پیمایش موقعیت در شبکه های حسگر بی سیم-قسمت سوم
جزئيات پروتكل:
در زير ما پروتكل رديابي خود را رسماً (صريحاً) توسعه مي دهيم. از آنجا كه ممكن است چندين شئ در شبكه وجود وجود داشته باشد، ما بايد فرض كنيم كه تشخيص يك شئ از ديگري براي حسگر ممكن است. اين مي تواند با ارسال كد مشخص منحصر به فرد براي شئ در فواصل معين انجام شود. به عبارت ديگر، مكانيزمي لازم است كه حسگرها بتوانند سيگنال هاي مربوط از حسگرهاي مربوط راب راي اشياء متفاوت تركيب كنند.
بحث زير بر روي شئ خاصي متمركز مي شود. براي هر شئ، سه ويا حتي بيشتر از سه حسگر قادر به تشخيص وجود آن خواهند بود. در ابتدا هر حسگر در حالت بيكار (idle) است در پروتكل پايه را انجام مي دهد. تحت اين حالت، يك حسگر به طور مداوم هر شئ كه در محدوده حسگري آن قرار گيرد را تشخيص و كشف مي كند. زماني كه يك انتخاب بتواند ايفاي نقش كند. مشخص است كه حسگري كه از همه به شئ نزديكتر است به عنوان master به کار مي رود و پروتكل master را اجرا مي كند، در حالي كه slave ها به حالت slave مي روند و پروتكل slave را اجرا مي كنند. براي جلوگيري از حركت مكرر agent ها، تا وقتي كه شئ در فضاي كاري قرار دارد، حالت ها تغيير نمي كند. به هر حال، زماني كه شئ وارد فضاهاي پشتيباني شود، نقش هاي slave, master ممكن است تغيير كند. در اين حالت يك حسگر بيمار ممكن است دعوت شود تا به عنوان master يا slave خدمت كند. حالت ديگري كه يك حسگر مي تواند در حالت بيكار باقي بماند زماني است كه آن يك شئ را در فضاي پشتيباني خود كشف مي كند و پيام هاي منع كننده را از حسگرهاي مجاور دريافت مي كند. از اين حالت به عنوان انتقال self-looping براي حالت بيكار ياد مي شود.
فرض كنيد كه در حال حاضر master در S0 است. و دو slave در S2, S1 به وسيله تقارن، اين هامي توانند به سه مسير كاهش يابند. (با شماره هاي 1 تا 3 مشخص شده اند) . براي مسير 1، master سمي فهمد كه دو slave در يك زمان هدف را گم مي كنند و بنابراين تمام slave ها را باطل مي كند و slave هاي جديد را اختصاص مي دهد. براي مسير 2 تنها agent slave در S1 باطل مي شود و slave جديد دعوت مي شود. براي مسير 3، master در مي يابد كه خودش و يكي از slave ها هدف را از دست مي دهند. در اين حالت master بايد خود را به حسگري كه هنوز مي تواند شئ را تشخيص دهد، برساند و تمام Slave هاي فعلي را باطل كند. بعد از رفتن به حسگر جديد، دو slave جديد بايد مشخص شوند. نهايتاً، ما مي گوييم كه شئ ممكن است با سرعت بسيار بالايي حركت كند و كشف و تشخيص آن مشكل شود. اگر چنين شود، حسگرها به طور ناگهاني ممكن است هدف را گم كنند. به عنوان آخرين راه حل (پناهگاه)، زمانيكه شئ براي يك دوره مشخص زماني گم شد، تمام agentها منحل مي شوند. وقتي كه هيچ پيام منع كننده اي شنيده نخواهد شد، تمام حسگرها بايد در حالت بيكا بر روي شئ مورد نظر باقي بمانند، و يك فرايند انتخاب جديد انجام شود تا يك master جديد براي رديابي شئ انتخاب شود. پروتكل ما در اين حالت كاملاً خطا را تحمل مي كند.
هر حسگري يك ليست شئ (ol object list) را در خود نگه مي دارد تا بتواند حالات تمام هدف ها را در محدوده حسگري (sensing) خود ثبت كند. هر ورودي ماه به وسيله مشخصه منحصر به فرد شئ، كه ID نام دارد، شاخص گذاري مي شود. براي هر شئ دو فيلد در نظر گرفته شده است. حالت و مهر زماني (time-stamp) حالت مي تواند يكي از چهار مقدار زير را داشته باشد: standby, slave, master و منع شده cinhibited . مهر زماني، زماني است كه ركورد مربوط به شئ آخرين بار به هنگام شده است.
هفت نوع پيام كنترلي مي تواند توسط پروتكل ها فرستاده شود.
(1) . bid-master (ID, sig) : اين پيام براي يك حسگر است كه براي ID شئ رقابت كند.
هيچ ركورد منع كننده اي در OL براي ID ايجاد نشده است. پارامتر sig توان سيگنال دريافتي را براي اين شئ منعكس مي كند.
(2). (ID, si, t) assign-slave: اين پيام مربوط به يك master است تا از يك حسگر مجاور و نزديك (si ) براي كار كردن به عنوان slave براي شئ ID و در يك فاصله زماني مؤثر t، دعوت نمايد.
(3). revoke-slave (si) : اين پيام براي master است تا slave agent خود را در si باطل كند.
(4). inhibit (ID) : اين يك پيام پخش شونده است براي يك master يا slave كه حسگرهاي مجاور نامرتبط را از رديابي ID شئ منع كنند. زمان مؤثر پيام منع كننده به وسيله يك پارامترسيستمي با عنوان Tinh تعريف مي شود.
(5). release (ID): اين پيام به منظور باطل كردن پيام منع كننده اي كه اخيراً صادر شده، فرستاده مي شود.
(6).( move-master (ID, si, hist) : يك Master اين پيام را براي حركت دادن از حسگر فعلي به حسگر نزديگ si استفاده مي كند. در اينجا hist تمام سوابق حركتي، داده ها و كدهاي مربوط كه با ID شئ مرتبط هستند را حمل مي كند.
(7). (data (ID, sig, ts) : يك slave اين بسته (packet) را براي گزارش نتايج رديابي شئ مورد نظر master خود، استفاده مي كند.
يك حلقه بي نهايت شامل 6 عمليات event-driven وجود دارد. اولين آنها واكنش را در هنگام كشف يك شئ توصيف مي كند. اگر يك ركورد منع شده وجود دارد، حسگر به حالت انتخاب خواهد رفت. چهار رويداد (event) بعدي عكس العمل را هنگامي كه از يك حسگر مجاور پيامي دريافت شود، توصيف مي كنند. به خصوص اگر يك پيام (inhibit (ID دريافت شود، يك timer با نام ( inh (ID ست مي شود. آخرين رويداد عكس العمل را هنكامي كه Timer بالا منقضي (expire) شود توصيف مي كند در جنين موردي، حالت شئ به standby تغيير مي يلبد و حسگر براي نظارت بر اين شئ اجازه مي يابد.
اولين رويداد، جمع آوري اطلاعات از سنسورهاي مجاور است. دو رويداد بعدي به ترتيب براي slave agent ها و master هستند كه هدف را گم مي كنند. توجه كنيد كه فضاهاي A3, A2, A1 بر مي گردد .
آخرين رويداد براي منع كردن حسگر هاي نامرتبط ازنظارت برشي است. اولين رويداد براي گزارش داده ها به master، زمانبندي را با تايمر Trep كنترل مي كند. رويداد دوم براي باطل كردن slave است وآخرين رويداد براي منع حسگرهاي نامرتبط مي باشد.
4 . نمونه سازي وآزمايشات تجربي(تجارب آزمايشگاهي):
به منظور بررسي عملي بودن پروتكل پيشنهادي، ما يك سيستم را برمبناي IEEE 802.11 NICS نمونه سازي كرده ايم. توان سيگنال به عنوان ملاك براي قرارگرفتن اشياء مورد استفاده قرارگرفته است. خصوصاً 4 لپ تاپ IBM كه هريك مجهز به كارت (شبكه) ORiNOCO 802.llb WaveLAN هستند، استفاده شده اند. سه تا ازآنها بصورت يك مثلث متساوي الاضلاع قرار داده شده اند و با عوامل 80 متري از هم جدا شده اند تا بتوانند نقش نودهاي حسگر را بازي كنند. در شكل (a) 11 اين امر قابل مشاهده است. يك Laptop براي شبيه سازي شئ متحرك استفاده شده كه به طور متناوب پيامهاي پخش شنونده اي را مي فرستد. براي حساسيت بيشتر، يك آنتن توسعه دهنده محدوده (warelan (warelan Range Extendar Antenna به اين laptop متصل شده است. نودهاي حسگر با استفاده از ابزار client Manager، بر توان پيام هاي فرستاده شده توسط شئ نظارت مي كند.
اول، ما افت توان سيگنال را در مقابل فاصله، اندازه مي گيريم. از صفر تا 100 متر براي هر 5 متر يك اندازه گيري ثبت شده است. همانطور كه مي توان انتظار داشت، توان سيگنال هاي دريافتي از IEEE 802. llb زياد ثابت (پايدار) نيست. براي حل اين مشكل ما چند جمله اي درجه دوم برگشت (Regression Quadratic Polynomian) را براي صاف كردن حفظ منحني استفاده كرديم كه در شكل 12. با خط توپر تشريح شده است. منحني براي تغيير توان سيگنال دريافتي به يك مقدار تخميني استفاده مي شود.
نظر به اينكه توان سيگنال، اندازه گيري (سنجش) دقيقي نيست، الگوريتم رديابي مثلثي مذكور نمي تواند مستقيماً اعمال شود. در واقع، آنچنانكه انتظار مي رود، توان سيگنال در تمام زمانها تغيير مي كند، حتي در وضعيت بي حركت. شكاف هاي خاصي به طور ذاتي بين مسافت تخميني و مسافت واقعي وجود دارد.
به عنوان يك نتيجه، ما يك الگوريتم تقريبي به شرح زير پيشنهاد مي دهيم. اجازه دهيد C, B, A نودهاي حسگر باشند، كه به ترتيب در (xA,yA ) و (xB,yB ) و (xC,yC )قرار دارند. براي هر نقطه (x, y) در روي مسير (سطح) ما يك تابع تفاضل تعريف مي كنيم.
كه rC, rB, rA به ترتيب فاصله تخميني تا C, B, A مي باشند. موقعيت شئ نقطه (x,y) در نظر گرفته مي شود كه در آن تابع تفاضل 6x,y آن مينيمم مي باشد.
در آزمایش ، ما فقط نقاطصفحه را روی سطح در نظر گرفته ایم که در هر دو پارامتر x,y مقدار عددی صحیح دارند. ما درهر ثانیه موقعیت شئ را در نظر می گیریم. علاوه بر این برای به حساب آوردن نوسان ناگهانی توان سیگنال ما شرطی اعمال کردیم که بر اساس آن شئ نباید با سرعت بیش از 5 متر در ثانیه حرکت کند. به عنوان یک نتیجه، زمانی که جستجو برای یافتن موقعیت شئ انجام می شود، تنها آن نقاط که در بازه قرار دارند برای تابع تفاضل مورد ارزیابی قرار می گیرند که (x,y) نشانم دهنده موقعیت در اندازه گیری قبلی است.