Abstract
In this paper, we consider the goal of achieving high throughput in a wireless sensor network. Our work is set in the context of those wireless sensor network applications which collect and transfer bulk data. We present PIP (Packets in Pipe), a MAC primitive for use by the transport module to achieve high throughput. PIP has a unique set of features: (a) it is a multi-hop connection oriented primitive, (b) it is TDMA-based, (c) it uses multiple radio channels, and (d) it is centrally controlled. This represents a significant shift from prior MAC protocols for bulk data transfer
PIP has several desirable properties: (a) its throughput degrades only slightly with increasing number of hops, (b) it is robust to variable wireless error rates, (c) it performs well even without any flow control, and (d) requires only small queue sizes to operate well. We substantiate these properties with a prototype implementation of PIP on the Tmote-Sky CC2420-based platform. PIP achieves about twelve times better throughput than the state-of-the-art prior work, over a network depth of ten nodes
چکیده
در این مقاله، هدف ما دستیابی به توان عملیاتی بالا در یک شبکه حسگر بی سیم می‌باشد. کار ما در چارچوب آن دسته از برنامه های شبکه های حسگر بی سیمی قرار گرفته است که داده‌های انبوه را جمع آوری نموده و انتقال می‌دهند. ما PIP (Packets in Pipe بسته‌ها در لوله) را ارائه می‌دهیم، که یکMAC اولیه برای استفاده توسط ماژول انتقال برای رسیدن به توان عملیاتی بالا می‌باشد.PIP مجموعه ای منحصر به فرد از ویژگی ها را دارد: (الف) آن یکMAC اولیه ی اتصال گرای دارای چند گره یا هاپ است، (ب) آن مبتنی بر TDMA است، (ج) آن از کانال های رادیویی چندگانه استفاده می کند، و (د) آن بصورت متمرکز کنترل می شود. این تغییر قابل توجه پروتکل هایMAC قبلی برای انتقال داده ها به صورت انبوه را ارائه می‌نماید.
PIP چندین ویژگی مطلوب دارد: (الف) توان عملیاتی آن با افزایش تعداد گره یا هاپ کمی تنزل می‌یابد، (ب) آن برای نرخ خطاهای بی سیم متغیر قوی است، (ج) آن حتی بدون هیچ کنترل جریانی به خوبی اجرا می‌شود، و (د) تنها نیاز به صف با اندازه های کوچک دارد تا به خوبی کار کند. ما این ویژگی‌ها را با اجرای یک نمونه ی اولیه یPIP روی پلت فرم Tmote-sky مبتنی برCC2420 اثبات می نماییم. در طی یک عمق شبکه با ده گره، توان عملیاتی PIP در حدود دوازده بار بهتر از آخرین دستاوردهای قبلی است.
-1مقدمه
در چند سال گذشته چندین شبکه ی حسگر بی سیم گسترش یافته اند. روش کار اکثر این برنامه ها به طور معمول دریافت داده های پدیده های فیزیکی و فرستادن این اطلاعات از گره های حسگر فردی به مخزن مشترک، در تمام گره های بی سیم چندگانه می باشد. توجه ما به آن دسته از برنامه های کاربردی متمرکز می‌باشد که نیاز به انتقال انبوهی از داده های دریافتی از محیط دارند. برنامه های قابل توجهی از این نوع شامل نظارت بر سلامت ساختاری [1,2,3]، نظارت بر فعالیت آتشفشان [4]، برنامه های کاربردی نظارتی یا مراقبتی مانند تصویربرداری / آکوستیک، و غیره هستند. به عنوان مثال، برنامه های نظارت بر سلامت ساختاری، داده های ارتعاش در 200Hz را جمع آوری می نمایند [1,2]. BriMon در حدود 7 کیلو بایت داده به ازای هر حسگر در هر عبور قطار پیش بینی نمود[3] ، و این داده ها باید با بیشترین سرعت ممکن به یک مخزن انتقال داده شوند، به طوری که گره های شبکه پس از آن بتوانند برای ذخیره‌سازی انرژی به خواب روند. برنامه ی نظارت بر آتشفشان به اندازه ی50 کیلوبایت داده در هر 1 دقیقه از هر حسگر گزارش می نماید[5] . در واقع، [5] توان عملیاتی انتقال داده ها را به عنوان یک گلوگاه در طراحی سیستم به صورت تأخیر انتقال داده های مانع از توانایی گره برای تشخیص پشت سر هم (لرزه) رویدادها گزارش می کند. کلاس برنامه های کاربردی فوق نیاز به انتقال انبوه داده ی قابل اطمینان دارند و توان عملیاتی متمرکز می باشند. در وضعیت هایی که با باطری اداره می شوند، به جهت صرفه جویی در انرژی، توان عملیاتی بالاتر مهم است، از اینرو گره می تواند به سرعت پس از انتقال داده های جمع آوری کرده اش به خواب رود[3]…