Tez No |
İndirme |
Tez Künye |
Durumu |
393047
|
|
A new SPGR based energy-efficient routing technique for ad-hoc networks / Tasarsız mobil ağlar için SPGR temelli enerji verimli yeni bir yönlendirme tekniği
Yazar:FİDAN GARAYLI
Danışman: PROF. DR. SEMA FATMA OKTUĞ
Yer Bilgisi: İstanbul Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Bilgisayar Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Konu:Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve Kontrol = Computer Engineering and Computer Science and Control
Dizin:Yerel ağlar = Local networks
|
Onaylandı
Yüksek Lisans
İngilizce
2015
73 s.
|
|
Kablosuz Sensör Ağlar belirli alanda yoğun olarak dağılmış sensörler topluğudur.
Kablosuz sensör ağlarda bulunan sensörler mobil olduğunda ve bulundukları ağların
belirli sabit altyapısı olmadığında tasarsız sensör ağlara dönüşürler. Günümüzde,
dizüstü bilgisayarlar ve diğer taşınabilir cihazlar sıklıkla kullanıldığından tasarsız
mobil ağlar son derece yaygınlaştı. Kablosuz Sensör Ağlar konuma bağımlı olmadan
internet erişimi sağlamaktadırlar. Mobil cihaz ve bilgisayarların yaygınlaşmasıyla
kablosuz sensör ağları kullanılırken bir konumdan diğer konuma geçildiğinde dahi
kesintisiz internet servis ihtiyacı doğmuştur. Böylece ethernet ve diğer kablolu
internet erişim servisleri ile kıyasla kablosuz sensör ağların kullanışlılığı daha da
belirginleşmiştir. Bundan dolayı donanım sistemlerinin pil ömrü ve tasarsız mobil
ağların enerji verimliliği konusu son yıllarda daha da önem kazanmıştır.
Bu çalışmada en kısa yol ile aktarma üzerine kurulmuş enerji verimli coğrafi
yönlendirme yöntemi sunulmuştur. Öncelikle, coğrafi yönlendirme teknikleri enerji
verimliliği açısından araştırılmıştır. Coğrafi yönlendirmenin en önemli özelliği
ağ düğümlerinin konumlarının belirli olmasıdır. Düğümlerin coğrafi konumları
kullanılarak daha güvenilir paket aktarımı sağlanmaktadır.
Önerilen tekniğe göre, kaynak ve varış yeri hayali Öklid çizgisi ile bağlanmaktadır.
Komşu düğümler arasında bir sonraki gönderilecek düğüm seçilirken iki nokta
arasındaki en kısa yolla paket gönderimi, en az gecikme ve yüksek performans göz
önünde bulundurularak yapılır. Ama yoğun paket aktarımı söz konusu olan ağlar
için bu tarz aktarım tekniği paket tıkanıklığına ve uzun paket aktarma sırasına neden
olmaktadır. Özellikle, kesintisiz elektrik kaynağının bulunmadığı tasarsız ağlar için en
kısa yol üzerinde bulunan düğümlerin enerji düzeyi çok hızlı şekilde azalmaktadır.
Paketlerin doğrudan en kısa yol üzerinden değil, kaynak-varış noktaları arasındaki
hayali Öklid çizgisine yakın tutmakla gönderimi en kısa güzergâha yakın düğümlerin
kullanılmasına izin vermektedir.
Sunulan teknikte kom¸su dü˘gümler arasında bir sonraki paket gönderici dü˘gümün seçim
zamanı, dü˘güm hayali Öklid çizgisine ve varı¸s noktasına en yakın olan dü˘gümü
seçmektedir. Seçim yöntemi parametresi kom¸su dü˘gümle varı¸s noktası ve Öklid
çizgisiyle kom¸su dü˘güm arasındaki mesafenin fonksiyonu olarak belirlenmektedir,
yani varı¸s noktasına ve Öklid çizgisine en yakın olan kom¸su dü˘güm seçilmektedir.
Bunun yanı sıra, önerilen teknik a˘gdaki dü˘gümlerin pil ömrünü de dikkate
alınmaktadır. Bu teknik için dengeli enerji tüketimini sa˘glayan enerji parametresi
kullanılarak, bütün a˘ga enerji verimlili˘gini kazandırılmı¸stır. Gönderici dü˘güm kendi
kom¸su dü˘gümleri arasında enerji düzeyi en fazla olan paket aktarımını sa˘glamaktadır.
xxiii
Bu çalı¸smada kullanılan enerji modeli her bir dü˘güm paket aktarım sürecine aynı
enerji düzeyi ile ba¸slar ve paket aktarımı veya paketin kabul edilme zamanı belirli
düzeyde enerji harcar. Dü˘gümlerin bekleme sırasında da belirli düzeyde enerji tüketimi
devam eder; bekleme sürecinde uyku moduna geçerek enerji tasarrufunun sa˘glanması
bu çalı¸smada dikkate alınmamı¸stır. Önceden belirlenen enerji düzeyi limitinden daha
az enerjisi kalan dü˘gümler paket aktarımında kullanılamaz, bu dü˘gümlerin paket kabul
etmesi veya paket aktarması durdurulmaktadır. Kom¸su dü˘güm seçim fonksiyonunda
enerji düzeyinin dikkate alınması en kısa yol üzerinden enerji tüketimini dengede
tutmayı sa˘glamaktadır.
Böylece, seçim fonksiyonu kom¸su dü˘gümlerin enerji düzeyleri parametresini de
dahil etmektedir. Gönderici dü˘güm sadece varı¸s noktası istikametinde en kısa yol
üzerinde bulunan kom¸su dü˘gümü de˘gil, aynı zamanda enerji düzeyi en fazla olan
kom¸su dü˘gümü seçmeye çalı¸smaktadır. Bu nedenle, en yakın kom¸su dü˘gümü seçme
fonksiyonu mesafe ve enerji düzeyi parametrelerini kapsamaktadır. Bulunan a˘gın
gereksinimlerine göre bu parametrelerin a˘gırlık katsayıları de˘gi¸stirilerek fonksiyon
yeniden düzenlenebilir. Enerji tasarrufu ön planda olan a˘glar için enerji düzey
parametresinin a˘gırlık katsayısı arttırılarak, ya da paket aktarım zamanı ön planda olan
a˘glar için mesafe parametresinin a˘gırlık katsayısı arttırılarak seçim fonksiyonu kontrol
edilebilir.
A˘gdaki bütün dü˘gümlerin konumu GPS yöntemiyle belirlenir. A˘gda paket aktarımı
ba¸slamadan bütün dü˘gümlerin ilk konumunu belirlemek için sel basma yöntemi
kullanılır. Dü˘gümlerin ilk konumlarını içeren paketler a˘gdaki bütün eri¸silebilir
dü˘gümlere da˘gıtılır. Paket aktarımı ba¸sladıktan sonra dü˘gümler kom¸su dü˘güm
tablolardaki konum güncellemelerini "hello" paketleri aracılı˘gıyla gerçekle¸stirir. Bu
paketlerin gönderilme sıklı˘gı a˘gın mobilli˘gine ba˘glı olarak de˘gi¸sir; dü˘gümler belirli
mesafe kat ettikten ve belirlenmi¸s zaman a¸sımından sonra etraftaki dü˘gümlere konum
bilgilerini içeren paket aktarımı yapar. Böylece, kom¸su dü˘güm tabloları güncellenir.
Bu çalı¸smada sunulan teknik yeniden gönderim yöntemini de kullanmaktadır. Geçerli
dü˘güm kendi kom¸su dü˘gümleri arasından varı¸s noktası yönünde yerle¸sen bir dü˘güm
bulamadı˘gında, paket bir önceki gönderici dü˘güme geri aktarılır.
Önerilen çalı¸sma OPNET a˘g simulasyonu aracılı˘gıyla test edilmi¸stir. Simulasyonlarda
mobil hızına göre de˘gi¸skenlik gösteren üç farklı senaryo kurulmu¸stur. Birinci
senaryoda, yöntem tamamen statik a˘gda test edilmi¸stir. Ikinci senaryo kısmen mobil
özelli˘gini ta¸sımakta olup, a˘g dü˘gümlerinin yarısı mobil, geri kalanı statik olarak
belirlenmi¸stir. Üçüncü senaryoda tamamen dinamik bir ortam olarak tasarlanmı¸stır.
Yukarıda belirtilen bütün senaryolarda simulayon ortamında üstel ve Pareto trafik
olu¸sturulmu¸stur. Bu yöntem Co˘grafi Yönlendirme Protokolü (GRP) ve En Kısa
Yola dayalı Co˘grafi Yönlendirme (SPGR) metotları ile kar¸sıla¸stırılmı¸stır. Çalı¸smada
sunulan yöntem SPGR üzerine kurulmu¸stur. Kar¸sıla¸stırılan her iki yöntem co˘grafi
yönlendirme bazlı olsa da, a˘gdaki dü˘gümlerin enerji düzeyi dikkate alınmamı¸stır. Her
üç yöntem paket aktarım gecikmesi, ba¸sarıyla gönderilen data paketlerin ortalama
oranı ve a˘gın genel ya¸sam süresi açısında kıyaslanmı¸stır. Enerji tüketim oranlarının
ve a˘gın ya¸sam süresinin kar¸sıla¸stırılabilmesi için GRP ve SPGR tekniklerine enerji
tüketim parametresi entegre edilmi¸stir.
Sunulan teknik kar¸sıla¸stırdı˘gımız yöntemlerle kıyaslandı˘gında daha az paket aktarım
gecikmesi ve daha uzun a˘g ya¸sam süresini sa˘gladı˘gı görülmü¸stür. Ayrıca, ba¸sarıyla
gönderilen data paketlerin ortalama oranı da sunulan çalı¸smada daha yüksek olarak
belirlenmi¸stir.
Özetle, çalı¸smada tasarsız mobil a˘glardaki yönlendirme teknikleri, özellikle de co˘grafi
bazlı yönlendirme teknikleri ara¸stırılmı¸stır. SPGR yönlendirmenye dayalı kom¸su
dü˘güm seçme fonksiyonu enerji verimlik parametresi entegre edilmekle geli¸stirilmi¸stir.
Gönderici dü˘güm, varı¸s noktasına ve hayali çizgiye en yakın ve enerji düzeyi
di˘gerlerinden daha yüksek olan kom¸su dü˘güme paket aktarımı sağlayacaktır.
|
|
Wireless Sensor Networks is a group of a spatially dispersed and densely deployed
sensors. When the sensor nodes of WSN become mobile and the network does not
have the stable infrastructure, it becomes an ad hoc network. Ad hoc networks have
become more popular nowadays, especially for people who always use laptops and
other portable devices. Wireless networks enable us to have access to the internet
regardless of where we are. With the development of mobile equipment, such as mobile
phones and laptops, we want to have an uninterrupted service while using wireless
networks, even when we are moving from one area to another. It is more convenient
compared to the wired Ethernet or other network access. In this respect battery lifetime
of these type equipments and energy-efficiency of ad hoc networks have been a crucial
issue in recent years.
In his work we have presented an energy-efficient geographic routing technique based
on the shortest path based routing method. Firstly, geographic forwarding was studied
in terms of energy-efficiency. The distinctive feature of the geographic forwarding
is the ability to be aware of the geographic location of nodes. Using location
information, the nodes can develop more reliable packet forwarding function. Then, a
new energy-efficient geographic routing technique is introduced.
According to the proposed technique the source and the destination are linked with a
virtual Euclidean line. During the selection process of the next forwarder node among
the neighbors, the node tries to choose the one which is nearest to the Euclidean line
and also to the destination node. Selection method is the function of the distance
between the neighbor and the sink; and the distance between the neighbor and the
virtual Euclidean line. In other words, the node selects the neighbor, which the minimal
distance to the sink and Euclidean line, this approach guarantees the delivering of
the packets along the shortest path. Additionally, proposed technique takes into
consideration battery lifetime of the network node. Selection function includes the
energy level parameter of the neighbor nodes: the forwarder node sends the packet to
the neighbor, which is not only in the shortest path to the sink, but also has a maximum
energy level. Therefore, the closest neighbor selection function introduced combines
the two parameters: distance and energy level. The method can be rearranged
according using the weighted value according to the demands of the network.
The offered technique also uses the backtracking method. If the current forwarder node
cannot find the next one among its neighbors, which is in shortest path in a comparison
with itself, it re-forwards the packet to the previous node.
The technique was simulated on OPNET tool. We have used three scenarios which
differs in mobility type. In the first scenario we have tested the technique employing
absolutely static network. The second scenario is partially mobile: half of the network
nodes are mobile, the rest is static. The third scenario is absolutely dynamic scenario,
where all the nodes of the network are mobile.
All scenarios were tested under the exponential and the Pareto traffic with the different
parameters. We have compared the proposed technique with Geographic Routing
Protocol (GRP) and Shortest Path Based Geographic Routing (SPGR), on which our
method is based. In a development of the these techniques energy parameter of the
network nodes was not taken into the consideration. All the techniques were compared
in terms of the delay, average number of the received data packets. In order to analyze
the energy consuming parameter of the methods mentioned above, we have integrated
energy parameter to the GRP and SPGR.
It is shown that the technique introduced has low delay and a large number of received
packets compared to the GRP technique and SPGR technique. Also Average Number
of Received Data packets are also considerable higher in our technique.
To sum up, we have studied the geographic routing based techniques for ad hoc
networks. Using the main idea of SPGR forwarding, we have integrated the
energy-efficiency parameter and developed the neighbor selection function. The node
chooses the neighbor with the maximum energy level and with the shortest distance to
the sink considering the virtual line between the source and the sink.
In the future work, we are planning to improve the performance of the Angular
Routing Protocol. The integration of energy parameter will be studied extensively.
Furthermore, the possible modification of the protocol to improve its performance
results will also be considered. Multi-source transmissions will be considered as a
future work. |