دانلود مقاله یک پروتکل جدید MAC در شبکه های وایرلس با ترافیک بالا

چکیده کنترل دسترسی واسطه ها یک مشکل کلیدی در شبکه های وایرلس ad hoc و سنسورها می باشد.

یک الگوریتم کنترل دسترسی واسطه مناسب باعث می شود نودهای شبکه بتوانند واسط وایرلس را با هزینه انرژی کمتر و دریافت نتایج بهینه تر به اشتراک بگذارند.

اکثر تکنیکهای موجود برای کنترل دسترسی واسطه ها در شبکه های وایرلس برای کارکردن در نرخ ترافیک پایین طراحی شده اند.

در این مقاله ما یک الگوریتم کنترل دسترسی واسط جدید معرفی می کنیم که AdAMAC نام دارد و در شبکه های وایرلس با ترافیک بالا نیز بهترین کارایی را دارد.

با استفاده از شبیه سازی این الگوریتم نشان دادیم که بهترین الگوریتم کنترل دسترسی واسطه ها در شبکه ها ی وایرلس ترافیک بالا به صورت بسته های قابل جابجایی و هزینه انرژی مشابه با دیگر روشها توسط این الگوریتم به دست می آید.

مقدمه یک مشکل زیر ساختاری در طراحی سنسور های وایرلس و شبکه های ad hoc ، الگوریتم کنترل دسترسی واسطه هاست که به نودها اجازه اشتراک انتقال وایرلس بین واسطه ها را به صورت کارا و مفید می دهد.

با توجه به اهمیت بیشتر ظرفیت بار در شبکه های وایرلس نسبت به شبکه های معمولی، الگوریتم های MAC قابل اجرا در شبکه های معمولی در شبکه های وایرلس قابل اجرا نیستند.

مقالات بسیاری درباره الگوریتم های MAC مربوط به شبکه های ad hoc و سنسورهای وایرلس وجود دارند.

اکثر این مقالات پروتکلهای مصرف انرژی کارا در شبکه های وایرلس و تست شرایط لود سبک را بررسی نموده اند.

این مسئله بر گرفته از این حقیقت است که شبکه های وایرلس اولیه کاربردهای غیر واقعی که در آنها سنسورها ترافیک بالایی تولید کنند را انجام نمی دهند.

به هر حال، با توجه به پیشرفت تکنولوژی مدارات مجتمع و سنسورها و باتریها، از لحاظ هزینه سخت افزاری و سایز و انرزی بودجه برای پیاده سازی شبکه که نرخ بالایی از داده ها را تولید می کنند امکان پذیر است.

در این مقاله، ما یک الگوریتم MAC جدید به نام AdAMAC معرفی می کنیم که برای پیشبرد و کارایی انرژی در شرایط ترافیک سنگین شبکه طراحی شده است.

ما با استفاده از شبیه سازیها نشان دادیم که این الگوریتم نسبت به بهترین الگوریتم های موجود در زمینه جابجایی بسته های داده در شبکه های وایرلس و از لحاظ مصرف انرژی بسیار بهتر و بهینه تر است.

2 – مدل و فرضیات 1-2 مدل پیشنهادی ما فرض می کنیم تمامی نودها یکسان باشند و همگی به شکلی، مثلا تصادفی، در یک سنسور دو بعدی گسترش یافته باشند.

فرض می کنیم که این سنسور هیچگونه حالت خاصی نداشته باشد و نودها هم حرکتی نکنند.

فرض می کنیم زمان به صورت گسسته در نظر گرفته شود و بین نودها یک ساعت همسان ساز وجود داشته باشد.

با اینکه در الگوریتم ما لازم نیست و طراحی نشده است، اما برای سهولت کار فرض می کنیم تمامی سنوسورها کاملا همزمان با هم عمل کنند.

فرض حضور یک روتز زیر ساختاری در الگوریتم ما جزئی از فرضیات در نظر گرفته شده است.

ما هر دو مدل بسیار ساده ترافیک داده را در نظر می گیریم.

مدل ترافیک تصادفی که فرض می کند هر نود در هر گام با احتمال P یک بسته داده تولید می ککند.

مدل ترافیک پشت سر هم که قطاری از بسته های داده ای در هر فرستنده به صورت متناوب تولید می شود.

مقصد این بسته های داده ای به طور یکسان و برای همه به صورت تصادفی و برای همسایگان فرستنده ها انتخاب می شوند.

ما جستجو درباره مدلهای غیر متجانس را به کارهای بعدی و آینده موکول نمودیم.

2-2 معیارها نهفتگی، نرخ تحویل داده ها و مصرف انرژی، به عنوان معیارهای کار ما در نظر گرفته شده اند.

نهفتگی معیاری برای تاخیر زمانی در هنگام ارسال داده از فرستنده به گیرنده است.

ما توزیع این نهفتگی زمانی را همانند نهفتگی میانگین برای مقایسه الگوریتم ها استفاده نمودیم.

PDR قسمتی از بسته های داده ای است که به سلامت و با موفقیت به گیرنده مورد نظر می رسند.

مصرف انرژی نیز متناسب با زمان هوشیاری و انجام وظیفه هر نود است.

3-2 کارهای انجام شده پروتکلهای بی سیم MAC را به صورت خیلی کلی می توان به دسته های ، مبتنی بر مفاهیم، مستقل از مفاهیم و هیبرید تقسیم نمود.

پروتکلهای مبتنی بر مفاهیم به نودها این اجازه را می دهند تا به واسطه و با اولویتهای بسیار کم دست پیدا کنند.

بنابراین تصادم بسته های داده ای بسیار بیشتر می شود.

بنابراین، اغلب، این پروتکلها تلاش می کنند تا پیامی را برای الگوی تاخیر تولید کنند تا نرخ تصادم کاهش یابد.

مثل پیام DCF در خانواده IEEE202.11.

پروتکلهای مستقل از مفاهیم از ارسال مفاهیم در حین انتقال بسته داده توسط یک سری زمان بند خاص یا کانال هایی برای هر بسته داده جلوگیری می کنند.

مثالهایی از پروتکلهای مستقل از مفاهیم: پروتکلهای FDMA، CDMA، TDMA هستند که از بین اینها CDMA و FDMA اغلب پیچیده تر و TDMA در شبکه های وایرلس .و نودها و سنسورهای ad hoc مناسب تر هستند.

TDMA نیازمند همسان سازی بین نودهاست که چند الگوریتم همزمان سازی بهینه تا به حال معرفی شده اند.

پروتکلهای هیبرید تلاش می کنند تا فواید دو پروتکل قبلی را توسط یک دوره اولیه و در ابتدای انتقال با هم ترکیب کنند که توسط همه نودها برای دسترسی به بسته های داده انجام می شود و سپس یک دوره زمانی مستقل از مفهوم که نودهایی که برای انتقال و تبادل دسترسی داشته اند بتوانند داده های خود را بدون تصادم ارسال کنند.

نقطه قوت این استراتژی این است که ددر فاز مبتنی بر مفاهیم یک نسبت تاخیر برای کار انتقال داده و در فاز مستقل از مفاهیم نرخ تصادم بسیار کم و نهفتگی زمانی پائین و اتلاف انرزی بسیار نناچیز نسبت به پروتکلهای مبتنی بر مفاهیم وجود دارند.

1-3-2 پروتکل MAC در WSN ها پروتکلهای MAC به طور خاص برای WSN ها طراحی شده اند که اکثرا پروتکلهای آنها بر پایه TDMA و یا پروتکل مبتنی بر مفاهیم می باشد.

پروتکلهای مبتنی بر TDMA به طور ذاتی از لحاظ مصرف انرژی بهینه تر هستند چرا که چرخه وظایف ارسالهای رادیویی در آنها کاهش می یابد.

علاوه بر اینها این پروتکلها به دلیل نبود مفاهیم زیاد از لحاظ نرخ تصادم بسیار مناسب هستند چرا که تصادم د ر آنها صورت نمی گیرد.

در پروتکلهای مبتنی بر TDMA نودها یک دسته ارتباطی ایجاد می کنند که هر نود در آنها در یک زمان خاص انجام وظیفه می کند.

البته ساعت کار نود ها حتما باید همسان شده باشد.

از طرف دیگر ، پروتکلهای مبتنی بر مفاهیم بسیار ساده بوده و به نودها اجازه می دهند تا یک برنامه خاموشی به سادگی به انها اضافه شود.

پروتکلهای مبتنی بر چرخه وظایف در پروتکلهای مبتنی بر مفاهیم MAC که برای WSN ها طراحی شده اند، می توانند به صورت همزامن یا غیر همسان با همسایگان خود دسته بندی شوند.

در رویه های همسان شده مثل SMAC، نودها در هنگام خاموشی هم باید با همسایگان خود همساش فرض شوند.

البته این کار باعث ایجاد سربار می شود.

در مقابل، در رویه های غیر همسان مثل BMAC و WiseMAC و XMAC هر نود می تواند به صورت مستقل به یک برنامه خاص خاموشی منتقل شود اما فرکانس این خاموشی ها ثابت است.

فرستنده ای که داده ها را می فرستد باید بسته داده ها را با یک بسته راهنما به صورت ضمیمه شده روی داده ها بفرستد.

4-2 پروتکلهای همسان معرفی شده پروتکل تطبیقی ترافیک برای دسترسی واسطه ها یا TRAMA از پروتکل TDMA استفاده می کند.

اما از اتلاف پهنای باند توسط لحاظ نمودن زمان بند بای نودهایی که دارای بسته های راهنما هستند، جلوگیری می کند.

TRAMA در یک شمای انتخابی توزیعی استفاده می کند که مبتنی بر شرایط حال حاضر ترافیک در هر نود است، تا بتواند تشخیص دهد که کدام نود در یک زمان خاص در حال انتقال داده است.

قالبهای TRAMA به قسمتهای مبتنی بر مفاهیم و مستقل از مفاهی تقسیم می شوند.

در بخش مبتنی بر مفاهیم، هر نود درباره دو همسایه اطراف خود و برنامه های آنها توسط تبادل بسته های کنترلی و در جهت جلوگیری از تصادم در بخش مستقل از مفاهیم، آگاه می شوند.

این پروتکل از سربار بسته های کنترلی و بار محاسباتی سنگین برای زمان بندی نودها جهت انتقال بسته های داده رنج می برد.

پروتکلهای MAC مبتنی بر تبلیغات بر کاهش زمان استراق سمع تمرکز می کنند که منبع بسیار مهم برای اتلاف انرژی است.

این پروتکل ساختاری مشابه ساختار مبتنی بر فریم ها دارد که در پروتکلهای SMAC و TMAC استفاده می شوند، اما ابتدای یک فریم را به عنوان یک دوره تبلیغاتی استفاده می کند که فرستنده یک سری بسته های تبلیغاتی ADV را به گیرنده ها ی مورد نظر می فرستد و درخواست می کند که در دوره ارسال داده حتما هوشیار باشد.

این طول زمانی ثابت ADV توسط یک طول داده ای متغیر دنبال می شود و یک طول داده ای متغیر دیگر در این زمان به خواب می رود.

زمان ADV به چند گام زمانی تقسیم می شود.

نودی که بسته ای برای ارسال دارد، یک اسلات را تصادفی انتخابب می کند، اگر کانال ارسال ان اطلاعات آزاد باشد، بسته داده خود را ارسال می کند.

نودی که بسته ADV را دریافت می کند از انتقال آگاه می شود و هوشیار می ماند.

فاز دوم در یک فریم دوره زمانی حیات داده ای و نود های داده ای است که حاوی ADV است.

پروتکل ADV و MAC از مکانیسم RTS/CTS/ACK و مشابه IEEE802.11 برای ارسال داده ها استفاده می کنند.

این مقاله مبتنی بر الگوریتم اخیر و پروتکل TDMA است که یک پیشزفت عملکردی روی پروتکل ADV-MAC داشته است.

ATMA از نفوذ مفاهیم در بسته های زمانی داده ها جلوگیری می کند.

در زمان ADV نودها از بسته های ADV برای اطلاع به گیرنده ها استفاده می کنند.

نودهای گیرنده ADV ضمیمه راهنما که A-ACK نام دارد رابه اطلاع تمام نودها در هر دو همسایگی فرستنده می فرستند تا از ورود داده مطلع شوند.

یک ویژگی کلیدی در ATMA تقسیم زمان ADV به چند اسلات زمانی کوچکتر است که اندازه آنها طوری انتخاب می شود که حتما بسته های داده ای کوچک هم به چند اسلات نیاز داشته باشند اما به دلیل تقسیم مناسب زمان و کاهش احتمال تصادم باید تعداد این اسلاتها افزایش داده شوند.

به هر حال ، اسلاتهای زمانی کوچکتر نیاز مند همسان سازی زمانی بیشتر و سخت افزار ساده و سیستم عامل غیر زمان واقعی در اکثر نودهای سنسور موجود هستند که دقت زمان همسان سازی قابل دسترس را در عمل کاهش می دهند.

پروتکل تطبیقی ترافیک برای دسترسی واسطه ها یا TRAMA از پروتکل TDMA استفاده می کند.

3- الگوریتم AdAMAC الگوریتم جدید ما که مبتنی بر پروتکل TDMA و MAC تطبیقی است، برخی از نقایص ATMA را از بین برده و عملکرد بهتری را رائه نموده است.

این الگوریتم از تقاضاهای تصادفی در زمان مبتنی بر مفهوم استفاده می کند تا اسلاتهای زمانی در یک دوره زمانی مستقل از مفاهیم را سرویس دهد، مثل رویه ATMA.

این الگوریتم مشابه الگوریتم ATMA نودها را مجبور می کند تا در طول زمان مستقل از مفاهیم به خواب بروند ، به جز زمانیکهه در حال ارسال و دریافت باشند که باعث افزایش طول حیات باتری در سنسور می شوند و حیات داده شبکه بهبود می یابد.

به هر حال ، روش عملکردی الگوریتم ATMA در این الگوریتم به سه طریق بهبود یافته است: *) اولویت نودهایی که در ارسال و انتقال بسته های داده ای موفق نبوده اند، که باعث می شود به طور میانگین، این نودها بسته های خود را سریعتر از ATMA ارسال کنند.

*) شمای اولویت بندی که احتمال تصادم را افزایش می دهد.

از یک تکنیک پشتیبان گیری استفاده می کند که این مشکل حل می شود و کنترل بهتری در شبکه و در هنگام لودهای سنگین اجرا می گردد.

*) این الگوریتم از یک تکنیک تبادل کنترل بسته های داده ای در هنگام سرویس دهی استفاده می کند که مجتمع سازی اسلاتهای TDMA را در هنگام ارسال و دریافت داده ها افزایش می دهد.

این پیشرفتها باعث کاهش نرخ نهفتگی و نرخ بیشتر ارسال و دریافت داده ها می شود.

گام های عملیات الگوریتم پیشنهادی در ادامه توضیح داده شده اند : *) راه اندازی : این الگوریتم نیازمند یک فاز آغاز گر است که دو همسایه برای هر نود در ابتدا در نظر گرفته می شوند.

این کار تنها یکبار انجام میگیرد.

*) ساختار فریم : این الگوریتم از ساختار فریم مشابه با پروتکل ATMA استفاده می کند.

زمان به فریم های زمانی با سایز ثابت تقسیم می شود.

هر فریم شامل یک دوره همسان سازی برای ساعتهاست که توسط دوره مربوط به خدمات رسای RSV دنبلا می شودو در انتها به پریود زمانی مربوط به داده ها می رسد.

دوره RSV مبتنی بر مفاهیم است: یک فرستنده تمایل خود برای ارسال داده را توسط اسلات سرویس دهی و ذخیره سازی TDMA بررسی می کند.

زمان ارسال داده به چندید اسلات TDMA تقسیم می شود و داده ها در یک وضعیت مبتنی بر مفاهیم مبادله می شوند و اسلات مربوط به TDMA یک بسته داده و یک بسته راهنما ACK مربوط به خود را جایگزن می کند.

یک زمان راهنما هم برای هر دو انتهای اسلات TDMA در انتقالات ساعتهای زمانی در نظر گرفته می شود.

زمان ذخیره سازی زمان RSV به تعدادی اسلات زمانی کوچکتر تقسیم می شوند.

هر بسته رزرو یکی از اسلاتها راهمراه با بسته راهنمای مخصوص خود برای تصرف چند میکرو اسلات دیگر استفاده دمی کند .

اگر یک نود داده ای را برای ارسال داشته باشد، به صورت تصادفی در آغاز زمان RAV یک میکرو اسلات برداشته و زمان بندی خود را برای شمارش میکرولسلاتها تنظیم می کند.

وقتی این زمان بند به صفر رسید، نود، بسته RSV شامل ID گیرنده و شماره اسلات داده ها را می فرستد.

اگر گیرنده یک بسته ACK فرستاد، تمام همسایگان 1-hob گیرنده نیز از دریافت اسلات TDMA توسط آن گیرنده مطلع خواهند شد.

بر اساس دریافت ACK1، فرستنده باید بسته ACK1 را برای اطلاع دادن به همسایه هاس 1-hob بفرستد که اسن بسته با موفقیت ارسال و دریافت شد.

بنابراین انتقال موفق بسته RSV و ACK1 و ACK2 باعث می شود تمام نودها در همسایگی فرستنده و گیرنده از رزرو و ذخیره اسلات داده مورد نظر آگاه شوند.

این کار باعث کاهش مشکلات انتقال و تضمین دوره های زمانی مستقل از مفاهیم می شود.

بسته های ACK1 و ACK2 در صورت انتقالف به سرعت توسط یک بسته RSV دنبال می شوند، یک نود منتظر ارسال RSV در هر میکرو اسلات هوشیار می ماند.

اگر از ارسال هر گونه داده ای اگاه شد، وقتی زمان بند شروع به شمارش نمود، نود، تنها در صورای داده را ارسال می کند که زمان کافی برای ارسال بسته های RSV و ACK1 و ACK2 هم باقی مانده باشد نتایج حاصل از بسته های داده ای اسلاتهای مربوط به داده ها بسیار طولانی تر از میکرواسلاتها در بسته های RSV هستند.

هر اسلات داده طوری طراحی شده است که بزرگتر از بسته های داده ای متناظرش در بسته های ACK باشد تا اجازه دهد در مصرف زمان صرفه جویی شود.

اگر جفت گیرنده و فرستنده با موفقیت کار خود را تکمیل کنند و پروسه رزرو و ذخیره سازی کامل انجام شود، در شروع اسلات زمانی ذخیره شده آگاه خواهند شد.

چراکه ممکن است در اسلاتهای باقیمانده در حالت هوشیار نباشند.

نود اولویت دار متصادم الگوریتم پیشنهادی نودهایی را که تلاش می کنند اما در ذخیره اسلات داده ها موفق نمی شوند، اولویت دار نموده و شانس بیشتری برای موفقیت در آینده را به انها می دهد.

این هدف با اجازه دادن به نودهای نا موفق محقق می شود که از پنجره های کوچکتر از فرم های قبلی استفاده می کنند.

در ابتدا ، نودی که حاوی داده است به صورت تصادفی یک اسلات بین 1 تا حداکثر میزان RSV را انتخاب می کند تا بتواند بسته RSV را بفرستد.اگر نود در ذخیره اسلات موفق نشود، مقدار RSV نصف می شود.

نود نا موفق، این تقسیم مقدار RSV به نصف را تا زمان رسیدن به حداقل مقدار ادامه می دهد.

کاهش سایز پنجره RSV توسط نودههاف باعث افزایش تعداد تصادم ها می شود.

بنابراین حداقل مقدار RSV و کاهش نرخ اندازه ان نیازمند انتخاب دقیق مبتنی بر حداکثر میزان تخمین زده شده برای فرستنده ها در هر دو همسایگی و نیز الگوی ترافیک در شبکه است.

پشتیبانی فریم ها برای تحقیق درباره افزایش احتمال تصادم و تنظیم شبکه در حالات ترافیک سنگین ارسالها، ما از یک تکنیک پشتیبان گیری استفاده می کنیم که نیازمند نودههای متصادم در فریم هاست تا از آنها و بسته های RSV متعلق به آنها پشتیبان گیری کند.تصادم در صورت دریافت نشدن بسته راهنمای ACK1 استنباط می شود و ان نود یکی از دو فریم موفق که با بعد ارسال خواهند شد را انتخاب می کند، و با ارسال بسته RSV در فریم انتخاب شده مخالفت نمده و در فریم دیگر هم غیر فعال می شود.

اگر نودی در هر دو فریم نا موفق عمل کند، مجددا تکنیک پشتیبان گیر در فریم های بعدی در مورد آن انجام می شود.

این نود تکنیک پشتیبان گیری را تا زمان ارسال موفق بسته RSV مخصوص به خود را ادامه می دهد.

تخمین تعداد فرستندگان تصمیم گیریها در طراحی ما بر اساس این فرض انجام می گیرد که تصادم در هنگام وقوع ترافیک سنگین شبکه رخ دهد.

به هر حال تصادم ها در ترافیک سبک هم موقع می شوند چرا که انتخاب میکرو اسلاتها به صورت تصادفی انجام می گیرد.

ما احتمال بازگشت نود در ترافیک سنگین را با توجه به تصادم ها کاهش می دهیم و این کار با تخمین ترافیک در همسایگی امکان پذیر است.

الگوریتم AdAMAC به طور خاص، به نودهای متصادم اجازه می دهد تا در صورتی که تعداد فرستندگان در همسایگی اش کمتر از حد آستانه باشند، از تکنیک پشتیبان گیر استفاده نکند.

حضور نودهایی که دربازه ارسال رادیویی گیرنده قرار می گیرند ولی خارج از بازه ارسالی فرستنده هستند باعث می شود تصادم رخ دهد.

به طور دقیق تر ، دو نود که از حضور یکدیگر آگاهی ندارند ، تا زمان ارسال بسته ACK1 توسط گیرنده از انتقال RSv با خبر نمی شوند.

تعداد همسایگان پنهان هر گیرنده می تواند به صورت همسایه های one-hob برای فرستنده و گیرنده تنظیم شود.

متاسفانه، اماکن تخمین دقیق برای اینکه کدام یک از این نودها دارای بسته داده برای ارسال هستند وجود ندارد.

بنابراین یک فرستنده در الگوریتم AdAMAC از یک روش ابتکاری استفاده می کند: قسمت یکسانی از نودهای پنهان به صورت نسبت فرستنده های مشاهده شده توسط گیرنده ها به تعداد همسایه های هر گیرنده به نودهای حاوی داده فرض می شوند.

فرض کنید یک گیرنده 15 نود در one-hob همسایگی خود داشته باشد و 10 عدد از انها از فرستنده خود پنهان باشند.

بنا براین در الگوریتم پیشنهادی ، اگر گیرنده تعداد فرستنده ها را 6 تا تخمین بزند، تعداد فرستنده های خفی تخمین زده شده 4 عدد در نظر گرفته می شوند.

به جای اینکه همیشه سایز پنجره RSW از حداکثر به حداقل کاهش یابد، شرطی اضافه کردیم تا تعداد فرستنده های مخفی بیشتر از حد استانه باشند و باعث می شود که سایز پنجره RSV کمتر از دو برابر حداقل مقدار RSV نشود.

نتایج عملی به دست آمده از کار نشان می دهند که این روش ابتکاری شانی تصادم را در فرستنده های پنهان به طور چشمگیری کاهش می دهد.

با اینکه الگوریتم AdAMAC برای کار در شرایط حضور نودهای متحرک طراحی نشده است اما توپولوژی شبکه های وایرلس می تواند در طول زمان و وابسته به خرابی سخت افزاری یا خرابی در عملکرد باتری تغییر کند.

از جاییکه روش ابتکاری معرفی شده تنها نیازمندیهای جاری در مورد دانش اولیه در مورد تعداد فرستندگان را توضیح می دهد، بنابراین نودهای الگوریتم AdAMAC باید به صورت متناوب لیست همسایگان خود را اصلاح و بروزرسانی کنند.

به هر حال، این موارد ممکن است به صورت غیر متناوب در اکثر کاربردها اعمال شوند.

4- ارزیابی عملکرد ما از شبیه سازیهای تجربی برای ارزیابی عملکرد الگوریتم پیشنهادی استفاده نمودیم.

پیاده سازی سخت افزاری هنوز در حال اجرا روی الگوریتم است.

1-4 پروتکل مقایسه عملکرد ما پروتکلهای MAC که از لحاظ مصرف انرژی بهینه هستند را برای مقایسه با الگوریتم AdAMAC انتخاب کردیم.

پروتکلهای غیر همسان در لودهای سنگین بسیار بد و ضعیف عمل کردند.

این عملکرد ضعیف به دلیل نبود ساعت همسان ساز زمان و نیز نهفتگی شدید و نسبت بسیار پائین خروجی هاست که نتیجه ارسال بسته های داده همرا ه با ضمیمه راهنما است.

یکی از اولین پروتکلهای همسان به نام SMAC، در شرایط لود سنگین عملکرد خوبی ندارد چراکه چرخه عملکردی اش ثابت است.

پروتکل TMAC که چرخه عملکردی اش مبتنی بر تطابق شدت لود در شبکه است، می تواند ذخیره انرژی بسیار بیشتری برای نودهای سنسور داشته باشد چراکه در این پروتکل نودها به بسته های ورودی در دوره زمانی بالایی گوش فرا می دهند.

پروتکل ADV-MAC قبل از ارسال بسته داده یک بسته تبلیغاتی می فیتد تا نرخ تصادم کاهش یابد.

به هر حال مفاهیم تبلیغاتی و بسته های داده ای هر دو در شرایط سنگین اسیب پذیر بوده و نتیجه ان مصرف بالای انرژی است.

ما الگوریتم ATMA را برای مقایسه با الگوریتم پیشنهادی خود انتخاب نمودیم چرا که نشان داده شده است که ATMa نسبت به TMAC و SMAC و ADVMAC از لحاظ مصرف انرژی و نهفتگی و نتایج نهایی بسیار بهتر عمل نموده است.

2-4 جزئیات شبیه سازیها برای ارزیابی عملکرد الگوریتم پیشنهادی، این الگوریتم را به همراه الگوریتم ATMA در متلب پیاده سازی نمودیم.

پروتکلهای TMAC و SMAc و ADVMAC پیاده سازی نشدند چرا که عملکرد ATMA بسیار بهتر از همگی آنها بود.

نرخ انتقال همانند ATMA معدل 250 kbps در نظر گرفته شد.

در شبیه سازی ما تمامی نودها به صورت تصادفی در یک فضای مربع شکل و بدون مانع و با طول های متفاوت در سناریوهای مختلف جایگذاری شدند که در مطالعات توضیح داده شده لحاظ شده اند.

این شبیه سازی تنظیمات متفاوتی از درجه نود میانگین و سرعت نودها را آزمایش نمود.

ما پروتکلها را در دو سناریو تک هاب و چند هاب شبیه سازی و مقایسه نمودیمو زمان شبیه سازی معادل 400 ثانیه به دست آمد و هر نقطه در شکل از 50 بار اجرای کار بدست آمد.

ما سایز فریم را همانند ATMA برابر 236.4 ms و دوره های ADV و RSV را معدل 12.8 ms در نظر گرفتیم.

اسلاتهای RSV/ADV با طول 0.1 ms و اسلاتهای داده با طول 12ms در نظر گرفته شدند.

بسته های RSV و ADV و ACK1 همگی معادل 0.9 ms و بسته های ACK2 معادل 0.2 ms تعیین شدند.

نر خ ارسال های رادیویی معادل 100m لحاظ شدند.

ما تمامی نودها را به صورت ایستا فرض کردیم.

گیرنده ها به صورت تصادفی از بین همسایه های تک هاب فرستنده انتخاب می شوند.

5- مقایسه عملکرد AdAMAC و ATMA ما در شبیه سازیهای خود از دو نوع شبکه استفاده نمودیم.

تک هاب و چند هاب.

در هر دو مورد، عملکرد شبکه را با تغییر تعداد فرستنده ها و نرخ تولید بسته های داده ای مقایسه نمویدم.

توجه داشته باشید که به دلیل شرایط محدودیت فضایی تنها نتایج به دست آمده از ترافیک پشت سر هم نشان داده شده اند و در نمودارهای نهفتگی ها، رسم خطوط نشان دهنده خطا تقریبا غیر ممکن است زیرا مقادیر آنها بسیار نزدیک به مقادیر میانگین است.

1-5 شبکه های تک هاب، تاثیر تعداد فرستنده ها در این قسمت از شبیه سازیها ، عملکرد پروتکلهای MAC در شبکه های تک هاب را با افزایش تعداد فرستنده ها با هم مقایسه کردیم.

تمامی نودها یک جا و تصادفی در یک فضای 50 m * 50m جایگذاری شدند.

ما از یک مدل ترافیک پشت سر هم استفاده نمودیم که در ان فرستنده به طور تصادفی بسته های داده ای را می فرستد و بخش های ترافیک هر یک 3.5 sec و با فواصل 20 sec تعیین شدند.

در هنگام ترافیک، هر نود در هر فریم یک بسته داده تولید می کند.

در شکل 1 در قسمت اول نشان داده شده است که نهفتگی در الگوریتم پیشنهادی تقریبا 11-%23 کمتر از همین تعداد در پروتکل ATMA بوده و نتیجه ان هنگام حضور فرستنده های بیشتر ، با وضوح بیشتر نمایان می شود.

در قسمت دوم از شکل 1 نشان داده می شود که الگوریتم پیشنهادی ما ار لحاظ تاخیر بسته های داده نسبت به ATMA برتری دارد چرا که نرخ تغییرات در آن کمتر است.

هر دو الگوریتم نرخ PDR تقریبا %100 دارند ولی الگوریتم AdAMAC در هنگام لود سنگین در شبکه و حجم بالا ی ترافیک نرخ بالاتری برای PDR نسبت به ATMA نشان می دهد.

2-5 شبکه های تک هاب، تاثیر در نرخ داده ها سپس ، تاثیر لود داده ها در ترافیک در شبکه ها را بر روی عملکرد هر دو پروتکل بررسی نمودیم.

تعداد فرستنده ها را ثابت و برابر 24 در نظر گرفتیم و نرخ لود در ترافیک شبکه را از 0.4 pkts/sec تا 5 pkts/sec تغییر دادیم.

در قسمت اول شکل 2 نشان داده شده که الگوریتم پیشنهادی ما تا %14 کاهش نرخ نهفتگی دارد و هم چنین %10 پیشرفت در نرخ PDR نسبت به ATMA از خود نشان می دهد که این گراف به دلیل محدودیات مکانی و فضا حذف می شود.

این موارد پیشنهاد می کنند که هنگام حضور تعداد کمی بسته داده ، الگوریتم ما به نود ها اجازه می دهد تا انتقال خود را نسبت به ATMA سریعتر انجام دهند.

هیستوگرام مربوط به نهفتگی در بسته های تحویل داده شده در شکل 2 در قسمت دوم رسم شده که مربوط به نرخ ثابت داده ها برابر 1.06 pkts/sec می باشد.

الگوریتم پیشنهادی ما دارای بسته های داده ای بسیار کمتری و نرخ نهفتگی بسیار بالاتری می باشد و الگوریتم ATMA میزان نهفتگی را نسبت به الگوریتم جدید بسیار بیشتر پراکنده می نماید.

3-5 شبکه های چند هاب و تاثیر تعداد فرستنده ها ما عملکرد دو الگوریتم را در شبکه های چند هاب بررسی نمودیم.

تمامی نودها به طور تصادفی و در یک فضای 300m*300m جایگذاری شدند.

ما درجه نودها را از 1 تا 13 تغییر دادیم و از یک مدل ترافیک پشت سر هم استفاده کردیم.

در قسمت اول و دوم از شکل سوم به ترتیب میزان نهفتگی و PDR نشان داده شده اند.

میزان نهفتگی در الگوریتم پیشنهادی تقریبا 7 تا 11 درصد ککمتر از ATMA است.

به دلیل حضور نودهای پنهان ، احتمال وقوع تصادم در شبکه های چندهاب بسیار بالانر از شبکه های تک هاب است، و به همین دلیل ما میزان پیشرفت کمتری برای نهفتگی در این سناریو نسبت به شبکه های تک هاب در نظر می گیریم.

در هنگام وقوع تصادم در لود های سنگین، تمام نودها باید فریم به فریم پشتیبان گیری شوند.

بنابراین میزان دستاوردهای هنگام وقوع نهفتگی زمانی توسط اولویت دهی به نودهای متصادم کاهش می یابد.

4- 5 شبکه های چند هاب و تاثیر نرخ داده ها سپس ما ، ترافیک لود در شبکه را از 0.4 pkts/sec تا 5 تغییر دادیم و درجه نودها را 10 تنظیم نمودیم.

شکل 4 در قسمت اول نشان می دهد که AdAMAC نسبت به ATMA تا %9 در میزان نهفتگی کاهش ایجاد می کند و میزان اندکی پیشرفت در نرخ PDR نیز در قسمت دوم شکل نشان داده شده است.

ما به طور تقریبی میزان نهفتگی بیشتری به خصوص در هنگام تغییر از 1.666 pkts/sec تا 5 pkts/sec در هر دو پروتکل در نظر گرفتیم.

تقریبا در هر فریم از این سناریو نودهای دارای بسته های ارسالی حضور دارند در حالیکه نودهای مخفی باعث ایجاد تعداد بیشتری تصادم در هر دو پروتکل MAC می شوند و نتیجه ان نهفتگی زیاد و نتایج نا مناسب است، مخصوصا اینکه الگوریتم پیشنهادی همیشه نسبت به ATMA برتری دارد و این امر در شکل 4 در قسمت اول به وضوح نشان داده شده است.

5-5 مصرف انرژی الگوریتم پیشنهادی ما از لحاظ مصرف انرژی تقریبا مشابه پروتکل ATMA است.

ما از طول RSV در الگوریتم پیشنهادی خود در طول ADV در الگوریتم ATMA استفاده کردیم تا در هنگام حضور همه داده ها و هوشیاری تمام بسته های داده ، هر دو الگوریتم یکسان باشند.

مصرف انرژی در هنگام در یافت، انتقال و بررسی تقریبا مشابه بود.

در هنگام ارسال و دریافت داده ها ، تناه جفت گیرنده و فرستنده همان بسته داده با اسلاتهای داده تنظیم و همزمان می شوند و دیگر نودها در هر دو پروتکل در خواب هستند.

بنابراین نودها در هر دو پروتکل ، ارسال پیامهای رادیویی خود را برای مدت زمان مشابهی نگاهداشته و با مصرف انرژی مشابه هم کار را تکمیل می کنند.