Sualtı kablosuz sensör ağlarında coğrafi fırsat hibrit yönlendirme
Tang Weiping1, Liu Guiying2
(1. Otomobil ve Ulaştırma Bakanlığı, Guangxi Elektrik Gücü Mesleki ve Teknik Koleji, Nanning, Guangxi 530007; 2. Mesleki ve Teknik Eğitim Koleji, Guangxi Normal Üniversitesi, Nanning, Guangxi 530001)
Sualtı kablosuz sensör ağlarının (UWSN'ler) veri toplama verimliliğini artırmak için, coğrafi fırsat sualtı kablosuz sensör ağlarına (GOHR) dayalı bir karma yönlendirme önerilmektedir. Kaynak düğümün bir veri paketini iletmesi gerektiğinde, önce aday yönlendirme düğüm kümesini hesaplar ve bunları iletme kümeleri oluşturmak için kümedeki düğümlerin normalleştirilmiş ağırlıklarına göre sıralar; ardından her kümenin beklenen ağırlık değerini analiz eder; son olarak beklenen en büyük ağırlık değerine göre belirlenir. Kümedeki düğümler veri paketlerini iletir. Aynı zamanda, gecikme mekanizması gereksiz veri paketlerini bastırmak için kullanılır. Simülasyon sonuçları, önerilen GOHR protokolünün veri paketi aktarım hızını iyileştirdiğini ve veri paketi aktarım gecikmesini azalttığını göstermektedir.
Çin Kütüphanesi Sınıflandırma Numarası: TP393
Belge tanımlama kodu: Bir
DOI: 10.16157 / j.issn.0258-7998.2017.01.030
Çince alıntı biçimi: Tang Weiping, Liu Guiying. Sualtı kablosuz sensör ağlarında jeo-fırsatçı hibrit yönlendirme Elektronik Teknoloji Uygulaması, 2017, 43 (1): 114-117.
İngilizce alıntı biçimi: Tang Weiping, Liu Guiying. Sualtı kablosuz sensör ağları için coğrafi-fırsatçı bir hibrit yönlendirme. Application of Electronic Technique, 2017, 43 (1): 114-117.
0 Önsöz
Akustik iletişim, Sualtı Kablosuz Sensör Ağları (UWSN'ler) için tek etkili iletişim yöntemi haline geldi. Okyanusu izleme amacına ulaşmak için sensör düğümleri aracılığıyla gerçek zamanlı olarak okyanus verilerini toplayın. Buna göre, yönlendirme protokolleri UWSN'lerin araştırma odağı haline geldi.
Araştırmacılar, UWSN'ler üzerinde çok sayıda araştırma yaptılar ve farklı yönlendirme stratejileri önerdiler. XIE P ve diğerleri DBR (Derinliğe dayalı yönlendirme) yönlendirmesini önerdi. DBR yönlendirmesi, veri paketlerini düğümün su altı konumu üzerinden iletir ve her zaman tercihen veri paketi yönlendirme düğümü olarak su yüzeyine daha yakın olan düğümü seçer. Ve YAN H ve arkadaşları, sanal "yönlendirme yönetimi" ne dayalı VAPR yönlendirmesini önerdi. Veri paketi alındıktan sonra iletim mesafesi hesaplanır ve eşikten düşükse iletilir, aksi takdirde atılır. Bununla birlikte, düğüm yoğunluğu arttığında, VAPR yönlendirme stratejisi ağın enerji tüketimini artırır. Bu amaçla NOH Y ve arkadaşları, enerji tüketimini azaltmak ve yönlendirme delikleriyle başa çıkma yeteneğini geliştirmek için VAPR için geliştirilmiş bir protokol önerdi.
Bununla birlikte, bu yönlendirme protokolleri, yönlendirme performansının belirli bir yönünü yalnızca tek taraflı olarak izler ve UWSN'lerin kanal özelliklerinden tam olarak yararlanamaz. Ek olarak, coğrafi konum yönlendirmesinin özü, bir sonraki sekme gönderen düğümün seçim stratejisinde yatmaktadır, yönlendirme düğümü tercihli olarak seçilebiliyorsa, yönlendirme deliklerinden etkili bir şekilde kaçınılabilir. Bu amaçla, bu makale yeni bir Coğrafi ve Fırsatçı Hibrit Yönlendirme (GOHR) önermektedir. Sayısal simülasyonlar, önerilen GOHR protokolünün veri paketi aktarım hızını iyileştirdiğini ve fazlalık veri paketlerini azalttığını doğrulamaktadır.
1 GOHR yönlendirmesi
N'nin tüm ağın düğüm kümesini temsil ettiğini varsayalım, yani N = NnNs, burada sonar şamandırası (havuz) kümesi. Her düğümün iletişim yarıçapı rc'dir ve düşük bant genişliğine sahip akustik iletişim yeteneklerine sahiptirler. Lavabo yalnızca akustik iletişim yeteneklerine değil, aynı zamanda radyo frekansı iletişim yeteneklerine de sahiptir.
1.1 Aday yönlendirme düğüm kümesi
Kaynak düğümün (ni düğümü olarak varsayılır) veri paketlerini hedef düğüme iletmesi gerektiğinde (s düğümü olarak varsayılır), ni en uzak ve en yakın hedef için komşu düğüm kümesi Ni (t) 'yi arar. Aday yönlendirme düğüm kümesi i:
1.2 Yönlendirme düğüm kümesi
Veri paketinin yönlendirme düğümü olarak optimal düğümü seçmek için, ni düğümünün, yönlendirme düğüm kümesini () oluşturmak için i'den bazı düğümleri seçmesi gerekir.
Nci düğümü için önce normalleştirilmiş ağırlık değeri NADV'yi (nc) hesaplayın:
1.3 Beklenen küme ağırlığı değeri
Küme bölünmesini tamamladıktan sonra, formül (3) 'e göre her kümenin EPA ağırlık değerini hesaplayın. Son olarak, veri paketini iletmek için en büyük EPA küme düğümünü seçin.
1.4 Paket teslim olasılığı
Aşağıda, d ile ayrılmış herhangi bir düğüm çifti için m bitlik veri paketi iletiminin olasılığı p (m, d) için ifade türetilmektedir. Literatüre göre, su altı engellerinin yol kaybı:
Bunlar arasında Ed ve Ed, sırasıyla birim bit başına ortalama enerji tüketimini ve gürültü gücü yoğunluğunu temsil eder ve her ikisi de sabittir.
Rayleigh sönümleme modelinden alıntı yapıldığında, SNR'nin olasılık dağılımı şöyledir:
Bu makale BPSK modülasyon modunu benimser, d uzunluğundaki yolun bit hata olasılığı şu şekilde tanımlanabilir:
1.5 Zamanlayıcı ayarı
Bunlar arasında, na alıcı düğümdür, nb gönderen düğümdür ve s su altı akustik sinyalinin yayılma süresidir.
Özet olarak, GOHR protokolü iletim veri paket sürecinin tamamı Şekil 1'de gösterilmektedir.
2 performans analizi
Araştırma alanı olarak 1500 m × 1500 m × 1500 m su altı kablosuz sensör ağı seçilmiş ve simülasyon verileri MATLAB R2012b aracı yardımıyla analiz edilmiştir. Bölgede 45 sonobuoy var, yani | Ns | = 45. Sualtı sensör düğümlerinin sayısı 150 ila 450 arasında değişmektedir ve sensör düğümlerinin iletişim yarıçapı rc = 250 m'dir. Her düğümün veri paketi oluşturma hızı Poisson dağılımına ve = 0.15 pkts / dak parametresine uyar. Veri hızı 50 kb / s'dir. Her deney bağımsız olarak 100 kez tekrarlandı ve ortalama değer son simülasyon verisi olarak alındı.
2.1 Veri paketi aktarım hızı
İlk olarak, Şekil 2'de gösterildiği gibi, veri paketi aktarım hızındaki değişikliği düğüm sayısı ile analiz edin. Şekil 2'den, ne kadar çok düğüm varsa, veri paketi aktarım hızının o kadar yüksek olduğu görülebilir. Bunun nedeni, ne kadar çok düğüm varsa, yönlendirmeye o kadar çok düğüm katılacak ve buna göre yönlendirmenin o kadar kararlı olmasıdır.
Ek olarak, DBR ve VAPR ile karşılaştırıldığında, GOHR yönlendirmesinin paket aktarım hızı etkili bir şekilde iyileştirilmiştir. Bunun temel nedeni, GOHR yönlendirmesinin kararlı bir yönlendirme düğümleri kümesi oluşturması ve kümedeki düğümlerin birbirlerinin davranışını izlemesini sağlamasıdır. Örneğin, düğüm sayısı 450 olduğunda, GOHR yolunun paket aktarım hızı 0,82 iken DBR ve VAPR yolları yalnızca 0,6 ve 0,65'tir.
2.2 Yedekli veri paketlerinin sayısı
Ardından, Şekil 3'te gösterildiği gibi, artık veri paketi sayısının düğüm sayısı ile değişimini analiz edin. DBR ve VAPR yönlendirme ile karşılaştırıldığında, GOHR en düşük yedek veri paketi sayısına sahiptir. Şekil 3'ten, düğüm sayısı 300 olduğunda, GOHR yönlendirmesinin yalnızca 2 yedek paket ürettiği, DBR ve VAPR'nin sırasıyla 8 ve 6 oluşturduğu görülebilir. Bunun nedeni şudur: DBR çok yollu bir iletim stratejisi benimser ve fazlalık veri paketlerini bastırmak için bir mekanizmaya atıfta bulunmaz; VAPR ise, yedek veri paketlerinin sayısını kaçınılmaz olarak artıracak olan yüksek ağırlıklı düğümleri izlemek için düşük ağırlıklı düğümlerin işlevini gerçekleştirmede başarısız olur.
2.3 Uçtan uca iletim gecikmesi
Son olarak, Şekil 4'te gösterildiği gibi, uçtan uca iletim gecikmesinin düğüm sayısı ile değişimi analiz edilir. GOHR ve VAPR'nin ortalama gecikmesi DBR'ninkinden daha yüksektir. Şekil 2 ve 3 birleştirildiğinde, GOHR ve VAPR yollarının, yüksek veri paketi aktarım hızları ve düşük yedek veri paketleri karşılığında yüksek aktarım gecikmelerine sahip olduğu görülebilir. Yani, fırsatçı yönlendirme yoluyla, veri paketi iletim hızı artar ve iletim gecikmesi artar. VAPR ile karşılaştırıldığında, GOHR yönlendirmesinin gecikmesi etkili bir şekilde azaltılır.
3 Sonuç
Sualtı kablosuz sensör ağlarında veri iletimi sorununu hedefleyen bu makale, coğrafya ve fırsata dayalı bir karma yol GOHR önermektedir. GOHR, veri paketlerini ilettiğinde, bir yönlendirme düğümünü değil, bir küme, yani bir yönlendirme düğümleri kümesi seçer. GOHR önce düğümleri kümelere ayırır, ardından her bir kümenin ağırlık değerini hesaplar ve son olarak en büyük ağırlık değerine sahip kümeyi yönlendirme düğüm kümesi olarak kullanır. Aynı zamanda GOHR, fazlalık veri paketleri sorununu da dikkate alır, bu nedenle gecikme mekanizması veri paketi artıklığı sorununu bastırmak için kullanılır. Deneysel veriler, önerilen GOHR yönlendirmesinin veri aktarım kapasitesini geliştirdiğini kanıtlamaktadır.
Referanslar
AKYILDIZ I F, POMPILI D, MELODIA T.Sualtı akustik sensör ağları: Araştırma zorlukları. Ad Hoc Netw., 2015, 3 (3): 257-279.
STOJANOVIC M, PREISIG J. Sualtı akustik iletişim kanalları: Yayılma modelleri ve istatistiksel karakterizasyon IEEE Commun. Mag., 2009, 47 (1): 84-89.
XIE P, CUI J H, LAO L.VBF: Sualtı sensör ağları için vektör tabanlı yönlendirme protokolü. Proc.5th Int.IFIP-TC6 Conf.Netw.Technol., Services, Protocols, 2006: 1216-1221.
YAN H, SHI ZJ, CUI J H. DBR: Sualtı sensör ağları için derinliğe dayalı yönlendirme. Proc.7th Int.IFIP-TC6 Netw.Conf.Ad Hoc Sensor Netw., Wireless Netw., Next Generation Internet, 2008: 72-86.
LEE U, WANG P, NOH Y, ve diğerleri.Sualtı sensör ağları için basınç yönlendirme. İçinde Proc.IEEEINFOCOM, 2010: 1-9.
NOH Y, LEE U, WANG P, ve diğerleri VAPR: Sualtı sensör ağları için boşluğa duyarlı basınç yönlendirme. IEEE Trans.Mobile Comput., 2013, 12 (5): 895-908.
MELODIA T, POMPILI D, AKYILDIZ I. Sensör ağlarında enerji verimli coğrafi yönlendirme için optimum yerel topoloji bilgisi. İçinde Proc.IEEE INFOCOM, 2014: 1705-1716.
VIEIRA L F M. Sualtı ağlarında fırsatçı yönlendirmenin performansı ve takasları. Proc.IEEE Wireless Commun.Netw.Conf., 2012: 2911-2915.
ZENG K, LOU W, YANG J, ve diğerleri.Kablosuz ad hoc ve sensör ağlarında coğrafi işbirliğine dayalı yönlendirme üzerine, Proc.Int.Conf.Wireless Algorithms, Syst.Appl., 2007: 11-18.
COUTINHO RW L, BOUKERCHE A, VIEIRA L F M, vd.GEDAR: Mobil su altı sensör ağları için derinlik ayarlı coğrafi ve fırsatçı yönlendirme protokolü.Proc.IEEE Int.Conf.Commun., 2014: 251-256.
ZUBA Z S M, FAGAN M, CUI J. Su altı akustik ağları için esnek bir basınç yönlendirme şeması. Proc.57th IEEE Global Telecommun.Conf., 2014: 637-642.
