I

فهرست

1........................................................................................................................ مقدمه فصل اول )1- 1

3................................................................................................................ معرفي شبكه حسگر )2- 1

5.......................................................................... اليه دسترسي به رسانهاساس پروتكل هاي ) 3- 1

6 ....................................................... اليه دسترسي به رسانههاي پروتكل پارامترهاي كارآئي) 4- 1

7....................................................................................................................... تاخير )4-1- 1

8.......................................................................................................... ياتيعمل توان)4-2- 1

8 ...............................................................................................................استحكام ) 4-3- 1

9....................................................................................................... ري پذي مقياس) 4-4- 1

10................................................................................................................. يداريپا) 4-5- 1

11.......................................................................................................... بودن عادالنه) 4-6- 1

11............................................................................................................ بازده انرژي ) 4-7- 1

12 دسترسي به رسانه در شبكه هاي حسگر بي سيمهاي پروتكل مطالعه: مه فصل دوممقد) 2-1

14.................................................................................................. هاي تخصيص ثابت پروتكل )2-1

14.................................................................. دسترسي به رسانه با تقسيم فركانس ) 1- 1- 2

15...................................................................... دسترسي به رسانه با تقسيم زمان ) 2- 1- 2

16 ........................................................................دسترسي به رسانه با تقسيم كد )3- 1- 2

17........................................................ ......................هاي تخصيص به صورت تقاضا پروتكل) 2-2

18 ................................................................................... ....طرح پرسشي پروتكل) 1- 2-2

19................................................................................... روش رزرو كردن پروتكل )2- 2-2

II

20........................................................................................... هاي تخصيص تصادفي پروتكل) 2-3

2-3 -1( ALOHA .......................................................................................................21

2-3 -2( CSMA ............................................................................................................23

2-3 -3( CSMA/CD .....................................................................................................25

2-3 -4(CSMA/CA .....................................................................................................31

37......................................براي شبكه هاي حسگر بيسيم دسترسي به رسانه هاي پروتكل) 2-4

39.............................................. .......................................بندي هاي مبتني بر زمان پروتكل)2-5

١-٥-٢( SMACS ............... .......................................................................................40

42............................................................................................................. بلوتوث) ٢-٥-٢

2-5 -3(LEACH ............................................................................................................43

45............................................................................................................هاي تصادفي پروتكل)2-6

2-6 -1( PAMAS ........................................................................................................46

2-6 -2 (STEM .............................................................................................................47

2-6 -3( T-MAC ........................................................................................ ..................48

2-6 -4 (B-MAC ..............................................................................................................50

2-6 -5(Wise MAC ........................................................................................................51

2-6 -6(SIFT ....................................................................................................................53

2-6 -7ِ(DMAC ......................................................................................... ....................54

SMAC ..........................................................................................55 ي كلي ازنمائ)8- 2-6

56...................................................................................هماهنگ سازي) 1- 8- 2-6

III

58..............................................................................زمان بنديجدول ) 2- 8- 6- 2

61...............................................................................ليست همسايه ها ) 3- 8- 2-6

63...................................................................مراحل انتخاب برنامه اوليه)4- 8- 2-6

63.....................................................به روز كردن برنامه هاي زمانبندي) 5- 8- 2-6

66............................................................جستجوي دوره اي همسايه ها) 6- 8- 2-6

68............................................اي ليست همسايه ها به روز كردن دوره) 7- 8- 2-6

2-6 -8 -8 (CSMA/CA درSMAC ..................................................................71

72.........................................................................بررسي اشغالي كانال)1- 8- 8- 6- 2

SMAC.......................................................75جلوگيري از تصادم در ) 2- 8- 8- 6- 2

79...................................................................جلوگيري از استراق سمع) 9- 8- 2-6

82.........................................................................................انتقال پيام ) 10- 8- 2-6

84.........................................................................گوش دادن وفق پذير) 11- 8- 2-6

91...................................................................................................................مقدمه شبيه سازي )3-1

SMAC................................................................................................92هاي مختلف در حالت) 3-2

100...................................................................................................بهينه شده SMACپروتكل ) 3-3

101............................................................. .حسگرهاي يك شبكهيكسان كردن برنامه زماني ) 3-3

106................................................................ ...بهينه كردن ارسال بسته هاي هماهنگ كننده) 3-4

109.................................................................................. ..بررسي دليل اصلي هدر رفتن انرژي) 3-6

111.............................................................................. پيشنهادي جهت بهبود كارآئي پروتكل) 3-7

114............................................................................. بررسي ميزان تاثير چرخه كاري متغيير) 3-8

124.............................................................................................. شبيه سازي موارد ارائه شده) 3-9

IV

ها فهرست شكل

14.................................................تقسيم بندي كلي روشهاي كنترل دسترسي به رسانه :)1-2شكل

16............................................................. دسترسي چندگانه با تقسيم فركانسساختار : )2-2شكل

17.................................................................. دسترسي چندگانه با تقسيم زمانساختار ): 3-2شكل

29.......................................................................................ساختار نمايش حسگر پنهان ): 4-2شكل

30..........................................................................................متاثرساختار نمايش حسگر ): 5-2شكل

33.......................................... در شبكه RTS/CTSپيغامهاي از استفاده يكل ساختار: )6-2شكل

RTS/CTS 35…پيغامهاي از استفاده عدم حل كامل مشكل حسگر هاي پنهان در: )7-2شكل

40......................ساختار يك سيستم مبتني بر تقسيم زمان جهت دسترسي به رسانه :)8-2شكل

TA......... 49 .…….……………………جهت تعيين حداقل T-MACساختار ): 9-2شكل

50..…............…….……….……………… ساختار كلي نمونه برداري از كانال ): 10-2شكل

wise MAC ............................................................... ....................52ساختار پروتكل ):11-2شكل

DMAC …………….……...55درخت جمع آوري اطالعات و ساختار پروتكل ): 12-2شكل

SMAC...........................................................................................57قالب بندي كلي ) 13-2 شكل

52................................................................داراي برنامه زماني دوم نيزهست Bحسگر) 14-2شكل

67.........................................................ها اي همسايه دوره هاي تكرار جستجوي دوره) 15-2شكل

70........................................بررسي طول زماني تكرار به روز كردن ليست همسايه ها ) 16-2شكل

SMAC ...........................................................................77مراحل ارسال در پروتكل ) 17-2شكل

80.............................................................................يك شبكه متشكل از شش حسگر ) 18-2شكل

NAV..................................................................84مراحل مختلف به روز كردن تايمر ) 19-2شكل

85..........................................يك توپولوژي ساده جهت بررسي گوش دادن وفق پذير) 20-2شكل

86..........................................يك توپولوژي ساده جهت بررسي گوش دادن وفق پذير) 21-2شكل

87............................................ارسال اطالعات با در نظر گرفتن گوش دادن وفق پذير) 22-2شكل

99................................................................توپولوژي هاي مورد استفاده در شبيه سازي) 1-3شكل

و بهينه آن SMACمتوسط تفاوت در ميزان مصرف انرژي براي پروتكل )2-3شكل

V

103.....................................................حسگربه روز كردن ليست زماني كاري از نظر

SMACمقابسه مصرف انرژي در پروتكل )3-3شكل

SYNC...............................................................109از نظر ارسال و بهينه شده آن

مقايسه ميزان متوسط انرژي مصرفي كل يك حسگر و ميزان متوسط انرژي) 4-3شكل

110....................مصرفي يك حسگر براي گوش دادن به كانال بيكار بر حسب زمان

113...................................هماهنگ شدن پريود هاي حسگرهاي موجود در يك خوشه) 5-3شكل

118...........................................................حالتهاي مختلف در چرخه هاي كاري متفاوت) 6-3شكل

SMAC.....................................125مقايسه ميزان مصرف انرژي پروتكل بهينه شده و) 7-3شكل

126.............و بهينه شده آن SMACمصرف انرژي در پروتكل ) بهبود(ميزان تفاوت )8-3شكل

SMAC.............................127ميزان مصرف انرژي جهت فعالتهاي مختلف حسگر در ) 9-3شكل

128.........ميزان مصرف انرژي جهت فعاليتهاي مختلف حسگر در پروتكل بهينه شده) 10-3شكل

129.....................و بهينه آن در گوش دادن به كانال بيكار SMACمقايسه پروتكل ) 11-3شكل

SMACتفاوت ميزان هدر رفت انرژي از طريق گوش دادن به كانال بيكار در ) 12-3شكل

129..............................................................................................................و بهينه آن

و بهينه شده آن با فاصله SMACميزان مصرف انرژي در ) 13-3شكل

131..............................................................................ثانيه 5هاي ارسالي بين بسته

و بهينه شده آن با SMACميزان مصرف انرژي در ) 14-3شكل

132....................................................................ثانيه 5هاي ارسالي فاصله بين بسته

زماني مقايسه ميزان مصرف انرژي شبكه با پروتكل بهينه در فاصله هاي)15-5شكل

133....................................................ارسال بسته هاي داده متفاوت بر حسب زمان

SMACمقايسه ميزان مصرف انرژي شبكه در پروتكل ) 16-3شكل

133..............................................فاصله هاي زماني ارسال متفاوت برحسب زمان با

VI

ليست مخفف ها

ABR

ACQUIRE

AODV

BER

CAP

CCA

CDMA

CSMA

CTS

DCF

DCS

DCS

DHT

DLL

DSDV

DSR

DSSS

FDMA

FHSS

FIFO

GTS

IEEE

IFS

ISI

LEACH

MAC

MANET

MEMS

MSE

Associativity-Based Routing

ACtive QUery forwarding In sensoR nEtworks

Ad hoc On-demand Distance Vector

Bit-Error Rate

Contention Access Period

Clear Channel Assessment

Code Division Multiple Access

Carrier Sense Multiple Access

Clear To Send

Distributed Coordination Function

Data-Centric Storage

Dynamic Code Scaling

Distributed Hash Table

Data Link Layer

Destination-Sequenced Distance Vector

Dynamic Source Routing

Direct Sequence Spread Spectrum

Frequency Division Multiple Access

Frequency Hopping Spread Spectrum

First In First Out

Guaranteed Time Slot

Institute of Electrical and Electronics Engineers

InterFrame Space

InterSymbol Interference

Low-Energy Adaptive Clustering Hierarchy

Medium Access Control

Mobile Ad Hoc Network

MicroElectroMechanical System

Mean Squared Error

VII

NAV

PDA

PHY

QoS

RF

RTS

SDMA

SNR

SPIN

STEM

TCP

TDMA

TRAMA

WLAN

WPAN

WRP

WSN

Network Allocation Vector

Personal Digital Assistant

Physical Layer

Quality of Service

Radio Frequency

Request To Send

Space Division Multiple Access

Signal-to-Noise Ratio

Sensor Protocol for Information via Negotiation

Sparse Topology and Energy Management

Transmission Control Protocol

Time Division Multiple Access

Traffic-Adaptive Medium Access

Wireless Local Area Network

Wireless Personal Area Network

Wireless Routing Protocol

Wireless Sensor Network

1

فصل اول

مقدمه

مقدمه) 1-1

اي، ، پردازنده ها و تكنولوژيهاي راديويي و حافظه1با توسعه سيستم هاي ميكروالكترومكانيكي

بسيار كوچك، ممكن شده است كه داراي توان وپهناي باند حد ميكرو وتوليد نودهاي حسگر در

همچنين اين نودها، قابليت انجام مخابره هاي . محدود، اندازه كوچك، و قطعات ارزان مي باشند

توان گفت مي .حس كردن محيط اطراف و همچنين انجام عمليات محاسباتي را دارند سيم، بي

با مشخصات اي از صدها و يا حتي هزاران نود حسگر مجموعهسيم، هاي حسگر بي كه شبكه

اين . اند ذكرشده در باالست كه به صورت متراكم در يك منطقه جغرافيايي بزرگ آرايش يافته

1 Mems

2

هاي ها را به سيگنال را اندازه گرفته و سپس اين داده ، شرايط محيط پيرامون خودحسگرها

كردن مشخصات محيطي كه در به منظور آشكار توانند كنند كه مي اي تبديل مي الكتريكي

توانيم اطالعاتي درباره نواحي كه از ما به اين ترتيب ما مي. اند مورد پردازش قرار بگيرند برگرفته

توان به ها، مي از جمله موارد استفاده اين نوع از شبكه .دور هستند، به دست بياوريم بسيار

ي اداري، كنترل رباتها و هدايت آنها در محيطهاي مواردي مانند ساختمانها كنترل محيط در

هاي هوشمند با امنيت بسيار باال، آشكارسازي تجاوز دشمن در صنعتي اتوماتيك، خانه

در يك شرايط بحراني مانند وقوع سيل و يا آتش سوزي، تعداد . اشاره كرد... كاربردهاي نظامي و

.افتند يه خطر فرو مياز يك هليكوپتر به داخل ناح حسگرهازيادي از اين

تواند از طريق مكان يابي اشخاص زنده شبكه حسگري كه به وسيله اين نودها ايجاد شده، مي

ي باقيمانده و يا شناسايي مناطق پرخطر، يا آگاه ساختن اعضاي نجات از شرايط كلي منطقه

توانند راندمان ها ميها ، نه تن چنان كاربردهايي از اين شبكه. خطر به عمليات نجات كمك كند

در زمينه هاي . كنند عمليات نجات را باال ببرند، بلكه سالمت اعضاي تيم نجات را نيز بيمه مي

به عنوان مثال، استفاده از يك مجموعه . ها بسيار باالست نظامي نيز كاربرد اين دسته از شبكه

ماموريتهاي خطرناك را از تواند نياز به درگيري وگرفتاري پرسنل در ي شبكه شده، ميحسگرها

سيم، زمينه را براي تحقيقات هاي حسگر بي اين گستره وسيع از كاربردهاي شبكه. بين ببرد

امروزه تحقيقات وسيعي بر روي اين . ها فراهم نموده است بسيار وسيع در مورد اين شبكه

، در حال ها و نيز در جهت برطرف كردن چالشهاي سدراه آنها در واحدهاي دانشگاهي شبكه

ها مطرح هاي مهمي كه به عنوان يك چالش اساسي در اين شبكه از جمله زمينه. انجام است

زيرا به دليل تعداد بسيار زياد نودهاي حسگر .ي در آنهاستطشود، مسئله اشتراك رسانه ارتبا مي

ز طرف ا. ممكن نيست ها از رسانه حسگرها، اشتراك و استفاده همزمان كليه در اين گونه شبكه

3

، پردازش اطالعات و حسگرهاي ها اغلب اوقات، از لحاظ انرژي و توانائي ديگر در اين شبكه

از آنجا كه محدوديت انرژي نودها را پيش رو . اند هاي نگهداري اطالعات محدود شده ظرفيت

اعث داريم، ممكن است بعد از مدتي كار در شبكه، انرژي آنها تمام شده و از شبكه خارج شوند و ب

هاي بسيار مهم در امر طراحي اين لذا يكي از چالش. هدر رفتن پهناي باند مورد استفاده شود

هايي خاص براي مسيريابي و انتقال داده از نود منبع به نود ها، استفاده از الگوريتم گونه از شبكه

. باشد به طوري كه از ذخيره انرژي نودها حداكثر استفاده را ببريم مقصد مي

حسگر شبكه معرفي) 1-2

تعدادي حسگردر هر . كوچك حسگراي است متشكل از تعداد زيادي شبكه 2شبكه حسگر

اطالعات حسگرهااز طريق . شبكه حسگر بشدت با محيط فيزيكي تعامل دارد. حسگر وجود دارد

حسگرهر . سيم است ها بصورت بي حسگرارتباط بين . محيط را گرفته و واكنش نشان مي دهد

كند و نوعا از لحاظ فيزيكي بسيار كوچك است و بطور مستقل و بدون دخالت انسان كار مي

اين . باشد مي... و منبع تغذيه ،ظرفيت حافظه ،هايي در قدرت پردازش داراي محدوديت

آورد كه منشأ بسياري از مباحث پژوهشي مطرح در اين ها مشكالتي را بوجود مي محدوديت

كند ولي بخاطر هاي سنتي پيروي مي ه از پشته پروتكلي شبكهاين شبك. زمينه است

. ها بايد باز نويسي شوند پروتكل ،بسته به كاربرد، ها و تفاوتها محدوديت

هاي كوچك از يك سو و توسعه پيشرفتهاي اخير در فناوري ساخت مدارات مجتمع در اندازه

. سيم شده است هاي حسگر بي طراحي شبكهساز سيم از سوي ديگر زمينه فناوري ارتباطات بي

2 Wireless Sensor Network (WSN)

4

هاي سنتي هاي فيزيكي است شبكه ها ارتباط آن با محيط و پديده تفاوت اساسي اين شبكه

ي حسگر مستقيما كند در حالي كه شبكه هاي اطالعاتي را فراهم مي ارتباط بين انسانها و پايگاه

بر اساس ،يط فيزيكي را مشاهده كردهمح حسگرهابا جهان فيزيكي در ارتباط است با استفاده از

نام شبكه حسگر بي . دهند گيري نموده و عمليات مناسب را انجام مي مشاهدات خود تصميم

برخالف . شود سيم يك نام عمومي است براي انواع مختلف كه به منظورهاي خاص طراحي مي

در صورتي كه . دهاي سنتي كه همه منظوره اند شبكه هاي حسگر نوعا تك منظوره هستن شبكه

ها توانايي حركت داشته باشند شبكه مي تواند گروهي از رباتهاي كوچك در نظر گرفته حسگر

كنند و جهت مقصد خاصي مثال بازي فوتبال يا مبارزه با شود كه با هم بصورت تيمي كار مي

حذف از ديدگاه ديگر اگر در شبكه تلفن همراه ايستگاههاي پايه را . دشمن طراحي شده است

ها بايد بطور مستقيم يا از طريق حسگرفرض كنيم ارتباط بين حسگرنماييم و هر گوشي را يك

اگرچه به . باشد سيم مي اين خود نوعي شبكه حسگر بي. مياني برقرار شود حسگريك يا چند

هاي حسگر به دوران جنگ سرد و ايده اوليه آن به طراحان نظامي صنايع نقلي تاريخچه شبكه

هاي متحرك مستقل يا توانسته در ذهن طراحان ربات ولي اين ايده مي .گردد آمريكا برميدفاع

به هر حال از آنجا كه اين فن . سيم موبايل نيز شكل گرفته باشد هاي بي حتي طراحان شبكه

سازي بسياري از كاربردهاي تواند بستر پياده هاي مختلف است تحقق آن مي نقطه تالقي ديدگاه

كاربرد فراوان اين نوع شبكه و ارتباط آن با مباحث مختلف مطرح در كامپيوتر و . باشدآينده

ك، رباتي ،كاوي داده ،پردازش صوت و تصوير ، ارتباط بالدرنگ ،الكترونيك از جمله امنيت شبكه

ميدان وسيعي براي پژوهش محققان با ... تال وديجي3هاي جاسازي شده طراحي خودكار سيستم

.اي مختلف فراهم نموده استه قمندي عال

3 Embeded System

5

4اليه دسترسي به رسانهاساس پروتكل هاي )1-3

. سيم، منبعي ايست كه بايستي بين همه اعضاي شبكه به اشتراك گذاشته شود رسانه ارتباطي بي

اي هستيم كه پارامترهاي بنابراين نيازمند يك طرح پيشنهادي جهت روند اين اشتراك به گونه

تواند جهت كنترل دسترسي، در ابعاد رسانه ارتباطي مي .شبكه برآورده سازدنظر ما را در مد

هت پرداختن به مشكالت و نحوه دستيابي ج. ]13[ مختلف مانند زمان، فركانس و كدينگ باشد

اليه دسترسي به تر آن است كه در ابتدا توضيحاتي در مورد اليه هاي امروزي شايسته به پروتكل

.ارائه دهيم رسانه

جهت حسگرجهت تعيين معيارهايي براي هر اليه دسترسي به رسانه هاي از پروتكل

از اين عمل همچنين تحت . گيرند چگونگي و تعيين زمان اتصال به كانال مورد استفاده قرار مي

اليه دسترسي به رسانه اليه ]. 1[شود ياد مي گانه نيز عنوان تخصيص كانال و يا دسترسي چند

5عادي به عنوان يك زير اليهدر حالت 6از اليه اتصال داده

اليه اي _ISO-OSI 7درمدل مرجع

].2و1[باشد هاي شبكه مي پروتكل

بايستي از شبكه هاي حسگر بي سيمبراي اليه دسترسي به رسانه هاي چنانچه گفته شد پروتكل

پذيرد اين مقصود از طريق كاهش اتالف انرژي انجام مي .وري باشند نظر مصرف انرژي داراي بهره

�� �����ن در راستاي مطالعه بيشتر پروتكلهاي موجود، مي ].4و3[�� و Gummalla��ان �

Limp اند اشاره شده اليه دسترسي به رسانه اي مفيد از پروتكل هاي ، كه موفق به تهيه خالصه

. ]5[كرد

4 Medium Access Control

5 sublayer

6 Data link layer

6

اليه دسترسي به رسانه هاي پارامترهاي كارآئي پروتكل ) 1-4

عيزتو از رسانه اشتراكي برا دسترسي به رسانه موثر پروتكلي طراح دري اصل مشكالت ازي كي

هر در كه توافق به دنيرس منظور به. ]16-14 [ شود يم حاصلي ارتباطي اه حسگريي فضا

اطالعات تبادلي مقدار ازمندين دنكن استفاده كانال از دنتوان يم ها حسگر از يك كدام لحظه

ظاهر و رابطه نيا .است كانال از استفاده مندزاين خود نوبه به زين اتعاطال تبادل نيهم .ميباش مي

سقفيك به ازين و سازد يم تر دهيچيپ راي دسترس كنترل پروتكل ،چندگانهي دسترسي بازگشت

ي فضاي توپولوژ نيا عالوه به سازد يم روشن را فعالي ها حسگر كردن منظم و محدود جهت

.سازد يم ممكن نا ها حسگري باق تيوضع از را حسگر هر اطالع امكان ها حسگر

يدسترس پروتكل يك رفتار كل الزم سربار7و ها يريگ ميتصم در يشمندوه، ياصل عامل دو

دهيچيپ هم در ريناپذ اجتناب صورت به عامل دو نيا .دهد يم قرار ريتاث تحت را چندگانه

نخواهد مزبورسربار كردن كم باعث "لزوما ها ميتصم تيفيك شيافزا جهت در تالش .اند شده

. خواهد بود ها يريگ ميتصم در تيفيك كاهش تعبيري بهسربار كاهش گريد طرف از .شد

.ميهست موضوع دو نيا نيب 8مساوات و تعادل ازمندين نيبنابرا

ي بررس جهت .ميهست ريز اريمع چند فيتعر ازمندين ها پروتكل تر قيدقي بررس جهت ادامه در

با اصطالحاتي از قبيل تاخير، توان عملياتي، دسترسي به رسانه ي ها پروتكل راندمان زانيم

.روبرو هستيم كه ابتدا بايد تعريف شوند... ، قدرت، مقياس پذيري، پايداري و عادالنه بودن

7 Over head

8 Trade off

7

9تاخير)1-4-1

صرف دسترسي به رسانه يها هيال در داده بسته يك توسط كهي زمان زانيم از است عبارت

كيتراف به فقط "لزوما ريتاخ نيا .شود فرستاده زيآم تيموفق صورت به كهي زمان تا شود يم

ي مواردي برا [16].داردي بستگ زين دسترسي به رسانه يطراح به بلكه باشد ينم وابسته شبكه

يك دسترسي به رسانه پروتكلي ستيبا ميهستزماني تيمحدود يك ازمندين ارتباط در كه

قيدقي معن .شود برآورده ستميس نظر مورد تيفيك تا كند نيتضم را خاص ريتاخ ي همحدود

10ستميس تيفيك .دارد كاربرد بهي بستگ

،ميكن فيتعر ميتوان يم را ريتاخ نوع دوما در اينجا

. ميدار را آن انتظار كه زمان تاخير معين مقدار يكاز است عبارت ياحتمال ريتاخ11)1- 1- 1-4

.باشد مي فاصله اطمينان12 يك و انسيوار يككه شامل

انتقال و اميپ ورود نيب را انتقال مراحل ازي نيب شيپ قابل تعداد كي يقطع ريتاخ13)2- 1- 1-4

زمان جهت يحداكثر يا سقف يك مشخص دسترسي به رسانه يك نيبنابرا .كند يمبيان آنرا

.كند يم مشخصي دسترس

زمان طيمح يك در سخت اريبس الزام يك مدت نيا بودن معلوم و كردن مشخص البته

عمل آني ها مجموعه ريزي تمام انجام صحت بهي بستگ كاركرد كي يدرست كه .است 14يقيحق

.دارد را خودشان مقرري موعدها در

9 delay

10 quality of service

11 Probabilistic delay guranties

12 Confidence interval

13 Deterministic delay

14 Real time

8

15ياتيعمل توان)1-4-2

گردد يم فيتعر شوند يمي ده سيسروي مخابرات ستميس توسط ها اميپ كهي سرعت عنوان به

در. شود يمي ريگ اندازه هيثان بر تيب يا هيدرثان اميپ همچوني واحد صورت به "معموال كه

شود يم استفاده داده انتقالي برا كه را لاكان تيظرف ازي بخشي اتيعمل توان ميس يب طيمح

است نيا دسترسي به رسانه پروتكل يك از استفاده در مهم موضوع يك. دهد يم نانش را

.سازد ممينيم را اميپ ريتاخ و مميماكز را كانالي اتيعمل توان بتواند پروتكل نيا كه

16استحكام) 1-4-3

دهنده بازتاب كه شود، بيان مي 18يدسترس تيقابل و 17نانياطم تيقابل ازي بيترك صورت به

استي بعد چند تيفعال اطالعات يك دادن دست از يا خطا به سبتن تكلوپر تيحساس ي درجه

ي ساز آشكار ، 19خطا بودن محدود همچوني مختلف موضوعات زمان هم صورت بهي ستيبا كه

.بر آورده سازد را 22مجدد شروع و 21يده برچسب ، 20خطا

سيم حسگري بي يها شبكه همچون زمان با رتغييم شبكه يك در استحكام بهي ابيدست

هم قسمت دو هر شكستي ها مدل بهي ديشد اريبسي بستگ كه چون است مشكل اريبس

.داردي ارتباطي ها حسگر هم و ها نكيل

15

throughput 16

robustness 17

reliability 18

availability 19

Error confinment 20

Error detection 21

masking 22

restart

9

23پذيري مقياس) 1-4-4

اندازه مانند آن راندمان ويي كاراي ها مشخصه به دنيرسي براي ارتباط ستميسيي توانا عنوان به

تعداد شبكه هاي حسگر بي سيم در .است شبكه در فعالي ها حسگر تعداد يا و شبكه

زين ها ونيليم از مواقعي بعض در و هزاران از و شداب اديزي ليخ است ممكن حسگري ها حسگر

.شودي مي بحران عامل يك پذيري مقياس ها شبكه نيا در كند تجاوز

ي زمان اب ريمتغي ها طيمح در "خصوصا داردي رقابتي حالت پذيري به مقياس يابيدست

كردن هيتك از يريجلوگ پذيري مقياس بهي دسترس جهت راه كي .ميس يبي ها شبكه همچون

.است شبكهي سراسر سازگاري ها حالت به

قيطر از را ارتباط حال دري ها حسگر نيب انفعاالت و فعل كه است نيا گريد راه يك

.ميكني ياب مكان اطالعاتي ها يآور جمعي ها ياستراتژ وي مراتب سلسلهي ساختارها

كه دهد يميي توانا ما به مثال عنوان به 24يا خوشه صورت بهي حسگري ها حسگري بند گروه

ي آور جمع مشابه صورت به. پذيرند مقياسي ليخ كه ميده ارائه راي دسترسي به رسانه پروتكل

و ميببخش بهبود اري كيترافي الگوها كه سازد يم قادر را ما مختلفي حسگرهاز ا اطالعات

.سازد تر امكان پذير ميباال راندمان با را يسنسوري ها حسگري ميعظ از تعداد يبردار بهره

25يداريپا) 1-4-5

23

scalability 24

clauster 25

stability

10

را باري كيتراف اديز نوسانات كردن تحمل و مقابله جهتي ارتباط ستميسيي توانا عنوان بهي داريپا

صورت به كه باشد قادري ستيبا، مثالي برا راديپا دسترسي به رسانه لپروتك يك. نديگو

مقدار حداكثر از كهي زمان تا را است شتريب تحمل قابل بار حداكثر مقدار از كهي بارها همزمان

همچنين ميتوان اين معنا را از ديدگاه هاي .كند دست به دست را نشده شتريب كانال تحمل قابل

داريپا دسترسي به رسانه پروتكل يك ريتاخ نظر ازبه عنوان مثال .ديگر نيز مورد بررسي قرار داد

دسترسي به رسانه پروتكل يك ياتيعمل توان نظر ازيا باشد محدود مايپ انتظار زمان اگر است

.نكند دايپ كاهش ياتيعمل توان ،ابدي يم شيافزا بار كهي حال در اگر است داريپا

26عادالنه بودن) 1-4-6

اي شود اگر بتواند كانال را به گونه در نظر گرفته مي عادالنه، دسترسي به رسانه يك پروتكل

دستيابي به .هاي فعال تقسيم كند كه توان عملياتي سيستم را كاهش ندهد حسگردر بين

فعال از جهت باال بردن كيفيت سيستم و پيشگيري از هاي حسگردر بين عادالنه بودن

ها ازجهت دستيابي به كانال شرايط بهتري نسبت حسگرهائي اهميت داردكه بعضي از موقعيت

برند در در اينصورت قسمتي از سنسورها به راحتي از كانال بهره مي .به ديگران داشته باشند

در صورتي . هاي جدي هستند دچار محدوديت حالي كه مابقي سنسورها براي استفاده از كانال

.گردد اي وجود داشته باشد باعث كاهش توان عملياتي سيستم مي كه اين مشكل درشبكه

انرژي 27بازده) 1-4-7

26

Fairness 27

Out put

11

هاي حسگر بيسيم يكي از اصلي ترين موضوعات ، مشكل انرژي در شبكهچنانچه پيشتر گفته شد

تحت تاثير انرژي آن سنسور است، پس جهت از آنجا كه عمر هر سنسور، . محسوب ميشود

.استفاده بهينه از هر حسگر بايستي در مصرف انرژي هاي حسگر صرفه جوئي كرد

عمده تلفات انرژي هر حسگر، به بيداري حسگر و گوش دادن حسگر به كانال بيكار است، از موارد

است، چون حسگر هاي اطالعاتي ديگر در هدر دادن انرژي، عدم موفقيت در فرستادن بسته

.شود دوباره جهت اين ارسال انرژي هزينه كند مجبور مي

درفصل هاي پيش رو، ابتدا روند تكامل كليه پروتكل ها را بررسي مي كنيم و پروتكل هاي ارائه

در . شمريم شده را با ذكر معايب موجود كه باعث پيشنهاد پروتكل هاي جديد شده را، بر مي

هاي حسگر بي سيم را با است تا پروتكل هاي ارائه شده براي شبكه قسمت دوم نيز تالش شده

.ذكر نقاط ضعف و قوت هر كدام، مرور كنيم

12

مدوفصل

دسترسي بههاي پروتكلمطالعه

سيم در شبكه هاي حسگر بي رسانه

مقدمه) 1- 2

را از جهات در زمينه دسترسي به رسانه در اين فصل تالش مي شود تا پروتكل هاي موجود

مختلف مورد بحث قرار داده و آنها را در موارد شباهت، مورد طبقه بندي قرار دهيم و

در ادامه فصل سعي ميشود تا پروتكل .همچنين روال تكميل اين پروتكل ها را بررسي كنيم

هاي موجود كه صرفا جهت شبكه هاي حسگر بيسيمدر نظر گرفته شده اند را بيشتر مطالعه

SMACهاي بنيادي در اين زمينه يعني به توضيح كامل يكي از پروتكلپس كنيم و س

13

دسترسي به يك نهيبه انتخاب شبكه حسگر بي سيم كيي يكاراي اصل عامل .پردازيم مي

ارائه به رسانه يدسترس مشكل حل جهت يمختلفي ها ياستراتژتاكنون .است مناسبرسانه

.است دهيگرد

نيب تعادل يك گوناگوني ها سميمكان از استفاده با كه كنند يم تالش ها ياستراتژ نيا

برقرار كاراين ي برا الزم سربار و تيفيك حداكثر با منابع صيتخصي ريگ ميتصم بهي ابيدست

و 29ييتقاضا صيتخص، 28ثابتص يتخص عمده گروه سه به توانندي م ها ياستراتژ ينا .سازند

.پردازيم كه در ادامه به توضيح پيرامون اين تقسيم بندي مي شوند ميتقس 30يتصادف صيتخص

تقسيم بندي كلي روشهاي كنترل دسترسي به رسانه :)1- 2شكل

28

Fixed-Assignment Protocols

29

Dِemand-Assignment Protocols

30

Contention-Access Protocols

14

هاي تخصيص ثابت پروتكل )2-1

ه خودب را كانال از شده نييتع شيپ از و مشخص مقدار يك حسگر هر ها ياستراتژ نيا در

از. كند يم استفاده ها حسگر گريد با رقابت بدون را خود منابع حسگر هر .دهد يم اختصاص

٣١از عبارتند رنديگ يم قرار زمره نيا در كهي ها پروتكلFDMA ،

٣٢TDMA، CDMA

٣٣

.] 18[پردازيم ها مي زير به اختصار به توضيح پيرامون اين پروتكلكه در ،

١-١-٢ (���� � د���� �� ر���� �� ���

، باند فركانسي در دسترس ، به رسانه با تقسيم فركانسدسترسي به هاي در سيستم

شيارهاي فركانسي كوچكتري تقسيم شده و ارتباط هر كاربر از طريق يكي از اين شيارهاي

.گيرد فركانسي صورت مي

گيرد فركانسي به كاربرها، طبق روندهاي مشخصي صورت مي) شيارهاي(هاي تخصيص كانال

ها در حد ، كيفيت ارتباط)كاربر فعال بيشتر(يت حداكثرگردد كه عالوه بر ظرف وسعي مي

.قابل قبولي قرار داشته باشد

31

Frequency Division Multiple Access

32

Time Division Multiple Access

33

Code Division Multiple Access

15

دسترسي چندگانه با تقسيم فركانسساختار : )2-2شكل

�� �� ر���� �� ��� � ز��ند) ٢-١-٢��

دسترسي به رسانه با هاي ، سيستمدسترسي به رسانه با تقسيم فركانسهاي دوگان سيستم

اي از ها سيگنال كاربران مختلف ، در لحظات جداگانه در اين سيستم. هستند تقسيم زمان

.شوند زمان ارسال مي

كه اما به دليل اين .ها از يك باند فركانسي براي كاربران مختلف استفاده مي شود

.شوند، تداخل قابل توجهي وجود ندارد

شود هاي طيف گسترده استفاده مي

هاي كنند و جداسازي سيگنال دراين روش همه كاربران از يك باند فركانسي استفاده مي

. گيرد شوند انجام مي منظورگسترش پهناي باند استفاده مي

هاي عمومي مقابله با تداخل وسيعي جهت امنيت و

زمان مزاياي قابل توجهي براي استفاده ازاين

هاي جديدي كه براين اساس م اكنون سيستم

34 CDMA

16

دسترسي چندگانه با تقسيم زمانساختار

ها از يك باند فركانسي براي كاربران مختلف استفاده مي شود در اين سيستم

شوند، تداخل قابل توجهي وجود ندارد تفكيك ميها در زمان از يكديگر سيگنال

�� �� ر���� �� ��� �د )٣�� �٣٤

هاي طيف گسترده استفاده مي هاي مدوالسيون ازروش CDMA هاي درسيستم

دراين روش همه كاربران از يك باند فركانسي استفاده مي

منظورگسترش پهناي باند استفاده ميمختلف بوسيله كدهايي كه به

وسيعي جهت امنيت و اين سيستم ابتدا در صنعت نظامي بطور

زمان مزاياي قابل توجهي براي استفاده ازاين به مرور. هاي مخابراتي استفاده گشت در ارتباط

م اكنون سيستمها در كاربردهاي تجاري ذكر شد و ه سيستم

ساختار ): 3-2شكل

در اين سيستم

سيگنال

٣-١-٢

درسيستم

دراين روش همه كاربران از يك باند فركانسي استفاده مي

مختلف بوسيله كدهايي كه به

اين سيستم ابتدا در صنعت نظامي بطور

در ارتباط

سيستم

17

به طور كلي براي گسترش پهناي .اند به بازارهاي كاربردهاي تجاري ارائه شده است بنا شده

در روش اول . شود هاي طيف گسترده از دو روش عمده استفاده مي باند سيگنال در روش

ال كه توسط شيفت براي گسترش پهناي باند سيگنال از ضرب يك كد باينري با نرخ با

به اين روش گسترش طيف با ضرب مستقيم .گردد شود استفاده مي رجيسترها ايجاد مي

هاي خاصي كه توسط در روش دوم، فركانس سيگنال حامل طبق روند. گويند دنباله مي

گردد و عمال طيف سيگنال ارسالي در يك حوزه شود جابجا مي كدهاي خاص تعيين مي

براي كاربرد هاي تجاري مورد توجه قرار گرفته DSSSدر عمل . گيرد ينسبتا وسيعي قرار م

.است

در ( دسترسي به رسانه با تقسيم زمانها ، مثال از روش پرش فركانسي در بعضي سيستم

در عمل تلفيق .شود جهت مقابله با فيدينگ چند مسيري استفاده مي) GSMاستاندارد

هاي دسترسي چند گانه براي كاربردهاي مختلف مطرح هستند به خصوص استاندارد روش

95-IS بر پايه استفاده ازTDMA/CDMA 19[بنا شده است [.

هاي تخصيص به صورت تقاضا پروتكل) 2-2

دهد بهبودي صورت به را كانال از استفاده كه است نيا تقاضا صورت به صيتخص پروتكل از هدف

نهيبه "بايتقري حالت در امر نيا و يابد اختصاص رقابت حال دري ها حسگر به كانال تيظرف كه

ميتقس ها حسگر همه نيبي مساو صورت به ثابت رسانه صيتخص حالت در .رديپذ انجام

بلكه نداردي توجه تقاضا بدوني ها حسگر بهي ئص تقاضايتخص .نبود نهيبه امر نيا كه ديگرد يم

18

35يزمان بخش چند يا يك پروتكل نيا توسط كند ارسال كه خواست راي اطالعاتي حسگر اگر

يك ازمنديني تقاضائي ها پروتكل نيا .كند ارسال را اطالعاتش تا رديگ يم ارياخت در را كانال

.هستند فعالي ها حسگر نيب كانال بهي دسترس تيريمد جهت شبكه ترلنك سميمكان

تا باشد ازين كه است ممكن داده كانال از جدا همي منطقي كنترل كانال يك نيا بر اضافه

هاي پروتكل ، نياز به درخواست بسته به مشخصه .كند ارسال را كانال بهي دسترسي تقاضا

ي ها پروتكل. ] 22-20[ دازدنايب ريتاخ به را اطالعات انتقال كه دسترسي به كانال ممكن است

و 36شدهي ده مركز مانندمانند زيني گريدي ها صورت به كه است ممكن ،صيتخصي تقاضا

ارائه را شدهي ده مركز پروتكل كي ،38طرح پرسشي پروتكل .شوندي بند طبقه 37يعيزتو

.كند يم كاري عيزتو پروتكل يك صورت به 39روش رزرو كردن پروتكل كهي حال در دهد يم

طرح پرسشي پروتكل) ١-٢-٢

مركز يك طرح نيا در استيي تقاضا صيتخصي ها پروتكل از كاربرد پر و عيوس نمونه كي

ي براي اطالعات نكهيا مورد در ها حسگر از شده نييتع شيپ ازي نظم دري ترلنك گر جستجو

باشد داشته سالراي براي اطالعات مزبور حسگر كهي صورت در .كند يم سوال ، ريخ يا دارند ارسال

ريغ در اما كند ارسال را اطالعات سرعت با تا دهد يم قرار حسگر ارياخت در را كانالي تمام

ي همگ يكسان و كاملي رستدس پروتكل نياي اصل تيمز .رود يمي بعد حسگر سراغ صورت نيا

35

Slot time 36

centralize 37

distributed 38

Polling schem 39

reservation based schemes

19

اديز تعداد ليدل به كه است آني ذات سقف روش نيا عمده اشكال اما است كانال به ها حسگر

.شود يم جاديا فعالي ها حسگر از پرسشگر كننده ترلنك لهيبوس شده ديتولي ها اميپ

روش رزرو كردن پروتكل )٢-٢-٢

ي زمان) بازه( كوچكي ها بخشي تعداد كه است نيا روش رزرو كردن پروتكل دري اصل دهيا

است دادهي ها بسته از تر كوچك ها اميپ نيا كه آنجا از .دهد يم قرار رهيذخي ها اميپي برا

باشد داشته ارسالي ابر را يعاتالاط گاهيپا يك كهي زمان .نامندي م 40شكاف كوچك را ها آن

ي بعض در .كند يم اطالعاتش ارسال يبرا راي زمان بازه يك درخواست، 41رزرو اميپ يك لهيبوس

گاهيپا كهي هنگام .كنند يم رقابت هم با شكاف كوچك يك بهي دسترسي برا ها گاهيپا ها طرح

و كند يمي زير هيپا اطالعات ارسال جهت برنامه يك كند يم افتيدر را رزرو درخواستي اصل

شكاف كوچك گاهيپا هر رگا روش رزرو كردن پروتكل در .رساند يم هم ها حسگر اطالع به آنرا

رزرو كردن درخواست اگر بعالوه .ميكني ريجلوگ 42تصادم از ميتوان يم باشد داشته را خود خاص

داده قبل ازي اضطرار مواقع جهت تواند يمي اصل اهگيپا باشد تياولوي دارا حوزه يك

.كندي زير برنامه

تصادم وقوع امكان نندك رقابت شكاف كوچك حبتصاي برا ها گاهيپا كهي صورت در فقط

اختصاص داده بستهي برا باندي پهنا از اي عمده قسمت زين حالت نيا در كهي حال در داردوجود

.رديگ قرار استفاده مورد تواند يم و يابد مي

40

Mini slot 41

reserve 42

collision

20

هاي تخصيص تصادفي پروتكل) 2-3

دسترسي به رسانه با ستميس دري فركانس باند كي يدارا فعال حسگر هر ثابت صيتخص در

نيا .است دسترسي به رسانه با تقسيم زمان ستميس در يزمان بخش يك يا و تقسيم فركانس

باشد داشته ارسالي برا را اطالعات يا تواند مي داده حسگر نكهيا به توجه با ،است ثابت صيصخت

بتيغ در .باشد داشتهيي كارا تواند ينم طرح نيا نيبنابرا ،است منابع نياي دارا حال نه بهر يا

شده يافته صيتخص باندي پهنا نيبنابرا .ماند يم بيكار حالت در حسگر ،ارسال جهتي اطالعات

.رود يم هدر

باندي پهنا كردن محو لهيوس به را ضعف نيا كنند يم تالشي تصادف صيتخصي ها ياستراتژ

جهتي كنترل چيهي تصادف صيتخصي راهكارها .ببخشد بهبود ها حسگر شده نييتع شيپ از

نيا بعالوه ندارد را باشد داشتهي دسترس رسانه به تواند يم فعال حسگر كدام نكهيايي شناسا

فعالي ها حسگري همگ .دهند ينم ارائهحسگري چيه به ارسال جهتي ا برنامه چيه راهكارها

.افتاد خواهد اتفاقتصادم نيبنابرا باشند داشته رقابت هم با رسانه بهي دسترس جهتي ستيبا

پروتكل تصادم با مقابله جهت باشند داشته همزمان ارسال قصد حسگر يك از شتريب كهي هنگام

دوباره ارسالي زير برنامه جهتي طرح و تصادمي آشكارسازي براي سميمكان شاملي ستيبا

.باشد كرده تصادم دادهي ها بسته

يي ا ماهواره اتارتباط و ويييراد بلندي ها نكيلي برا ابتدا دري تصادف صيتخصي ها پروتكل

نيهمچن يك pure ALOHAو ALOHA پروتكل. ]22-20[بود شده داده بهبود

را زمان هر در داده ارسال اجازه حسگر هر بهي راحت به ALOHA .هستنديي ها پروتكل

21

زين گريد طرح نيچند توسعه به منجر ALOHA pureيي كارا بهبود جهت ها تالش .دهد يم

مي توان به جمله آن ازكه شد43

CSMA ، 44

CSMA/CD ، 45

CSMA/CA اشاره كرد.

2-3 -1( ALOHA

ALOHA ي اشتراك رسانه بهي دسترس ميتنظي برا يافته توسعهي تصادف صيتخص پروتكل كي

يي ا بسته انتشار شبكه جهت "اصالتا پروتكلاين .است ناهماهنگ فعالي ها مشترك نيب انتقال

يافته عهستو دست دور مشتركان به هيپاي ها وتريكامپ اتصالي برا وي نيزمي ها گاهيپا صورت به

.بود

انيجر از مستقل و) آسنكرون( 46ناهمزمان "كامال كانال بهي دسترس Pure ALOHA در

هر ،را اطالعات تا داشت خواهد اجازهي راحت به حسگر يك .است انتقال رسانهي رورب تيفعال

در حسگر ،اطالعات انتقال شدن كاملبه محض .كند ارسال ،دارد را كار نياي آمادگ كه زمان

فرا گوش ،شبكهي ور بر تشارنا فاصله نيدورتر باي مساوي زمان زهاب كي يبرا ارتباط حال

نيشتريب با شبكه نقطه دو گناليس يك تا دكش يم طول كه استي زمان مدت نيا .دهد يم

داده نيا حيصح انتقال بري مبن راي اطالعات و اميپ مدت نيا در حسگر اگر .كند يمي ط را فاصله

از پس كننده افتيدر گاهيپاي ستيبا را صحت اميپ نيا و داندي م حيصح را انتقال كرد افتيدر

دست از بر را فرض مزبور حسگر صورت نيا ريغ در .دارد يم اعالم آنرا صحت )جمع( كردن چك

43

Carrier sense multiple access 44

Carrier sense multiple access with collision detectin 45

Carrier sense multiple access with collision avoidance 46

asynchronous

22

مقدار از ددجمي ها انتقال نيا اگر .رديگ يم سر از را انتقال دوباره و گذردي م اطالعات رفتن

.دهدي م 47اشتباه غاميپ يك و كندي مي داردخو مجدد ارسال از حسگر كند تجاوزي خاص

ALOHA اجازه ها حسگر به نيبنابرا ندارد ازيني مركز كنترل كه است ساده پروتكل كي

ي زماني ها بازه در ها حسگر ،كم بار ريز عالوه به .دهد يم را شدن جا به جا يا شدن اضافه

ها تصادم كه استي حالت در پروتكل نيا مشكل تنها .دارندي دسترس كانال بهي راحت به كوچك

pure alohaبراي بهبود .كاهند از كارايي اين پروتكل ميشوند و يمي اديز بار شيافزا با همراه

ها با هم حسگردر اين مدل همه .پيشنهاد شد slotted ALOHAيك پروتكل ديگر به نام

هاي بعالوه كانال ارتباطي به بازه. ها داراي طول يكساني هستند اند و همه بسته همزمان شده

.ها است رسال همان بستهزماني معيني تقسيم شده كه مساوي با طول ا

بنابراين. تواند اتفاق بيافتد انتقال فقط در يك بازه زماني مي pure ALOHAبر خالف 48

دادن دارد و تصادم بسته تصادم هاي داده فقط در تصادم فقط در ابتداي همان بازه امكان روي

زماني باعث كاهش هاي محدود كردن دسترسي به كانال به محدوده .افتد يك زمان اتفاق مي

.گردد كه اين باعث افزايش استفاده از پهناي باند مزبور مي. شود هاي تصادم مي بازه

همچنان بدون pure ALOHAو ALOHAبا وجود اين بهبود يافتن كارايي، به هر حال

.هاي بار سنگين قرار گرفته است كارايي با توجه به حالت

٤6 fatal ٤6 collision

23

٢-٣-٢(CSMA

ها حسگرهاي داده است تر از زمان انتقال بسته تاخير انتشار، خيلي كوتاههايي كه در شبكه

اين مشاهده منجر به توسعه يك شاخه جديد از . توانند به سرعت از انتقال مطلع شوند مي

براي ارسال دارد ابتدا اي به رسانه شد كه قبل از شروع انتقال يك پايگاه كه بسته دسترسي

حس . از اشغال نبودن كانال اطمينان حاصل كند ادهد ت فرا مي گوشجهت ارسال به كانال

. ]22[دهد را تشكيل مي CSMAاساس پروتكل 49كردن كرير

CSMA شود به دو گروه تقسيم ميدر دو حالت زمان پيوسته و زمان گسسته كار مي كند و.

1-50CSMAغير مصر

2 -51 CSMA مصر

يابي به يك كانال هاي استفاده شده براي انتظار دست بندي بر اساس استراتژي كه اين تقسيم

غير مصر هنگامي كه يك CSMAدر .پذيرد آزاد كه در حال حاضر اشغال است انجام مي

كند تا مطمئن شود كه يك انتقال ديگر كرير را حس مي ابتداآماده انتقال اطالعات است، حسگر

دهد و منتظر بسته خود را انتقال مي "سريعا حسگراگر كانال خالي باشد . در دست اجرا نباشد

ماند در تنظيمات مقدار زمان انتظار بايستي حداقل زمان ممكن جهت انتشار سيگنال جوابيه مي

در شبكه و همچنين فرضيه اشغال شبكه و رقابت پايگاه دريافت كننده جهت خالي شدن كانال را

مشكل است زيرا به ترافيك شبكه و تعداد تخمين ميانگين زمان انتظار جوابيه .در نظر گرفت

49

carrier sensing 50

nonpersistant 51

persistant

24

برنامه انتقال "مجددا حسگردر صورت عدم دريافت جوابيه .هاي فعال نيز بستگي دارد حسگر

.دهد دوباره بسته را در دستور كار خود قرار مي

حسگرگردد در غير اينصورت بسته به وضعيت كانال، اگر كانال خالي باشد بسته منتقل مي

گردد و پس از اتمام اين مدت دوباره عقب نشيني مي 52مدت تصادفي وارد حالت براي يك

.كند و اين الگوريتم تا انتقال موفقيت آميز اطالعات ادامه خواهد يافت برنامه را از ابتدا اجرا مي

رساند چون در اين هاي انتقال را به حداقل مي غير مصر تداخل مابين بسته CSMAپروتكل

هاي الزم داريم تا اشغال بودن كانال را حس كرده و براي انتقال اطالعات برنامه اهپروتكل پايگ

تنها مشكل اين پروتكل، اين فرض است كه شايد در دوره عقب نشيني كانال خالي .ريزي كنند

در پي رفع اين . تواند توان عملياتي شبكه را كاهش دهد اين هدر رفتن ظرفيت كانال مي. شود

اين .بنا نهاده شد p-persistant CSMAغير مصر، گروه ديگري چون CSMAمشكالت

هيچگاه persistant-CSMAدر .هايي است پروتكل در الگوريتم تخصيص كانال داراي تفاوت

.ماند اي جهت ارسال دارد خالي نمي ي بستهحسگركانال تا هنگامي كه

سنجد اگر آماده ارسال اطالعات در ابتدا وضعيت كانال را مي حسگربر اساس اين طرح يك

همچنان حسگركند اگر كانال اشغال باشد اطالعات را ارسال مي "سريعا حسگركانال آزاد باشد

-و p-persistant CSMAهاي اما تفاوت الگوريتم .دهد تا كانال آزاد شود مصرانه گوش مي

persistant CSMAاز . توافق بر اساس احتمال مابين آنها وجود دارد در اين است كه يك ١

كند و ارسال مي pكند اطالعاتش را با احتمال كه كانال را آزاد حس مي حسگراين قرار كه يك

.ماند منتظرجوابيه مي P -1با احتمال

52

Backs off

25

بر اساس مقدار زمان انتشار در سيگنال بين دو نقطه كه بيشترين فاصله را از هم pاين مقدار

حسگردر صورت عدم موفقيت slotted ALOHA يا CSMAگردد البته در دارند تنظيم مي

كند البته در صورتي كه كانال آزاد باشد در غير اين صورت به اطالعات را ارسال مي "مجددا

.عامل مهمي در تعيين پايداري پروتكل است pمدت و مقدار .اد گردددهد تا آز كانال گوش مي

تالش در جهت ارسال اطالعات حسگرزياد باشد تعداد زيادي p، اگر مقدار ترافيك زيادرد

ها براي ارسال دوباره حسگريابد در اين حالت اكثر ها افزايش مي كنند بنابراين تصادم مي

كنند و بدترين حالت اين است كه در اين شروع به ارسال مي اطالعات تصادم كرده، دوباره

اند هاي ديگري كه به تازگي شروع به ارسال كرده حسگراطالعات دوباره ارسال شده با اطالعات

كم pاما در صورتي كه مقدار .يابد با افزايش بار توان سيستم كاهش مي "تصادم كنند نتيجتا

باعث زمان انتظار pيابد ولي در بارهاي كم اين كم بودن مقدار ها كاهش مي باشد تعداد تصادم

. ]9،16،23[شود زياد بدون دليل مي"نسبتا

٣-٣-٢(CSMA/CD

تواند از توان باالتري نسبت به و انواع آن مي CSMAهاي كه تاخير انتشار كم است در شبكه

ALOHA دن كرير، تعداد تصادم شود كه حس كر اين برتري از آنجا ناشي مي .برخوردار باشد

.هاي تصادم است دهد و از آن هم مهمتر بازه را كاهش مي

ها حتي در هنگام تصادم ارسال اطالعات را حسگركه اين است CSMAتنها مشكل خانواده

از طرف .زياد است "هدر رفته نسبتا هاي اطالعاتي بزرگ پهناي باند دهند براي بسته ادامه مي

ارسال ها قبل از هاي غير الزم براي ارسال كل داده ممكن است كه از تاخير ها هم حسگرديگر

26

CSMA/CDها از جهت غلبه بر مشكالت مطرح شده باال شبكه .مجدد بيهوده استفاده كنند

شود اين توانايي باعث مي. به كانال گوش دهند كنند تا در هنگام ارسال نيز بتوانند استفاده مي

ي حسگراضافه براين هر گاه .د سيگنال را ردگيري و تصادم را شناسايي كنندها بتوانن حسگرتا

دهد تا مطمئن شود كه هيچ اطالعاتي را جهت ارسال داشته باشد ابتدا به كانال گوش فرا مي

اطالعات را حسگري قصد ارسال اطالعاتي ندارد در صورت نبودن هيچ گونه فعاليتي حسگر

كند و هم احتمال تصادم را بررسي سيگنال را ردگيري ميفرستد و در همين حين هم مي

.كند مي

اين باعث كاهش مدت زمان .سازد انتقال را متوقف مي "اگر تصادمي را شناسايي كند سريعا

كه حسگريافتد هر دو هنگامي كه يك تصادم اتفاق مي. شود هدر رفتن پهناي باند كانال مي

"مانند و سپس مجددا مدت زمان با طول اتفاقي منتظر مي اند براي يك باعث اين تصادم بوده

مسبب تصادم بايستي منتظر بماند تا حسگرمدت زماني كه يك .كنند اطالعاتشان را ارسال مي

انجام شود توسط يك الگوريتم احتمال خاص به نام "ارسال مجددا

Truncated binary exponential backs off algorithm

و 53اين الگوريتم مدت زمان انتظار بعد از تصادم را بر حسب بخش هاي زماني. شود ارائه مي

اين است كه CSMA/CDعامل اصلي مشكل .كند تعداد تالشها جهت ارسال دوباره بيان مي

هايي همچون محدوديت حسگرها. بايستي توانايي آشكار سازي تصادم را داشته باشد حسگر

.را دارا مي باشند، پردازش و منابع انرژي مقدار كم توان، قدرت تحليل

توانايي . مناسب داشته است دسترسي به رسانه ها تاثير زيادي درطراحي اين محدوديت

. بدون داشتن مدارهاي اضافي غير ممكن است شبكه هاي حسگر بي سيمسازي تصادم در آشكار

53

Time slote

27

پيچيدگي و . تادن باشدبايد قادر به دريافت در حين فرس حسگرجهت شناسايي تصادم

هاي سنسوري را بايستي كاهش دهيم تا با سازگاري فراوان اين تكنولوژي قادر حسگرهاي هزينه

.هاي مختلف باشيم به استفاده از تعداد زيادي سنسورها در زمينه

مشكالت فراوان شناسايي تصادم در يك محيط CSMA/CDمشكل ديگر در راه استفاده از

شود كه مقدار سيگنال به نويز در ارتباط باسيم، تضعيف كم سيگنال باعث مي .سيم است بي

هاي درگيرنده نيز همانند فرستنده باشد بنابراين شناسايي يك تصادم راحت است اما در محيط

سيم با توجه به تضعيف شديد سيگنال و خواص متغير با زمان بودن كانال باعث سختي بيش بي

ها باعث كم شدن كاربردهاي اين محدوديت .سنسور در تشخيص تصادم باشد حسگراز حد كار

سيم، هاي بي با وجود قابل اجرا بودن اين نوع پروتكل در محيط. اين پروتكل شده است

هاي متاثر استفاده از اين حسگر55 هاي پنهان و حسگر54حساسيت اين طرح به دو موضوع

.پروتكل تحت الشعاع قرار داده است

اين دو مشكل به صورت غير مستقيم ناشي از خواص متغير بازمان بودن كانال است كه اين

ها با كاهش اين تداخل. تواند باشد خاصيت به داليل زيادي همچون نويز، فدينگ و تضعيف مي

شديد توان دريافتي بر حسب فاصله بين فرستنده و گيرنده تركيب شده و حداكثر رنج ارسالي

به منظور جلوگيري CSMAاين محدوديت و اين واقعيت كه . كند را محدود مي قابل استحصال

هاي پنهان و حسگرهاي مجاور طراحي شده مشكالت ها با حس كردن سيگنال از تصادم بسته

حسگرشود كه در رنج ي اطالق ميحسگرپنهان به حسگر .دهد هاي متاثر را افزايش مي حسگر

به منظور توضيح اين مثال شكل زير را در نظر . نده نيستفرست حسگرمقصد است اما دررنج

.بگيريد

54

Hidden node 55

Exposed node

28

ساختار نمايش حسگر پنهان): 4-2شكل

خارج از Cو Aهاي حسگرهست عالوه بر اين فرض كنيد كه B حسگردر رنج A حسگركه

با اين .يا برعكس به مقصد نخواهد رسيد Cبه Aبنابراين هر ارسال .رنج ارسالي متقابل هستند

با توجه به .است B حسگراي براي نيازمند ارسال بسته A حسگرتوضيحات، فرض كنيد كه

جهت Aحسگر. كند سنجد و آن را آزاد احساس مي كانال را مي A حسگر، CSMAپروتكل

حال فرض كنيد در همين حين و قبل از پايان .كند شود و ارسال را شروع مي ارسال آماده مي

حسگر CSMAبر اساس پروتكل .را بگيرد Bاي براي تصميم به ارسال بسته C حسگرارسال

C هاي ارسالي كند چون سيگنال كانال را آزاد احساس ميA هرگز بهC بنابراين .رسند نمي

29

C رحسگكند و به طبع هر دو ارسال در نيز ارسال را شروع ميB با هم تصادم كرده و باعث از

.شود دست رفتن اطالعات مي

كه از اين تصادم مطلع نخواهند شد، چون C حسگرو نه A حسگرتوجه داشته باشيد كه نه

هاي متاثر نيز بر اثر خواص حسگرمشكل ديگر يعني .اين تصادم درگيرنده رخ داده است

شود كه در رنج فرستنده است اما اطالق ميحسگريمتاثر به حسگريك .سيم است هاي بي كانال

.در رنج مقصد نيست براي توضيح بيشتر شكل زير را در نظر بگيريد

ساختار نمايش حسگر متاثر): 5-2شكل

خارج از رنج Cو Aهاي حسگراست و Cو Aهاي حسگردر فاصله و رنج ارسالي B حسگركه

قصد ارسال B حسگرفرض كنيد كه .است Cدر رنج D حسگرين ارسالي يكديگرند و همچن

30

پس از يافتن كانال B حسگر CSMAبا فرض استفاده از پروتكل .را داشته باشد Aاطالعات به

.دهد انتقال مي Aآزاد اطالعات را به

را Dنيز قصد ارسال اطالعات به C حسگر، Aبه Bحال اگر در حين انتقال اطالعات از

بيند و ارسال اطالعات را كند ولي كانال را مشغول مي باشد ابتدا كانال آزاد را جستجو مي داشته

ارسال كند هيچ مشكل تصادمي Dدرحالي كه اگر اطالعات خودش را براي . به تعويق مي اندازد

كاهش "چندين راهكار جهت جلوگيري يا احيانا .پس اين تاخير غير الزم است .پيش نخواهد آمد

اولين راهكار بر مبناي استفاده از .متاثر ارائه و پيشنهاد شده است حسگرپنهان و حسگرتاثير

56زنگ اشغال .است

گيرد كه مشاهده تصادم به جاي اينكه در ايده اصلي راهكار زنگ اشغال از اينجا نشات مي

گيري اين موضوع و به كارجهت توضيح تفاوت . شود فرستنده صورت بگيرد در گيرنده انجام مي

CSMA و كنترلي هستيم كه ) داده ( ، بايست گفت كه در اين حالت ما نياز به دو كانال ديتا

براي انتقال اطالعات است در حالي كه كانال كنترلي به جهت فرمان دادن "كانال داده صرفا

شروع به دريافت اطالعات حسگرپس از اينكه "سريعا .[24]توسط دريافت كننده است حسگر

كند كه معناي آن مشغول بودن اقدام به انتشار امواجي در باند كنترل مي حسگركرد

تا دريافت كامل بسته اطالعاتي ادامه خواهد ) انتشار امواج ( كننده آن است اين كار دريافت

كانال كنترلي را قصد ارسال اطالعات داشته باشد قبل از ارسال حسگريبا اين وضعيت اگر .يافت

شود در كند و آنگاه اگر هيچ سيگنال اشغالي وجود نداشته باشد، اطالعات ارسال مي چك مي

راهكار سيگنال اشغالي هر دو شكل .افتد غير اين صورت ارسال اين اطالعات به تعويق مي

با اين فرض كه سيگنال. كند هاي در معرض قرار گرفته را حل مي حسگرها پنهان و حسگر

56

Beasy tone

31

كه رنج دريافت كننده حسگرياشغال در سطحي انتشار يابد كه نه آنقدر ضعيف باشد كه توسط

هاي دورتر كه هيچ دليلي براي متوقف حسگراست شنيده نشوند و نه آنقدر قوي باشد كه توسط

.كردن ارسالشان وجود ندارد دريافت شود

سازد را قادر مي حسگراست كه در دو مد حسگرتنها مشكل عمده اين راه كار، عمل كردن

كه هر دو عمل دريافت و ارسال را به صورت همزمان انجام دهد اين ملزومات پيچيدگي طراحي

ها و توان مصرفي دهد و منجر به افزايش هزينه را به نحو چشمگيري افزايش مي حسگر

.گردد مي

٣-٢-�(CSMA/CA

اين راهكار بر .پوشيده بر مبناي اجتناب از تصادم است حسگرراه كار دوم براي مقابله با مشكل

RTSاساس استفاده از روشي به عنوان CTSو 57

استفاده از اين روش .كند كار مي 58

را براي بكارگيري يك مكانيزم CSMA/CAهاي استفاده كننده از طرح حسگر 59دهي دست

از آنجايي كه يك .سازد مي سيم مجبور هاي بي جلوگيري از تصادم پيام در جهتاستاندارد

كند تا جلوگيري و تواند آشكار كند كه آيا يك تصادم اتفاق افتاده است و تالش مي نمي حسگر

سيم تا از اجتناب كند از تصادم به وسيله به تاخير انداختن ارسال براي دسترسي به رسانه بي

).بسته در كل رسانه استكه اين مدت انتظار به اندازه انتشار ( ال خارج شودغحالت اش

57

Ready to send 58

Clear to send 59

Hand shake

32

سنجد تا مطمئن قصد ارسال اطالعات داشته باشد در ابتدا كانال را مي حسگرهنگامي كه يك

ديگري در حال انتقال حسگراگر هيچ .ديگري در حال انتقال اطالعات نيست حسگرشود كه

اطالعاتي ارسال هاي را به دريافت كننده بسته RTSيك بسته كوتاه حسگراطالعات نباشد

را دريافت كند و رسانه را آزاد حس كند يك پيام حسگرRTS اگر دريافت كننده . كند مي

ارسال كننده، حسگر CTSبه محض دريافت بسته .كند را در جواب ارسال مي CTSكوتاه

كند اگر پس از يك پريود مشخص از هاي اطالعاتي واقعي را به دريافت كننده ارسال مي بسته

را در جواب دريافت نكند، براي يك پريود تصادفي از CTSارسال كننده يك بسته حسگرمان ز

در RTS،CTSاستفاده از روش دست دهي .كند زمان صبر كرده و سپس روش باال را تكرار مي

.جهت جلوگيري از تصادم در شكل زير توضيح داده شده است CSMA/CA هاي طرح

33

در شبكه RTS/CTSپيغامهاي از استفاده يكل ساختار )6- 2شكل

را كانال حسگردر ابتدا اين .را دارد C حسگرقصد ارسال اطالعات به B حسگردر اين سناريو

دريافت كانال آزاد اينكه پس از .تا از اشغال بودن يا نبودن كانال اطمينان حاصل كند سنجد مي

را ارسال مي كند اين بسته همچنين شامل اطالعات ديگري از جمله مدت RTSاست يك بسته

مطلوب حسگر در جواب .زمان مورد نياز جهت تكميل انتقال دريافت كننده اين اطالعات است

34

كند كه شامل مدت زمان را ارسال مي CTSيك بسته ) C حسگردر اين مثال (گيرنده

.مانده جهت تكميل انتقال است باقي

يك تايمرشمارنده داخلي مدت زمان باقي A حسگرتوسط CTSبه محض دريافت بسته

مانده جهت تكميل انتقال اطالعات و جلوگيري از انتقال اطالعات پس از پايان اين مدت را

60را دريافت كرد شروع به ارسال اطالعات CTSبسته B حسگرشمارد هنگامي كه مي

مانده جهت يك تايمر داخلي مدت زمان باقي D حسگرتوسط به محض دريافت بسته .كند مي

براي RTS/CTSدهي هاي زيادي روش دست در محيط. شمارد تكميل انتقال اطالعات را مي

به هر حال اين .ها و افزايش كاربري پهناي باند بسيار كار آمد و مفيد است كاستن از تصادم

)نشان( براي توضيح .پنهان يا پوشيده را بطور كامل حل كند حسگرروش نتوانسته است مشكل

بگيريد دادن اين محدوديت سناريوي زير را در نظر

60

DATA

35

RTS/CTSپيغامهاي از استفاده عدم حل كامل مشكل حسگر هاي پنهان در - الف)7- 2شكل

RTS/CTSپيغامهاي از استفاده عدم حل كامل مشكل حسگر هاي پنهان در - ب)7- 2شكل

36

را آزاد حس كرده و كانال A حسگر، a شكل با توجه به شكل باال در طرح توضيح داده شده

فرستد را مي CTSبسته يك B حسگردر جواب .فرستد مي B حسگررا به RTSبسته

كند قبل از اينكه مي CTSاست شروع به دريافت بسته B حسگركه در رنج ارسالي C حسگر

را RTSاست يك بسته C حسگركه در رنج ارسالي d حسگردريافت بسته كامل شود

B حسگركه توسط CTSاي كه با كمي تاخير ارسال شده است با بسته بسته .فرستد مي

را به درستي CTSكه بسته A حسگركند كه در همين حين ارسال شده است تصادم مي

"پس از يك وقفه مجددا d حسگر. كند آغاز مي B حسگردريافت كرده ارسال اطالعات را به

را دريافت نكرده است تصور CTSپيام C حسگرفرستد و از آنجايي كه را مي RTSپيام

حسگركه كند و چون ارسال مي d حسگربه CTSكند كه كانال آزاد است و جوابي تحت مي

B حسگردر رنج انتقال C حسگربا ( كند است اطالعات با هم تصادم پيدا مي A .(

نشان داده شده است در اين حالت bمشكل ديگري كه امكان ايجاد خلل را دارد در شكل

در جواب پيام Bفرستد و مي Bرا به RTSپس از احساس كانال آزاد يك پيام A حسگر

CTS كند پيام را ارسال ميCTS حسگرتوسط A شود و به درستي دريافت ميA را براي

در رنج C(شود دريافت مي نيز Cتوسط CTSاين پيام .كند آماده مي) ديتا (ارسال اطالعات

CTS ،Bاست پيام dبه RTSدر حال ارسال پيام C حسگرو از آنجايي كه ) است Bارسالي

به CTSاي تحت عنوان نيز جوابيه) D )RTSبه Cكند و پس از رسيدن پيام را دريافت نمي

C دهد حال اگر فرستد و مجوز ارسال را به او مي ميC اطالعات را ارسال كند اين اطالعات در

B كند با هم تصادم پيدا مي.

37

پروتكل هاي دسترسي به رسانه براي شبكه هاي حسگر بي سيم)2-4

دسترسي به ترين موضوع در طراحي يك پروتكل جويي در مصرف انرژي بحراني نياز به صرفه

توان به مي جمله آن از كه است، فاكتورهاي مختلفي در هدر رفتن انرژي مشاركت دارند رسانه

، گوش دادن 62)تداخل(، تصادم)61استراق سمع(گوش دادن به اطالعاتي كه متعلق به آنها نيست

.اشاره كرد 64، سربار63به كانال بيكار

سازي در اين همزمان مديريت كردن دسترسي به رسانه ، نياز به تبادل اطالعات كنترلي و

سازي منجر به تبادل اين حجم زياد از اطالعات كنترلي و همزمان. هاي فعال است حسگر

نيز باعث گوش دادن به كانال بيكارپريودهاي طوالني . شود العاده مصرف انرژي مي افزايش فوق

. ]25[گردد باال رفتن شديد مصرف انرژي و منجر به كاهش توان عملياتي شبكه مي

در حدود نصفي از كل از طريق گوش دادن به كانال بيكار،در بعضي حاالت هدر رفتن انرژي

موضوع ديگر هدر رفتن انرژي مربوط به . مصرف انرژي بوسيله يك سنسور در كل عمرش است

ها ممكن است به كاهش شديد انبوهي از اين تصادم .هاي تصادم يافته است ارسال دوباره بسته

كه باعث (زياد استراق سمع به صورت مشابه . بيانجامد دسترسي به رسانه يك پروتكل كارايي

ها است دريافت و حسگررا كه مربوط به ديگر هاي اطالعاتي زيادي بسته حسگرشود تا يك مي

دسترسي هاي اليه هدف عمده اكثر پروتكل .باعث افزايش مصرف انرژي گردد ) يا تحليل كند

گوش دادن به كانال بيكار ، ها ، به وسيله تصادم "مصرف انرژي است كه عمدتا كاهش به رسانه

به دو ها اين پروتكل .شديد است گوش دادن به اطالعاتي كه متعلق به آنها نيست و سربار

61

Over hearing 62

collision 63

Idle listening 64

Over head

38

65يك گروه بر مبناي زمان بندي يا جدولي .شوند تقسيم مي قسمت عمدهو گروه ديگر حالت

.دارند 66بنيادي رقابتي

هستند كه دسترسي به رسانههاي اليه هاي جدولي يك كالس مشخص از پروتكل پروتكل

بندي است دسترسي به كانال محدود به يك سنسور در يك زمان دسترسي به كانال بر پايه زمان

.پايه جايابي قبلي منابع به تك تك سنسورها است بر) توفيق(يابي خاص است اين دست

هاي جايابي قبلي به تك تك سنسورها پيش فرض از دسترسي به رسانه هاي رقابتي پروتكل

. گيرد ها به دلخواه تعلق مي حسگرپرهيز كرده و در عوض يك كانال راديويي توسط تمامي

گردد، هدف عمده در هاي همزمان براي دسترسي به رسانه منجر به تصادم مي تالش

براي كاهش مصرف .هاست رخ دادن تصادم)از به جاي پرهيز (هاي رقابتي كاهش دادن پروتكل

باعث استفاده از "ها عمدتا حل مشكل تصادم .اند ها مختلف ها در مكانيسم انرژي اين پروتكل

هاي فعال حسگرهاي تصادفي و توزيعي براي زمانبندي دسترسي به كانال بين الگوريتم

، 67را مجبور به حالت خواب حسگراين است كه استراق سمعراهكار عمده براي كاهش . باشد مي

خواب ناهماهنگ در هر صورت ممكن است منجر به . شود، كنيم غير فعال مي حسگرهنگامي كه

براي حل اين مشكل يك قسمت عمده .هاي همسايه براي ارتباط شودحسگرايجاد مشكل بين

شده است تا پيشنهاد دسترسي به رسانه هاي مختلف هاي زمانبندي براي پروتكل از طرح

.هاي مختلف سنسورهاي شبكه را هماهنگ سازد فعاليت

65

Schedule based 66

Contentinal based 67

sleep

39

يها شبكهزمانبندي شده براي دسترسي به رسانه هاي اليه ابتدا پروتكل ،در ادمه بخش

رقابتي را مرور دسترسي به رسانه هاي اليه دهيم، سپس پروتكل را توضيح مي ميس يب حسگر

.كنيم مي

68بندي مبتني بر زمانهاي پروتكل)2-5

اند منابع رسانه را به ي كه بر اساس زمانبندي طراحي شدهدسترسي به رسانه هاي پروتكل

كنند كه هيچ رقابت و نزاعي جهت دسترسي به رسانه اي در بين مشتركان قسمت مي گونه

اصلي اين هدف .را نام برد CDMAتوان، زمان، فركانس و يا كدهاي از منابع رسانه مي. نباشد

.هاست افزايش دادن طول عمر شبكه ها نوع پروتكل

هاي كه زمان را به بخش دسترسي به رسانه با تقسيم زمانهاي ها، از طرح اكثر اين پروتكل

هاي كوچك شكل زير يك سري مجاور هم از اين بخش. برد كند، بهره مي تقسيم مي 69كوچكي

N تاي، كهN ست، اين سري يكي از پارامترهاي شبكه ا Nايي تائي در كل زمان به صورت چرخه

هاي زماني كه هر بخش زماني به يك سنسور تعلق دارد ترتيب اين بخش. شود تكرار مي

. ]28،29[تواند هم به صورت ثابت و هم به صورت متغير دلخواه باشد مي

68

Schedule based protocols 69

slot

40

ساختار يك سيستم مبتني بر تقسيم زمان جهت دسترسي به رسانه :)1- 3شكل

عبارتند از مد فعال و مد خواب به صورت كه براساس اين زمانبندي، سنسورها بين دو حالت

هاي زماني كه تحت اختيارش است در مد فعال سنسور از بخش .دهند متناوب تغيير حالت مي

جويي در مصرف كند اما درمد خواب براي صرفه براي ارسال و يا دريافت اطالعات استفاده مي

ها براي بهينه كردن اين نوع پروتكل .شود طات ارسال و دريافت راديوئي، قطع ميانرژي، ارتبا

.كنيم چندين پيشنهاد صورت گرفته كه چند مورد آنرا مرور مي

١- -٢( SMACS ٧٠

سازد تا هاي تصادفي را قادر مي هاي با توپولوژي يك پروتكل دسترسي به رسانه است كه شبكه

يكي از خصايص .كلي به تبادل اطالعات در شبكه بپردازندبدون نياز به همزمان سازي

SMACS 71استفاده آن از نوعي روشTDMA/FH ريزي كه از آن به عنوان ارتباط برنامه

70

Self-Organizing Medium AccessControl for Sensornets 71

Time Division Multiple Access with frequency hopping

41

سازند به نوعي شكل و ها را قادر مي كه اين روش لينك .شود ياد مي 72شده ناهمزمان

سازي و اطالعات ارتباطي كلي ات همزمانريزي يابند تا شبكه را بدون نياز به تبادل اطالع برنامه

.با هم ارتباط يابند

كه براي 73قالب برتردارد كه از آن به عنوان TDMAدر شبكه يك قالب مثل حسگرهر

قالب معلوم و معين است اين قالب برترطول يك .اش است هاي شناخته شده ارتباط با همسايه

كوچكتر ثابت نيست و ممكن قالباندازه هر . شوند تر تقسيم مي هاي كوچك٧٤ قالب به برتر

اسايي نبه صورت عادي نياز به روشي جهت ش SMACS. متغير باشد حسگراست براي هر

را اختصاص 75همسايه يك بخشي از زمان حسگربه يك حسگرهر . هاي همسايه دارند حسگر

و حسگرت چون هر مذكور اس حسگربا به معناي ارتباط بخشدهد و استفاده از اين مي

متفاوت دارند بنابراين نيازمند روشي زماني هايبخش همسايگانش نياز به ارسال و دريافت در

يا اين مقصود با بكارگيري تخصيص تصادفي كانال از بين . هستيم تا از تداخل آنها جلوگيري كند

قابل دستيابي است با استفاده از 76كنندهيا كدهاي پخش دسترسي به رسانه از تقسيم فركانس و

براي حسگرخاص خودش با همسايگانش است و 77زمان بخشداراي حسگرهر قالب برتر ساختار

]16،31[براي برقراري ارتباط با ديگران بايستي فركانس خود را بر روي كانال مطلوب تنظيم كند

.

72

nonsynshronous scheduled communication 73

Super frame 74

frame 75

Time slot 76

Code division multiple access 77

Time slot

42

بلوتوث) 2- 5- 2

دسترسي به رسانه با تقسيم رسانه پايه پروتكل بلوتوث تكنولوژي نو ظهوري كه دسترسي اوليه به

كوتاه بلوتوث به منظور جايگزيني كابلها و مادون قرمز در وسايل ارتباطي با موجهاي .است زمان

.كند كار مي GHz 2.45 بلوتوث در باند فركانسي .طراحي شده است) جهاني(عمومي 78راديويي

و 1.6KHzاليه فيزيكي آن بر مبناي پرش فركانسي شبه تصادفي با پرش فركانسي .كند مي

هر دنباله . است كه داراي فضاي يك مگاهرتزي است carrierپرش 79الگوريتمي خاص، شامل

را تضمين 1Mbpsتعريف شده كه تبادل اطالعاتي در حد بلوتوثپرش به صورت يك كانال

گذارد يك ريز وسايلي كه يك كانال ساده را به اشتراك مي يك گروه از . ]31،34[كند مي

هر ريز شبكه داراي يك مركز جهت كنترل دسترسي به كانال است . دهد را تشكيل مي 79شبكه

به (شود ميلي ثانيه تقسيم مي 625هر كانال به . پذيرد وسيله را جهت اشتراك مي 7و حداكثر

).شود ثانيه تقسيم مي ميلي 625بخش هاي

48(هر ريز شبكه يك الگوريتم پرش فركانسي خاص را كه به وسيله مركز آدرسي دهنده

كند كه اين ها متفاوت استفاده مي هاي مختلف از دنباله برش ريز شبكه. گيرد به كار مي) بيت

تواند با هم در ارتباط باشد كه اين ها مي اين ريز شبكه. كند رويه همزيستي آنها را تضمين مي

هاي ادهاك بزرگتري را تشكيل گيرد تا بتواند شبكه صورت مي " 80پل"هاي حسگراز طريق

در داخل ريز شبكه مركز ريز شبكه . نام مي برند 81شبكه هاي پراكندهدهند كه از آن به عنوان

.بيتي مي شناسد 3هر مشتركي را با يك آدرس

78

Short wave 79

Pico net 80

bridge node 81

scatter net

43

٣- - ٢(LEACH٨٢

Leach ها را بداخل حسگردهد و يك راهكار سلسله مراتبي را در دستور كار قرار مي

ها موظف به اطاعت از قوانين حسگردهي مي كند در داخل هر خوشه هاي سازمان خوشه

براي برقراري ارتباط بين دسترسي به رسانه با تقسيم زماناز Leach .هستند 83سرگروه

ها آمده است براي حسگرند سر گروه اطالعاتي را كه از ك ها و سر گروه استفاده مي حسگر

دسترسي به رسانه با بندي شده سر گروه يك برنامه زمان. كند ارسال به پايگاه مركزي آماده مي

اش مي فرستد هاي موجود در خوشه حسگركند و اين برنامه براي تمامي بر پا مي تقسيم زمان

تواند اين برنامه همچنين مي .كند طالعاتي جلوگيري ميهاي ا اين برنامه از تصادم بين پيام

گيرد طبق بايد فعال شود مورد استفاده قرار مي حسگرجهت شناسايي اينكه در كدام برهه زماني

تواند در غير از بخش زماني تخصيص سر گروه مي حسگرها بجز حسگراين برنامه تمامي

ها آنها حسگركند كه پس از راه اندازي بدينگونه تصور مي LEACH .شان خاموش باشند يافته

يك مكانيسم . سازي باقي بماند سازي شوند و براي پس از اين واقعه نيز اين همزمان همزمان

هاي به همه است، كه با ارسال پالس 84سازي استفاده از پايگاه مركزي عملي در جهت همزمان

.ها را همزمان كند ها آن حسگر

82

Low-energy adaptive clustering hierarchy 83

Cluster head 84

Base station

44

85از يك الگوريتم تخصيص كد LEACHها، ها در داخل خوشه منظور كاهش تداخل به

DSSS(و سر گروه از طريق طيف گستره حسگرارتباط بين . ] 36- 34[كند استفاده مي86 (

ها همچنين نيازمند تنظيم حسگر .پذيرد كه هر خوشه داراي كدي منحصر به فرد است انجام مي

به محض دريافت .ها نزديك خود هستند تداخل با پوشهقدرت ارسال جهت كاهش دادن

ها قبل از ارسال اين اطالعات به پايگاه مركزي هاي يك خوشه سر گروه حسگراطالعات از

ارتباط مابين سر گروه و پايگاه مركزي از طريق طيف گسترده با كد . كند آوري مي ها را جمع آن

ل اطالعات سر گروه پايگاه مركزي سر گروه اقدام پذيرد و قبل از ارسا انجام مي CSMAثابت و

كند اگر كانال مشاهده شده اشغال باشد به مشاهده كانال جهت اطمينان از آزاد بودن آن مي

اندازد پس از آزاد شدن كانال سرگروه انتقال اطالعات را تا زمان آزاد شدن كانال به تعويق مي

در حالت كلي .كند ه مركزي براي آن ارسال ميسرگروه اطالعات را با استفاده از كد پايگا

بندي شده حالتي رقابتي و مفيد از جهت كاهش دادن هدر رفتن انرژي از طريق ها زمان پروتكل

هاي زماني خاص خودشان كه اطالعات مي ها فقط در بخش حسگرها دارند به عالوه تصادم

ها خاموش ها ارتباط راديويي آن شگردد و در باقي بخ تواند ارسال يا دريافت شود فعال مي

كه در مجموع همه اين مزايا باعث افزايش پيشگيري مي كند استراق سمع است كه اين عمل از

.گردد چشمگير عمر شبكه مي

بندي شده با همه مزايا چندين عيب را نيز شامل زمان دسترسي به رسانه هاي پروتكل

. شده است شبكه هاي حسگر بي سيمشوند كه اين عيوب باعث محدوديت كاربرد آنها در مي

ها ها در داخل خوشه حسگرمند سازماندهي نياز دسترسي به رسانه با تقسيم زماناستفاده از

85

Transmitted based code assignment 86

Direct-Sequence Spread Spectrum

45

شود بنابراين ها با سرگروه مي حسگرشدن ارتباط اين ساختار سلسله مراتبي باعث محدود .است

ها در حسگرپذير نمي باشد مگر اينكه ها به صورت مستقيم امكان حسگرجفتي ارتباط جفت

بندي وابسته به هاي زمان اكثر الگوريتم .هاي زماني گوش فرا دهد كل مدت زمان به كليه بخش

سازي يابي به همزمان دست. باشد هاي زماني سازماندهي شده مي توزيع و پخش مرزهاي بخش

هاي در شبكه "خصوصا .بر است سخت و هزينه "ري عمدتادر يك شبكه گسترده سنسو

همچنين . رو است با سختي هاي فراواني روبه هاي زمانبندي سيم با محدوديت الگوريتم بي

دسترسي به رسانه با و دسترسي به رسانه با تقسيم فركانسهاي رسمي همچون نيازمند مكانيزم

.باشد ها و تداخل مي جهت غلبه بر ارتباطات داخلي خوشه تقسيم زمان

، دسترسي به رسانه با تقسيم زمانبر مبناي دسترسي به رسانه هاي اليه در نهايت پروتكل

ها و يا حسگرسازد و به آساني قابليت سازگاري با تحرك سيستم را محدود مي 87اندازه پذيري

اي را ترك يا خوشهحسگري چنانچه اگر .توپولوژي آن را نداردبا تغيير ترافيك شبكه و "احيانا

تنظيم گردد و اين "هاي زماني تخصيص يافته بايستي سريعا بخش قالب به آن بپيوندد طول

.تواند بسيار گران و يا با تاثيرات بسيار آهسته همراه باشد تغييرات مداوم مي

هاي تصادفي پروتكل)2-6

هاي رقابتي شناخته دسترسي تصادفي كه همچنين به عنوان پروتكلهاي قديمي پروتكل

هايي كه حسگر. ها براي تخصيص كانال ندارد حسگرسازي بين اند نياز به هيچ هماهنگ شده

كند و شوند يك برهه زماني تصادفي را صبر مي مواجه مي) تصادم ( با مشكل دسترسي به كانال

87

scaleability

46

هاي ها به هر حال براي كار در محيط اين پروتكل. كنند ان ميدستيابي به كانال را امتح "مجددا

ها براي پرهيز ازتصادم و موارد بهبود اين نوع پروتكل .مفيد نيستند شبكه هاي حسگر بي سيم

ها را براي ها را بهبود بخشيده و اين پروتكل كارايي اين روش CTS و RTSهاي مكانيزم

.ساخته استهاي پوشيده كاراتر حسگرمشكالت

گوش دادن به ،ها ها از لحاظ مصرف انرژي به علت مشكالتي از قبيل تصادم كارايي اين پروتكل

.پايين است... استراق سمع و ،كانال بيكار

ها در جهت طراحي يك پروتكل اليه دسترسي كه به منظور فائق آمدن بر اين كمبود، تالش

.]40- 9[تمركز شددر كاهش هدر رفتن انرژي مفيد باشد ، م

٨٨)١-$-٢PAMAS

89هاي دسترسي همگاني مطلع از توان پروتكل هاي همسايه حسگربين استراق سمع از

هاي سيگنالينگ جدا انجام از طريق استفاده از كانال اين مقصودكند كه جلوگيري مي

را باهم تركيب RTS/CTSو مكانيسم 90بوق اشغالهاي اين پروتكل مكانيزم در. پذيرد مي

دهد تا بصورت همزمان نه چيزي را ارسال كند و نه چيزي را ها اين اجازه را ميحسگركرده و به

.دريافت كند

،اين پروتكل با وجود بكار گيري اين مكانيسم و كاهش چشمگير استراق سمع بين حسگرها در

نتيجه پذيرد ميبيكار انجام گوش دادن به كانالكه بر اثر نسبتا زياد جهت كاهش مصرف انرژي

.رضايت بخشي را حاصل نكرده است

88

Power aware multi-access protocol 89 PAMAS :power aware multi access protocol with signaling 90

busy tone

47

٢-$-٢ (STEM

اين راهكار با استفاده از .گردد منجر به كاهش مصرف انرژي مي STEMپروتكل ديگري با نام

"91بيدار كننده"آيد يك كانال مخصوص داده و يك كانال راديويي كانال راديويي بدست مي دو

به جاي بوق اشغال از تكنولوژي STEM .]40-9[است STEMهاي پروتكليك نمونه از اين

تمام ارتباطات راديويي حسگربر اساس اين الگوريتم يك .استفاده مي كندبيدار كننده سيگنال

و زمان فرا كند چيزي براي ارسال داشته باشد خاموش مي حسگرتا زماني كه يك خود را

اين سيگنال و .كند در كانال ميبيدار كننده ل يك سيگنال شروع به ارسا آنگاه رسيدن ارسال،

92زند هاي را صدا مي حسگركانال تمامي ارسال اين سيگنال تا زماني ادامه خواهد يافت تا .

از حالت خوابش حسگراين پيام را دريافت كنند هنگامي كه يك حسگرتمامي همسايگان اين

هاي بماند تا يك داده را دريافت كند اين پروتكلبيدار شود ممكن است اينقدر در حالت فعال

STEMيك . ]41[ها نيز استفاده شوند توانند با ديگر پروتكل هايي كلي هستند و مي پروتكل

.كند جلوگيري مي استراق سمعاز وقوع IEEE 802.11هاي نمونه الهام گرفته شده از پروتكل

.گيرد صورت مي RTS/CTSاين كار از طريق

حسگر، RTS/CTSهاي ها با استفاده از اين سيگنال هاي خاص از اين پروتكل نمونه بعضي

سازد تا به حالت خواب ديگر را دارد مجبور مي حسگرفعالي كه قصد تصاحب و رقابت با يك

سازي هاي همسايه همزمان حسگرها براين پايه مبتني هستند كه اين نوع پروتكل. برود

:اند هايي با يكديگر تفاوت دارند كه از آن جمله در زمينه ها اين پروتكل. اند شده

هاي كاهش دادن مصرف انرژي در روش) الف

91

Wake up 92

page

48

هاي كاهش دادن وقفه ارسال داده درروش) ب

.عادالنه بودنهاي كاهش دادن دستيابي به درروش )ج

٩٣)٣- $- ٢T-MAC

بر پايه رقابتي است كه جهت نرخ ارسال دسترسي به رسانه يك پروتكل اليه T MACپروتكل

.كم و حساسيت كم نسبت به وقفه طراحي شده است

هاي از سيگنال T MACجهت جلوگيري از تصادم و ارتباطي مطمئن پروتكل

RTS/CTS اين .كند ي ديگر استفاده ميحسگرهاهاي اطالعاتي جهت ارتباط با و بسته

كند تا مصرف انرژي را كاهش دهد و همچنين از استفاده ميپذير پروتكل از چرخه كاري وفق

گوش ايده اصلي اين پروتكل كاهش . تواند به تغييرات ترافيكي بار نيز غلبه كند اين طريق مي

بر پايه اين .ها در پشت سرهم و با طول متغير است بوسيله ارسال كليه پيام دادن به كانال بيكار،

به صورت پريوديك به حسگرهر .كند تغيير ميخواب و فعال حسگرها بين دو حالت ،پروتكل

يك بازه فعاليت در صورتي كه حادثه در. ها ارتباطي داشته باشد رود تا با همسايه حالت فعال مي

.رود به حالت خواب مي حسگرصورت نگيرد )TA(يا اتفاقي براي يك مدت زمان خاص

93

Time-out MAC

49

TAجهت تعيين حداقل T-MACساختار ): 2-3شكل

جهت تعيين مقدار بهينه مدت زمان گوش دادن به كانال، بر اساس يك الگوريتم با شكل فوق بايستي

:براي اين زمان محدوديت زير را قائل شد

TA > C + R + T

، مصرف انرژي )TA(بديهي است كه با افزايش بيش از حد مدت زمان گوش دادن به كانال

پس با انتخاب مقدار بهينه زمان بيداري، مي توان به . است يابد، كه امري نامطلوب افزايش مي

.جوئي در مصرف انرژي دست يافت حداكثر صرفه

50

٢-$-� (B-MAC94

و دهند يك هسته كوچك از دسترسي به رسانه را صورت مي "تقريبا B-MACهاي پروتكل

CCAاز سيگنال B-MACپروتكل. دسترسي به رسانه با توان كمتري است ي جهتپروتكلو 95

قابليت براي پيوندهاي اليه براي تعيين وضعيت كانال، از دانسته96آمده هاي به تعليق در بسته

.گيرد و از شنود جهت كم كردن توان مورد استفاده در ارتباط بهره مي ،اعتماد

.به هر حال اين پروتكل جهت كاهش مصرف انرژي از روش زير بهره مند مي شود

جهت كاهش و به حداقل 97كاهش مصرف انرژي از طرح نمونه برداري ابتدائي وفق پذيربراي

.كند رساندن گوش دادن به كانال بيكار استفاده مي

ساختار كلي نمونه برداري از كانال): 3- 3شكل

شود، ابتدا گيرنده خود را روشن كرده و به كانال گوش هر زمان كه حسگري از خواب بيدار مي

دهد، اگر فعاليتي را در كانال مشاهده كند گيرنده خود را تا پايان مدت زمان دريافت كامل مي

94

BERKELEY MEDIA ACCESS CONTROL 95

CLEAR CHANEL ASSESSMENT 96

PACKETS BACK-OFFS 97

Adaptive preamble sampling schem

51

دارد و پس از اين مدت زمان مجددا به حالت خواب باز مي بسته هاي ارسالي روشن نگه مي

.گردد

دهد هيچ بسته اي را دريافت نكند ولي اگر در مدت زمان تعيين شده كه به كانال گوش مي

تواند به صورت نمي B-MAC پروتكلبا اين وجود، . گردد مجددا به حالت خواب باز مي

هاي پنهان ارايه حسگر حل مشكل گوئي به هاي جهت پاسخ مستقيم تضميني براي مكانيسم

.]48- 47 [دهد

٢ -$ - (Wise MAC

پروتكل كه مانند ديگر پروتكل هاي ارائه شده در اين فصل از يك كانال جهت ارتباط و انتقال اين

98برداري كانال غير مصر و همچنين بررسي نمونه CSMAكند، بر اساس اطالعات استفاده مي

آيد، استفاده جهت كاهش مصرف انرژي كه عمدتا بر اثر گوش دادن به كانال بيكار بوجود مي

هر حسگر موجود در شبكه كانال را با پريودهاي يكسان و به صورت مداوم بررسي . كند مي

اگر حسگري هنگام بررسي . ها لزوما بين همه حسگرها همزمان نيست ولي اين بررسي. كند مي

) مانند موارد گفته شده پيشين(كانال، فعاليتي را مشاهده كند تا اتمام اين فعاليت بيدار مي ماند

مساوي با طول 99طول زمان ارسال اوليه سيگنال مقدمه. را به صورت كامل دريافت كند تا بسته

به هر تقدير، ممكن است كه . متوالي كانال است) نمونه برداري(مدت زمان فاصله بين دو بررسي

درپايان اين ارسال دريافت كننده جهت دريافت آماده نباشد كه ارسال مجدد اين سيگنال را در

تواند مصرف انرژي نسبتا زيادي را به حسگرها اين ارسال هاي مجدد مي. داشت پي خواهد

98

Preamble sample 99

preamble

52

جهت كم كردن اين هدر رفت انرژي، اين پروتكل از يك ليست استفاده ميكند كه در .تحميل كند

آن اطالعات مربوط به زمان بيداري همسايه هاي كه حداقل يكبار با آنها رابطه برقرار كرده،

.شود ين اطالعات با هر بار ارتباط مجدد دو حسگر با هم، به روز ميا. شود نگهداري مي

wise MACساختار پروتكل ):6- 3شكل

است ولي عدم داشتن BMACاز مزاياي اين پروتكل مصرف بهينه تر انرژي نسبت به پروتكل

يك برنامه زماني مشخص و يكتا در اين نوع پروتكل ها از معايب آن به حساب مي آيد كه در

همچنين اين پروتكل به علت نداشتن .گردد مشكل ساز مي 100هاي همگاني ارسال بسته

مكانيسمي جهت جلوگيري از حسگرهاي پنهان، موفقيت چنداني در اين زمينه كسب نكرده

.]50[)حتمال تصادم زياد استا(است

100

Broadcast

53

٢ -$ -$(SIFT

يك پروتكل پيشنهادي جهت مقابله با تغييرات ترافيك شبكه بر اساس يك SIFT پروتكل

بر اساس اين الگوريتم، حسگرها همگي با احتمالي واحد به كانال دسترسي . الگوريتم ساده است

102از كانال در اولين پنجره رقابت 101چنانچه جهت دسترسي به يك بخش. ندارندهيچ حسگري

كانديد ارسال نشود، براي شركت در پنجره دوم، همه حسگر ها احتمال شركت كردن در اين

بر اين اساس اين پروتكل توانسته در شبكه هاي با رقابت زياد براي . دهند رقابت را افزايش مي

اياي ديگر اين پروتكل ميتوان به اين از مز. تصاحب كانال، به تاخيرهاي خوب دست پيدا كند

.موضوع اشاره كرد كه اين پروتكل ميتواند به راحتي با هر پروتكل ديگري ادغام شود

از مزاياي اين پروتكل، چناچه گفته شد، ميتوان به تاخير كم آن اشاره كردكه البته بين كاهش

از اصلي ترين مشكالت اين نوع . تاخير و افزايش مصرف انرژي نوعي رابطه مستقيم وجود دارد

پروتكل ميتوان به افزايش گوش دادن به كانال بيكار اشاره كردكه اين امر بدليل گوش دادن به

از موارد اشكال ديگر اين . تمامي بخشهاي كانال جهت تخمين استفاده از ان صورت ميگيرد

مشكالت بايستي به در كنار اين. پروتكل مي توان به افزايش استراق سمع نيز اشاره كرد

.]52[همزمان سازي دقيق جهت دسترسي به موقع به پنجره رقابت را نيز اضافه كرد مشكالت

101

slot 102

Contention window

54

٧-$-٢( ِDMAC

يكسوشدن اطالعات مورد ارسال به سوي مقصدي واحد باعث افزايش ترافيك در نزديكي حسگر

يكسان كه از سر اين مسيرهاي. شود كه عمدتا باعث افزايش شديد تاخير مي شود مقصد مي

شروع مي شود و رو به سمت يك ) كه عمل جمع آوري اطالعات را بر عهده دارند(ها شاخه

هدف عمده .شود شناخته مي 103مقصد واحد جريان دارد، به عنوان درخت جمع آوري اطالعات

، دستيابي به تاخير بسيار پايين و در عين حال به صرفه DMACپروتكل دسترسي به رسانه

.از لحاظ مصرف انرژي است بودن

كه ALOHAبه عنوان يك پروتكل پيشرفته از نوع DMACدر يك كالم شايد بتوان از

هر بخش از زمانهاي مربوطه بر اساس درخت جمع آوري اطالعات به حسگرها تعلق مي يابد، در

آن 104بر اين اساس در دوره مربوط به دريافت هر حسگر، تمامي حسگرهاي زير بخش. نظر گرفت

با . كنند براي ارسال اطالعات به اين حسگر و تصاحب رسانه، با حسگرهاي همرده خود رقابت مي

توان به ذاري بخشهاي مناسب در مسير انتقال اطالعات به حسگرهاي اين مسير ميواگ

.تاخيرهاي بسيار كم دست يافت

103

Data gathering tree 104

Child nodes

55

DMACدرخت جمع آوري اطالعات و ساختار پروتكل ): 7- 3شكل

در مقايسه با پروتكل هاي داراي زمان خواب و بيداري پريوديك ميتوان به DMACدر پروتكل

وبي دست يافت كه در سناريوهائي كه تاخير كم مهم مي باشد اين پروتكل تاخيرهاي بسيار خ

به هر حال اين پروتكل نيز داراي معايبي است كه از . ميتواند گزينه مناسبي جهت انتخاب باشد

از آنجا كه . آن جمله ميتوان به نداشتن مكانيسمي جهت جلوگيري از تصادم اشاره كرد

در درخت جمع آوري اطالعات در يك رده (يكسان با هم هستندحسگرهائي كه داراي يك برنامه

قصد ارسال اطالعات به حسگر يكسان باال دستي خود را داشته باشند، رخداد تصام ) قرار دارند

ها امكان عدم مشخص بودن از مشكالت ديگر وارد بر اين نوع پروتكل. ناگزير خواهد بود

.]51[پيشاپيش درخت جمع آوري اطالعات است

56

SMAC نمائي كلي از پروتكل )٨-$-٢

براي كاهش مصرف انرژي استفاده از پريودهاي خواب و بيداري SMACتكنيك اصلي در

شود تا يك برنامه خواب و بيداري خاص را برگزيند وادار مي حسگر است كه بر اساس آن هر

مي نامند، در طول مدت 105يك دوره كامل خواب و بيداري را يك قاب. و از آن پيروي كند

باين ترتيب. ي خود را خاموش كند، راديوتواند در صورت عدم نياز به تماس خواب حسگر مي

ترافيك ، البته اين كار در صورتي كهكند انرژي جلوگيري مي ميزان بسيار زيادي از هدر رفت

يك پارامتر قابل كنترل به SMACهمچنين در. به مراتب موثرتر خواهد بود شبكه كم باشد

ه كل قاب است و اندازه ب 107بيداري دوره كه نشان دهنده نسبت. را داريم 106نام چرخه كاري

ا براي تمامي حسگره SMACاين چرخه كاري در. تغيير مي كند% 100تا % 1آن از

. يكسان مي باشد

به نام دوره همزمان قسمت اول. دوره بيداري به نوبه خود به دو قسمت تقسيم مي گردد

در 109كه اين دوره جهت ارسال يا دريافت بسته هاي همزمان سازي. ناميده مي شود 108سازي

سعي مي كنند تا با همسايگان خود حسگرها ،ها نظر گرفته مي شود با استفاده از اين بسته

در شود جهت ارسال و دريافت اطالعات ناميده مي 110دادهدوره دوم كه دوره . هماهنگ شوند

.است نظر گرفته شده

105 Frame

106 Duty cycle

107 Listen period

108 SYNC

109 SYNC packets

110 Data

57

SMACقالب بندي كلي ) 1-2 شكل

. نشان داده شده است )1-2( شكلدر SMACكلي پريود خواب و بيداري در قالب بندي

حتماً بايستي داراي يك برنامه زماني جهت خواب و بيداري SMACهر حسگر تحت پروتكل

. باشد

111هماهنگ سازي) 1- 6-8- 2

جهت خواب و ،برنامه زماني حداقل يك گفته شد هر حسگر نياز بههمان گونه كه قبالً

البته اين ارسال به صورت .ها نيز برساند حسگربيداري دارد كه بايستي آنرا به اطالع ديگر

پريود يك بار اين ارسال 10آن به صورت هر 112قرارداديپريوديك انجام مي شود و در حالت

هر بسته شود كه انجام ميهاي همزمان سازي تهاين ارسال توسط بس. صورت مي گيرد

، شناسه حسگر اوليه شروع كننده اين 113داراي اطالعاتي از قبيل شناسه فرستنده همزمان

بايستي توجه داشت كه ارسال و دريافت .است... برنامه، مدت زمان تا پريود خواب بعدي و

.بسته فقط در دوره اول از قسمت بيداري صورت مي گيرد

111

SYNChronization 112

Default 113

ID of the sender

58

آورده شده گرانبهاترين اطالعات از شبكه است كه البته )1-2(اين اطالعات كه در جدول

. كنيم انرژي از اين اطالعات استفاده ميدر قسمت دوم اين فصل براي كم كردن مصرف

ت بسته همزمان سازيامحتوي) 1- 2جدول

114جدول زمان بندي) 2- 6-8- 2

كند كه حاوي اطالعاتي مهم از خود حسگر مهيا ميبراي خود جدول زمان بندي هر حسگر

. هاي حسگر است، در حالت كلي اين جدول به دو بخش تقسيم مي شود و كليه همسايه

هائي است كه در اين برنامه قرار حسگرو ديگر حسگربخش اصلي آن شامل برنامه زماني خود

116مل برنامه هاي بعدي مي شوندو ديگر همسايه هائي كه در برنامه اوليه نيستند شا 115دارند

ها يك امر حسگرداشتن برنامه اصلي براي تمامي . كه گروه مختص خود را تشكيل مي دهند

از ديدگاه بهينه سازي .حسگرهائي شامل برنامه دوم نباشندحياتي است اما ممكن است

حداكثر . دمصرف انرژي اين جدول مهمترين عامل در استفاده بهينه از انرژي را ايفا مي كن

114

Schedule table 115

Primary schedule 116

Secondary schedule

59

تعداد همسايه هاي موجود در يك برنامه و همچنين حداكثر تعداد برنامه ها مي تواند به

. وسيله برنامه انتخاب شود

.در شكل زير يك جدول از محتويات موجود در برنامه هر حسگر را مشاهده مي كنيد

اطالعات موجود در جدول زماني هر برنامه) 2- 2جدول

،حال به توضيح پيرامون لزوم استفاده از اين جدول مي پردازيم

در حالت كلي به ازاي هر برنامه يك تايمر در حسگر وجود خواهد داشت كه پريودهاي

وجود بيش از يك برنامه در يك حسگر .تعيين مي كند حسگرخواب و بيداري را براي هر

اي ر انرژي هدر مي رود كه اين هزينهديگباعث مصرف سريعتر انرژي مي شود يا به سخن

بايستي در . پرداخت كرد حسگرها توسط هر است كه بايستي براي دنبال كردن همه برنامه

رنامه زماني را به عنوان يك هائي داراي يك ب حسگرنظر داشت كه در حالت كلي همگي

)2- 2(اني در شكل داراي دو برنامه زم حسگركار كردن يك . گيريم ميمجازي در نظر خوشه

.نشان داده شده است

60

داراي برنامه زماني دوم نيزهست Bحسگر) 2- 2 شكل

است و همچنين Aداراي يك برنامه اوليه مثل حسگر Bچنانچه از شكل پيداست حسگر

را ها بايستي همراه هر دو حسگر برنامه پس .است نيز Cداراي برنامه دوم هماهنگ با حسگر

فاوت تداراي ها ايستي در نظر داشت كه اين برنامهالبته ب ).به كانال گوش دهد( طي كند

پريود يكبار انجام مي 10به عنوان مثال ارسال بسته هماهنگ سازي كه هر . هائي نيز هستند

حال فرض كنيد . برنامه اول انجام مي پذيرد بسته هماهنگ كننده شود، فقط در زمان ارسال

با رجوع به جدول ابتدا چك مي كند . دارد Cيا Aبراي مقصد دادهارسال نياز به Bحسگر

مقصد در ليست همسايه ها وجود دارد، و سپس در ابتداي دوره گوش دادن حسگركه آيا

پس وجود . اقدام مي كند RTS كنترلي هاي مقصد، بيدار مي شود و به ارسال بسته حسگر

ا به مي شود تا حسگر بتواند با ديگر حسگرهباعث ) تايمرهاي مختلف( مختلف يها برنامه

. راحتي تماس برقرار كند

61

ليست همسايه ها )3- 6-8- 2

كند حداكثر هاي خود تهيه مي هر حسگر يك ليست از كليه همسايه SMACدر پروتكل

هم ليست . شود تواند توسط شخص استفاده كننده محدود هاي يك حسگر مي تعداد همسايه

. شود هاي هماهنگ كننده كامل مي ها توسط دريافت بسته ها و هم ليست برنامه همسايه

.ها شامل پارامترهاي مختلفي است كه در ليست زير نمايش داده شده است ليست همسايه

جزئيات ليست همسايه ها) 3- 2جدول

ها جستجو در ليست همسايه داشته باشد ابتداهنگامي كه حسگري قصد ارسال اطالعات را

حال . شود و اگر باشد آنگاه باقي مراحل پيگيري مي ها هست كند كه آيا جزء همسايه مي

، روال كلي سياست گذاري در امر فعاليت SMACپس از ارائه توضيحات مقدماتي پيرامون

وي حسگر در ابتداي امر انتخاب برنامه رماني از س. كنيم حسگر در شبكه را بيشتر روشن مي

.كنيم را با جزئيات دنبال مي

62

مراحل انتخاب برنامه اوليه)6-8-4- 2

دا براي يك ، در ابتكند در شبكه براي اولين بار شروع به فعاليت مي زماني كه يك حسگر

هاي كه بر حسب اينكه در اين مدت بستهدهد به كانال گوش مي) ثابت( خاص دوره

تواند داراي دو روال كاري جداگانه دريافت كند يا نه ميهماهنگ سازي ديگر حسگرها را

تنها مورد باقي مانده در توضيح اين قسمت اين است كه . شود كه در ادامه بررسي مي باشد

تمامي موارد ذكر شده در زير با فرض گوش دادن اوليه حسگر به مدت يك دوره همزمان

.گيرد انجام ميپريود خواب و بيداري است 10كامل كه شامل 117سازي

:اي عدم دريافت هيچ بسته هماهنگ كننده) الف

برنامه به عنوان برنامه اوليه حسگر اقدام به انتخاب يك ،در اين صورت در پايان اين دوره

در اولين معموالً. كند و تايمرهاي موجود بر اساس اين برنامه راه اندازي مي شوند مي) اصلي(

كند تا ديگر م به ارسال بسته هماهنگ كننده ميپريود پس از انتخاب اين برنامه، حسگر اقدا

. براي ارتباط با اين حسگر مشكلي نداشته باشند حسگرها

: دريافت بسته هماهنگ كننده ديگر حسگر ها ) ب

بدون شك، اين اولين بسته هماهنگ كننده حسگر خواهد بود، پس حسگر در در اينصورت

كند كه توسط بسته هماهنگ كننده مي اي گوش دادن اقدام به انتخاب برنامهپايان دوره

فرستنده به ليست حسگردر همين حين كه حسگر اقدام به اضافه كردن .است دريافت كرده

117

One SYNChronization period

63

كند، آماده مي سگر به عنوان برنامه اصلي خود مين حهمسايه ها و همچنين انتخاب برنامه اي

. نيز اطالع دهد حسگرهاي خود را به ديگر نتخابشود تا برنامه ا

ي زمانبنديبه روز كردن برنامه ها )6-8-5- 2

حسگر پس از دريافت هر بسته هماهنگ كننده اقدام به ، حال پس از انتخاب اولين برنامه

ns2بر اساس اطالعات موجود در نرم افزار . ها خواهد كرد برنامهها و ويرايش ليست همسايه

منصوب به جهت اين كار دو راه وجود دارد يكي از اين روشها در داخل كدهاي

jounnal –paper اي از جزئيات با هم است كه در پاره قرار دارد و ديگري در بيرون آن

را در نظر jounnal –paperداخل ايكده، اين پروژه در انجام يكل حالت در. تفاوت دارند

به حال به توضيح نسبت به قواعد. تر است كدهاي خارج آن بسيار كامل زيرا نسبت به. گرفتم

كدام يك از موارد در زمره SYNCبر اساس اينكه اين . مي پردازيم در اين كدها روز كردن

ةن را در موارد ذيل تقسيم ي متفاوتي پيش مي آيد كه مي توانحالتها قرار داشته باشد زير

. دبندي كر

اين اولين بسته هماهنگ كننده دريافت شده است ) الف

اين حالت فقط در زماني اتفاق مي افتد كه پس از پايان دوره اوليه گوش دادن حسگر برنامه

الت برنامه قبلي موجود از بين در اين ح. خود را بدون دريافت بسته هماهنگ كننده بر پا كند

گيرد بديهي است كه تايمرها بر اساس امه جديد دريافت شده جاي آنرا ميرود و برن مي

64

فرستنده در ليست حسگرالبته شايان ذكر است كه .شوند اندازي مي د مجدداً راهبرنامه جدي

).به عنوان اولين همسايه(همسايه ها اضافه خواهد شد

نيست كه دريافت اين بسته هماهنگ كننده اولين بسته از اين نوع )ب

شود مي

،حالت مختلف امكان پيشامد دارد كه در ذيل به تفصيل بحث مي شود پنجدر اين مورد

ها يعني آدرس آن در ليست همسايه( ت يگ همسايه قديمي اس) فرستنده( اين حسگر )1

اين مورد از بسته (برنامه خود را تغيير نداده است همچنين اين حسگر ) . باشد موجود مي

SYNC دريافت شده و اطالعات موجود در قسمتstate در اين ). قابل استخراج است

به روز مي SYNCحالت برنامه مصادف با اين حسگر بر اساس زمان خواب موجود در بسته

شود

بسته نسبت به آخرين بار كه همسايه قديمي است اما برنامه آن حسگر فرستنده يك )2

SYNC در اين قسمت سه حالت زير بايستي به ،ر كرده استيتغي ن حسگر دريافت شدهاي

: ترتيب انجام شود

I ( ابتدا بايستي از برنامه قبلي حسگر شروع كرد، يعني در ليست برنامه ها از تعداد

ئي كه از اين برنامه استفاده حسگرهاتعداد ( هاي موجود در ليست برنامه حسگر

65

يكي كم شود و اگر اين تعداد به صفر رسيد برنامه موجود را از ليست ) كنند مي

. خارج كند

II( هاي جاي خالي اگر ليست برنامه. برنامه جديد حسگر مورد پردازش قرار گيرد

در غير اينصورت اين . اين برنامه به ليست افزوده مي شود) هنوز پر نشده است( دارد

. گردد ذف ميحسگر از ليست خارج شده و ح

III( اگر برنامه قبلي حسگر، برنامه اصلي دريافت كننده بود، نياز به بررسي برنامه

ي به از طريق اجراي دستور SYNCاين كار در ( اصلي خود حسگر است

موجود اين پروتكل C++ پذيرد كه در كد انجام مي check_my_scheduleنام

تنها حسگر موجود در اين برنامه ت كنندهدريافدر اين بررسي اگر حسگر ) باشد مي

ها را به عنوان برنامه اصلي خود باشد، بايستي دومين برنامه موجود در ليست برنامه

. برگزيند و برنامه اوليه قبلي را حذف كند

برنامه خود را تغيير داده است ولي برنامه كهحسگر فرستنده يك همسايه قديمي است )3

در اين حالت دو مورد زير . باشد هاي حسگر گيرنده موجود مي جديدش در ليست برنامه

. بايستي بررسي شود

I( ابتدا بايستي از برنامه قبلي حسگر شروع كرد، يعني در ليست برنامه ها ،مانند قبل

حسگرهائي كه از اين برنامه تعداد ( هاي موجود در ليست برنامه حسگراز تعداد

و اگر اين تعداد به صفر رسيد برنامه موجود را از يكي كم شود ) كنند استفاده مي

.ليست خارج كند

66

II( شود برنامه اي كه حسگر به آن تغير برنامه داده است به روز مي ) استفاده از

تعداد همچنين به و) شده ود در بسته هماهنگ كننده دريافت زمان خواب موج

. ي موجود در اين برنامه يكي اضافه شودحسگرها

و همچنين ) ها وجود ندارد در ليست همسايه(فرستنده يك همسايه جديد است حسگر )4

ها و ليست برنامه هر دو برنامه زماني آن نيز جديد مي باشد در اين حالت اگر ليست همسايه

.شود ها افزوده مي به ليست جاي خالي داشته باشند اين حسگر همراه با برنامه زماني خود

ها وجود سايه جديد است اما برنامه زماني آن در ليست برنامهحسگر فرستنده يك هم )5

و اگر . شود در اين صورت برنامه موجود با اطالعات دريافت شده از اين حسگر به روز مي. دارد

تعداد به شود و همچنين ها پر نباشد، حسگر فرستنده به اين ليست افزوده مي ليست همسايه

. خواهد شدافزوده ي موجود در اين برنامه يكيحسگرها

118جستجوي دوره اي همسايه ها) 6-8-6- 2

امكان دارد دو حسگر كه در رنج SMACهاي استفاده كننده از در بعضي مواقع در شبكه

طول قرارداديهيچگاه همديگر را پيدا نكنند چون كه در حالت قرار دارند، راديوئي يكديگر

دهد پس امكان از كل پريود گوش دادن و خواب را تشكيل مي% 10دوره گوش دادن فقط

ايده اصلي براي . همپوشاني نداشته باشند يكديگردارد كه دوره گوش دادن در دو حسگر با

ك دوره كامل هماهنگ سازي به يبراي حسگرهاها اين است كه اي همسايه جستجوي دوره

118

Periodical neighbor discovery

67

رود و تا پايان يك دوره طول اين دوره، حسگر به حالت خواب نمي در. كانال گوش دهند

با اعمال اين سياست احتمال كشف . دهد كامل هماهنگ سازي به كانال گوش مي

شود، البته با اين ترتيب ميزان مصرف هائي كه از ديد حسگر پنهان هستند بيشتر مي همسايه

ئي داراي حسگرها( ي مرزي حسگرهاروش در اجراي اين .يابد انرژي نيز به مراتب افزايش مي

مدت زمان و )3-2(شكل. شود فقط در برنامه اوليه اجرا مي) زمانبندي بيشتر از يك برنامه

.دهد دفعات تكرار اين عمل را نشان مي

ها اي همسايه دوره هاي تكرار جستجوي دوره) 3- 2شكل

چيزي را كه بايد در اينجا به آن توجه كرد پريود تكرار اين عمل است كه داراي دو حالت

سيكل 33سازي يكبار و حالت دوم هر حالت اول هر دو سيكل هماهنگ. باشد مي متفاوت

شود كه ليست حالت اول در صورتي اجرائي مي. شود هماهنگ سازي يكبار اجرا مي

شود كه ليست در صورتي اجرا مي) سيكل يكبار33(دوم ها خالي باشد و حالت همسايه

اي با اين كار يعني تكرار سريعتر جستجوي دوره . ها حداقل داراي يك عضو باشد همسايه

68

شود ولي گرچه اين عمل باعث مصرف بيشتر انرژي مي ها در حالت بدون همسايگي، همسايه

. شانس پيدا كردن همسايه جديد افزايش خواهد يافت

اي ليست همسايه ها به روز كردن دوره )6-8-7- 2

دارد تا از دريافت بسته هماهنگ كننده اي ليست همسايه ها هر حسگر نياز به بررسي دوره

در صورت عدم دريافت بسته هماهنگ كننده، آن . اطمينان حاصل كند به صورت مداوم آنها

كار بسيار مهم و داراي اين .)گردد حذف مي(شود ها خارج مي حسگر از ليست همسايه

ي از رده خارج شده، ليست همسايه حسگرهااهميت باالئي است چون كه ابتدا با حذف كردن

از طرف ديگر نيز از مصرف انرژي ،كند ها جاي خالي جهت اضافه كردن عضو جديد پيدا مي

كه بايستي صرف فرستادن اطالعات و صحبت كردن با يك حسگر مرده شود، پرهيز بيهوده

.شود مي

در انتهاي زمان . از يك تايمر جهت كنترل اين به روز كردن استفاده مي شود SMACدر

: انقضاي تايمر مراحل زير به ترتيب اجرا مي شود

شود كه آيا حسگر آماده ارسال اطالعات در اولين مرحله بررسي مي :مرحله اول

اگر جواب مثبت باشد به روز كردن ليست را تا پايان ارسال . هست حسگرهابه ديگر

و اگر اطالعاتي جهت ارسال نداشته باشد تا پايان به روز كردن . دفتبه تعويق مي ا

. كند ليست از دريافت اطالعات جديد از اليه هاي باالئي جهت ارسال ممانعت مي

69

. شود ست برنامه به روز ميها در هر لي در اين قسمت تعداد همسايه :مرحله دوم

هاي شود كه بسته هماهنگ كننده بعضي از همسايه اين عمل به اين علت انجام مي

به برنامه زماني ديگري تغيير كرده و ) مثالً برنامه زماني اوليه( قديمي از يك برنامه

در هنگام دريافت اين بسته هماهنگ كننده حسگر گيرنده حاوي بسته هائي جهت

ي موجود در ليست برنامه زماني حسگرهاده و در نتيجه به روز كردن تعداد ارسال بو

. به آينده موكول شده است

، بدين صورت شود ها به روز مي در اين قسمت ليست همسايه :مرحله سوم

اگر جواب مثبت . شود كه آيا اين همسايه به تازگي فعال گرديده است بررسي مي

ز كردن ليست همسايه ها تاكنون بسته هماهنگ يعني از دوره قبلي به رو( باشد

پرچم فعال بودن براي اين حسگر مجدداً صفر ) باشد كننده اين حسگر دريافت شده

اين عمل جهت بررسي دوره بعدي به روز كردن ليست همسايه ها الزامي . گردد مي

وز كه معني آن اين است كه از دوره قبلي به ر( حال اگر جواب منفي باشد. باشد مي

اين ) هاي تاكنون بسته هماهنگ كننده اين حسگر دريافت نشده است كردن همسايه

هاي و به تبع بايستي تعداد همسايه. گردد ها حذف مي حسگر از ليست همسايه

ي موجود در ليست حسگرهاداراي اين برنامه زماني يكي كاهش يابد و اگر تعداد

ها حذف گردد و نامه از ليست برنامهبرنامه پس از حذف به صفر رسيد بايستي اين بر

. يحات قبل عمل كردضاگر كه اين برنامه اوليه باشد بايستي طبق تو

70

-check- myبايستي بخشهاي پيشين طبق توضيحات :مرحله چهارم

schedule اجرا شود .

بايستي ) ها ن ليست همسايهبه روز كرد( مجدداً تايمر اين قسمت : مرحله پنجم

. دگردريزي شود تا براي مرحله بعد آماده برنامه

بررسي شود اين است كه طول مدت زمان دوره به در اينجا فقط تنها موردي كه بايستي

با در نظر . سازي بيشتر باشد ها بايستي از طول زماني يك دوره همزمان روز كردن همسايه

.كل زير مي توان دليل اين امر را بررسي كردشگرفتن

بررسي طول زماني تكرار به روز كردن ليست همسايه ها) 4- 2شكل

ها از طول دوره همزمان سازي به روز كردن همسايه تكرار بر طبق شكل اگر طول دوره

در فاصله و شود كه كامالً فعال بوده هاي مي باشد منجر به حذف همسايه) كوچكتر( كمتر

ها از همسايه ليست تكرار به روز كردن پس بايستي طول دوره. باشند راديوئي حسگر مي

كه در همسايگي هم B و Aدر شكل دو حسگر . طول دوره تكرار همزمان سازي بيشتر باشد

71

حال تصور كنيد كه دوره تكرار به . كنند قرار دارند بسته همزمان سازي يكديگر را دريافت مي

Aباشد و حسگر كوچكتر SYNCهاي از دوره تكرار ارسال روز كردن ليست همسايه

با توجه به شكل كامالً واضح است . را دريافت كند Bهميشه نيز بسته همزمان سازي حسگر

ها كه در هر دوره ارسال بسته همزمان سازي كه پس از اجراي به روز كردن ليست همسايه

ت از آنجا كه هر دو بار اجراي به روز كردن ليس. افتد افتد چه اتفاقي مي دو بار اتفاق مي

شود پس لزوماً در دوره دوم دريافت مي Bسازي حسگر ها فقط يكبار بسته همزمان همسايه

، از آنجا كه از دور قبل اجراي اين A ها توسط حسگر اجراي به روز كردن ليست همسايه

از ليست Bقسمت تاكنون بسته هماهنگ كننده حسگر مذكور دريافت نشده پس حسگر

سازي حذف خواهد شد يعني تا دريافت دوباره بسته همزمان Aهاي حسگر همسايه

ناشناخته خواهد بود و در اين Aبراي Bدريافت نشود حسگر Aتوسط حسگر Bحسگر

همواره Bتواند بفرستد كه اين نامطلوب است زيرا حسگر نمي Bمدت هيچ پيغامي را براي

. وجود داشته و فعال است

2 -6-8 -٨ (CSMA/CA درSMAC

هاي ارسالي مكانيسم براي جلوگيري از تصادم بين بسته SMACدر حالت كلي پروتكل

ريزي براي هر حسگر كنترل پريودهاي خواب و اين برنامه. ريزي استفاده مي كند برنامه

يك پروتكل با بنيادي جدولي SMACرسد كه دهد از اين ديد بنظر مي بيداري را انجام مي

با وجود اين . باشد مي د دسترسي به رسانه با تقسيم زمان يا فركانسيا برنامه ريزي شده مانن

اين پروتكل ،با در نظر گرفتن طريقه كنترل پروتكل بر انتقال اطالعات و جلوگيري از تصادم

72

هاي بكار گرفته كنيم كه مكانيسم كند در اين بخش تالش مي بيشتر جنبه رقابتي پيدا مي

. يشتر بررسي كنيمشده جهت جلوگيري از تصادم را ب

بررسي اشغالي كانال )6-8-8-1- 2

هاي مجازي انجام از دو طريق اليه فيزيكي و مكانيزم SMACبررسي اشغالي كانال در

اليه فيزيكي و ( شود اگر هر دوي اين موارد كانال به عنوان آزاد در نظر گرفته مي .گردد مي

در اليه فيزيكي اين امر با بررسي .داشته باشدآزاد بودن كانال داللت بر )هاي مجازي مكانيزم

گردد هر زمان كه ارسال يا دريافتي در كانال امواج راديويي موجود در كانال بررسي مي

اين امر همچنين در . دهد اطالع مي دسترسي به رسانهصورت گيرد اليه فيزيكي آن را به اليه

اطالع داده خواهد MACنيز به اليه ) ال اشغال بودن كان( مورد اتمام دوره ارسال يا دريافت

واضح است در حين ارسال يا دريافت توسط خود حسگر نيز كانال بدون نياز به استفاده از . شد

اليه ال كه درشود و اما بررسي مجازي كان اليه فيزيكي بعنوان اشغال در نظر گرفته مي

MAC بنام تايمرشود توسط نوعي انجام ميNAV دگير انجام مي. NAV هر زمان كه

ي زمان نباشد با استفاده از اطالعات حسگراي توسط حسگر دريافت شود كه مقصد اين بسته

در هر بسته اطالعات زماني وجود دارد . شود كه در بسته وجود دارد اين تايمر فراخواني مي

.ديكش خواهدكند تا پايان ارسال اين بسته از لحاظ زماني چه مدت طول كه بيان مي

مرحله مجازي بررسي كانال NAVبا استفاده از اين زمان و انتقال اين مدت به تايمر

ا زماني كه به صفر كند و ت اين تايمر به سمت صفر شروع به كاهش مي شود، شروع مي

شايان ذكر است كه براي كاهش مصرف انرژي .دهد كه كانال اشغال است نرسيده نشان مي

73

تماسهاي راديوئي رود و كليه حسگر به حالت خواب ميالف صفر است مخ تايمرزماني كه اين

نيز استفاده NAV تايمرنوع ديگري از SMACكند در پروتكل خود را خاموش مي

ها كه مقصود از آن داللت بر اشغال بودن كانال در صورت همسايه NAVشود به نام مي

ها با خود مربوط به تماس همسايهتايمر مخالف صفر بودن اين تايمر است در يك سخن اين

NAVشود كه عالوه بر اليه فيزيكي هر دو تايمر ر است و فقط زماني كانال آزاد ميحسگ

. تفاوتهاي اين دو نوع تايمر توضيح داده شده است )4-2(مساوي صفر باشند در جدول

NAVتفاوت هاي موجود در دو نوع )4- 2جدول

اين تايمر زماني شروع به كار . هاي دارد تفاوت با تايمر قبلي در ديدي كلي تر اين تايمر

حسگرهابا ديگر ) انتقال اطالعات( كند كه خود حسگر قصد ارسال يا دريافت اطالعات مي

يكي از كاربردهاي . هاي مهمي را ايفا مي كند اين تايمر از بعضي جهات نقش. داشته باشد

ارسال يا دريافت ) RTS, CTS( كه بسته اي اين تايمر جهت كمك به حسگر زماني است

74

شود شده و براي مرحله بعد يك مدت زمان خاص براي حسگر زمان انتظار در نظر گرفته مي

فرض كنيد كه حسگري . شود ها مقدار دهي مي همسايه NAV تايمركه اين مدت زمان در

فرستد و منتظر دريافت را مي RTSابتدا بسته دادهقصد ارسال اطالعات دارد براي ارسال

. گردد شود ولي اين انتظار محدود است و اين مدت در تايمر مذكور اجرا مي مي CTSبسته

هاي خاصي براي اين امر در پنجره. پردازيم مي SMACحال به بررسي شيوه ارسال در

در است كه از قبل هاي خاص از پنجره مدت زمان منظور .شود دسترسي به رسانه انجام مي

SMAC يكي از اين پنجره . دو پنجره براي دسترسي به رسانه وجود دارد. مشخص شده اند

ها در مدت معين شده جهت ارسال بسته هاي هماهنگ كننده و ديگري در مدت معين شده

.باشد مي دادهجهت ارسال

ي اين اندازه ها برا ns2موجود در SMACدر ( .هر دو پنجره داراي طول ثابت است

در اينجا بايستي متذكر شويم كه در بعضي ) است 63 دادهو براي پنجره 31پنجره هماهنگي

مواقع يك پنجره سومي هم براي رقابت بر سر تصاحب رسانه وجود دارد كه مربوط به گوش

در ادامه جهت ارسال . دادن وفق پذير شده است كه در آينده توضيح داده خواهد شد

هنگامي كه حسگري قصد ارسال . د وش ميبيشتر توضيح داده هاي هماهنگ كننده بسته

در ابتداي امر بايستي هر دو . كند بسته هماهنگ كننده را دارد ابتدا شرايط ارسال را چك مي

NAV حسگر ) آزاد بودن مجازي كانال ( بررسي شوند و در صورت صفر بودن هر دو تايمر

آنگاه اقدام به بررسي . ز خواب بيدار شودشود سپس حسگر بايستي ا آماده ارسال بسته مي

مدت زمان اين بررسي كانال ثابت و بر اساس پارامترهاي . كند كانال در اليه فيزيكي مي

. پس از اين بررسي امكان رويداد دو حالت وجود دارد. خاص است

75

پس از اين گوش دادن امكان دارد كه حسگر چيزي را دريافت نكرده باشد )1

. فرض كرده و شروع به ارسال اطالعات مي كند) آزاد(بنابراين كانال را خالي

را اشغال دريابد و بنابراين ارسال بسته را به امكان دارد در حين بررسي كانال، آن )2

بعد نيز هايدر پريود .ماند منتظر ميآورد و تا پريود بعدي ليق در ميعحالت ت

. بسته ارسال گردد زماني كه شود تا همين مراحل تكرار مي

SMACجلوگيري از تصادم در ) 6-8-8-2- 2

اي از تعداد به ميزان قابل مالحظه RTS/CTSدانيم استفاده از مكانيسم چنانچه مي

. سازد را نيز مرتفع مي هاي پنهان حسگركاهد و همچنين تا حدودي مشكل ها مي تصادم

رود و از داده بين دو حسگر به كار مياين روش به كار رفته در اين پروتكل قبل از ارسال

اما بايستي در نظر داشت . رزرو كردن كانال تا پايان دوره انتقال اطالعات است ،هاي آن مزيت

برد و در بهره مياز اين روش ) صد يكتا استمق( 119كه فقط انتقال اطالعات به صورت يكتا

بدون استفاده از روش ) مقصد بيش از يك حسگر است( 120انتقال اطالعات به روش گروهي

.پردازيم حال به توضيح كامل ارسال يكتا مي. ورزند فوق به انتقال اطالعات مبادرت مي

ز يشتر عنوان شد مكانيسم بررسي مجازي كانال با استفاده از اطالعات دريافتي اپچنانچه

. كانال است) محدود( ، حاوي اطالعات مفيدي از وضعيت فعلي و آينده حسگرهاديگر

گنجانده CTSو RTSهاي اطالعات جهت رزرو كردن كانال جهت انتقال اطالعات در بسته

119

Unicast 120

broadcast

76

هاي بسته. )نيز وجود دارد Data و ACK هاي همچنين در بسته اين اطالعات(شده است

CTS وRTS بر اين . كنند اقدام به رزرو كانال مي) شروع تا اتمام انتقال( براي كل انتقال

ي فرستنده و گيرنده فعال هستند، حسگرها) همسايگي(حسگرهائي كه در مجاورت اساس

با استفاده از اطالعات زماني موجود در ) CTS,RTS( كنترلي هاي پس از دريافت اين بسته

تا پايان انتقال سكوت اختيار كرده و كانال را ،مرتبط است دادهها كه به طول بسته اين بسته

ن تصادم صورت گيرد اين امر از جهت مصرف انرژي براي وگذارند تا انتقال بد آزاد مي

.ئي كه سكوت كرده اند نيز بسيار كارآمد استحسگرها

كند اما اين ولي اگرچه اين سياست به ميزان قابل توجهي از بروز تصادم جلوگيري مي

شرايطي را در نظر بگيريد كه دو حسگر ،كند براي توضيح ل را به صورت كامل حل نميمشك

كه قصد ارسال اطالعات دارند و در مجاورت هم نيز هستند بررسي كانال را هر دو با هم به

بنابراين تصادم غير قابل . پايان برسانند و همزمان شروع به ارسال اطالعات در يك زمان بكنند

هد بود در ادامه به توضيح جزء به جزء شيوه ارسال يك بسته به روش انتقال خوا پيشگيري

را كه داراي يك برنامه زماني كاري يكسان هستند Aو Bدو حسگر . يكتا خواهيم پرداخت

) . قرار دارند يكديگراين دو حسگر در ليست همسايگي ( را در مجاورت هم در نظر بگيريد

Bهاي باالئي جهت حسگر اي را دريافت كند كه از اليه تهبس Aحال تصور كنيد اگر حسگر

اگر اين دريافت در قسمت خواب دريافت شود بررسي كانال بالفاصله شروع . توليد شده است

البته تا ( افتد پريود بعدي و رسيدن بخش بيداري به تعويق ميشروع نمي شود و اين كار تا

) هاي هماهنگ سازي بايد صبر كند بسته و نه فرا رسيدن قسمت دادهفرا رسيدن قسمت

77

مراحل ارسال بسته را قدم به قدم طي Aپيشين توضيح داده شد هاي چنانچه در بخش

. كند مي

.را مشاهده كرد دادهتوان يك حالت ممكن از انتقال با توجه به شكل زير مي

SMACمراحل ارسال در پروتكل ) 8- 2شكل

ي برنانه زماني يكسان هستند كه دارا B,Aدو حسگر فوق پيداست چنانچه از شكل

را انتقال دادهكنند تا بتوانند بسته را چگونه با هم رد و بدل مي RTSو CTSهاي بسته

است و همچنين بايستي دقت كرد كه دادهنكته قابل توجه طراحي دقيق طول بسته . دهند

دادهديگر ثابت بودن طول بسته تهنك. ب انتقال مي يابددر زمان مربوط به خوا دادهبسته

تا ) داده( است كه انتقال اين بسته چنانچه گفته شد از زمان مربوط به زير بخش گوش دادن

% 10كه اغلب كم و حدود SMACكاري پائين خواب ادامه مي يابد بر اساس چرخهزمان

سيكل قال داده تابيشتر خواهد بود و انت است طول دوره خواب به مراتب از دوره گوش دادن

تا Aو Bي حسگرهاچنانچه در شكل نيز پيداست در اين انتقال . بعدي ادامه نخواهد يافت

رسانند و هاي هماهنگي سيكل بعدي كار خود را به اتمام مي قبل از فرا رسيدن دوره بسته

78

آيد كه حتي مدتي زمان نيز جهت خواب در اختيار دارند البته اين امر در صورتي به وجود مي

. پردازيم به بررسي تصادم ميدر اين قسمت حال . از گوش دادن وفقي استفاده نشود

يعني اينكه هر دو . اقدام كند RTSبه ارسال Aبا همزمان تقريباً Bفرض كنيد حسگر

اي را جهت ارسال دريافت كنند و پس از چك كردن هاي باالئي بسته حسگر همزمان از اليه

ها را ارسال كنند پس دو بسته RTS، همزمانو بررسي كانال )چه گفته شدچنان( مراحل قبل

RTS بسته شود بنابراين در جواب هيچ با هم تصادم كرده و در مقصد دريافت نميCTSي

.فرستاده و دريافت نخواهد شد

دريافت يعني زماني كه تايمر مربوط به( RTSپس از مدت زمان كمي از ارسال بسته

حال پس از انقضاي اين مدت زمان اگر . دهد به كانال گوش مي )ي شودقضمن CTSبسته

رود و تمامي برنامه زماني حسگر به زمان خواب آن رسيده باشد، حسگر به ناچار به خواب مي

و هنگامي كه . كند خاموش مي) خواب ( هاي راديوئي خود را تا انتهاي اين مدت تماس

در برنامه زماني حسگر از راه برسد، حسگر مجدداً دادهسال مجدداً دوره بعدي مربوط به ار

حداكثر تعداد . كند ميرا شروع CTSو دريافت RTSتالش در جهت ارسال بسته

باشد و اگر محدود مي CTSو عدم دريافت دادهبراي يك بسته RTS هاي بسته ارسال

خاص به اين حسگربا مقصد يك دادهجهت ارسال يك بسته RTSهاي پياپي بسته ارسال

كند و به مربوط به آنرا متوقف مي RTS ، ارسال اين بسته وتعداد از پيش تعيين شده برسد

. دهد هاي باالئي آن در مورد شكست در ارسال اين بسته اطالع مي اليه

جلوگيري از استراق سمع) 6-8-9- 2

79

ترين منابع هدر رفت انرژي اصلي ، استراق سمع يكي ازهائي با بنيادي رقابتي در پروتكل

هاي را دريافت كند كه دريافت افتد كه حسگري بسته استراق سمع زماني اتفاق مي. است

جهت دستيابي به كارآئي بهتر در استفاده از يك كانال و استفاده از . كننده اصلي آن نباشد

هائي همسايگانش كه بررسي مجازي كانال بايستي به هر حسگر اجازه داد تا به تمامي تماس

جهت انتقال اطالعات صورت مي گيرد گوش دهد، واضح است كه اين امر منجر به افزايش

گردد خصوصاً اگر به وسيله استراق سمع مي) انرژي هدر رفتن( قابل مالحظه مصرفي انرژي

زياد و همچنين داراي ترافيك سنگين باشد اين امر به مراتب بيشتر نمايان حسگرها دتعدا

.خواهد شد

جوئي هر چه بيشتر انرژي در درجه هدف اوليه اين پروتكل صرفه SMACاما در طراحي

حسگرها SMACجهت دستيابي به اين منظور و كاهش اثرات استراق سمع، . اول قرار دارد

حسگرهاكه متعلق به ديگر CTSو يا RTSهاي محض دريافت بستهكند به را وادار مي

دادههاي حسگرهاي ديگر بستهاست، به حالت خواب برود بنابراين با استفاده از اين روش

هاي ول به مراتب بيشتري نسبت به بستهارسالي را گوش نخواهند داد كه عمدتاً داراي ط

.شكل و مثال زير را در نظر بگيريدجهت وقوف كامل به اين امر . دنكنترلي دار

يك شبكه متشكل از شش حسگر) 9- 2شكل

80

تر به خود را ي نزديكحسگرهاحسگر است كه هر حسگر تنها 6اين شكل متشكل از

حسگر داراي يك برنامه زماني خواب و بيداري 6شنود و همچنين تصور كنيد كه هر مي

را دارد و Bقصد برقراري ارتباط با حسگر Aو حال فرض كنيد كه حسگر باشند مييكسان

.ديرگ ده قبلي انجام ميشاين عمليات توسط تمامي موارد گفته

رتباط به خواب بايستي حين برقراري اين ا حسگرهاكنيم كه كدام يك از حال بررسي مي

افتد پس با در نظر گرفتن ميه اتفاق در گيرند اغلب دانيم كه تصادم از طرفي مي. بروند

شروع بنابراين بايستي با. است Dجهت ايجاد تصادم حسگر حسگر مستعد ، در اينجاشكل

Fو Cي حسگرهارود ببه حالت خواب Dهاي كنترلي حسگر عمليات ارسال و تبادل بسته

B حسگرعمليات دريافت در پس در ،نيستند Bچون در فاصله راديوئي حسگر گيرنده يعني

در فاصله Cاز طرف ديگر بايستي در نظر داشت كه گرچه حسگر . تأثير گذار نخواهند بود

گرجه در قدم آخر و دريافت ( آنرا مخدوش كند دريافت تواند نيست و نمي Bراديوئي حسگر

ACK اين صحبت كردن C هاي افت بسته و باعث ارسال مجدد بستهتواند مانع دري مي

Eاي براي حسگر قصد ارسال بسته Cولي فرض كنيد كه در همين حين حسگر ) قبلي گردد

Aاز آنجا كه حسگر Eبه مقصد حسگر C از RTSرا داشته باشد مسلماً پس از ارسال بسته

نمي تواند Cدهد پس حسگر را انجام مي Bدر همين حين كار انتقال اطالعات به حسگر

دريافت كند بنابراين، يك ارتباط و ارسال بي حاصل را انجام داده كه را Eحسگر RTSبسته

Cبنابراين بهتر است كه حسگر . هيچ سودي جز هدر رفتن انرژي براي حسگر نداشته است

81

ده در رنج راديوئي فرستنده يا گيرن Eو Fي حسگرهااز طرف ديگر . نيز به حالت خواب برود

. باشد حسگرها نميبه حالت خواب براي اين نوع باشند بنابراين نيازي به رفتن نمي

در .كنيم كه چه زماني بايستي به خواب بروند بحث مي Cو Dي حسگرهاحال در مورد

باشد مي Aهمسايه حسگر Cاز آنجا كه حسگر ،بايستي به حالت خواب برود Cابتدا حسگر

به . كند نيز دريافت ميارسال شده را Bكه براي حسگر Aارسالي حسگر RTSپس بسته

رود چونكه هنوز هيچ تعهدي به خواب نمي RTSپس از دريافت بسته Cهر حال حسگر

بنابراين به كانال گوش ) نشود امكان دارد تماس برقرار(جهت برقراري ارتباط دريافت نكرده

. فرستاده خواهد شد Aشود كه در جواب حسگر مي CTSدهد و منتظر دريافت بسته مي

به هر . رود فت كند بالفاصله به حالت خواب ميرا دريا Bحسگر CTSبسته Cاگر حسگر

. كند را دريافت نمي Aحسگر تارسالي جه CTSهرگز بسته Cحال حسگر

دادهيا شروع ارسال بسته CTSكار گوش دادن به كانال را جهت دريافت بسته Cحسگر

را شروع به دريافت كند با ) داده( بسته اطالعاتي Cمحض اينكه حسگر به . دهد ادامه مي

فهمد و را مي دادهاستفاده از اطالعاتي كه در سر فايل اين بسته وجود دارد طول دقيق بسته

يا CTSرود و اگر در اين پريود هيچ بسته به خواب مي دادهتا پايان ارسال و انتقال بسته

دهد و سپس به پايان دوره گوش دادن و بيداري به فعاليت ادامه ميي دريافت نكند تا ا داده

كه Dاما براي حسگر . )چنانچه در برنامه زماني اين حسگر ذكر شده بود(رود خواب مي

. است شرايط قدري متفاوت خواهد بود Bهمسايه حسگر

ارسال Aكه جهت حسگر Bمربوط به حسگر CTSبه محض دريافت بسته Dحسگر

پس از دريافت Dماند حسگر تا پايان اين انتقال در خواب مي رود و به حالت خواب مي شده،

82

با استفاده از اطالعات زماني موجود در بسته ( خود را به روز كرده NAV تايمر CTSبسته

CTS ( رود ميو بالفاصله به خواب .

انتقال پيام) 6-8-10- 2

،شود هائي با پايه بنيادي رقابتي مي در رفتن انرژي در پروتكلبه جز استراق سمع كه باعث ه

در اين بخش . مي توان از سر بار نيز به عنوان يك عامل مهم در اين هدر رفتن انرژي ياد كرد

دانيم كه خوب مي. هت كاهش سربار بررسي كنيمرا ج SMACكنيم تا استراتژي تالش مي

كجا چه ريسك بزرگي كانال پر اتالف به صورت ي انتقال يك بسته پيغام بزرگ از طريق يك

اين پيغام تغيير از تكه فقط يك يا دو بي باشد چون حتي هنگامي در پي داشته تواند مي

عني اتالف زياد انرژي و كرده باشند نيازمند ارسال مجدد تمامي پيغام خواهيم بود كه اين به م

. است كه هزينه سنگيني داردبروز تأخير زياد

ها و ارسال ين گونه بستهاز جزء جزء كردن ا SMACها مانند بنابراين بعضي پروتكل

) تقسيم كردن( پس از جزء جزء كردن SMACدر . شوند مند مي تك تك اين اجزاء بهره

شوند كه اين به ها با هم ارسال مي اين پيغام به اجزائي با طول خاص همگي اين قسمت

ا اين نياز است و ب RTS/CTSها فقط يك بسته ين پيغامآن است كه جهت ارسال ا معني

CTSهاي كنترلي رسانه تا پايان انتقال رزرو خواهد بود ولي گيرنده عالوه بر ل بستهتباد

83

دريافت بدون اشكال اين ACKبايستي پس از دريافت هر جزء با ارسال يك بسته كنترلي

فت صحيح هر جزء از پيغام توسط گيرنده جزء از پيغام را به فرستنده اطالع دهد، عدم دريا

مربوطه را در پي خواهد داشت بنابراين در فرستنده تايمر ACKعدم ارسال بسته كنترلي

مربوط به اين ACKاز گيرنده به پايان خواهد رسيد و چون بسته ACKمخصوص دريافت

حدوديت يك م SMACدر . جزء دريافت نشده است پس اين جزء مجدداً ارسال خواهد شد

هاي هاي اين چنيني نيز وجود دارد و اگر اين ارسال جهت تعداد تكرار ارسال مجدد بستهنيز

اين امر از آن . گردد عث تعليق كردن ارسال كل پيغام ميمجدد از تعداد خاصي فراتر رود با

بي ته بيش از حد انرژي ،از اشغال شدنجهت ارزش دارد كه عالوه بر جلوگيري از هدر رف

حال شرايطي را در نظر بگيريد كه به هر دليل .آورد مورد كانال نيز جلوگيري بعمل مي

را دريافت CTS/RTSحسگر كه در مجاورت دو حسگر فرستنده يا گيرنده قرار دارد بسته

روال كاري زير را طي بايستي اين حسگر در هنگام بررسي كانال در اين صورت. نكرده باشد

.كند

هاي كليه بسته CTS/RTSهاي كانيسمي طراحي شده است كه بستهم SMACدر

حاوي اطالعاتي ) Data-ACK( گيرند ديگر كه جهت ارسال يكتا مورد استفاده قرار مي

فهماند كه از مي حسگرهااين اطالعات به كليه .باشند NAV تايمرجهت به روز كردن

براي توضيح . ستزماني باقي مانده ا هنگام دريافت اين بسته تا پايان كامل ارسال چه مدت

.توجه كنيد) 10-2(بيشتر به شكل

84

NAVمراحل مختلف به روز كردن تايمر ) 10- 2شكل

3به كنيد اين شكل شامل ارسال يك پيغام است كه چنانچه در شكل فوق مشاهده مي

اين روش به كار رفته در . شود تقسيم شده است و به صورت يكجا ارسال مي) جزء(بخش

SMAC هاي حسگرعالوه بر پائين آوردن هزينه احتمالي اتالف اطالعات در كانال مشكل

كه ACKهاي كنترلي چون با استفاده از بسته. سازد پنهان را نيز تا حدود زيادي حل مي

نده گير CTSهاي اطراف گيرنده كه موفق به دريافت حسگرشود توسط گيرنده ارسال مي

خود را به روز كرده و از NAV تايمرتوانند مي ACKهاي اند پس از دريافت بسته نشده

آنچه گفته بنابر. مورد جلوگيري كنند و همچنين احتماالً استراق سمع بيتصادم احتمالي

هاي بزرگ را بر شمرديم در ارسال پيغام جهت كاهش سربار SMACشد، مكانيسم كلي

هاي جزء جزء شده پيغام است كه اين عمل مانده كنار هم گذاردن بستهباقي فقط تنها نكته

لم به صورت مرتب و سا را باشد تا پيغام گرفته شده فه اليه دسترسي به رسانه حسگر ميوظي

. هاي باالئي دهد تحويل اليه

85

گوش دادن وفق پذير ) 11- 6-8- 2

از جهت . كنيم را بررسي مي SMACهاي مهم و مختص خش يكي از مكانيسمدر اين ب

كاهش گوش دادن به كانال بيكار، شايد كه پريودهاي خواب و بيداري مفيد واقع شوند اما از

گرچه هر دو .گردد ري باعث افزايش تأخير در شبكه ميطرفي اين پريودهاي خواب و بيدا

، اما ندا ها در كاهش تأخير نقش داشته ن پيغاممكانيسم همزمان سازي و جزء جزء كرد

. پذير به ميزان بسيار زيادي در اين مقوله اثرگذار ظاهر شده است مكانيسم گوش دادن وفق

را در نظر ) 11-2شكل .براي بررسي اين مكانيسم با استفاده از شكل و مثال پيش مي رويم

.بگيريد

پذيريك توپولوژي ساده جهت بررسي گوش دادن وفق ) 11-2شكل

در اين شكل .حسگر وجود دارند كه در يك خط مانند شكل قرار گرفته اند 2در اين مثال

در اين . شوند د را ميخوه فقط حسگر نزديك ب حسگرهااي تنظيم شده كه ها به گونه فاصله

. مقصد است Dو حسگر ) منبع( مولد ترافيك Aپولوژي حسگر تو

86

اي عاليت دارند و طول پيغام به گونهبا يك برنامه زماني ف حسگرهابا فرض اينكه تمامي

حال جهت . شود توليد مي Dبه مقصد Aاست كه نياز به جزءجزء شدن ندارد، يك بسته از

.را در نظر بگيريد) 12-2(اين ارسال، شكل

مراحل ارسال اطالعات بدون در نظر گرفتن گوش دادن وفق پذير) 12- 2شكل

آيد كه در ن گوش دادن وفق پذير، چنين بر ميگرفتبدون در نظر و فوقبا توجه به شكل

پريود را در رسيدن به مقصد طي كند اين امر بدين دليل 3بهترين حالت بسته بايستي حدود

Cجهت ارسال آن به حسگر Bبه حسگر Aاست كه مثالً پس از رسيدن بسته از حسگر

.اندبعدي آن منتظر بمبايستي تا شروع پريود

م به حفظ برنامه زماني خود كامالً طبق مقررات باشد به بيان ديگر اگر هر حسگر مصم

بايستي گفت كه به ازاي هر دست به دست دادن اطالعات يك مقدار خاص تأخير بدون گريز

رين حالت حسگر عبور كند، بهت 10خواهد بود مثالً اگر براي رسيدن به مقصد بسته بايستي از

حال فرض . پريود خواهد بود 10پس از به مقصد رسيدن بسته) ترين حالت خوش شانس(

87

ايده اصلي گوش دادن . كند با گوش دادن وفق پذير كار مي SMACكنيد كه حسگر تحت

ي درگير اين انتقال حسگرهاوفق پذير اين است كه در پايان ارسال بسته به حسگر بعدي،

ي مجاور گيرنده و فرستنده كه ابتدا بسته حسگرهاه و گيرنده، ي فرستندحسگرهاشامل

هاي كنترلي را استراق سمع كرده اند، بيدار شوند و شانس ارسال بسته اطالعات و بسته

در داده ارسال تواند داراي دو ا استفاده از اين روش يك حسگر ميب. اطالعات را پيدا كنند

رفتن براي توضيح بيشتر همين مثال را با در نظر گ. باشد) پريود خواب و بيداري ( يك فريم

.توجه كنيد) 13-2(جهت اين امر به شكل . كنيم گوش دادن وفق پذير تكرار مي

ارسال اطالعات با در نظر گرفتن گوش دادن وفق پذير) 13- 2شكل

چنانچه گفته شد .كند مي Bبراي RTSاقدام به ارسال بسته Aبر اساس شكل ابتدا حسگر

حسگر را دريافت اين RTSنيست پس بسته Aاز آنجا كه در رنج راديوئي حسگر Cحسگر

CTSبسته Cدانيم كه با شروع اين تماس حسگر هاي قبلي مي از بخش. نخواهد كرد

بنابراين بر اساس اطالعات زماني موجود در اين بسته ،كند را استراق سمع ميB حسگر

88

در . كند پايان زمان ارسال سكوت اختيار ميدهي اوليه كرده و تا را مقدار خود NAV تايمر

مكانيسم گوش دادن وفق پذير در ) به صفر برسد NAV تايمرزماني كه ( انتهاي اين زمان

به شرح زير قدم 5توان به ترتيب در اين مكانيسم را مي. شود اجرا مي) C( اين حسگر

. عنوان كرد

يك پريود ( كند كه آيا زمان باقي مانده در اين فريم ابتدا بررسي مي )قدم اول

تا شروع فريم بعدي ) سال اتمام ار( كه شامل مدت زمان بين االن ) خواب و بيداري

اگر اين . بيشتر است يا نه دادهشود از طول مدت زمان الزم براي ارسال يك بسته مي

اشد مراحل بعدي اين مكانيسم اجرا ب دهدازمان كوتاهتر از زمان ارسال يك بسته

نخواهد شد، در غير اينصورت يعني بزرگتر بودن مدت زمان باقي مانده از طول زمان

. شود ي جهت گوش دادن وفق پذير اجرا ميارسال يك بسته مراحل بعد

را ) شود كه به عنوان تايمر گوش دادن وفق پذير عنوان مي( يك تايمر )قدم دوم

كند كه وظيفه اش اطالع دادن به حسگر است كه در پايان اين يمقدار دهي م

. برگردد) برنامه اصلي خود( مكانيسم به خواب

يعني در زمان خواب اصلي قرار ( اگر در حال حاضر حسگر خواب است )قدم سوم

كه بسته Cپولوژي حسگر بعنوان مثال در اين تو. بيدار شودبايستي از خواب ) دارد

CTS حسگرB را استراق سمع كرده و در خواب است بايستي بيدار شود .

كند كه آيا جهت ارسال ز بيدار شدن ابتدا حسگر بررسي ميپس ا )قدم چهارم

هاي باشد طبق مراحل گفته شده در فصل اگر داشته ،اي را حاضر دارد يا خير بسته

89

تا بر اساس ماند كند و در غير اينصورت بيدار مي قبل اقدام به ارسال بسته مي

موردي را كه بايستي . را دريافت كند حسگرهامكانيسم گوش دادن وفقي بسته ديگر

اين قسمت فقط در اينجا به آن توجه كرد اين است كه تمام مراحل گفته شده در

كتا و به سمت مقصدي خاص ارسال شود كه به صورت ي شامل بسته هائي مي

علت اين امر اين است كه . ودش ميهاي ارسال همگاني ن شوند و شامل بسته مي

ارسال شود و هر چه اين حسگرهاهاي همگاني بايستي براي تعداد زيادي از بسته

تر است حال در گوش دادن وفق پذير اگر تعداد بيشتر باشد اين ارسال موفق

هاي همگاني ود را پس از بيدار شدن جزء ارسالحسگري اطالعات موجود در بافر خ

بر اساس Bدر اينجا پس از اين مراحل حال حسگر . بداند آنها را ارسال نخواهد كرد

C براي حسگر RTSمكانيسم گوش دادن وفقي اقدام به ارسال بسته كنترلي

فت كند ارسال اطالعات را دريا Cرا از حسگر CTSكند و در صورتي كه بسته مي

، بايستي گفت كه Aدر مورد حسگر . شود يم ACKكند و منتظر دريافت آغاز مي

نيز Aاين بسته توسط حسگر Cبراي حسگر Bحسگر RTSبا شروع ارسال بسته

س به خواب استراق سمع خواهد شد و چون ديگر نيازي به بيدار بودن آن نيست پ

. رود تا از استراق سمع بيشتر جلوگيري كند مي

زماني كه در گام دوم مقدار دهي شده حال هنگامي كه تايمر در اين )قدم پنجم

مثالً بسته ( دهد به اتمام برسد اگر حسگر هنوز بيدار است و هيچ كاري را انجام نمي

RTS بايستي به حالت ) اي را جهت ارسال نداشته است را دريافت نكرده و يا بسته

. شود شكل ارائه شده هيچ حسگري شامل اين مورد نمي در . خواب برگردد

90

ل مربوط به مكانيسم گوش دادن وفقي در باال توضيح داده شد و تنها مورد قابل بحث مراح

اين است كه چرا در ابتدا حسگر بايستي مدت زمان باقي مانده تا شروع پريود بعد را با طول

شود كه حسگر اطمينان حاصل كند كه ن دليل بررسي ميياين امر بد. بسته مقايسه كند

چون .ارسال در اين مكانيسم تا پريود بعدي به طول نخواهد انجاميد گوش دادن وفق پذير و

در اين صورت هم از ارسال حسگر بعدي در شروع پريود بعد جلوگيري خواهد كرد و هم

ي پنهان خواهدحسگرهاتواند باعث تصادم در حسگر گيرنده با شروع پريود جديد توسط مي

جه گرفت كه تأخير نسبت به قبل به نصف توان نتي حال بر اساس اين مكانيسم مي. شد

. كاهش خواهد يافت كه ميزان قابل توجهي خواهد بود

91

مسوفصل

ها و نتايج شبيه سازي

مقدمه)1- 3

SMACاز ارائه شده سازي و همچنين نكات تمامي جزئيات شبيهكنيم كه تالش مي در اين فصل

سپس در جهت . ه كنيمسازي مقايس استفاده از شبيهرا با توضيح داده شد هاي پيشين در فصلكه

دهيم و ميزان بهبود را در اين بهبود مصرف انرژي پروتكلهاي دسترسي به رسانه، چند راهكار ارائه مي

NS2ابزار شبيه سازي براي اين مقايسه نرم افزار. كنيم شبيه سازي بررسي ميراهكارها با استفاده از

هاي در سيستم. كند افزار تحت سيستم هاي عامل لينوكس كار مي اين نرم. در نظر گرفته شده است

جهت عدم . توانيم اين نرم افزار را تحت شرايطي نصب و استفاده نمود عامل مبتني بر ويندوز نيز مي

92

ي با مشكالت سيستم عامل هاي لينوكس و فرمتهاي خاص آن، ترجيح داده شد كه از روش روياروئ

CYGWINبراي اين كار از نرم افزار . دوم يعني نصب شبيه ساز محيط لينوكس استفاده شود

توان آورد كه مي شود محيطي را فراهم مي اين نرم افزار كه در محيط ويندوز نصب مي. استفاده شد

افزار، حال پس از نصب اين نرم. مند شد جراي نرم افزارهاي خاص تحت لينوكس بهرهاز آن جهت ا

تحت شرايط فوق، اين نرم افزار NS2با نصب . تحت اين برنامه است NS2افزار نياز به نصب نرم

جهت بررسي نتايج اين شبيه سازي بايستي در نظر داشت كه خروجي برنامه . باشد آماده استفاده مي

NS2 فايل با پسوند يك.tr است، كه بر حسب پارامترهاي خواسته شده در برنامه، ميتواند حاوي

در انجام اين پروژه، جهت بررسي اين فايل از برنامه . اطالعات متنوعي از جزئيات شبكه باشد

MATLAB در ادامه ابتدا حالتهاي مختلف پارامترها ونحوه استفاده ازاين . استفاده گرديده است

.پردازيم ي نكات ارائه شده مي را بررسي ميكنيم و سپس به بررسي پله به پلهSMACترها در پارام

SMACمختلف در هاي حالت) 2- 3

كه در اين برنامه قرار دارد استفاده SMACتوان از نسخه اصالح شده مي NS2ا نصب نرم افزار ب

ولي قبل از شروع شبيه سازي نياز به بررسي دقيق تر حالتهاي مختلف موجود در اين پروتكل . كرد

. درادامه سعي ميكنيم تا تمامي نكات الزم جهت استفاده آگاهانه از اين نرم افزار را مرور كنيم. است

ل درفصلهاي پيشين در كد موجود از اين پروتكل در زير بسياري از حالتهاي گفته شده در اين پروتك

در حالت كلي بايستي گفت كه . قرار گرفته است JOURNAL_PAPERبخشهائي تحت عنوان

ها قرار دارد كه جهت اطالع از اين هاي نوين و خاص اين پروتكل صرفا در اين زير بخش اكثر شيوه

.موارد جدول زير تهيه شده است

93

SMAC بدون JOURNAL_PAPER SMAC باJOURNAL_PAPER

استفاده از دوره هاي خواب و بيداري

بررسي كانال به صورت فيزيكي و مجازي

جلوگيري از استراق سمع

RTS/CTSاستفاده از مكانيسم

استفاده از الگوريتم همزمان سازي

اي همسايه ها جستجوي دوره

استفاده از دوره هاي خواب و بيداري

كانال به صورت فيزيكي و مجازي بررسي

جلوگيري از استراق سمع

RTS/CTSاستفاده از مكانيسم

استفاده از الگوريتم همزمان سازي

اي همسايه ها جستجوي دوره

استفاده از مكانيزم گوش دادن وفق پذير

هاي بزرگ در انتقال استفاده از تقسيم كردن پيام

به روز كردن ليست همسايه ها

در شبيه سازي ها بايستي ابتدا پارامترهاي خاصي را در نظر SMACجهت شروع به استفاده از

توان از فايل جهت دسترسي كامل به تك تك پارامترهاي مورد استفاده در اين پروتكل مي. داشت

smac.h كه در پوشهNS2.33/mac قرار دارد استفاده كرد و يا برحسب نياز اقدام به تغيير اين

اي كه افزار را در برنامه توان بسياري از پارامترهاي اين نرم اما عالوه بر روش فوق، مي. مقادير كرد

. به كار مي رود نيز تغيير داد) همراه استTCLكه با پسوند (مورد نظر ) شبكه(جهت ايجاد توپولوژي

تكل را بر عهده دارند بررسي در ابتدا سه پارامتر اصلي كه تاثير به سزائي در استفاده بهينه از اين پرو

.كنيم مي

94

با استفاده از SMACاين پرچم اگر با يك مقدار دهي شود، پروتكل

كند و اگر با عدد صفر مقدار دهي پريودهاي خواب و بيداري فعاليت مي

شود، بدون استفاده از پريود خواب در شبكه فعال است

syncFlag_

شود و وظيفه آن كنترل طول دوره خواب اين مقدار به درصد داده مي

يعني بر حسب مقدار آن، طول دوره خواب را نسبتي از بيداري . است

بنابراين طول . محاسبه ميكند و هيچ كنترلي بر طول دوره بيداري ندارد

اين پارامتر زماني . قاب بر حسب اين چرخه كاري متغيير خواهد بود

با مقدار يك پر شده باشد _syncFlagتاثير گذار است كه پرچم

dutyCycle_

اگر اين پرچم با عدد يك مقدار دهي شود، همه حسگرهاي شبكه براي

كنند اما در غير اين شروع بر طبق موارد گفته شده پيشين عمل مي

.تواند تعيين كند صورت شروع بيداري حسگرها را كاربر مي

selfConfigFlag_

95

جهت اطالع از بايستي در نظر داشت كه در مراحل كامل شبيه سازي تا پايان كار از نسخه كامل

SMAC كه شامل زير شاخهJOURNAL_PAPER البته براي . ميشود استفاده شده است

كار مشكلي در پيش نداريم اما از آنجا كه در اين پايان نامه هدف SMACاستفاده از حالتهاي ديگر

ان مصرف انرژي است بنابراين از نسخه نهائي وكامل اين پروتكل استفاده كرديم كه داراي بررسي ميز

.مصرف انرژي بهينه تري نسبت به ديگر حالت هاي آن است

جهت اين . كنيم اين قسمت جزئيات و توپولوژي هاي مورد نظر جهت شبيه سازي را عنوان مي در

دليل . كنيد هاي آنها را مشاهده مي دو نوع توپولوژي را در نظر گرفتيم كه در زير شكل در ابتدا كار

دهد، يعني استفاده از توپولوژي الف اين است كه اكثر موارد موارد شامل حال يك شبكه را پوشش مي

هائي را كه يك حسگر بر حسب موقعيت مكاني آن ممكن است كه در شبكه با آن مواجه كليه حالت

يك سري و اما دليل استفاده از توپولوژي دوم اين بود كه نياز به. شود ود در اين توپولوژي ديده ميش

در كل شبيه سازيها از اين زوج . آمارهاي نسبتا دقيق از مصرف انرژي حسگرها در شبكه داشتيم

و سبت به هم يا بيشتر استفاده شده است كه البته حالتهاي مختلف آنها نو 5، 3حسگرها به ميزان

جهت . متفاوت خواهد بود كه در جاي خود توضيح داده خواهد شدهمچنين فاصله هاي آنها از هم

انجام بعضي محاسبات جهت ميزان كارائي پروتكل بايستي اطالعات دقيقتري از ميزان فعاليتهاي يك

سال يك بايت اطالعات براي توضيح بيشتر به عنوان مثال ميزان انرژي مورد نياز براي ار. حسگر داشت

:گردد را در نظر بگيريد كه از رابطه زير محاسبه مي

ميزان انرژي مصرفي كل حسگرها تقسيم بر تعداد بايتهاي = متوسط مصرف انرژي بر بايت

داده دريافتي در مقصد

96

داده از در توپولوژي دوم، به راحتي مي توانيم انرژي مورد نياز جهت ارسال با استفاده از اين رابطه

زيرا در اين حالت عالوه بر مشخص .يك حسگر را به حسگر بعدي در شرايط متفاوت بررسي كنيم

اما در . ميزان انرژي مصرف شده در شبكه ميزان دقيق بسته هاي ارسال شده نيز معلوم ميباشد بودن

دقيق بسته هاي حالت توپولوژي اول به علت نياز به استفاده از پروتكل هاي مسيريابي، ديگر تعداد

.باشد بنابراين در انجام محاسبات پاياني از توپولوژي دوم استفاده شده است ارسال شده مشخص نمي

ي به رسانه است، با سهاي اليه دستر كه در اين پايان نامه هدف بررسي پروتكل ز آنجاابه عبارت ديگر

هاي يريابي نيست و تاثير تفاوتهاي مس انتخاب توپولوژي دوم ديگر نيازي به استفاده از پروتكل

شود زيرا هر حسگر مقصد در يك قدمي فزستنده هاي دسترسي به رسانه دقيقتر بررسي مي پروتكل

براي توضيح بيشتر بايستي در . قرار دارد و نياز به دست به دست دادن داده تا رسيدن به مقصد نيست

كنند، جهت دستيابي به استفاده ميهائي كه از چند حسگر در يك مسير نظر داشت كه در شبكه

هاي اطالعاتي را جهت انتخاب مسيريابي مطلوب از منبع تا مقصد، حسگرها بايستي يكسري بسته

هاي مسيريابي مختلف متفاوت خواهد ها در پروتكل مسير برتر با يكديگر تبادل كنند كه اين بسته

.بود

، AODV ، DSDVيابي متفاوت مانند هاي مسير توان از پروتكل مي NS2در نرم افزار

DSR هاي دسترسي به رسانه نياز به از آنجا كه در مراحل مختلف بررسي پروتكل. استفاده كرد... و

هاي ارسال شده و انرژي الزم جهت اين كار داريم پس بهتر آنست كه با اطالعات دقيق از تعداد بسته

استفاده از پروتكل هاي مسيريابي ندارند، بررسي دقيقتري انتخاب توپولوژي هاي خاص كه نياز به

هاي مسيريابي در اين هاي دسترسي به رسانه بدون متاثر بودن پروتكل نسبت به تاثيرات پروتكل

هر دو توپولوژي از در قسمتهاي نخستين در هر صورت در انجام اين پايان نامه،. مقوله انجام داد

97

توپولوژي دوم جهت هاي فصل كه نياز به محاسبات دقيق انرژي است ازاستفاده شده است البتي در انت

هاي مختلف بر حسب نياز از موارد در مورد منابع ترافيك، در قسمت. مقايسه استفاده شده است

اما در حالت . شود متفاوتي استفاده شده كه در هر قسمت اين موارد با جزئيات آن توضيح داده مي

اند، تعريف شده CBRنبع هاي توليد ترافيك به صورت يكنواخت و از نوع كلي ، منابع به صورت م

كنند و اين ثانيه پس از راه اندازي شبكه شروع به ارسال داده مي 1000اين منابع از زماني برابر با

بر حسب اينكه فاصله بين بسته هاي ارسالي . انجامد ثانيه به طول مي 4000عمل تا زماني برابر با

كل زمان . سازي متفاوت خواهد بود يه باشد تعداد بسته هاي ارسالي در موارد مختلف شبيهچند ثان

ثانيه آنرا بدون 3000ثانيه به طول خواهد انجاميد، كه از اين ميان شبكه 6000سازي به مدت شبيه

.كند سپري مي بدون بارو در حالت ارسال اطالعات

، بايستي گفت كه اين كار جهت بررسي تمامي حاالت ممكن در مورد دليل انتخاب اين زمان بندي

ثانيه كه 1000اي كار يك شبكه بدون ترافيك تا زمان ددر ابت. در يك شبكه در نظر گرفته شده است

در اين مدت به دنبال مقايسه ميزان مصرف انرژي قبل از ترافيك در شبكه هستيم يا به بياني ديگر

باشيم، در قسمت دوم انرژي بر اثر گوش دادن به كانال بيكار مي بررسي ميزان هدر رفت خواستار

يا (بين بسته هاي ارسالي تعيين شده ثانيه بر اساس مدت زمان فاصله 4000تا 1000يعني بين

توانيم با در نظر گرفتن انرژي در شروع و پايان شود كه مي تعدادي بسته ارسال مي )سرعت ارسال

2000و اما . ه، ميزان انرژي مورد نياز جهت اين ارسالها را بدست آوريمثاني 4000اين ارسال يعني

2000ثانيه اول به مانند همين 1000چونكه كه شايد به نظر كاري بيهوده به نظر برسد ،ثانيه آخر

شود اما بايستي در نظر داشت كه در اين زمان بدون ترافيك پاياني، شبكه يك بار ثانيه تصور مي

اين ) ارائه شده مثال براي پروتكل بهينه شده(ها پشت سر گذاشته و براي بعضي پروتكلترافيكي را

98

تواند به مراتب متفاوت تر از كه مي تاس مدت پس از آموزش شبكه جهت مقابله با اين ترافيك ه

.ثانيه اول باشد 1000

فايل حاوي اطالعات NS2بايستي متذكر شد كه نرم افزار چنانچه پيشتر نيز اشاره شد، در پايان

ها، فايل حاوي براي بررسي هر قسمت از شبيه سازي .دهد شبكه را به صورت خام به ما تحويل مي

ديگرموارد مورد نياز از . كنيم بررسي مي MATLABبا استفاده از نرم افزار را اطالعات شبكه

.شد هاي مربوط به خود بيشتر توضيح داده خواهد سازي در قسمت جزئيات شبيه

99

)الف

)ب

توپولوژي هاي مورد استفاده در شبيه سازي) 1-3شكل

$

٧ ٨ ٣ �

٩ ٢ ١ 10

100

بهينه شده SMACپروتكل ) 3- 3

جهت . رسانه بهينه كاهش مصرف انرژي است از موارد مورد نظر در طراحي يك پروتكل دسترسي به

هدف عمده اين . كاهش مصرف انرژي در اليه دسترسي به رسانه پيشنهادهاي مختلفي ارائه شده است

مصرف انرژي از يك طرف و همچنين كاهش تأخير ارسال ) كاهش ( ها در جهت بهبودي پروتكل

ينه سازي از آنجا كه مصرف بهينه انرژي در در انجام اين به .باشد ها در شبكه از طرف ديگر مي بسته

جهت انجام .درجه اهميت باالئي قرار دارد، سعي ميكنيم تا با ارائه پيشنهاداتي اين مهم را براورده سازيم

. كنيم اين مهم چند مشخصه از يك سيستم دسترسي به رسانه بهينه را بررسي مي

استفاده از پروتكلي كه بر ،ر اختيار قرار گرفته شدهجهت استفاده بهينه از پهناي باند و كانال د

كه اليه يمي تواند بهينه تر از انتخاب يك پروتكل است، رقابتي به رسانه با بنيادي مبناي دسترسي

چنانچه پيشتر از اين نيز در مورد . باشد است، )برنامه ريزي( آن مبتني بر جدول دسترسي به رسانه

مبتني بر يا كاستن يك حسگر از يك خوشه كه تحت يك پروتكل هاي سنگين افزودن هزينه

ها به مراتب بيشتر از افزودن يا كاستن اين هزينه زمانبندي است صحبت شد مي توان دريافت كه

پس . كند هاي رقابتي فعاليت مي همان حسگر در شرايط مساوي در شبكه ايست كه تحت پروتكل

از ملزومات موفق بودن در طراحي يك را در اين شرايط، ميتوانيم لزوم رقابتي بودن دسترسي به رسانه

.ستنادپروتكل بهينه

كنيم تا در حال پس از دانستن اينكه اين پروتكل بايستي بر پايه رقابتي بنيان شود تالش مي

بعضي از . از ديدگاه مصرف بهينه انرژي نيز به پيشرفتهائي برسيم طراحي بهينه اين نوع پروتكل جهت

يعني اگر يك حسگر در . كه و حسگرهاستاطالعات زياد از شب نها مصرف انرژي در گرو داشت ديدگاه

101

شبكه اطالعات جامعي از نوع ترافيك خود و ديگر حسگرها داشته باشد ميتواند از هدر رفتن انرژي به

معمول در حوزه هاي شرايط و مطالعه پروتكل با در نظر گرفتن. ميزان بسيار زيادي پيشگيري كند

داراي پتانسيل خوبي از اين جهت را SMACسيم، پروتكل دسترسي به رسانه هاي حسگر بي شبكه

داراي اطالعات نسبتاً زياد SMAC. سازي مصرف انرژي در نظر گرفتيم جهت كارهاي بيشتر و بهينه

شده است از شبكه و همچنين وضعيت حسگرها است، اين پروتكل چنانچه توضيح داده و جامعي

جهت تبادل اطالعات بين حسگرهاست كه تا حدود زيادي از مشكل RTS/CTSداراي مكانيسم

هاي تصادم بين بسته ، مشكلكند همچنين با استفاده از اين مكانيسم استراق سمع جلوگيري مي

اي خوابديگر مي توان به پريوده قابل ذكر از موارد. سازد ارسالي را تا حدود بسيار زيادي مرتفع مي

ي از طريق گوش دادن به كانال بيكار را تا حدود نسبتاً اشاره كرد كه هدر رفت انرژ اين پروتكل در

.خوبي كاهش داده است

يكسان كردن برنامه زماني حسگرهاي يك شبكه) 4- 3

را كه از ديدگاه مصرف حال پس از انتخاب اين پروتكل تالش در جهت بهبود كارائي اين پروتكل

از . يمكن ينه سازي پارامترهاي اين پروتكل آغاز ميهائي جهت به ا ارائه مكانيسمانرژي است را ب

اند در نظر گرفته نشده ارائه شده SMACها پيشنهادي كه بر اساس مواردي كه تاكنون در پروتكل

. وتكل استري مجازي اين پها است، وجود چند برنامه زماني در حسگرهاي واقع در مرز خوشه

حسگر هاي موجود در از آنجا كه( ،دانيد حسگرهاي موجود در نزديكي مرز خوشه چنانچه مي

)ماني متفاوت از يكديگر جهت خواب و بيداري هستندهاي ز ي اين حسگرها داراي برنامهگهمساي

امر سبب ساز مصرف به حالت بيداري برود كه اين مه دو برنامه هاي متفاوت،بايستي به همراه ه

از . اي است كه داراي يك برنامه زماني واحد جهت خواب و بيداري است انرژي در قياس شبكه بيشتر

102

سياست كلي . كرديم SMACهاي زماني مورد استفاده در اين رو در ابتدا سعي در يكتا نمودن برنامه

كه غير از خود حسگر، حسگر بر اين اساس استوار است كه مادامي SMACتغيير برنامه زماني در

ديگري داراي اين برنامه زماني است بايستي اين برنامه در دستور كار قرار داشته باشد، ولي اگر تعداد

يعني فقط خود حسگر داراي ( كنند به يك كاهش يافت اين حسگرها كه از اين برنامه استفاده مي

ها به عنوان برنامه اصلي مورد استفاده قرار مهبرنامه دوم موجود در ليست برنا) اين برنامه زماني شد

. خواهد گرفت

فقط يك عدد نيز باشد اين كار صورت ) برنامه دوم( حال اگر تعداد حسگرهاي موجود در اين برنامه

، بنابراين نيازمند تغييراتي در باشد چندان مطلوب نمي از ديگاه هاي گفته شده، گيرد كه اين عمل مي

سياستي كه در اين زمينه به ذهن من رسيد استفاده از كليه موارد فوق است اما در .هستيماين رويه

سياست تغيير برنامه بايستي يك مورد اصالح شود و آن اينكه حسگر پس از دريافت هر برنامه جديد

كند و اگر اين بررسيهاي هماهنگ كننده، تعداد حسگرهاي موجود در اين برنامه را توسط بسته

عداد از حسگرهاي موجود در برنامه اصلي حسگر بيشتر بود آن برنامه را به عنوان برنامه اصلي خود ت

اي كليه حسگرها با يكديگر ارتباط داشته توان اميدوار بود كه اگر در شبكه با اين روش مي. برگزيند

) تقسيم نشده باشدگر شبكه به دو قسمت جدا از هم بدون ارتباط با يكدي يا به بيان ساده تر، (باشند

كه اين امر گام اول در بهينه كردن . همگي حسگرها تحت يك برنامه زماني فعاليت داشته باشند

.كند مصرف انرژي است كه به بياني ديگر هر حسگر را مجبور به داشتن حداكثر خواب ممكن مي

اين روش كرديم، از آنجا جهت بررسي تاثير اين ايده در بهينه شدن مصرف انرژي اقدام به شبيه سازي

كه در اين ايده صرفا استفاده هر حسگر از پريودهاي خواب و بيداري متعدد مورد نظر است، نيازي به

اي در نظر گرفتيم كه در اين شبيه سازي هر دو توپولوژي را به گونه. استفاده از منبع ترافيك نداريم

103

شته باشد كه بتواند بسته هماهنگ كننده ديگر اي از ديگر حسگرها قرار دا هر حسگر حتما در فاصله

. متر در نظر گرفتيم 150جهت اين كار فاصله حسگرها را از يكديگر تقريبا . حسگرها را دريافت كند

حسگر است 10زوج حسگر يا به عبارتي 5شايان ذكر است كه در اين قسمت توپولوژي دوم كه داراي

اين توپولوژي هاي گفته شده براي . يك خط قرار دارند كه به صورت خطي و به فاصله گفته شده در

در شكل زير ميزان تفاوت در . ثانيه بررسي شد 6000و بهينه شده آن به مدت SMACهر دو حالت

. كنيد مشاهده مي) مجموع همه حسگرها(متوسط بهبود در انرژي مصرف شده را در شبكه

از نظر و بهينه آن SMACمتوسط تفاوت در ميزان مصرف انرژي براي پروتكل )2- 3شكل

به روز كردن ليست زماني كاري حسگر

در اينجا بايستي اين توضيح را داد كه ميزان اين بهبود در مصرف انرژي، به عوامل مكاني و زماني

ما در همه موارد باعث بهبود شود بستگي دارد ا ها مي شبكه كه باعث تغيير در ترتيب ليست همسايه

104

گرچه اين ميزان بهبود نسبتا كم مي باشد اما در شبكه هاي بزرگ اين مقدار به مرتب . خواهد شد

براي توضيح بيشتر بايستي در نظر داشت كه در حالتهاي عملي يك حسگر براي .اهد بودوبيشتر خ

رض در نظر گرفتن فقط يك ماه، كه شود، با ف استفاده زماني به مراتب بيشتر از يك ماه طراحي مي

ثانيه است، و با در نظر گرفتن استفاده از پروتكل بهينه 6000برابر 400اين مدت زمان نيز بيش از

فقط توسط يك حسگر، SMACژول در مصرف انرژي در مقايسه با 160شده، در اين مدت بيش از

هميت اين مقدار با در نظر گرفتن اينكه ا. تواند مقدار چشمگيري باشد صرفه جوئي خواهد شد كه مي

. شود بيشتر انرژي هدر رفته از حسگر را گوش دادن به كانال بيكار تشكيل مي دهد، پر رنگ تر مي

كنيد حاصل متوسط گيري از نتيجه تفريق كل انرژي مشاهده مي) 1-3(اين تفاوت كه در شكل

با اين روش . است SMACه در پروتكل مصرفي شبكه در حالت بهينه شده از كل انرژي مصرفي شبك

براي هر حسگر در SMACتوانيم حالت تقريبي بهبود مصرف انرژي را در پروتكل بهينه شده و مي

. حالت شبكه بدون بار، بررسي كنيم

شود اين ميزان بهبود با افزايش زمان نسبت مستقيم دارد و دليل آن عدم نياز چنانچه مشاهده مي

در برنامه بيش از يك واحد است كه با گذشت زمان اين برنامه واحد در ) بيداري(كردن حسگر به كار

در اين قسمت نياز به توضيح است كه چرا در انجام اين . شود كل شبكه بيشتر تاثير گذار مي

دانيم در اين پيشنهاد بهينه سازي، سعي بر چنانچه مي. سازي از منبع ترافيك استفاده نكرديم شبيه

بنابراين با فرض وجود يك . ده تا همگي حسگرها از يك برنامه واحد جهت فعاليت استفاده كنندآن ش

چون تمام شبكه (برنامه واحد در شبكه ديگر حسگري در مرز يك خوشه با ديگري قرار نخواهد گرفت

و اگر اينگونه باشد هر شبكه فقط و فقط داراي يك برنامه واحد خواهد ) شود يك خوشه حساب مي

105

بود و اين يكسان شدن برنامه در حالت بدون بار و با وجود بار، داراي نتيجه يكسان بر تفاوت مصرف

. انرژي خواهد گذاشت

به آن اند نيز پيشنهاد شده SMACهاي بعدي كه بر مبناي مورد ديگر كه در بعضي پروتكل

مختلف ترافيكي بار در هاي در وضعيت SMACكاري ثابت در اشاره شده است، مشكل وجود چرخه

يا به كاري ثابت در شبكه در بارهاي با ترافيك كم باعث افزايش مصرف انرژي اين چرخه. شبكه است

شود و در بارهائي با ترافيك زياد باعث از طريق گوش دادن به كانال بيكار مي عبارتي هدر رفتن انرژي

گردد بنابراين بايستي فكري جهت پويا هدر رفتن پهناي باند اختصاص يافته و افزايش تأخير مي

هائي ارائه شده براي اين امر در بعضي پروتكل. نمودن چرخه كاري بر اساس ترافيك شبكه كرد

چند مورد از آنها به يك راهكار راهكارهائي پيشنهاد شده است كه با مطالعه اين راهكارها و مقايسه

.جديد در اين مورد رسيديم

سگر و نه ترافيك شبكه مي توان راهكارهاي ساده و در عين حال مؤثري را در مورد ترافيك ح

منظور از ترافيك حسگر و نه ترافيك شبكه اين است كه در بسياري از شبكه ها بعضي . پيشنهاد داد

بر عهده كه حسگرها به اقتضاي مكان خاصي كه در آن واقع شده اند و يا اينكه مسئوليت خاصي

باالتري نسبت به ديگر حسگرها هستند در حالي كه حسگرهائي كه يك به مراتبداراي تراف ،آنهاست

بنابراين مي توانيم با . پائيني برخوردار هستند بسيار به فاصله كم و در همان خوشه قرار دارد از ترافيك

از يت استفاده از اطالعات موجود در خود حسگر بررسي كنيم كه آيا حسگر داراي ترافيك باال و به تبع

. كاري پائين تر است نيازمند چرخه آن نيازمند چرخه كاري باالتر و يا داراي ترافيك پائين و به تبع آن

اين نوع معيار در اين است كه ترافيك يك حسگر گيرنده با حسگرهاي در استفاده از مورد تفاوت ديگر

هاي ارائه شده ديده تواند متفاوت باشد، موردي كه در ديگر پروتكل فرستنده متناظر با آن مي

106

جهت برگزيدن يك معيار به عنوان بر اين اساس، .گردد در ادامه اين تفاوت بيشتر روشن مي شود نمي

مي توان از تعداد بسته هاي دريافت شده در يك مدت زمان خاص توسط شاخص ترافيك حسگر،

مثالً اگر اين تعداد از يك مقدار خاص بيشتر باشد پس بايستي حسگر بيشتر به .حسگر استفاده نمود

ها از مقدار خاصي كمتر هاي جديد باشد ولي اگر اين بسته كانال گوش دهد و منتظر دريافت بسته

اين كار از بروز مشكل گوش دادن به استفاده از باشد حسگر مي تواند كمتر به كانال گوش دهد كه

. مي كاهد به مراتب ار و اتالف انرژي از اين طريقكانال بيك

بهينه كردن ارسال بسته هاي هماهنگ كننده) 5- 3

چنانچه گفته شد به منظور . پردازيم حال در اين قسمت به مورد ارسال بسته هاي هماهنگ كننده مي

سانيم اما نكته اي را استفاده از چرخه كاري متغير، بايستي اين تغيير را به اطالع ديگر حسگر ها نيز بر

به SMACپروتكل كه در اين جا بررسي مي كنيم ارسال اين بسته هاي هماهنگ كننده است كه در

و در حالت بعدي پريود يكبار انجام مي شود 10هر در حالت اول به صورت. پذيرد انجام مي صورت دو

.غييري داده شودت اين ارسال زماني انجام ميگيرد كه در برنامه مورد استفاده حسگر

در حالت كلي و خصوصاً در . اين ارسال مدوام باعث افزايش مصرف انرژي مي شود در حالت اول،

با توجه به . هاي ايستا، اين ارسالهاي مدوام كامالً تكراري و بدون داشتن اطالعات جديد است شبكه

كه از هدر بهينه سازي كنيم اي گونه را به اين اطالعات و در نظر داشتن آنها، مي توانيم اين ارسال را

به SMACبا در نظر گرفتن شرايط پروتكل .رفتن انرژي به ميزان بسيار قابل توجه پيشگيري كند

پريود يكبار به حالتي ديگر تغيير دهيم و آن اين كه 10اين نتيجه رسيديم كه اين ارسال را از هر

ها هدفمند با اين كار اين ارسال. تغيير در ليست همسايه ها منوط كنيم بروز ارسال اين بسته را به

107

پذيرد كه اين بسته هاي هماهنگ كننده واقعاً داراي اطالعات مفيد و شده و تنها زماني انجام مي

ها بايستي بعضي پارامترهاي ديگر پروتكل حال با اين تغيير در ساختار ارسال بسته. جديدي باشند

SMAC گردد ه روز كردن ليست همسايه ها بر ميبه، ب اولين مورد در اين تغيير. يير كنندنيز تغ.

چنانچه پيشتر گفته شد اين بروز كردن به فاصله ها زماني بيشتر از يك دوره هماهنگ سازي تكرار

ولي در حالت جديد با انجام اين تغييرات ممكن است كه در چندين دوره هماهنگ سازي . مي شود

بسته هماهنگ كننده اي از حسگرهاي همسايه دريافت نشود كه با اين ترتيب اين همسايه از هيچ

ليست حذف خواهد شد كه نامطلوب است، بنابراين به روز كردن ليست همسايه ها را از اين روش

گفته شده به روشي ديگر تغيير داديم و آن اينكه حذف همسايه ها را موكول به چند بار شكست در

با اين روش ديگر عدم دريافت .كه در ليست همسايه ها قرار دارد يمراري ارتباط با حسگري كردبرق

ها نخواهد بود، بلكه چند بار بسته هماهنگ كننده دليلي براي حذف يك همسايه از ليست همسايه

اهد تالش ناموفق در برقراري ارتباط باحسگري كه در ليست همسايه ها قرار دارد باعث اين حذف خو

در مورد حالت ديگر . پذيرد ها اينگونه انجام مي شد و بدين ترتيب روال به روز كردن ليست همسايه

ارسال بسته هاي هماهنگ كننده كه چنانچه گفته شد در صورت تغيير در برنامه زماني حسگر انجام

يدي براي ديگر نياز به بهبود نداريم چونكه اينگونه ارسال ها هميشه داراي اطالعات جد. مي گيرد

.حسگرها هستند

چنانچه از . تر ميزان بهبود در استفاده از اين استراتژي هستيم حال در اينجا نيازمند بررسي دقيق

هر حسگر براي انرژي مصرفي متوسط بهبود آيد در پايان اين شبيه سازي ميزان بر مي) 2-3(شكل

چونكه در اينجا. البته اين مقدار حالت بسيار خوشبينانه از يك شبكه واقعي است. ژول است 0.3حدود

.حسگرها همگي ثابت هستند و هيچ حسگر جديدي به شبكه اضافه نشده است

108

500اين مقدار صرفه جوئي برابر مقدار انرژي مورد نياز براي ارسال حدود شكل ذكر شده بنابراين

دليل استفاده از . پريود يكبار ارسال شود 10بايست به صورت هر است كه مي بسته هماهنگ كننده

اين نوع توپولوژي ثابت در اين بحث اين بود كه ميزان حداكثري بهبود مصرف انرژي را كه از طريق

.توانيم استحصال كنيم را بدست آوريم اين روش مي

گرچه اين مقدار بر حسب زمان متفاوت است اما اين بهبود بر حسب نسبت بهينه شدن مصرف

تواند به عنوان يك پارامتر مقايسه مي SMACبه انرژي مصرفي كل در ) كاهش مصرف انرژي(انرژي

در SMACژول انرژي كمتري مصرف كرده و انرژي مصرفي 0.3كننده ذكر شود كه در اينجا حدود

. باشد مي% 0.03ژول است كه ميزان بهينه شدن مصرف حدود 10.8سازي حدود ن شبيهپايان اي

مرحله از شبيه سازي فقط همين اين نكته ديگر كه بايستي در اينجا به آن اشاره كرد اين است كه در

پيشنهاد مورد بررسي قرار گرفت و مورد قبلي ارائه شده در قسمت قبل در مراحل اين شبيه سازي

علت اين كار بررسي دقيق تر ميزان تاثير هر پيشنهاد جديد بر پروتكل .داده نشده است دخالت

SMAC است.

109

و بهينه شده SMACپروتكل مصرف انرژي در مقابسه)3- 3شكل

SYNCاز نظر ارسال آن

بررسي دليل اصلي هدر رفتن انرژي) 6- 3

آن اينكه با وجود بهبود نسبتا زيادي كه در ميزان جا بايستي به يك مورد توجه داشته باشيم و ندر اي

بنابراين . ارسال بسته ها داديم، اما هنوز ميزان مصرف انرژي حسگر ها تغيير چنداني پيدا نكرده است

ي مورد نياز براي هر قسمت از ژكنيم تا اين مورد را بررسي كنيم تا دريابيم كه انر سعي مي

به بياني ديگر تالش دهد انرژي كل حسگر را تشكيل مي هاي حسگر چه مقدار از مصرف فعاليت

جهت .دهد كنيم تا ببينيم كه عمده مصرف انرژي يك حسگر را كدام بخش به خود اختصاص مي مي

اين كار ميزان انرژي كل مصرفي حسگر و انرژي مصرفي حسگر جهت هر يك از فعاليت هاي آن را در

110

% 90در پايان چنين بدست آورديم كه بيش از . كرديمشبكه هاي گفته شده بر حسب زمان محاسبه

اين مقادير بدست آمده را . انرژي مصرفي يك حسگر مربوط به انرژي گوش دادن به كانال بيكار است

توانيد در شكل زير مشاهده كنيد مي

مقايسه ميزان متوسط انرژي مصرفي كل يك حسگر و ميزان متوسط انرژي مصرفي) 4- 3شكل

يك حسگر براي گوش دادن به كانال بيكار بر حسب زمان

CBRنكته قابل ذكر در مورد اين گراف نوع منبع به كار رفته است كه به مانند قسمت قبلي از منبع

چنانچه . كند ثانيه ارسال مي 4000تا 1000ثانيه بين بسته هاي دادن، از لحظه 10و با فاصله زماني

بنابراين . بسيار زيادي از انرژي مصرفي يك حسگر بيهوده تلف مي شود از شكل بر ميĤيد مقدار

در قدمهاي بعدياين ايده را پيگيري . بايستي در قدمهاي بعدي جهت رفع اين مشكل چارهاي انديشيد

.مي كنيم

111

پيشنهادي جهت بهبود كارآئي پروتكل) 7- 3

ارسال بسته هاي هماهنگ كننده در اين مربوط به اينجا به آن اشاره كرد يك مورد كه بايستي در

البته مواردي كه در ادامه اين بخش ذكر خواهند شد جهت بهبود كارائي پروتكل بهينه .است پروتكل

در .شده و هماهنگي هر چه بيشتر حسگرها است و نه صرفا جهت كاهش مصرف انرژي خواهد بود

پريود حتماً 10شود ولي اين ر انجام مييكبا پريود 10حالت اصلي ارسال بسته هماهنگ كننده هر

حسگري پس از ارسال بسته هماهنگ .مثال حالت زير را در نظر بگيريدالزمه اجرا شدن ندارد براي

كند و با گذشت هر پريود خواب و بيداري يكي پر مي 10را با عدد 121كننده شمارنده ارسال اين بسته

ين شمارنده بررسي مي كند كه آيا اين شمارنده به صفر از آن كم مي كند و پس از هر بار كم كردن ا

از آنجا كه . را فعال مي كند 122اگر صفر شده باشد، پرچم ارسال بسته هماهنگ كننده. رسيده است

اقدام به بررسي كانال جهت ارسال بسته ارسال بسته هماهنگ كننده فعال شده است، حسگرپرچم

ل باشد تا پريود بعدي منتظر مي ماند در اين حالت هماهنگ كننده مي كند و اگر كانال مشغو

ارسال صورت بگيرد طول ماند بنابراين در پريود بعدي اگر شمارنده پريودها در همان صفر باقي مي

.پريود انجام نمي گيرد 10شود پس لزوماً اين ارسال حتماً در هر مي 11دوره همزمان سازي برابر با

ش ارسال و زمان ارسال متفاوت است در اين پروتكل شمارنده با يك عدد در پروتكل بهينه شده رو

پر مي شود و پس از رسيدن آن به صفر مجدداً با مقدار اوليه پر مي گردد و اين عمل مستقل از ارسال

SMACپروتكل كه اين روش در مقايسه با. نده به صورت مداوم تكرار مي گرددبسته هماهنگ كن

متفاوت نياز به ارسال موفقيت آميز بسته هماهنگ كننده ،رنده با عدد اوليهكه جهت پر شدن شما

حال در مورد بسته هماهنگ كننده عالوه بر شرايط گفته شده پيشين مبني بر تغيير در ليست . است

121 "Num period" in C++ Code

122 Set "flag send SYNC"

112

فعال شدن پرچم نيز داريم و آن اين است كه ها و يا برنامه زماني حسگر نياز به شرط ديگري همسايه

توضيح بيشتردر مورد براي .ين ارسال در كدام پريود انجام شود، ادر چه زماني انجام گيرد و يا ارسال

. نياز به مقدمات بيشتري داريم ،ارسال اين بهبودها در

در قبل صحبتي در مورد يكسان شدن برنامه در كل شبكه داشتيم حال فرض كنيد در شبكه اي با

حداقلمطمئناً )اصل النه كبوتري( بنابر اصول رياضي. گر باشيمحس 10اين فرضيات داراي بيش از

، دو حسگر در يك زمان واحد نياز به ارسال بسته هماهنگ كننده دارند كه باعث بروز تصادم مي شود

اين در حالي است كه در شبكه هائي با تعداد حسگرهاي كمتر از ده عدد در هر خوشه نيز شاهد

از طرف ديگر اگر با استراتژيهاي .گ كننده به ميزان قابل توجهي هستيمهاي هماهن هاي بسته تصادم

پريود افزايش دهيم صرفاً باعث خواهيم شد كه 10قبلي فقط طول دوره هماهنگ سازي را به بيش از

ن قبال پس نيازمند سياستي جديد در اي. كار مفيدي جهت بهينه شده مصرف انرژي انجام ندهيم

شماره پريودهاي حسگرها با هم يكي باشد يعني در كليه در ابتدا تالش كرديمهستيم براي اين كار

در يك زمان .) كه با فرضيات قبل حاال همگي داراي يك برنامه زماني هستند( حسگرهاي يك شبكه

.خاص همگي در شماره پريود يكسان باشند

در نظر گرفتن بعضي تمهيدات به اين امر در نگاه اول بسيار پرهزينه مي نمايد ولي مي توان با

براي اين كار تصميم گرفتيم كه دريافت بسته هماهنگ كننده و اينكه حسگر . نتايج خوبي دست يافت

حال اين حسگر بر حسب اينكه باقيمانده .در نظر بگيريم را اي است دريافت كننده داراي چه شناسه

قرار 9تا 0برابر چه عددي مابين ) تاس 10در اينجا (شناسه خود بر تعداد پريودهاي هر سيكل

. كند گيرد، در پريودي برابر با همين عدد، تالش در جهت ارسال بسته هماهنگ كننده را آغاز مي مي

كنيم كه حسگرها به نحوي قرار ابتدا فرض مي. را در نظر بگيريد) 14-3(براي توضيح بيشتر شكل

حال ابتدا از حسگري با . كنند ي را دريافت مي

كنيم، اين حسگر با رسيدن به پريود شماره يك اقدام به ارسال بسته هماهنگ

حسگر شماره نه با دريافت اين بسته ابتدا از لحاظ زماني با اين برنامه هماهنگ

براي اين كار همان گونه كه . كند ماره پريودها مي

، پس شماره پريودهاي خود را برابر با

براي . تغيير كرده است عدد يك به 2

.كند

هماهنگ شدن پريود هاي حسگرهاي موجود در يك خوشه

چنانچه گفته شد در اين روش حسگر، تعداد پريودهاي خود را نيز برابر با عددي كه از باقيمانده

. دهد قرار ميآيد تقسيم عدد شناسه ارسال كننده بسته هماهنگ كننده بر تعداد پريودها بدست مي

ي پس از اين اقدامات ارسال بسته هماهنگ كننده منوط به رسيدن شماره پريودها به همان شناسه

هاي بسته با اين توضيحات مي توانيم اميد داشته باشيم كه ارسال

هاي ميزان تصادمقابل ذكر است كه با اين روش

����1 4 3 2

����9 5 4 3

����7 0 9 8

113

ي را دريافت مياند كه فقط بسته هماهنگ كننده حسگر كنار

كنيم، اين حسگر با رسيدن به پريود شماره يك اقدام به ارسال بسته هماهنگ شماره يك شروع مي

حسگر شماره نه با دريافت اين بسته ابتدا از لحاظ زماني با اين برنامه هماهنگ . كند كننده مي

ماره پريودها ميشود و سپس اقدام در جهت هماهنگ كردن ش

، پس شماره پريودهاي خود را برابر با )در اينجا يك است( كند گفته شد به شناسه ارسال توجه مي

2دهد، چنانچه از شكل پيداست اين شماره از عدد يك قرار مي

تغيير مي 9 عدد به 5 داز عد حسگر بعدي در شكل شماره پريود

هماهنگ شدن پريود هاي حسگرهاي موجود در يك خوشه) 5-3شكل

چنانچه گفته شد در اين روش حسگر، تعداد پريودهاي خود را نيز برابر با عددي كه از باقيمانده

تقسيم عدد شناسه ارسال كننده بسته هماهنگ كننده بر تعداد پريودها بدست مي

پس از اين اقدامات ارسال بسته هماهنگ كننده منوط به رسيدن شماره پريودها به همان شناسه

با اين توضيحات مي توانيم اميد داشته باشيم كه ارسال. ارسال است كه توضيح داديم

قابل ذكر است كه با اين روش .هماهنگ كننده بسيار منظم تر از پيش عمل كنند

1 0 9 8 7 6 5

1 0 9 8 7 6 5

7 6 9 8 7 6 5

اند كه فقط بسته هماهنگ كننده حسگر كنار گرفته

شماره يك شروع مي

كننده مي

شود و سپس اقدام در جهت هماهنگ كردن ش مي

گفته شد به شناسه ارسال توجه مي

يك قرار مي

حسگر بعدي در شكل شماره پريود

چنانچه گفته شد در اين روش حسگر، تعداد پريودهاي خود را نيز برابر با عددي كه از باقيمانده

تقسيم عدد شناسه ارسال كننده بسته هماهنگ كننده بر تعداد پريودها بدست مي

پس از اين اقدامات ارسال بسته هماهنگ كننده منوط به رسيدن شماره پريودها به همان شناسه

ارسال است كه توضيح داديم

هماهنگ كننده بسيار منظم تر از پيش عمل كنند

4

4

4

114

يابد ولي بر حسب شرايط شبكه ممكن است اين مشكل تصادم هاي هماهنگ كننده كاهش مي بسته

عدد و داراي باقيمانده 10اين مشكل در حالتي كه حسگر ها در يك خوشه بيش از . كامال رفع نشود

يكديگر قرار داشته باشند، يكسان و همچنين در فاصله راديوئي ) يا به عبارتي رقم يكاني( 10شناسه بر

حال . امكان رخ دادن وجود دارد كه البته احتمال برقراري هر سه شرط ارائه شده به مراتب پائين است

تواند به رسد كه در صورت استفاده بهينه از آن، مي در ادامه نوبت به بررسي چرخه كاري متغيير مي

.ميزان زيادي در مصرف انرژي صرفه جوئي كند

رسي ميزان تاثير چرخه كاري متغييربر) 8- 3

در ابتدا . پردازيم كاري متغير مواردي نياز به توضيح دارند كه در اينجا به آن مي در مورد چرخه

بر طبق كد موجود از .را در نظر بگيريد SMACدوره انتقال داده از بخش گوش دادن در پروتكل

گردد، مي ، اين دوره به صورت زير محاسبهSMACپروتكل

difs+slotTime* DATA_CW + SEC2CLKTICK(durCtrlPkt_) + guardTime

اما نكته مهم در اين فرايند . گردد ضميمه مي كه جزئيات اين پارامترها جهت رجوع، در پيوست،

اين در حالي است كه اگر قرار به برقراري ارتباط با ديگر حسگرها . محاسبه طول دوره گوش دادن است

براي بررسي مجموع مدت زمان الزميعني . افتد غلب اين عمل در ابتداي اين دوره اتفاق ميباشد، ا

كانال و مدت زمان الزم براي طي شدن امواج راديوئي تا حسگر مقصد نياز است تا ارتباط برقرار شود و

مورد ادتواند قابل قياس با اين مدت زمان زي بر حسب بيشترين فاصله حسگرها از هم، اين مدت نمي

باشد، بنابراين در پروتكل بهينه شده اين مدت زمان گوش دادن كاهش يافته SMACاستفاده در

اي باشد، ديگر به است اما بايستي توجه داشت كه در پايان اين مدت اگر حسگر در حال دريافت بسته

115

توان از هدر رفت با اين عمل تا حدودي مي. ماند رود و تا پايان دريافت بيدار مي حالت خواب نمي

.شود جلوگيري كرد انرژي كه بر اثر گوش دادن به كانال بيكار حادث مي

اوليه يعني چرخه كاري متغيير حال پس از اين بهبود ها در مورد طول دوره گوش دادن، به بحث

بسته هاي دريافت شده در يك مدت زمان شاخص چنانچه گفته شد در اين استراتژي از. گرديم مي بر

را، به عنوان پارامتر CTS هاي كنترلي جهت اين كار ميزان ارسال بسته. گيريم خاص بهره مي

ديگر حسگرها به چه ميزان خواستار فهماند كه اين پارامتر به حسگر مي. بررسي كننده انتخاب كرديم

هيچ حسگر هاي داده از طرف خود ارسال با اين انتخاب، پس. باشند برقراري ارتباط با اين حسگر مي

كه در در همين جا نياز به توضيح پيرامون نكته مهمي است. تاثيري در اين پارامتر نخواهد داشت

جهت برنامه متغيير براي هر حسگر و آن اينكه قسمت قبلي بحث در مورد آنرا به ايجا موكول كرديم

هر حسگر جهت .شود حسگر تعيين مي يكهاي دريافتي در شبكه صرفا بر اساس ميزان بسته فعاليت

ارسال داده نياز به بررسي برنامه خود ندارد، يعني اگر نياز به برقراري ارتباط با حسگر ديگري را در

، بدون توجه به برنامه خود از حال خواب، به )و هم اكنون در حال خواب است(حال حاضر دارد

هاي نيازي نداريم كه داده پس. شود كه مصادف با بيداري حسگر گيرنده باشد اي بيدار مي گونه

. بياوريم كه تاثير در چرخه كاري حسگر دارد، ارسالي از حسگر را به حساب ترافيك حسگر

ولي . كنيم حال به انتخاب يك چرخه كاري نياز داريم كه از آن به عنوان چرخه كاري مبنا ياد مي

، حسگر بيدار شود و در برنامه بر حسب ترافيك حسگر كه توضيح داده شد از هر چند پريود يكبار

با اين روش هر حسگر داراي يك چرخه كاري متعادل و قابل قياس با ترافيك . مشاركت كند بيداري

جهت .با دقت بيشتري انتخاب كرد شود را بايستي اما اينكه در كدام پريودها بيدار مي. شود حسگر مي

116

كه در اينجا به اختصار در مورد آنها توضيحاتي توانيم از چند روش گوناگون استفاده كنيم اين كار مي

.شمريم ارائه ميكنيم و تقاط ضعف و قوت هر كدام را برمي

يكي از راه هاي انتخاب چرخه كاري در اين قسمت، استفاده از چرخه كاري مبتني بر ميزان ترافيك

فته به اين معني اين گ. حسگر بر مبناي شاخص گفنه شده به صورت مستقل از ديگر پارامترها است

است كه جهت تغيير چرخه كاري به هر مقدار مبتني بر ترافيك حسگر، صرفا شاخص ترافيك را در

اين كار جهت بهبود نسبتا خوب در هدر رفت انرژي از طريق گوش دادن به كانال . نظر داشته باشيم

انتخاب چرخه كاري بسيار تواند مثبت ارزيابي شود چون اگر ترافيك شبكه بسيار كم باشد با بيكار مي

براي انتخاب اين چرخه كاري بسيار پايين داراي . كند پايين در مصرف انرژي به شدت صرفه جوئي مي

. محدوديت هاي نسبتا كمتري در مقايسه با روش دوم هستيم كه در ادامه توضيح داده خواهد شد

شود اد يك حسن محسوب ميگرچه اين محدوديت كمتر از نظر انتخاب چرخه كاري با تغييرات زي

تي برنامه انتخابي حسگر جهت ولي از طرف ديگر بايستي در نظر داشت كه در اين راهكار بايس

بنابراين مجوز تغيير . داده شودهاي هماهنگ كننده به ديگر حسگرها اطالع بوسيله بسته كاري چرخه

است، يعني تا زماني كه جديد مهبرنامه براي يك حسگر را ارسال بسته هماهنگ كننده حاوي اين برنا

بنابراين در اين روش ديگر .تواند برنامه خود را تغيير دهد اين بسته ارسال نشده حسگر نمي

توانيم به صرفه جوئي از انرژي كه از طريق عدم ارسال بسته هاي هماهنگ كننده به صورت مداوم نمي

ديگر حتي اگر با استفاده از بعضي از طرف . دست يافته بوديم تكيه كنيم كه در قسمت پيشين

شود براي اين نوع چرخه كاري استفاده كنيم، باز هم امكان راهكارها كه در ادامه توضيح داده مي

براي كم كردن اين امكان گم شدن . باشد اينكه دو حسگر همسايه يكديگر را گم كنند زياد مي

توانيم از روش چرخه كاري ثابت مبنا و افزايش يا كاهش اين ميزان به صورت گسسته و در مقادير مي

117

شود تا به نوعي به حسگرها اين استفاده از اين نوع چرخه كاري ثابت باعث مي .خاص استفاده كرد

اطمينان را بدهيم كه حتي در صورت گم كردن پريودهاي بيداري يك حسگر همسايه از هر چند

، يكي دقيقا با بيداري حسگر گيرنده مصادف بسته هاي كنترلي جهت برقراري ارتباط ارسال نادرست

، البته اين موارد اين مزيت در حالتي كه افزايش چرخه كاري به صورت پيوسته باشد وجود ندارد. باشد

مقصد قسمت از اين جهت كه امكان دارد يك بسته هماهنگ كننده در يك حسگر نگفته شده در اي

در حالتي كه چرخه كاري به صورت پيوسته افزايش مي يابد امكان . قابل توجه است دريافت نشود

براي مثال فرض كنيد كه در لحظه شروع بيداري يك، حسگر ديگر در .تصادم به مراتب بيشتر است

كوت پيش و در حالت س(اي كنترلي را ارسال يا دريافت كرده است اواسط بيداري باشد و حسگر بسته

، حال چون كه حسگر تازه بيدار شده جديد از ارتباطات قبلي )جهت بررسي كانال است داده، از ارسال

كند كه موجب تداخل خواهد به علت خواب بودن بيخبر است پس از بررسي كانال اقدام به ارسال مي

گر حسگرها خواهد هاي خواب و بيداري ناهماهنگ با دي كه علت اصلي اين تداخل وجود برنامه .بود

ها از ديد يكديگر به علت عدم همزماني روش كم بودن امكان گم شدن همسايهمزيت ديگر اين .بود

در ارسال بسته هاي هماهنگ كننده و بيداري حسگر خواهد بود، چون در اين حالت همگي حسگرها

.دهند وش ميدر زمان مخصوص به تبادل بسته هاي هماهنگي بيدار خواهند بود و به كانال گ

چنانچه از . را به نمايش گذاشته است گسسته حالتهاي متفاوت از اين چرخه كاري) 15- 3(شكل

شكل نيز پيداست شكل الف حالت مبنا را به تصوير كشيده است و شكل ب و ج حالتهاي مختلف بر

ير زير مربوط به نكته قابل توضيح در اينجا اين است كه تصاو. دهد اساس ترافيك حسگر را نشان مي

.انتقال داده است و حسگر جهت بخش هماهنگي حسگرها به صورت مستقل عمل خواهد كرد

118

)الف

)ب

)ج

حالتهاي مختلف در چرخه هاي كاري متفاوت) 6- 3شكل

براي مثال حالتي را در نظر بگيريد كه . نكات ديگر را نيز افزود براي اين موارد گفته شده بايستي بعضي

. يك حسگر الف كه در حالت فعاليت با چرخه كاري نسبتا پايين است درشبكه فعاليت داشته باشد

حال اگر يك حسگر ديگر با نام ب پس از دريافت بسته از اليه باالئي براي حسگر الف در پريود مربوط

بيدار شود ولي موفق به ارسال نشود بايستي تا فرا رسيدن پريود بيداري بعدي به بيداري حسگر الف

از طرف . گردد فزايش زياد تاخير ميامنتظر بماند كه مدت زمان زيادي طول خواهد كشيد و باعث

هاي متغيير در شبكه نيز حسگر را وادار به داشتن تجهيزات بيشتر از نظر اين چرخه كاري ديگر

119

كند تا بتواند همگي برنامه هاي همسايه هاي خود را ذخيره كند و به صورت به مي... و حافظه داخلي

. هاي استفاده از اين نوع چرخه كاري متغيير باشد تواند از چالش اين موارد مي ،بنابراين. روز در آورد

در اين پروژه استفاده SMACحال در ادامه به توضيح روش ديگر كه در انجام بهينه شدن پروتكل

دراين روش سعي بر آن داشتيم تا به نحوي بر ميزان تغيير چرخه كاري يك حسگر . پردازيم شد مي

مثال در قسمت قبل عنوان كرديم كه چرخه كاري بسيار متغيير از محاسن . محدوديت ايجاد كنيم

يا % 5بسيار پايين مثال تواند از چرخه هاي كاري روش پيشين بود كه بر حسب شرايط ترافيكي مي

اما در اين روش دوم اين رنج گسترده از . استفاده كند% 100حتي كمتر تا چرخه هاي كاري باال حدود

كنيم تا با انتخاب يك چرخه كاري در عوض سعي مي. كنيم تغييرات را در چرخه كاري مشاهده نمي

ر اين روش كارهاي تي درك بهبرا. معقول سعي در كاهش هر چه بيشتر ميزان مصرف انرژي كنيم

با پارامترهاي SMACجهت اين كار ابتدا از . گيريم انجام شده براي اين بهبود را با جزئيات پي مي

يعني از پروتكل بهينه شده . بهينه شده پيشين كه در ابتداي اين فصل توضيح داده شد استفاده كرديم

هاي هماهنگ كننده در اين نين ارسال بستهكه داراي برنامه زماني واحد در كل شبكه است و همچ

پس تا اينجاي كار مقداري در . پروتكل به تغيير در ليست همسايه ها و برنامه زماني موكول شده است

اما در مورد چرخه كاري متغيير در شبكه، بايستي گفت كه براي آن سه . مصرف انرژي كاهش داريم

.بينيد ر جزئيات در ادامه ميمد متفاوت در نظر گرفتيم كه آنها را با ذك

(I حالت اول

براي كاهش مصرف . ابتدا حالتي را تصور كنيد كه شما يك شبكه عاري از ترافيك را در نظر بگيريد

انرژي در اين نوع شبكه با استفاده از شاخص گفته شده مي توانيم اين گونه برداشت كنيم كه اگر اين

اي دريافت نكرد پس شبكه در حالت بدون ريود هيچ بستهپ 100شاخص براي مدت زمان براي مثال

120

بنابراين نيازمند يك . كند كند يا بهتر است بگوئيم حسگر در حالت بدون بار فعاليت مي بار فعاليت مي

در اين مبحث براي انتخاب چرخه . چرخه كاري پايين هستيم تا از هدر رفت انرژي جلوگيري كنيم

براي مثال ما سعي ميكنيم تا از چرخه كاري . خاص را مد نظر داشت كاري پايين بايستي بعضي نكات

متغيير به نحوي استفاده كنيم كه به صرفه جوئي در مصرف انرژي كه در قسمتهاي قبل دست يافتيم

هاي هماهنگ كننده جهت اين كار بايستي سعي كنيم تا حد توان از ارسال بسته. اي وارد نشود لطمه

بنابراين موارد گفته شده تصميم بر آن شد تا تغيير چرخه كاري را به . يري كنيمبدون دليل مبرم جلوگ

شايد در ديد اول اين كار باعث افزايش شديد مصرف انرژي و همچنين . ديگر حسگرها اطالع ندهيم

براي اين كار سعي كرديم . توانيم اين مشكل را برطرف كنيم تاخير شود اما با اتخاذ بعضي راهكارها مي

نيز SMACاي انتخاب كنيم كه با پارامترهاي پروتكل به حسگرها يك چرخه كاري را به گونه تا

بار 6را به تعداد RTSاگر يك حسگر بسته كنترلي SMACدر پروتكل . همخواني داشته باشد

شود و به اليه هاي باالئي خبر را دريافت نكند اين بسته ديگر ارسال نمي CTSارسال كند و بسته

4بنابراين تصميم گرفتيم كه يك حسگر در موارد بدون بار از هر . دهد اين شكست در ارسال را مي

پريود يكبار بيدار شود و به كانال گوش دهد تا از شكست در ارسال كه از اين طريق امكان ريدادن دارد

كه در بدترين حالت توانيم اطمينان داشته باشيم از طرف ديگر با انتخاب اين عدد مي. جلوگيري كنيم

يكي در زمان بيداري حسگر مقصد واقع شود تا از هدر رفتن RTSممكن از ارسال هر چهار بسته

از طرف ديگر با . آيد جلوگيري كند بوجود مي RTSهاي مجدد بسته انرژي كه از طريق ارسال

باشيم كه تاخير توانيم مطمئن ي كاري متغيير براي هر حسگر مي به عنوان چرخه 4انتخاب عدد

تنها نكته باقي مانده در استفاده از اين مد، انتخاب . احتمالي در شبكه نيز افزايش زيادي نداشته باشد

هاي ارسالي بايستي حسگر حداكثر تعداد پريودهائي است كه با گذشت آنها و عدم در دريافت بسته

تواند بر حسب شرايط اين عدد مي . مي ناميم X اين عدد رادر اين قسمت ما . اين مد را فعال كند

121

پس در اين قسمت . شود هر عددي جايگزين با تواند موجود در شبكه و ميزان ترافيك حسگرها مي

اي را دريافت نكرد آنگاه دانستيم كه اگر حسگري پس از گذشت اين مقدار از پريودهايش هيچ بسته

.شود و به كانال گوش مي دهد دار ميپريود فقط يكي را بي 4يعني از هر . رود مي 1به حالت مد

(II حالت دوم

پريود گذشته Xيعني براي حداقل (كند حال فرض كنيد كه يك حسگر كه در حالت اول فعاليت مي

) شود تا به كانال گوش دهد پريود يكي را بيدار مي 4اي را دريافت نكرده و بنابراين از هر هيچ بسته

شود چونكه خارج مي) حالت اول(در اين صورت حسگر از برنامه اول. اولين بسته خود را دريافت كند

در اين حالت يك مد خاص را براي حسگر در نظر گرفتيم كه . ارسال كرده است ار CTSاولين بسته

در اين حالت حسگر از مد اول خارج . ناميم حسگر براي مقابله با اين بار مي اوليه آنرا حالت آموزش

دهد تا بسته هاي داده شود و به كانال گوش مي پريود در ميان بيدار مي شود و به صورت يك مي

را نيز دريافت كرد مجددا در همين مد فعاليت هاي ديگرهنگامي كه بسته . ديگر را دريافت كند

در اينجا پس از ) يعني حداقل دريافت سه بسته داده(را نيز دريافت كند سومكند تا بسته داده مي

اما بايستي . شود اده جديد از اين مد خارج شده و وارد مد جديد يعني حالت سوم ميدريافت بسته د

در همين جا نيز متذكر شد كه دريافت اين بسته هاي داده در شرايطي خاص مجوز تغيير مد به حالت

تي يعني در صور. و آن اينكه فاصله بين اين دريافتها نبايد از مقدار خاصي بيشتر باشد. دهد سوم را مي

) حالت اول(پريود بيشتر شود حالت آموزش شبكه به حالت شبكه بدون ترافيك Xكه اين فاصله از

مورد ديگر در اين قسمت اين است كه برعكس حالت اول و سوم، مد دوم حالت پايدار . كند تغيير مي

حالي در. كند باشد و پس از گذشت مدت زماني خاص اين حالت به حالت اول يا سوم تغيير مي نمي

بر حسب ترافيك ( تواند به عنوان حالت پايدار در شبكه براي مدت زمان زيادي كه دو حالت ديگر مي

122

حال پس از اينكه حسگر حداقل سه بسته دريافت كرد شروع به قضاوت در مورد . استفاده شود) شبكه

ي ما بين اين قضاوت بر اساس فاصله هاي زمان. كند پريود بعدي كه نياز به بيداري دارد مي

كوچكترين فاصله زماني بين سه دريافت اخير گيرد و از بين آنها هاي متوالي حگسر انجام مي دريافت

با انتخاب اين شاخص . باشد كمتر مي Xكه البته مطمئنا از عدد . گزيند را به عنوان شاخص برمي

.گردد شود و وارد حالت سوم مي حسگر از مد دوم نيز خارج مي

(III حالت سوم

در اين حالت كه حسگر به يك درك اجمالي از ترافيك شبكه كه با ان روبرو است دست يافته، يك

كند و به ازاي هر پريود يكي از آن كم شمارنده را با شاخص گفته شده در حالت قبل مقدار دهي مي

بق بر ط توان اميد داشت كه زماني كه اين شمارنده به صفر برسد و به اين ترتيب مي. كند مي

پس ديگر نيازي ندارد تا در . ماده دريافت توسط اين حسگر خواهد بودآيك بسته اطالعات پيشين

صرفه جوئي در تواند به مراتب در پريودهاي مابين اين دو بيداري از خواب بيدار شود كه اين مي

خود پس با درنظر گرفتن اين شرايط حسگر به كار . مصرف انرژي حسگر نقش بسزائي داشته باشد

اي نيست پس تصميم ولي در مورد اين حالت انتخاب بدون جنبه احتياط كار عاقالنه. دهد ادامه مي

براي مثال در ابتدا . ضي پارامترهاي اين پروتكل بهينه شده در حالت سوم را تغيير دهيمعگرفتيم كه ب

وش دهد ولي تصور كنيد كه حسگري در پريود خاص خود بر اساس شاخص بيدار شود و به كانال گ

حسگر فرستنده به علت اشغال بودن كانال يا داليل ديگر نتواند در پريود مشخص شده بسته خود را

بنابراين حسگر فرستنده بايستي تا پريود بعدي بيداري حسگر گيرنده منتظر بماند كه اين . ارسال كند

براي مقابله با اين . استو در نهايت از دست رفتن بسته ارسالي RTSبه معني ارسال چندين بسته

حالت بايستي به نحوي به حسگر بفهمانيم كه در محدوده خاصي و پيرامون لحظه دريافت بسته بيدار

123

پريود 5در اين جهت حسگر در پروتكل بهينه شده بايستي در فاصله . شود و به كانال گوش دهد

با اين . پريود بيداري باشد 5سوم از دريافت خود به نحوي بيدار شود كه پريود دريافت مساوي با پريود

مورد ديگر در حالت سوم فاصله بين دو . توانيم دريافت بسته را به صورت بهتري تضمين كنيم كار مي

نشان دهنده ترافيك كمتر باشد) پريود 5در اينجا (مقدار خاصي اگر اين فاصله از. پريود بيداري است

فتن ديگر شرايط بايستي در كليه پريودها بيدار شود و پس حسگر بدون در نظر گر. باالي حسگر است

است يعني در حالتي كه اين مورد ديگر فاصله زياد بين دريافت هاي متوالي بسته. به كانال گوش دهد

خواهد پريود X-5حسگر متوالي بيداري دو در اين حالت فاصله بين. پريود است Xفاصله به حدود

از لحاظ بهبود در مصرف انرژي خوب است اما تصور كنيد كه در اواسط اين در نگاه اول اين فاصله. بود

بسته با ارسال فاصله حسگر ديگري قصد ارسال به مقصد اين حسگر را داشته باشد در اين حالت نيز

براي جلوگيري از . در نهايت از بين خواهد رفت RTSانرژي نسبتا زياد جهت ارسال بسته دادن هدر

اين مشكل در پروتكل حالتي تعبيه شده است كه حسگر در فاصله زماني زياد مانند اين حالت، به

شود و به كانال پريود يكبار بيدار مي چنديعني از هر . صورت شبه حالت اول به كانال گوش دهد

با اين . يكبار بيدار شود نيز بايستي به نحوي بهينه شودكه تعيين اينكه در جند پريود دهد گوش مي

مورد ديگر كه در اين قسمت نياز به يادآوري . توانيم از بروز اين مشكل نيز جلوگيري كنيم كار مي

دارد اين است كه در حالت سوم نيز به نحوي آموزش شبكه ادامه دارد و مقادير مورد استفاده جهت

.شود فت بسته جديد به روز ميبرگزيدن شاخص در زمان دريا

پذيرد كه حسگر مورد آخر در اين قسمت امكان خروج از حالت سوم است اين امر در صورتي انجام مي

بنابراين همه پارامترهاي مورد . اي را دريافت نكند براي مدت معيين شده در حالت اول هيچ بسته

رود استفاده در حالت سوم را پاك كرده و به حالت اول مي

124

شبيه سازي موارد ارائه شده) 9- 3

كنيم كه موارد پيشنهادي ارائه شده در اين فصل را به صورت يكجا و در يك در ادامه سعي مي

جهت بررسي ميزان مصرف انرژي، انرژي مصرفي كليه حسگرها را با هم جمع . پروتكل بررسي كنيم

توانيم درك بهتري با اين كارمي. كنيم اين مقدار را تقسيم بر تعداد حسگرها مي جموعكرده و آنگاه م

.نسبت به ميزان متوسط مصرف انرژي هر حسگر پيدا كنيم

و همچنين پروتكل بهينه شده در جدول زير آورده شده SMACرامتر هاي شبيه سازي در پروتكل اپ

جهت منبع ترافيك شبكه نيز مانند . غاز مي كنيمدر اينجا شبيه سازي را با جزئيات ياد شده آ. است

البته . ثانيه بين بسته هاي ارسالي استفاده مي كنيم 10و با فاصله زماني CBRموارد پيشين از منبع

به اين . كند ثانيه فعاليت مي 4000تا 1000بايستي توجه داشت كه اين منبع فقط از زماني برابر با

بسته داده ارسال خواهد 300توان فهميد كه در اين مدت حدود مي ترتيب با يك حساب سر انگشتي

را و بهينه شده آن SMACتوانيم تفاوت ها در ميزان انرژي مصرفي پروتكل در شكل زير مي .شد

.مشاهده كرد

125

SMACمقايسه ميزان مصرف انرژي پروتكل بهينه شده و) 7- 3شكل

راي مقايسه دو پروتكل، مقدار مصرف انرژي را بر حسب بآيد اين گراف چنانچه از شكل نيز بر مي

براي درك بهتر ميزان صرفه جوئي در مصرف انرژي كه توسط هر حسگر .زمان به تصوير كشيده است

از آنجا كه نرخ ارسال بسته ها را . تفاوتها در مصرف انرژي را در شكل زير نشان داده ايم. شود انجام مي

در مورد اين نرخ . داراي نظم خاصي در دوره سكوت و ارسال داده هستندها ثابت گرفتيم اين شكل

ارسال شبكه نسبتا بهتر با شرايط تغيير ترافيك بر مي آيد كه جهت توضيحات بيشتر و بررسي اين

كنيم موضوع در انتهاي فصل به صورت جامع آنرا بررسي مي

126

و بهينه شده آن SMACمصرف انرژي در پروتكل ) بهبود(ميزان تفاوت )8- 3شكل

صورت استفاده از اين پروتكل بهينه شده، امكان صرفه جوئي بيش از چنانچه از شكل نيز پيداست در

براي دقيق شدن در اين حالت بايستي گفت كه در . نيمي از ميزان انرژي مصرفي در شبكه وجود دارد

در حالي كه مصرف كرده استي ژول انرژ 24حدود SMACپايان اين شبيه سازي شبكه با پروتكل

در صد 43.3ژول انرژي را از دست داده كه حدود 10.4همين شبكه با پروتكل بهينه شده حدود

. انرژي حالت اول است

براي درك بهتر ميزان و همچنين جزئيات بيشتر از مصرف انرزي تصميم گرفتيم كه مقدار مصرف

حالت هاي مختلف يك حسگر در شبكه كه براي . كنيمانرژي حسگر در حالت هاي مخنلف را بررسي

توانيم به ترتيب به صورت مصرف انرژي در حالت در نظر گرفت را مي بايستي مصرف انرژي آنها را

خواب، مصرف انرژي در حالت گوش دادن به كانال بيكار، مصرف انرژي در حالت دريافت اطالعات و

در شكل زير ميزان سهم كلي اين مقادير را در . كرد مصرف انرژي در حالت ارسال اطالعات خالصه

.ه كردظميزان مصرف انرژي نهائي شبكه مالح

127

92%

2%

0%

6%IDEAL

TRANS

SLEEP

RECEIVE

SMACدر ميزان مصرف انرژي جهت فعالتهاي مختلف حسگر) 9- 3شكل

ختلف مجهت توضيح بيشتر اين شكل بايستي در نظر داشت كه مقادير اين مصرف انرژي در موارد

دانيد در پروتكل مي بهينه شده نيز داراي همين نسبت ها مي باشد البته چنانچهتقريبا در پروتكل

كاهش آيد بهينه شده ميزان مصرف انرژي كه از ناحيه گوش دادن به كانال بيكار بوجود مي

چشمگيري يافته است و ديگر موارد تغييرات چنداني ندارند، و به علت بزرگي زياد انرژي در حالت

نال بيكار نسبت هاي اين پارامترها در مقابل يكديگر تقريبا ثابت مانده استگوش دادن به كا

128

91%

3%

1%

5%

IDEAL

TRANS

SLEEP

RECEIVE

ميزان مصرف انرژي جهت فعالتهاي مختلف حسگر در پروتكل بهينه شده) 10-3شكل

ژي در براي مقايسه اين مقادير انرژي ها در هر پروتكل در شكل زير ميزان مصرف انر در هر صورت

شبكه كه از طريق گوش دادن به كانال بيكار روي مي دهد مقايسه گرديده است و همچنين تفاوت

مقادير انرژي كه از اين طريق در يك شبكه امكان صرفه جوئي است بر حسب زمان در شكل زير

نمايش داده شده است

129

و بهينه آن در گوش دادن به كانال بيكار SMACمقايسه پروتكل ) 11- 3شكل

و بهينه آن SMACتفاوت ميزان هدر رفت انرژي از طريق گوش دادن به كانال بيكار در )12- 3 شكل

130

در اين مرحله از آنجا كه ميزان مصرف انرژي در ديگر موارد گفته شده در مقايسه با انرژي گوش دادن

از ارائه جزئيات و و جهت جلوگيري از افزايش شديد تعداد شكلها، به كانال بيكار زياد نمي باشد

.كنيم پرهيز مي در اينجا شكلهاي مربوط به مقايسه اين پارامترها

مقابله با ترافيك هاي ين پروتكل درئي از به بررسي بيشتر دارد، ميزان كارآموردي كه در اينجا نيا

چنانچه پيشتر نيز توضيح داده شد اين بررسي انجام گرفته در شبيه سازي هاي پيشين . مختلف است

جهت بررسي . ثانيه يك بسته انجام شده است 10بر اساس ترافيك ثابت با فاصله بين ارسالهاي

براي انجام اين . كنيم سي ميپروتكل بهينه شده از لحاظ مصرف انرژي، چند ترافيك ديگر را نيز برر

نيز تغيير مي دهيم و ميزان تعامل پروتكل را 15و 5ثانيه به 10مهم فاصله بين ارسال بسته ها را از

در شكل زير . پس از انجام اين شبيه سازي ها نتايج زير بدست آمد. كنيم با اين ترافيك ها بررسي مي

و بهينه شده آن با فاصله ارسالي بين SMACيك مقايسه بين شبكه پيشين در دو پروتكل

چنانچه در اين شكل نيز پيداست ميزان بهبود در اين حالت . كنيد ثانيه را مالحظه مي 5هاي بسته

. مقايسه استنيز تقريبا با حالت پيش قابل

131

ثانيه 5ي ارسالي ه� و بهينه شده آن با فاصله بين بسته SMACميزان مصرف انرژي در ) 13- 3شكل

تغيير كرده 15پردازيم كه فاصله بين بسته هاي ارسالي به حال به بررسي همان شبكه در حالي مي

در اين حالت در مدت .هاي قبل است در اين حالت نيز ميزان بهبودي با كمي اغماز مشابه حالت. است

.ه استبسته داده ارسال شد 200ثانيه حدود 4000ثانيه تا 1000ارسال يعني از زمان

132

ثانيه 5ي ارسالي ه� و بهينه شده آن با فاصله بين بسته SMACميزان مصرف انرژي در ) 14-3شكل

در اينجا جهت بررسي بهتر و مقايسه اين سه سرعت ارسال متفاوت، ترجيح داديم كه اين گرافهاي

اي در يك شكل بياوريم كه ميزان بهبود و تغييرات در مصرف انرژي بهتر درك آورده شده را به گونه

ياد شده در سه ترافيك SMACبنابراين در شكل زير ميزان مصرف انرژي شبكه با پروتكل . شود

. در ادامه همين خصوصيات براي پروتكل بهينه شده نيز آورده شده است سپس. نمايش داده شده است

133

مقايسه ميزان مصرف انرژي شبكه با پروتكل بهينه در فاصله هاي زماني ارسال)15-5شكل

فاوت بر حسب زمانبسته هاي داده مت

SMACيسه ميزان مصرف انرژي شبكه در پروتكل امق) 16- 3شكل

بافاصله هاي زماني ارسال متفاوت برحسب زمان

0

2

4

6

8

10

12

14

16

0 1000 2000 3000 4000 5000 6000

INTER 5

INTER 10

INTER 15

0

5

10

15

20

25

30

35

Ax

is T

itle

INTER 5

INTER 10

INTER 15

134

نرژي مصرفي داراي رنج نسبتا گسترده بر اساس ميزان ترافيك حسگر، مقدار ا SMACدر پروتكل

يعني با افزايش ترافيك حسگر . اين مقادير با باال رفتن ترافيك حسگر رابطه مستقيم دارد. تري است

در حالت دوم و با استفاده از پروتكل بهينه شده نيز اين . يابد مقدار انرژي مصرفي نيز افزايش مي

كمتر SMACر اين افزايش نسبت به حالت پروتكل مقادير مصرف انرژي افزايش دارند اما مقادي

كه از SMACپروتكل .جستجو كرد SMACرا نيز بايستي در ساختار پروتكل علت اين امر.است

فهماند كه بايستي در پايان ارسال فعلي بيدار كند به حسگر ها مي گوش دادن وفق پذير استفاده مي

هاي بنابراين رويه اين حالت در ترافيك. كانال گوش دهندفارغ از برنامه خواب و بيداري به شوند و

اما در پروتكل بهينه شده اين گوش دادن اضافي در . انرژي مي شود مصرف باالتر باعث افزايش بيشتر

شود و از آنجا كه اين دوره محدود است پس افزايش بيش از دوره آموزش حسگر باعث اين افزايش مي

جهت بررسي ميزان دقيق انرژي هاي مصرفي حسگر براي ارسال هر . داشتحد انرژي را در پي نخواهد

اين جدول را نيز به دو صورت . بايت داده، در ادامه جدولي را براي اين مقادير تشكيل خواهيم داد

توانيم تشكيل دهيم يكي آن است كه ميزان انرژي مصرفي كل شبكه را از زمان صفر و تا متفاوت مي

اما در راهكار دوم تصميم . بر كل تعداد بسته هاي داده ارسالي تقسيم كنيم) 6000زمان (لحظه انتها

گرفتيم كه ميزان انرژي مصرفي جهت ارسال بسته هاي داده را بدست آوريم كه شامل انرژي مصرفي

ثانيه محاسبه كنيم، همچنين تعداد 4000ثانيه تا پايان ارسال يعني لحظه 1000حسگر از لحظه

در نهايت با تقسيم اين . ترافيك هاي مختلف بررسي كنيمارسالي در اين مدت را براي بسته هاي

.مقادير بر يكديگر، ميزان انرژي مورد نياز براي ارسال هر بايت داده در شبكه را بدست آوريم

135

.باشند اين مقادير در جدول زير قابل مشاهده مي

)ژول( انرژي

5فاصله بسته ها 10فاصله بسته ها 15فاصله بسته ها

11.5 17 23 SMAC

SMAC بهينه شده 8.5 6.8 6.2

تعداد بسته هاي ارسالي 600 300 200

ميزان انرژي مورد نياز براي ارسال يك بايت داده

57.5m m56.6 m38.3 SMAC

31m 26.6m m14.2 بهينه شده SMAC

انرژي مورد نياز براي ارسال هر بايت داده را در اين متوسط توان ميزان مي در اين جدول بنابراين

چنانچه پيشتر نيز توضيح داده شد، با استفاده از چرخه كاري متغيير در پروتكل، . شبكه مالحظه كرد

اين مقدار صرفه جوئي بر . به ميزان بسيار زيادي در مصرف انرزي يك حسگر صرفه جوئي ميشود

ند تغيير نيز داشته باشد و در شبكه هاي مختلف بر اساس اهميت توا اساس پارامترهاي گفته شده مي

.انرژي يا تاخير داراي مقادير ديگر نيز باشد