مجله علوم رایانشی

چکیده مقاله افزایش قابلیت اطمینان شبکه بیسیم با افزایش قدرت ارسال و کاهش مصرف انرژی

شبکه‌های حسگر بی‌سیم به‌طور گسترده در کاربردهای نظارتی و کنترلی استفاده می‌شوند و به علت دور از دسترس بودن آن‌ها، طول عمر و قابلیت ‌اطمینان در این شبکه‌ها از اهمیت ویژه‌ای برخوردار هستند. یکی از عوامل تهدیدکنندۀ قابلیت اطمینان در این شبکه‌ها انرژی ذخیرۀ موجود در باتری گره است، برای کاهش این محدودیت، در برخی از شبکه‌های حسگر بی‌سیم امروزی از برداشتگر انرژی برای دریافت انرژی مورد نیاز از محیط پیرامون استفاده می‌شود. از سوی دیگر، ویژگی‌های برداشتگرهای انرژی، خصوصیات جدیدی به شبکه تحمیل می‌کند که چالش‌های جدیدی در افزایش قابلیت اطمینان ایجاد می‌نماید. از جملۀ مهم‌ترین خصوصیات شبکه‌های حسگر بی‌‌سیم با برداشتگر انرژی، تفاوت‌ در نرخ برداشت انرژی از محیط پیرامون هر گره، با توجه به شرایط محیطی است. در این پروژه تلاش شده است تا با بررسی کارهایی که در زمینۀ قابلیت اطمینان و افزایش طول عمر این شبکه‌ها صورت‌ گرفته و با مقایسۀ معایب و مزایای آن‌ها، به راهکاری مؤثر برای ارسال مطمئن‌تر بسته‌ها در کنار افزایش طول عمر شبکه دست یابیم. راهکار ارائه‌شده بر پایۀ افزایش توان سیگنال ارسالی گره فرستنده است که با توجه به نرخ برداشت انرژی از محیط و پیش‌بینی آن در آینده صورت می‌پذیرد. به همین منظور ما تلاش کردیم تا با توجه به نرخ متغیری که برای برداشت انرژی از محیط وجود دارد، گره‌هایی که انرژی بیشتری از محیط می‌گیرند را شناسایی کنیم و از آن‌ها برای کمک به گره‌هایی که در شرایط نامساعدتری از لحاظ برداشت انرژی هستند، استفاده کنیم. گره‌هایی که انرژی در دسترس بیشتری دارند، با افزایش توان ارسالی خود، علاوه بر ارسال مطمئن بسته‌ها، باعث کاهش تعداد گره‌های شرکت‌کننده در رله کردن می‌شوند. انگیزش اصلی برای مطرح کردن این ایده، توجه به این مسئله است که در شبکه‌های حسگر بی‌سیم، در واحد فرستنده، بخش‌های مختلفی وجود دارد که بخش اعظم انرژی مصرفی مربوط به آن‌‌ها است و مقداری ثابت است. بخش کمی از انرژی مصرفی مربوط به واحد توان سیگنال رادیویی است. بدین ترتیب، با افزایش توان رادیویی در واحد فرستنده، افزایش نمایی مصرف انرژی آن بخش، مقدار چشمگیری نخواهد داشت. از آنجایی که با پایان یافتن عمر هر گره‌ای که قادر به برداشت انرژی کافی از محیط نباشد، عمر شبکه و کارکرد درست آن تحت تأثیر قرار می‌گیرد، کاهش تعداد ارسال‌ها گره‌های با محدودیت انرژی، موجب افزایش طول عمر این گره‌ها و نهایتاً افزایش طول عمر شبکه خواهد شد. بدین ترتیب گره‎‌های با انرژی بیشتر، می‌توانند از شرکت دادن گره‌هایی که انرژی کمتری دارند، در مسیریابی جلوگیری کنند و به ذخیره انرژی آن‌ها و افزایش طول عمر شبکه کمک کنند. به این منظور، ما با اطلاع از میزان برداشت هر گره از محیط، توان ارسالی آن را تغییر دادیم و برای جلوگیری اختلال در عملکرد لایه کنترل دسترسی رسانه، گره‌های همسایه را از این تغییر مطلع ساختیم. این اطلاع از افزایش توان ارسال، با اضافه کردن پارامتری در بسته ارسالی صورت می‌گیرد و گره دریافت‌کننده نیز خود را با این توان جدید سازگار می‌کند. همچنین هم‌زمان با دریافت بسته از گره‌های همسایه، هر گره همسایه‌های پرانرژی خود را می‌شناسد و رفتار خود را متناسب با آن‌ها تغییر می‌دهد. با اعمال این روش، نسبت دریافت بسته‌های سالم در شبکه‌هایی با تراکم گره مختلف، به‌طور متوسط 27% افزایش یافت.