زمان‌بندی پاینده مبتنی بر درخت در شبکه‌های مش بی‌سیم خورشیدی
الموضوعات :
هادی برقی
1
(دانشگاه علم و صنعت ايران)
سیدوحید ازهری
2
(دانشگاه علم و صنعت ایران)
الکلمات المفتاحية: پایندگی انرژیچرخه کاریزمان‌بندیشبکه مش بی‌سیم,
ملخص المقالة :
در بسیاری از کاربردهای شبکه‌های مش بی‌سیم به دلیل عدم دسترسی به منبع انرژی دایم و استفاده از باتری و تجهیزات برداشت‌کننده انرژی طراحی بر مبنای پایندگی انرژی بسیار حایز اهمیت است. تنظیم چرخه کاری و به خواب بردن گره‌های شبکه در بخشی از دوره کاری، روشی برای حفظ انرژی و تضمین پایندگی است. در این حالت برای تبادل داده بین گره‌های همسایه به پروتکل‌هایی برای هماهنگی خواب نیاز است. در برخی کاربردهای این شبکه‌ها مانند کاربرد نظارت تصویری نیاز است که داده از بخش‌های مختلف شبکه جمع‌آوری شود. توپولوژی درخت در این کاربردها گزینه مناسبی است. یک روش ساده برای هماهنگی خواب در توپولوژی درخت الگوریتم زمان‌بندی تقسیم زمان (TIME-SPLIT) است که در آن زمان هر گره به طور مساوی بین فرزندان تقسیم می‌شود. الگوریتم زمان‌بندی تقسیم زمان پیشنهادشده مسئله پایندگی انرژی و محدودیت انرژی گره‌ها را در نظر نمی‌گیرد. ما در این مقاله به منظور ایجاد پایندگی انرژی در شبکه‌های مش بی‌سیم مبتنی بر توپولوژی درخت در الگوریتم زمان‌بندی تقسیم زمان محدودیت چرخه کاری گره‌ها را اضافه کرده‌ایم. در شرایطی که وضعیت انرژی فرزندان متفاوت باشد تقسیم مساوی زمان به عدم کارایی شبکه می‌انجامد. به منظور بهبود کارایی و گذردهی شبکه دو الگوریتم زمان‌بندی بر مبنای الگوریتم تقسیم زمان که شرایط انرژی و ترافیک فرزندان را در نظر می‌گیرند ارائه کرده‌ایم. در الگوریتم پیشنهادی اول تقسیم زمان به نسبت چرخه کاری فرزندان هر گره انجام می‌گیرد. در الگوریتم دوم تقسیم زمان به صورت پویا و به نسبت ترافیک فرزندان است و همچنین پذیرش تماس بر مبنای انرژی مصرفی اتصالات و بر اساس طول اتصالات به طور دقیق‌تری انجام می‌شود. نتایج شبیه‌سازی که به وسیله شبیه‌ساز شبکه 3NS انجام شده نشان می‌دهد که در شرایط عدم توازن در انرژی و ساختار درخت، یعنی حالتی که فرزندان یک گره دارای انرژی یکسان یا زیردرخت تقریباً مشابه نیستند، روش‌های پیشنهادی به میزان قابل توجهی (بیش از حدود 60%) ترافیک عبوری را افزایش می‌دهند.
[1] I. F. Akyildiz, X. Wang, and W. Wang, "Wireless mesh networks: a survey," Comput. Networks, vol. 47, no. 4, pp. 445-487, Mar. 2005.
[2] IEEE Standards Association, 802.11-2012-IEEE Standard for Information Technology Telecommunications and Information Exchange between Systems Local and Metropolitan Area Networks Specific Requirements, Part 11: Wireless LAN Medium Access Control (MAC) and Physical Layer (PHY), Sept. 2012.
[3] H. Barghi and S. V. Azhari, "A practical sleep coordination and management scheme with duty cycle control for energy sustainable IEEE 802.11s wireless mesh networks," Wirel. Networks, vol. 21, no. 2, pp. 1-26, Feb. 2018.
[4] M. Malekpour Shahraki, H. Barghi, S. V. Azhari, and S. Asaiyan, "Distributed and energy efficient scheduling for IEEE802.11s wireless EDCA networks," Wirel. Pers. Commun., vol. 90, no. 1, pp. 301-323, 2016.
[5] B. Hohlt, L. Doherty, and E. Brewer, "Flexible power scheduling for sensor networks," in Proc. of the 3rd Int. Symp. on Information Processing in Sensor Networks, IPSN'04, p. 205-214, 2004.
[6] E. S. Kim and C. A. Glass, "Perfect periodic scheduling for three basic cycles," J. of Scheduling, vol. 17, no. 1, pp. 47-65, Feb. 2014. [7] E. S. Kim and C. A. Glass, "Perfect periodic scheduling for binary tree routing in wireless networks," Eur. J. Oper. Res., vol. 247, no. 2, pp. 389-400, 1 Dec. 2015.
[8] P. Shrivastava and S. B. Pokle, "Energy efficient scheduling strategy for data collection in wireless sensor networks," in Proc. Int. Conf. on Electronic Systems, Signal Processing and Computing Technologies, pp. 170-173, Nagpur, India, 9-11 Jan. 2014.
[9] D. Ghosh, A. Gupta, and P. Mohapatra, "Admission control and interference-aware scheduling in multi-hop WiMAX networks," in Proc. IEEE Int. Conf. on Mobile Adhoc and Sensor Systems, MASS'07, 9 pp., Pisa, Italy, 8-11 Oct. 2007.
[10] J. Zou and D. Zhao, "Real-time CBR traffic scheduling in IEEE 802.16-based wireless mesh networks," Wirel. Networks, vol. 15, no. 1, pp. 65-72, Jan. 2009.
[11] I. Rhee, A. Warrier, J. Min, and L. Xu, "DRAND: distributed randomized TDMA scheduling for wireless ad hoc networks," IEEE Trans. Mob. Comput., vol. 8, no. 10, pp. 190-201, Oct. 2009.
[12] Z. Wang, J. Li, L. Kang, C. Wang, and Y. Zhang, "Low-latency TDMA sleep scheduling in wireless sensor networks," in Proc. 2015 IEEE/CIC Int. Conf. on Communications in China, ICCC'15, 6 pp., Shenzhen, China, 2-4 Nov. 2016.
[13] A. Kansal, J. Hsu, and S. Zahedi, "Power management in energy harvesting sensor networks," ACM Trans. Embed. Comput. Syst., vol. 6, no. 4, pp. 1-35, Sept. 2007.
[14] C. M. Vigorito, D. Ganesan, and A. G. Barto, "Adaptive control of duty cycling in energy-harvesting wireless sensor networks," in Proc. IEEE Int. Conf. on Sensing, Communication, and Networking, IEEE SECON'07, pp. 21-30, San Diego, CA, USA, 18-21 Jun. 2007.
[15] X. Fafoutis and N. Dragoni, "ODMAC: an on-demand MAC protocol for energy harvesting-wireless sensor networks," in Proc. of the 8th ACM Symp. on Performance Evaluation of Wireless Ad Hoc, Sensor, and Ubiquitous Networks, PE-WASUN'11, pp. 49-56, Miami Beach, FL, USA, 31 Oct.- 4 Nov. 2011.
[16] S. Tang, J. Wu, G. Chen, C. Wang, X. Liu, T. Li, and X. Y. Li, "On minimum delay duty-cycling protocol in sustainable sensor network," in Proc. Int. Conf. on Network Protocols, ICNP'12, 9 pp., Oct. 2012.
[17] B. Buchli, F. Sutton, J. Beutel, and L. Thiele, "Dynamic power management for long-term energy neutral operation of solar energy harvesting systems," in Proc. 12th ACM Conf. Embedded Networked Sensor Systems, SenSys'14, pp. 31-45, Memphis, TN, USA, 3-6 Nov. 2014.
[18] L. X. Cai, T. H. Luan, J. W. Mark, and H. V. Poor, "Sustainability analysis and resource management for wireless mesh networks with renewable energy supplies," IEEE J. Sel. Areas Commun., vol. 32, no. 2, pp. 345-355, Feb. 2014.
[19] M. K. Jakobsen, J. Madsen, and M. R. Hansen, "DEHAR: a distributed energy harvesting aware routing algorithm for ad-hoc multi-hop wireless sensor networks," in Proc. IEEE Int. Symp. on World of Wireless Mobile and Multimedia Networks, WoWMoM'10, 9 pp., Montrreal, QC, Canada, 14-17 Jun. 2010.
[20] P. K. Srinivas, "SLR: sustainable longevity routing protocol for ad hoc networks," in Proc. IEEE Int. Conf. on, Signal Processing, Communication and Computing, ICSPCC'13, 6 pp., KunMing, China, 5-8 Aug. 2013.
[21] C. Moser, J. Chen, and L. Thiele, "An energy management framework for energy harvesting embedded systems," ACM J. Emerg. Technol. Comput. Syst., vol. 6, no. 2, Article No. 7, 21 pp., Jun. 2010.
[22] X. Shen, et al., "EFCon: energy flow control for sustainable wireless sensor networks," Ad Hoc Networks, vol. 11, no. 4, pp. 1421-1431, Jun. 2011.
[23] G. H. Badawy, A. A. Sayegh, and T. D. Todd, "Fair flow control in solar powered WLAN mesh networks," in Proc. IEEE Wireless Communications and Networking Conf., WCNC'09, 6 pp., Budapest, Hungary, 5-8 Apr. 2009.
[24] D. P. Consumption, D. Halperin, B. Greenstein, A. Sheth, and D. Wetherall, "Demystifying 802.11n power consumption," in Proc. of the Workshop on Power Aware Computing and Systems HotPower'10, Article No. 1, pp. 2-6, Vancouver, BC, Canada, 2010.
