كنترل تطبيقي توان ارسال و مهاجرت در كانال براي بهبود قابليت اطمينان در شبكه‌هاي حسگر بي‌سيم

اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان

مهندسي كامپيوتر

كارشناسي ارشد

شبكه حسگر‌هاي بي‌سيم به‌عنوان يكي از فناوري‌هاي مهم و فراگير، نقش كليدي در كاربردهايي مانند خودروهاي خودران، جراحي از راه دور و كنترل دستگاه‌هاي صنعتي ايفا مي‌كند. استفاده گسترده از اين فناوري باعث شده تا انواع شبكه با استانداردها و پروتكل‌هاي ارتباطي مختلف، تدوين و استفاده شود. يك شبكه حسگر بي‌سيم از تعدادي گره و پيوند ارتباطي تشكيل شده است كه اين گره‌ها در ابعاد و تعداد مختلف، از طريق پيوند‌هاي ارتباطي با يكديگر به تبادل اطلاعات مي‌پردازند. در شبكه‌ حسگرهاي بي‌سيم، به دليل مشترك بودن بستر ارتباطي با ديگر فرستنده و گيرنده‌هاي موجود در شبكه، داشتن يك ارتباط قابل اطمينان به يك چالش بزرگ تبديل شده است. از طرف ديگر، وجود اثراتي مانند محوشدگي چند مسيره و اثر افت مسير، به پيچيدگي ارتباط اين نوع شبكه، افزوده است. يك ارتباط قابل اطمينان به ارتباطي گفته مي‌شود كه بتواند در شرايط محيطي مختلف با تغييرات گوناگون، با حداقل تاخير و از دست رفتن داده، به تبادل اطلاعات بپردازد. براي داشتن يك شبكه حسگر بي‌سيم قابل اطمينان، تا كنون رويكردها و مكانيزم‌هاي گوناگوني معرفي و پياده سازي شده است. يكي از مهم‌ترين رويكر‌دهاي موجود، كنترل توان ارسال در گره‌هاي فرستنده است. توان ارسال به مقدار انرژي الكترومغناطيسي گفته مي‌شود كه يك گره براي ارسال داده مصرف مي‌كند. توان ارسال در گره‌هاي مختلف متفاوت است و مي‌تواند مقادير مختلفي داشته باشد. افزايش توان ارسال با احتمال دريافت داده توسط گيرنده و مصرف انرژي در گره فرستنده، رابطه مستقيم دارد. با توجه به كاربرد بسياري از شبكه‌هاي حسگر بي‌سيم، از باتري به عنوان منبع تامين كننده انرژي در آنها ‌استفاده مي‌شود. در نتيجه، به علت محدود بودن منبع انرژي، نمي‌توان پيام‌ها را با حداكثر توان ممكن ارسال كرد. همچنين، ارسال با توان بالا باعث ايجاد ازدحام در شبكه، گم شدن بسته‌هاي گره‌هاي ديگر و افزايش مصرف انرژي در ديگر‌ گره‌ها مي‌گردد، كه در نتيجه، از عمر شبكه و قابليت اطمينان آن كاسته مي‌شود. از طرف ديگر، در زمان‌هايي كه اختلالات فركانسي و تغييرات محيطي دائمي در شبكه افزايش يابد، كنترل توان ارسال نمي‌تواند به تنهايي عملكرد شبكه را بهبود دهد و نياز است كه شبكه به كانال فركانسي ديگري مهاجرت كند. با درنظر گرفتن تمامي اين موارد، وجود يك رويكرد پويا در كنترل توان ارسال براي هر گره به صورت تطبيقي به همراه مهاجرت در كانال، يك امر حياتي براي بقاء يك شبكه حسگر بي‌سيم محسوب مي‌شود. كنترل توان تطبيقي به روشي گفته مي‌شود كه بتواند براي هر گره در شبكه به صورت پويا و با توجه به تغييرات شبكه، بهترين توان ارسال ممكن را انتخاب نمايد تا ضمن كنترل مصرف انرژي و افزايش طول عمر گره، قابليت اطمينان شبكه را نيز افزايش دهد. در همين راستا، در اين پژوهش به معرفي و بررسي رويكرد كنترل توان ارسال به صورت تطبيقي به همراه مهاجرت در كانال پرداخته مي‌شود. در اين رويكرد از علم يادگيري تقويتي براي انتخاب توان ارسال مناسب براي هر گره استفاده شده است تا هر گره بتواند با استفاده از روند يادگيري كه از محيط داشته، بهترين توان ارسال را به صورت پويا پيش‌بيني كند. تركيب اين روش با مهاجرت در كانال باعث شده كه بتوان از آن به عنوان يك رويكرد كاربردي ياد كرد. با بررسي نتايج حاصل در آزمايش‌هاي انجام شده براي اين رويكرد و مقايسه آن با حالت ايده‌آل و يكي از روش‌هاي پايه كنترل توان، مي‌توان مشاهده نمود كه ضمن انتخاب توان ارسال مناسب در محيط پويا، مصرف انرژي هر گره در طولاني مدت نسبت به حالت پايه، به مقدار ايده‌آل نزديكتر شده و داده‌ها در گره‌هاي مختلف با نرخ موفقيت بالاتري توسط گيرنده دريافت مي‌شوند. در ارزيابي‌هاي انجام شده،‌ نرخ دريافت بسته در گره‌هاي مختلف بين 2 تا 8 درصد نسبت به روش پايه بهبود داشته و در مدت طولاني، مصرف انرژي بسيار پايين‌تري را از خود نشان‌ داده است.

233293

معماري سيستم‌هاي كامپيوتري

مهندسي برق و كامپيوتر

دانشگاه صنعتي اصفهان