بهبود کارایی انرژی با هماهنگ کردن استراتژی های خواب در زیرلایه های مسیریابی و دسترسی به رسانه در شبکه های حسگر بی سیم

در سال های اخیر، توجه به شبکه های حسگر بی سیم از سوی محققین دانشگاهی و صنعتی به شدت افزایش یافته است. اما همچنان وجود چالش‏ها و محدودیت‏های بسیاری در این زمینه، مانع به کارگیری گسترده تر این شبکه‏ها می‏شود. چالش اساسی در این شبکه ها، محدودیت منابع انرژی است؛ به صورتی که راهبردها و پروتکل های زیادی برای مقابله با این چالش ارائه شده است. ایده به کارگیری چرخه ی خواب/بیداری برای رادیوی گره ها، یکی از موثرترین راه های صرفه جویی در مصرف انرژی است. این شیوه توسط پروتکل های گوناگون، در لایه های مختلف شبکه به کار گرفته می شود. با این‏حال، تنوع ماهیتی کاربردهای شبکه‏های حسگر بی‏سیم و تکنیک‏ها و پروتکل‏های ارائه شده، موجب سردرگمی در طراحی و پیاده‏سازی تجاری این شبکه‏ها با حداکثر کارایی انرژی شده است. هنوز به روشنی مشخص نیست که به کارگیری این استراتژی در کدام لایه و تحت چه شرایطی نتایج بهتری ارائه می‏دهد. سوال اصلی این است که، بکارگیری هم‏زمان این استراتژی‏ها در چند لایه، نیاز به ایجاد چه هماهنگی‏هایی دارد؟ در این پایان‏نامه مزیت ها و محدودیت های بکار‏گیری استراتژی‏های خواب در لایه‏های مسیریابی و دسترسی به رسانه و نیز بکارگیری هم‏زمان در هر دو لایه، تحت کاربردها و سناریوهای گوناگون مورد ارزیابی قرار گرفته است. برای پوشش طیف گسترده‏ای از کاربردها در لایه‏ی مسیریابی، پروتکل انتشار مستقیم به عنوان یک نماینده‏ی مناسب از پروتکل‏های مسیریابی مسطح و رخداد محور انتخاب شده‏ است. از آن‏جا که در این پروتکل از هیچ‏گونه استراتژی خواب/بیداری استفاده نمی‏شود، در این پایان‏نامه با اضافه نمودن قابلیت خواب به گره‏ها، یک پروتکل جدید براساس پروتکل انتشار مستقیم ارائه شده ‏است. با مقایسه‏ی کارایی این پروتکل پیشنهادی با پروتکل انتشار مستقیم، امکان ارزیابی استراتژی‏های خواب در لایه‏ی مسیریابی فراهم می‏گردد. برای مطالعه‏ی استراتژی خواب در لایه‏ی mac نیز دو پروتکل ieee 802.11 و smac انتخاب شده‏اند. علت این انتخاب به دلیل شباهت‏های ساختاری این دو پروتکل است، به صورتی که عملکرد پروتکل smac بدون چرخه‏ی خواب/بیداری آن به پروتکل ieee 802.11 تعدیل می‏یابد. بکارگیری هم‏زمان استراتژی‏ خواب در هر دو لایه‏ی مسیریابی و کنترل دسترسی به رسانه، با چالش‏های متعددی مواجه است که عملکرد آن را به شدت کاهش می‏دهد. برای رفع این چالش‏ها و ایجاد هماهنگی بین لایه‏ها، در این پایان‏نامه یک cross-layer ساده پیشنهاد شده است؛ که بدون نیاز به محاسبات سنگین، در مورد وضعیت خواب/بیداری رادیو تصمیم نهایی را می‏گیرد؛ به صورتی که خواب رادیو، تاثیر منفی در عملکرد لایه‏‏های مسیریابی و کنترل دسترسی به رسانه نداشته باشد. بر اساس نتایج مستخرج از شبیه‏سازی‏های کامپیوتری، پروتکل انتشار مستقیم با امکان خواب گره‏ها، در شرایطی که عملکرد استراتژی خواب در لایه‏ی mac مناسب نیست، می‏تواند جایگزین مطمئنی باشد. همچنین به‏کارگیری هم‏زمان استراتژی‏های خواب در هر دو لایه، در شرایط مناسب منجر به افزایش بیشتر طول عمر شبکه می‏گردد. بر اساس ارزیابی‏های انجام شده، بهترین روش برای افزایش بهینه‏ی طول عمر شبکه‏های حسگر بی‏سیم با تمرکز روی کاربردهای رخداد محور، طراحی یک طرح خواب/بیداری وفق‏پذیر براساس شرایط پیکربندی و ترافیکی شبکه است. اما در شرایطی که طراحی و استفاده از طرح‏های وفقی امکان‏پذیر نباشد؛ بکارگیری همزمان استراتژی خواب به همراه‏‏ یک هماهنگ کننده‏ی cross-layer، انتخابی بهتر و مطمئن‏تر نسبت به حالت بکارگیری مستقل این استراتژی‏ها در یک لایه است. در نهایت نتایج به دست آمده از این پایان‏نامه، علاوه بر شفاف سازی کارایی استراتژی‏های خواب در لایه‏های مختلف، می‏تواند در طراحی پروتکل‏های وفقی به‏کار آید.