Wireless sensor networks (WSNs) enable a wide variety of applications resulting in still increasing requirements for the protocols supporting the operations. The medium access control (MAC) layer protocols are essential for improving the performance of an application and its quality of service because MAC protocols influence channel capacity utilization, network delay, energy consumption, and scalability. The contribution of this paper is two novel cluster-based time division multiple access (TDMA) scheduling MACs for WSNs and an analysis of the mobility impact on both. The proposed MAC layer protocols support real time applications where the cluster-based scheduling improves the scalability and also improves the performance in varying network conditions. The paper presents the design, implementation and performance evaluation of the proposed cluster based TDMA scheduling algorithms green conflict free (GCF) and multicolor-GCF (M-GCF) for high complexity and high requirement applications of WSNs under both low and high mobility conditions. The comparative evaluation shows that the M-GCF algorithm has better slot sharing and less conflicts with reduced communication energy consumption, delay, and good throughput under static and low mobility conditions while the GCF algorithm has better performance in high mobility scenarios. The paper also defines the mobility threshold that decides the use of the GCF- and M-GCF algorithms according to the mobility requirement of application

چکیده

شبکه های حسگر بی سیم (WSN) طیف گسترده ای از برنامه های کاربردی را فعال نموده و در نتیجه باعث افزایش نیازمندیهای پروتکلهای پشتیبانی کننده از عملیاتها می شود. پروتکلهای لایه ی دسترسی میانی (MAC) برای بهبود کارآیی یک برنامه و کیفیت سرویسهای آن ضروری می باشد، زیرا پروتکلهای MAC، بهره برداری از ظرفیت کانال، تاخیر شبکه، مصرف انرژی و مقیاس پذیری را تحت تاثیر قرار می دهد. سهم این مقاله زمان دسترسی چندگانه مبتنی بر خوشه بندی (TDMA) جدید برای MAC جهت شبکه های حسگر بی سیم و تجزیه و تحلیل تاثیر تحرک بر هر دو می باشد. پروتکلهای پیشنهادی لایه ی MAC کاربردهای زمان واقعی را پشتیبانی می کنند که زمان بندی مبتنی بر خوشه بندی مقیاس پذیری را بهبود می بخشد و همچنین کارایی را در شرایط مختلف شبکه بهبود می بخشد. این مقاله، طراحی، پیاده سازی و ارزیابی عملکرد الگوریتمهای زمانبندی مبتنی بر خوشه بندی (TDMA) سبز عاری از تداخل (GCF) و چند رنگ GCF (M-GCF) برای پیچیدگی بالا و نیازمندیهای کاربردی بالا WSN ها تحت شرایط تحرک کم و زیاد را پیشنهاد می دهد. ارزیابی مقایسه ای نشان می دهد که الگوریتم M-GCF دارای اشتراک گذاری شکاف بهتر و تداخل کمتر و مصرف انرژی ارتباطی و تاخیر کمتر می باشد و تحت شرایط ایستا و حرکتی کمتر دارای توان بهتری می باشد در حالیکه الگوریتم GCF در سناریوهای متحرک دارای عملکرد بهتری می باشد. مقاله همچنین آستانه تحرک را تعریف می کند که در تصمیم گیری درباره ی استفاده از الگوریتمهای GCF و M-GCF براساس نیازمندیهای متحرک بودن کاربرد کمک کننده می باشد.

1-مقدمه

شبکه های حسگر بی سیم (WSN) کاربردهای فراوانی را در طیف وسیعی از جمله نظامی، کشاورزی، نظارت بر محیط زیست، سلامت پزشکی، صنعت، حمل و نقل هوشمند، نظارت بر ساختمان، اکتشافات فضایی و بسیاری دیگر را پشتیبانی می کنند. توانایی های WSN در زمینه های راههای موجود حس کردن، انتشار، جمع آوری و انتقال اطلاعات افزایش یافته است. طیف وسیع و افزایش یافته ای از کاربردها و قابلیتها نیز به نوبه ی خود نیازمندیهای WSN را افزایش داده است، به عنوان گره هایی از WSN در حال کار تحت محدودیتهای انرژی، پهنای باند و قابلیتهای محدود حافظه می باشند. به ویژه کاربردهای حسگرها در زمینه ی بهداشت و شبکه های فضایی نیازمندیهایی در زمینه ی پشتیبانی از تحرک در شبکه های حسگر را ایجاد نموده اند...