افزایش قابلیت اطمینان شبکه بیسیم با افزایش قدرت ارسال و کاهش مصرف انرژی

شبکه های حسگر بی سیم به طور گسترده در کاربردهای نظارتی و کنترلی استفاده می شوند و به علت دور از دسترس بودن آن ها، طول عمر و قابلیت اطمینان در این شبکه ها از اهمیت ویژه ای برخوردار هستند. یکی از عوامل تهدیدکننده قابلیت اطمینان در این شبکه ها انرژی ذخیره موجود در باتری گره است، برای کاهش این محدودیت، در برخی از شبکه های حسگر بی سیم امروزی از برداشتگر انرژی برای دریافت انرژی مورد نیاز از محیط پیرامون استفاده می شود. از سوی دیگر، ویژگی های برداشتگرهای انرژی، خصوصیات جدیدی به شبکه تحمیل می کند که چالش های جدیدی در افزایش قابلیت اطمینان ایجاد می نماید. از جمله مهم ترین خصوصیات شبکه های حسگر بی سیم با برداشتگر انرژی، تفاوت در نرخ برداشت انرژی از محیط پیرامون هر گره، با توجه به شرایط محیطی است. در این پروژه تلاش شده است تا با بررسی کارهایی که در زمینه قابلیت اطمینان و افزایش طول عمر این شبکه ها صورت گرفته و با مقایسه معایب و مزایای آن ها، به راهکاری موثر برای ارسال مطمئن تر بسته ها در کنار افزایش طول عمر شبکه دست یابیم. راهکار ارائه شده بر پایه افزایش توان سیگنال ارسالی گره فرستنده است که با توجه به نرخ برداشت انرژی از محیط و پیش بینی آن در آینده صورت می پذیرد. به همین منظور ما تلاش کردیم تا با توجه به نرخ متغیری که برای برداشت انرژی از محیط وجود دارد، گره هایی که انرژی بیشتری از محیط می گیرند را شناسایی کنیم و از آن ها برای کمک به گره هایی که در شرایط نامساعدتری از لحاظ برداشت انرژی هستند، استفاده کنیم. گره هایی که انرژی در دسترس بیشتری دارند، با افزایش توان ارسالی خود، علاوه بر ارسال مطمئن بسته ها، باعث کاهش تعداد گره های شرکت کننده در رله کردن می شوند. انگیزش اصلی برای مطرح کردن این ایده، توجه به این مسئله است که در شبکه های حسگر بی سیم، در واحد فرستنده، بخش های مختلفی وجود دارد که بخش اعظم انرژی مصرفی مربوط به آن ها است و مقداری ثابت است. بخش کمی از انرژی مصرفی مربوط به واحد توان سیگنال رادیویی است. بدین ترتیب، با افزایش توان رادیویی در واحد فرستنده، افزایش نمایی مصرف انرژی آن بخش، مقدار چشمگیری نخواهد داشت. از آنجایی که با پایان یافتن عمر هر گره ای که قادر به برداشت انرژی کافی از محیط نباشد، عمر شبکه و کارکرد درست آن تحت تاثیر قرار می گیرد، کاهش تعداد ارسال ها گره های با محدودیت انرژی، موجب افزایش طول عمر این گره ها و نهایتا افزایش طول عمر شبکه خواهد شد. بدین ترتیب گره‎ های با انرژی بیشتر، می توانند از شرکت دادن گره هایی که انرژی کمتری دارند، در مسیریابی جلوگیری کنند و به ذخیره انرژی آن ها و افزایش طول عمر شبکه کمک کنند. به این منظور، ما با اطلاع از میزان برداشت هر گره از محیط، توان ارسالی آن را تغییر دادیم و برای جلوگیری اختلال در عملکرد لایه کنترل دسترسی رسانه، گره های همسایه را از این تغییر مطلع ساختیم. این اطلاع از افزایش توان ارسال، با اضافه کردن پارامتری در بسته ارسالی صورت می گیرد و گره دریافت کننده نیز خود را با این توان جدید سازگار می کند. همچنین هم زمان با دریافت بسته از گره های همسایه، هر گره همسایه های پرانرژی خود را می شناسد و رفتار خود را متناسب با آن ها تغییر می دهد. با اعمال این روش، نسبت دریافت بسته های سالم در شبکه هایی با تراکم گره مختلف، به طور متوسط ۲۷% افزایش یافت.