک برای هر مسیر
مینیمم انرژی باقی مانده روی هر مسیر
لینک­های روی هر مسیر
احتمال موفقیت لینک­ها
قابلیت اطمینان هر یک از مسیرها
تعداد بسته­های ارسالی از منبع تا زمان جاری
تعداد بسته­های دریافتی از منبع تا زمان جاری توسط چاهک
وضعیت هر یک از مسیرها که آیا فعال است یا غیر فعال (داده روی آن انتقال داده می­ شود یا خیر)
و دیگر پارامترها
در آن‏ها وجود دارد. همچنین برای آزمایش زنده بودن مسیرها از روش انتها به انتها که در فصل ۴ تشریح شد استفاده می‌شود.
تعاریف
همان‏طور که در بخش­های قبل گفته شد در ابتدا هر منبع تنها از یک مسیر استفاده می­ کند. مدت زمان اولیه­­ای که منابع از همین یک مسیر استفاده می­ کنند تا شبکه به پایداری لازم برسد و اطلاعات منابع، مسیرها و لینک­ها در چاهک ایجاد و بروز رسانی شود، دوره پایداری شبکه نامیده می­ شود. بعد از اتمام این دوره چاهک در مورد مسیرها تصمیم ­گیری لازم را انجام می­دهد و دستورات لازم را به شبکه القا می­ کند. بعد از این دوره چاهک وضعیت شبکه را در فواصل زمانی منظم بر طبق الگوریتمی که در ادامه تشریح می­ شود بررسی می­ کند و تصمیم ­گیری­های لازم را برای ارضا شدن محدودیت­ها می­گیرد. به این دوره­ های منظم دوره تصمیم ­گیری چاهک می‌گوییم.
اطلاعاتی که در بالا ذکر شد می‌تواند از طریق بسته­های داده و بسته­های چک کردن مسیر برای چاهک ارسال ­شوند. در واقع این اطلاعات بر روی این بسته­ها سواری مجانی[۱۸۴] می­ کنند. همچنین یک نوع دیگری از بسته به نام Info-link نیز برای انتقال این اطلاعات طراحی شده است که می ­تواند استفاده شود. این بسته در یک دوره زمانی خاص اطلاعات را به چاهک ارسال می­ کند. چاهک با دریافت این بسته اطلاعات مربوط به هر یک از منبع­ها، مسیرها و لینک­ها را بروز رسانی می­ کند. همان‏طور که گفته شد در این پروتکل از سواری مجانی استفاده می­ شود.
این پروتکل برای محاسبه انرژی مسیرها از عبور لایه­ای[۱۸۵] استفاده می­ کند. در واقع از اطلاعاتی که از لایه پایین بازخورد[۱۸۶] می­ شود، استفاده می­ کند. لایه MAC اطلاعات انرژی را برای لایه­ های بالاتر فراهم می­ کند. گره­های میانی با دریافت هر بسته، در لایه MAC قبل از اینکه بسته را ارسال کنند، مقدار فیلد انرژی را در بسته مورد نظر بررسی می­ کنند. در صورتی که مقدار این فیلد بیشتر از مقدار انرژی باقی مانده این گره باشد، مقدار این فیلد با مقدار انرژی باقیمانده این گره بروز رسانی می­ شود. در غیر این صورت بدون تغییر باقی می­ماند. در نتیجه هنگامی که چاهک این بسته را دریافت می­ کند مقدار فیلد انرژی برابر حداقل انرژی باقی­مانده روی مسیر می­باشد که در معادله ۶-۳ نشان داده شده است.
= min () ) ( 6-3
Ei بیانگر انرژی مسیر iام است و ERn,i بیانگر مقدار انرژی باقیمانده از گره nام روی مسیر iام می­باشد.
در منبع مقدار فیلد قابلیت اطمینان با مقدار احتمال موفقیت لینک­هایی که بسته بر روی آن ارسال می­ شود تنظیم می­گردد. با دریافت بسته در گره­های میانی مقدار فیلد قابلیت اطمینان در احتمال موفقیت لینک جاری ضرب می­ شود و حاصل در فیلد مورد انتظار قرار می­گیرد. هنگامی که چاهک بسته را دریافت می­ کند مقدار فیلد قابلیت اطمینان برابر حاصل ضرب احتمال موفقیت لینک­های روی مسیر می­باشد. نحوه محاسبه قابلیت اطمینان در معادله ۶-۴ نشان داده شده است.
) ( ۶-۴
بیانگر قابلیت اطمینان مسیر i ام است و بیانگر احتمال موفقیت لینک jام می­باشد.
نحوه تصمیم گیری چاهک
در هر دوره تصمیم ­گیری چاهک، چاهک قابلیت اطمینان کل شبکه را بررسی می­­کند. در صورتی که قابلیت اطمینان بدست آمده در محدوده قابلیت اطمینان مورد انتظار نباشد، با اضافه و یا کم کردن مسیرها قابلیت اطمینان مورد نظر را با بهره گرفتن از الگوریتمی که در بخش قبل پیشنهاد شد تخمین می­زند و تعیین می­ کند که چه مسیرهایی به هر یک از منابع اضافه یا کم شود تا قابلیت اطمینان مورد انتظار ارضاء شود. با این کار چاهک هم محدودیت­های لازم را ارضا می­ کند و هم باعث می­ شود سربار تحمیل شده به شبکه کم شود. در این پروتکل همواره سعی بر این است که قابلیت اطمینان همواره در حول و حوش قابلیت اطمینان مورد انتظار نگه داشته شود. برای این منظور از یک کران استفاده می­کنیم که آن را می­نامیم. اگر قابلیت اطمینان مورد انتظار را بنامیم و قابلیت اطمینان بدست آمده از شبکه را R بنامیم همواره سعی می­ شود نامعادله ۶-۵ حفظ شود.
+ (۶-۵)
هنگامی که چاهک تعیین کرد که چه مسیرهایی باید به جریان انتقال اضافه و یا کم شوند این اطلاعات از طریق یک بسته Ack-live-path در طول مسیر عقبگرد برای منبع مورد نظر ارسال می­ شود و اطلاعات مربوط به این مسیر در جدول Info-Source بروز رسانی می­ شود. قابل ذکر است که بسته­های از نوع Ack–live-path برای تصدیق زنده ماندن مسیرها توسط چاهک در پاسخ به درخواست منابع ارسال می­ شود که جزئیات آن در فصل ۴ تشریح شد. اطلاعات لازم برای اضافه یا حذف مسیر مورد نظر روی این بسته­ها سواری مجانی می­ شود. این عملیات در هر دوره تصمیم ­گیری تکرار می­ شود. مراحل الگوریتم تصمیم ­گیری چاهک در زیر گام به گام بیان می­ شود:
گام ۱. در ابتدا برای هر یک از منابع یک مسیر تنظیم می­ شود، و یک تایمر t برای آن برابر با مدت زمان دوره پایداری شبکه تنظیم می­ شود.
گام ۲. چاهک منتظر می­ شود تا t=0 شود. هرگاه t=0 شد به گام بعد می­رود.
گام ۳. چاهک قابلیت اطمینان شبکه در دوره قبلی تصمیم ­گیری چاهک را محاسبه می­ کند. قابلیت اطمینان به صورت نسبت بسته­های دریافتی به ارسالی که توسط همه منابع ارسال می­ شود محاسبه می­گردد، سپس به گام ۵ می­رود.
گام ۴. قابلیت اطمینان با بهره گرفتن از راهکار پیشنهاد شده در فصل قبل برای مسیرهای فعال تخمین زده می­ شود سپس به گام بعد می­رود.
گام ۵. اگر قابلیت اطمینان بدست آمده کوچک‌تر از باشد چاهک در میان مسیرهایی که غیر فعال هستند جستجو می­ کند و بهترین مسیر را انتخاب می­ کند (نحوه انتخاب بهترین مسیر در ادامه بیان می­ شود). یک بسته از نوع Ack-live-path که فیلد مربوط به فعال بودن مسیر برای آن ۱ تنظیم –شود؛ در مسیر عقبگرد برای منبع مورد نظر ارسال می­ کند. منبع با دریافت این بسته مسیر مورد نظر را فعال می­ کند و از این به بعد یک نسخه از بسته­ها را روی این مسیر نیز ارسال می­ کند. سپس به گام ۴ می­رود. در این مرحله اگر هیچ مسیری پیدا نشود نشان دهنده این است که همه مسیرهای موجود فعال هستند و با وجود این مسیرها قابلیت اطمینان مورد انتظار نمی­تواند ارضا شود؛ در این حالت به گام ۸ می­رود.
گام ۶. اگر قابلیت اطمینان بدست آمده بزرگ‌تر از مقدار + باشد چاهک در میان مسیرهایی که فعال هستند مسیری که کمترین تأثیر را در قابلیت اطمینان دارد انتخاب می­ کند در واقع بدترین مسیر را انتخاب می­ کند. مسیر انتخاب شده را به صورت موقت غیر­فعال در نظر گرفته می­ شود. قابلیت اطمینان با توجه به راهکار پیشنهاد شده در بخش قبل برای مسیرهای فعال موجود تخمین زده می­ شود، که در اینجا دو حالت پیش می ­آید:
اگر مقدار بدست آمده از کوچک‌تر باشد، مسیر مجدداً فعال می­ شود و به گام ۸ می­رود. این امر نشان دهنده این است که با شرایط موجود حداقل قابلیت اطمینانی که بدست آمده نمی­تواند کمتر از این مقدار باشد.
در غیر این صورت یک بسته از نوع Ack- live-path برای منبع مربوطه در مسیر عقبگرد ارسال می­ شود که در فیلد مربوط به فعال بودن مسیر مقدار ۱ تنظیم می­ شود. منبع با دریافت این بسته و بررسی آن متوجه می­ شود که باید بسته­های داده را روی این مسیر ارسال نکند و چاهک نیز جدول Info-Source خود را بروزرسانی می­ کند. سپس به گام ۴ می­رود.
در این مرحله اگر هیچ مسیری بدست نیاید نشان دهنده این است که قابلیت اطمینان از این کمتر نمی­تواند باشد و به گام ۸ می­رود.
گام ۷. اگر قابلیت اطمینان محاسبه شده کوچک‌تر از و بزرگ‌تر از + باشد، بیانگر این که قابلیت اطمینان شبکه در دامنه مورد نظر است و نیاز به هیچ‌گونه تغییری نیست. به گام ۸ می رود.

موضوعات: بدون موضوع  لینک ثابت


فرم در حال بارگذاری ...