زمان بندي پاينده مبتني بر درخت در شبكه هاي مش بي سيم خورشيدي

Sustainable Tree-Based Scheduling in Solar Powered Wireless Mesh Networks

در بسياري از كاربردهاي شبكه‌هاي مش بي‌سيم به دليل عدم دسترسي به منبع انرژي دايم و استفاده از باتري و تجهيزات برداشت‌كننده انرژي طراحي بر مبناي پايندگي انرژي بسيار حايز اهميت است. تنظيم چرخه كاري و به خواب بردن گره‌هاي شبكه در بخشي از دوره كاري، روشي براي حفظ انرژي و تضمين پايندگي است. در اين حالت براي تبادل داده بين گره‌هاي همسايه به پروتكل‌هايي براي هماهنگي خواب نياز است. در برخي كاربردهاي اين شبكه‌ها مانند كاربرد نظارت تصويري نياز است كه داده از بخش‌هاي مختلف شبكه جمع‌آوري شود. توپولوژي درخت در اين كاربردها گزينه مناسبي است. يك روش ساده براي هماهنگي خواب در توپولوژي درخت الگوريتم زمان‌بندي تقسيم زمان (TIME-SPLIT) است كه در آن زمان هر گره به طور مساوي بين فرزندان تقسيم مي‌شود. الگوريتم زمان‌بندي تقسيم زمان پيشنهادشده مسئله پايندگي انرژي و محدوديت انرژي گره‌ها را در نظر نمي‌گيرد. ما در اين مقاله به منظور ايجاد پايندگي انرژي در شبكه‌هاي مش بي‌سيم مبتني بر توپولوژي درخت در الگوريتم زمان‌بندي تقسيم زمان محدوديت چرخه كاري گره‌ها را اضافه كرده‌ايم. در شرايطي كه وضعيت انرژي فرزندان متفاوت باشد تقسيم مساوي زمان به عدم كارايي شبكه مي‌انجامد. به منظور بهبود كارايي و گذردهي شبكه دو الگوريتم زمان‌بندي بر مبناي الگوريتم تقسيم زمان كه شرايط انرژي و ترافيك فرزندان را در نظر مي‌گيرند ارائه كرده‌ايم. در الگوريتم پيشنهادي اول تقسيم زمان به نسبت چرخه كاري فرزندان هر گره انجام مي‌گيرد. در الگوريتم دوم تقسيم زمان به صورت پويا و به نسبت ترافيك فرزندان است و همچنين پذيرش تماس بر مبناي انرژي مصرفي اتصالات و بر اساس طول اتصالات به طور دقيق‌تري انجام مي‌شود. نتايج شبيه‌سازي كه به وسيله شبيه‌ساز شبكه 3NS انجام شده نشان مي‌دهد كه در شرايط عدم توازن در انرژي و ساختار درخت، يعني حالتي كه فرزندان يك گره داراي انرژي يكسان يا زيردرخت تقريباً مشابه نيستند، روش‌هاي پيشنهادي به ميزان قابل توجهي (بيش از حدود 60%) ترافيك عبوري را افزايش مي‌دهند.

In many applications of wireless mesh networks, due to the lack of access to a permanent source of energy and the use of battery and energy harvesting equipment, energy sustainable design is very important. Duty-cycle adjustment, putting the node into sleep mode in some parts of the working period, is a method for energy saving and sustainability assurance. In this case, to exchange data between neighboring nodes, protocols for sleep scheduling are needed. In some applications of these networks, such as video surveillance applications, it is necessary to collect data from different parts of the network. Tree topology is a good option for these applications. A simple method for coordinating sleep in a tree topology is the TIME-SPLIT algorithm, at which the working time of each node is evenly divided among its children. The proposed TIME-SPLIT scheduling algorithm does not consider the node energy limitations. In this paper, we have added the nodes duty-cycle constraint in the TIME-SPLIT algorithm to guarantee energy sustainability in tree-based wireless mesh networks. In situations where the energy status of the children is different, equal division of time leads to network inefficiency. To improve network efficiency and throughput, we provide two scheduling algorithms that take into account the conditions of the children's energy and traffic. In the first proposed algorithm, the time division is performed in relation to the duty-cycle of the children of each node. In the second algorithm, the time division is dynamically and in proportion to the traffic of the children, and the connection acceptance is more precisely performed based on its energy consumption during its lifespan. The simulation results performed by the NS3 network simulator show that in energy and tree structure imbalance conditions, where children of a node have different energy or sub tree, the proposed methods significantly (more than about 60%) increase the network’s total delivered traffic.