عنوان پایان‌نامه
طراحی بین لایه ای در شبکه های حسگر بی سیم براساس کیفیت تجربه کار بر وکاهش مصرف انرژی
- رشته تحصیلی
- مهندسی فناوری اطلاعات
- مقطع تحصیلی
- کارشناسی ارشد
- محل دفاع
- کتابخانه مرکزی پردیس 2 فنی شماره ثبت: E 2455
- تاریخ دفاع
- ۲۰ خرداد ۱۳۹۳
- دانشجو
- ادیب رستگارنیا
- چکیده
- استاندارد 802.15.6 برای شبکه های سنسوری فضای بدن توسعه یافته است. هدف اصلی این استاندارد طراحی جدید لایه های فیزیکی و کنترل دسترسی رسانه برای شبکه های فضای بدن می باشد. از آنجایی که شبکه های حسگر بی سیم دارای محدودیت هایی از نظر میزان توان مصرفی، قدرت پردازشی و ... هستند، لذا طراحی پروتکل های ارتباطی جدید جهت فراهم نمودن کیفیت سرویس با توجه به محدودیت های موجود ازچالش های اساسی محسوب می شود.در این پایان نامه با بررسی مکانیزم های رقابتی و زمانبندی شده متفاوت دراستاندارد 802.15.6 تحت شرایط ترافیک داده خوشه ای و ثابت، به ارائه راهکارهایی بین لایه ای به منظوربهبود کیفیت تجربه کاربرپرداختیم. نتایج نشان می دهد که در شرایط ترافیک داده خوشه ای موازنه ای بین نرخ دریافتی لایه کاربرد (مکانیزم رقابتی) و انرژی مصرفی شبکه(مکانیزم زمانبندی شده) وجود دارد. لذا با بهره گیری از هر دو مکانیزم رقابتی و زمانبندی شده مبتنی بر نسبت سیگنال به نویز باید موازنه ای بین نرخ دریافتی لایه کاربرد و انرژی مصرفی شبکه برقرار نمود تا نسبت تعداد بیت های دریافتی لایه کاربرد به انرژی مصرفی شبکه (کیفیت تجربه کاربر) را بهبود ببخشیم. استفاده از مکانیزم ترکیبی در شرایط ترافیکداده خوشه ای می تواند منجربه بهبود بیشاز 150 و 100 درصدی در کیفیت تجربه کاربر به ترتیب در مقایسه با حالت تمام زمانبندی شده و تمام رقابتی شود. علاوه بر این مکانیزم ترکیبی یاد شده از نقطه نظر نرخ دریافتی تک تک کاربران نیز عملکرد قابل قبولی در مقایسه با سایر رویکردها دارا می باشد. اگرچه نتایج نشان می دهد که مکانیزم زمانبندی شده مبتنی بر نسبت سیگنال به نویز در شرایط ترافیکداده ثابت عملکرد بهتری از نظر کیفیت تجربه کاربر در مقایسه با سایر مکانیزم ها دارا است ولی از نقطه نظر اختلاف نرخ دریافتی لایه کاربرد تک تک کاربران عملکرد مناسبی ندارد. لذا در شرایط ترافیک داده ثابت اگر تنها کیفیت تجربه کاربر حائر اهمیت باشد مکانیزم زمانبندی مبتنی بر نسبت سیگنال به نویز توصیه می شود، در غیر این صورت در شرایطی که علاوه بر کیفیت تجربه کاربر، نرخ دریافتی تک تک کاربران نیز حائز اهمیت باشد مکانیزم ترکیبی می تواند به عنوان یک راهکار میانه که تا حد قابل قبولی نیازهای مورد نظر را تامین می کند انتخاب شود.
- Abstract
- The IEEE 802.15.6 is proposed for wireless body area networks (BANs) and defines the physical and medium access control layers. In general, such wireless sensor nodes are designed with limited complexity and are constrained in terms of battery life, transmission range, and processing power. As such, designing efficient communication protocols in BANs, while meeting the application quality of service (QoS) requirements, is of vital importance. In current study, several medium access control (MAC) mechanisms are investigated within the IEEE 802.15.6 framework and under different traffic conditions from quality of experience and throughput fairness perspectives. The quality of experience is defined as the ratio of energy consumption and throughput in Jouls per bit. The MAC mechanisms considered include contention free schemes based on signal to noise ratio (SNR), normalized SNR, and round robin and the contentionbased scheme prescribed in the standard. We also consider a combination design where both contention-based and contention-free schedulers are utilized within a frame as accommodated in the standard. The results show that, with fixed data rate traffic, the SNR-based scheduler outperforms other schemes, both in terms of network throughput and energy consumption. This is while it suffers from lack of throughput fairness among network nodes. This study shows that the combination MAC design may be used to manage service fairness among the nodes of the network. In the case of bursty traffic, a trade off exists between energy consumption and throughput. Consequently in order to maximize the quality of user experience both contention-based and contention-free mechanisms are to be concurrently exploited within a frame. The proposed combination design, using SNR-based and contention-based scheduling, can improve the quality of user experience by more than 150 % and 100 % when respectively compared to the contention-free and contention-based only schemes.
