مقایسه
برای بررسی ویژگی­های پروتکل AMPRS و نمایشی واضح از پروتکل، برای حالت­های مختلف شبیه­سازی شده است. همان‏طور که در قبل توضیح داده شد پروتکل بر اساس پارامتر قابلیت اطمینان مورد انتظار (R_D) تصمیم ­گیری­های خود را انجام می­دهد؛ لذا در اینجا پروتکل برای مقادیر مختلف از قابلیت اطمینان مورد انتظار و نرخ­های متفاوت از خطا شبیه­سازی شده است. قابلیت اطمینان مورد انتظار از ۸۰ درصد تا ۱۰۰ درصد یک واحد یک واحد تغییر داده می­ شود. به ازای هر واحد تغییر برای نرخ­های خطای بین ۳۰ تا ۷۰ درصد که به لینک­ها اعمال می­ شود شبیه­سازی می­کنیم. نتایج کلی به صورت نمودار­های سه بعدی نمایش داده می­ شود. این نمودارها حاکی از تطبیق پذیری بسیار بالای AMPRS با شرایط شبکه می­باشد و تصمیم ­گیری­های مناسب بر طبق شرایط را نشان می­دهد. همچنین پروتکل AMPRSرا برای حالاتی که R_D=0.80 ،R_D=0.90 و R_D=0.99 می­باشد با حالاتی که پروتکل LOMDD از دو و سه مسیر ثابت استفاده می­ شود مقایسه شده است.

(( اینجا فقط تکه ای از متن درج شده است. برای خرید متن کامل فایل پایان نامه با فرمت ورد می توانید به سایت feko.ir مراجعه نمایید و کلمه کلیدی مورد نظرتان را جستجو نمایید. ))

همان‏طور که در بخش قبل گفته شد شبیه­سازی در حالت­هایی که نرخ خطا از ۳۰ درصد تا ۷۰ درصد تغییر می­ کند و در هر مرتبه یک واحد افزایش پیدا می­ کند به انجام می­گیرد؛ لذا به ازای هر مقدار R_D برای ۴۰ مقدار مختلف از نرخ خطاها در بازه­ ۳۰ درصد تا ۷۰ درصد مورد شبیه­سازی قرار می­گیرد. همچنین برای حالت تعداد مسیرهای پویا برای ۲ و ۳ مسیر در پروتکل LOMDD این کار انجام می­ شود.
محاسبه قابلیت اطمینان
برای محاسبه قابلیت اطمینان، در هر بار شبیه سازی به ازای هر مقداری که برای نرخ خطا تنظیم می­ شود، نسبت تعداد بسته­های از نوع داده که توسط چاهک از منابع دریافت می­ شود به تعداد بسته­های داده که از همه منابع ارسال می­ شود را بدست می­آوریم. برای حالاتی که در بخش ۶-۳-۴ گفته شد مقایسه می­کنیم. نحوه محاسبه قابلیت اطمینان در معادله ۶-۹ نشان داده شده است.
(۶-۹)
که recv_i تعداد بسته­های دریافتی از گره iام و send_j تعداد بسته­های ارسالی از گره jام می­باشد.
محاسبه میانگین تعداد مسیرهای استفاده شده
در بسته­های داده که ارسال می­شوند فیلدی به نام تعداد مسیر (Cp) ایجاد شده است که تعیین می­ کند بسته جاری در منبع بر روی چند مسیر ارسال شده است و در واقع بیان کننده تعداد مسیر استفاده شده در هر لحظه توسط منبع مورد نظر می­باشد. برای محاسبه میانگین تعداد مسیر استفاده شده در شبکه، به ازای تمام بسته­های دریافتی، نسبت مجموع مقدار فیلد Cp در همه بسته­های دریافتی به تعداد بسته­های دریافتی را محاسبه می­کنیم و حاصل را به عنوان میانگین تعداد مسیرهای استفاده شده در نظر می­گیریم. نحوه محاسبه میانگین تعداد مسیرهای استفاده شده در معادله ۶-۱۰ نشان داده شده است.
(۶-۱۰)
محاسبه سربار
دو نوع سربار داریم :
سربار ناشی از مسیریابی و بررسی وضعیت مسیرها (O_routing)
سربار ناشی از ارسال بسته­ها بر روی چند مسیر (O_transmission)
تغییرات در نرخ خطا و تعداد مسیرها باعث کم و زیاد شدن سربار بسته­ها می­ شود. برای محاسبه سربار ناشی از ارسال بسته­ها ابتدا مجموع تعداد گام­هایی که بسته­ها طی کرده ­اند تا به چاهک برسند را محاسبه می­کنیم(PH_R) . توجه کنید بسته­هایی که چندین نسخه از آن‏ها دریافت می­ شود تنها یک بار در اینجا محاسبه می­شوند. همچنین مجموع تعداد دفعاتی که همه بسته­های داده در همه گره­ها روی کانال ارسال می­شوند نیز محاسبه می­ شود (P_C). واضح است یک بسته در یک لینک خاص ممکن است چندین بار بر روی کانال ارسال شود. نسبت این دو مقدار(PH_R/P_C) را از ۱ کم می­کنیم و به عنوان درصد سربار شبکه در نظر گرفته می­ شود. نحوه محاسبه سربار در معادله ۶-۱۱ و ۶-۱۲ نشان داده شده است.
(۶-۱۱)
(۶-۱۲)
در معادله بالا CH_i نشان دهنده تعداد گام­های طی شده در بسته­های دریافتی توسط چاهک می­باشد. k نشان دهنده تعداد بسته­های دریافتی بدون تکرار در چاهک­ می­باشد. PC_j برابر تعداد بسته­های نوع داده که هر گره روی کانال ارسال کرده است. n برابر تعداد گره­های شبکه می­باشد. توجه کنید یک بسته ممکن است توسط یک گره چندین بار بر روی کانال ارسال شود.
محاسبه انرژی مصرف شده
در پایان هر شبیه­سازی به ازای هر گره انرژی باقیمانده هر گره از انرژی اولیه آن کم می­ شود میانگین این مقدارها به عنوان انرژی مصرف شده برای هر شبیه­سازی در نظر گرفته می­ شود. نحوه محاسبه انرژی مصرف شده در معادله ۶-۱۳ نشان داده شده است.
(۶-۱۳)
E برابر مقدار میانگین انرژی مصرف شده در شبکه می­باشد. EL_i برابر مقدار انرژی اولیه گره iام و ER_i­ برابر مقدار انرژی باقیمانده گره iام می­باشد. n بیانگر تعداد گره­های شبکه می­باشد.
نتایج شبیه­سازی
در این قسمت نتایج شبیه­سازی برای هر یک از سناریوهای مطرح شده در قسمت قبل آورده شده و نمودار مربوط به نتایج بدست آمده، نشان داده شده است.
قابلیت اطمینان
نمودارهای مربوط به قابلیت اطمینان در شکل ۶-۵ و ۶-۶ نشان داده شده است. نتایج حاکی از این است که پروتکل AMPRS همواره سعی می­ کند قابلیت اطمینان را در محدوده قابلیت اطمینان مورد انتظار نگه دارد. نتایج حاکی از تطبیق پذیری بسیار بالای AMPRS با شرایط شبکه می­باشد شکل ۶-۶ این موضوع را نشان می­دهد. در شکل ۶-۶ مشهود است که قابلیت اطمینان همواره در محدوده قابلیت اطمینان مورد انتظار شبکه نگه داشته می­ شود و با افزایش نرخ خطا تغییرات لازم انجام می­ شود.
در شکل ۶-۵ مشاهده می­ شود با افزایش درصد خطای شبکه و قابلیت اطمینان مورد انتظار، AMPRS قابلیت اطمینان را در محدوده مورد نظر نگه می­دارد. در این شکل مشاهده می­ شود که استفاده از تعداد مسیرهای ثابت در بیشتر مواقع کارا نمی ­باشد. در نمودار­های مربوط به استفاده از تعداد مسیرهای ثابت، با افزایش نرخ خطا مشاهده می­ شود که قابلیت اطمینان به تدریج کاهش پیدا می­ کند. کاهش قابلیت اطمینان سبب می­ شود که قابلیت اطمینان مورد انتظار شبکه ارضا نشود. همچنین در زمان‌هایی که نرخ خطا پایین است مشاهده می­ شود که استفاده از مسیرهای ثابت قابلیت اطمینان بسیار بالاتری نسبت به قابلیت اطمینان مورد انتظار را برآورده می­ کند؛ این مقدار غیر ضروری است. در بخش‌های بعدی خواهیم دید که استفاده از مسیرهای ثابت سربار زیادی بی­جهت به شبکه اعمال می­ شود.
به طور مثال اگر عملکرد پروتکل AMPRS برای حالتی که قابلیت اطمینان مورد انتظار ۹۰ درصد (AMPRS(R=0.90)) باشد در نظر بگیریم، با توجه به شکل ۶-۵ برای نرخ خطای بین ۳۰ تا ۳۸ درصد قابلیت اطمینان بدست آمده بیشتر از قابلیت اطمینان مورد انتظار (یعنی ۹۰ درصد) می­باشد. این امر بدین دلیل است که حداقل قابلیت اطمینان بدست آمده نمی­تواند از این مقدار کمتر شود. برای نرخ خطاهای بزرگ‌تر از ۳۰ درصد برای این حالت، قابلیت اطمینان همواره حول وحوش ۹۰ درصد نگه داشته می­ شود. اگر حالت (AMPRS(R=0.90)) با حالتی که از ۲ مسیر ثابت (LOMDD(2-Path)) استفاده­ شده است مقایسه شود، مشاهده می­ شود که در LOMDD با دو مسیر ثابت قابلیت اطمینان بدست آمده برای نرخ­های خطای کمتر از ۶۲ درصد، خیلی بیشتر از مقدار قابلیت اطمینان مورد انتظار است. همچنین برای نرخ­های بالاتر از ۶۲ درصد نیز نمی­تواند قابلیت اطمینان مورد انتظار را ارضا کند.
با توجه به نتایج بدست آمده می­توان گفت که پروتکل AMPRS یک انتخاب مناسب برای ارضای قابلیت اطمینان مورد انتظار در شبکه ­های حسگر بی­سیم می­باشد.
شکل ‏۶‑۵ : مقایسه قابلیت اطمینان AMPRS در حالت­های مختلف با LOMDD در حالت استاتیک
شکل ‏۶‑۶ : تطبیق پذیری قابلیت اطمینان در AMPRS با تغییرات قابلیت اطمینان مورد انتظار و نرخ خطا
شکل ‏۶‑۷ : تطبیق پذیری تعداد مسیر انتخاب شده در AMPRS با تغییرات قابلیت اطمینان مورد انتظار و نرخ خطا

شکل ‏۶‑۸ : مقایسه تعداد مسیرهای استفاده شده در AMPRS با LOMDD
تعداد میانگین مسیرها
نمودارهای مربوط به تعداد مسیرهای استفاده شده در شکل ۶-۷ و ۶-۸ نشان داده شده است. نتایج حاکی از این است که پروتکل AMPRS همواره حداقل تعداد مسیر را با توجه به محدودیت­های خواسته شده و شرایط شبکه برای ارسال داده ­ها توسط منابع در نظر می­گیرد. در نمودار سه بعدی شکل ۶-۷ تطبیق پذیری بسیار بالای AMPRS با شرایط شبکه کاملاً مشهود است. در این شکل مشاهده می­ شود که برای نرخ‌های پایین خطا تنها یک مسیر تنظیم می­ شود و نیازی به استفاده از مسیرهای بیشتر نیست. با افزایش تعداد نرخ خطا و افزایش قابلیت اطمینان مورد انتظار نیاز به استفاده از مسیرهای بیشتری می­باشد. AMPRS همواره سعی می­ کند تعداد مسیر بهینه را برای منابع انتخاب کند.
به طور مثال در شکل ۶-۸ اگر عملکرد پروتکل AMPRS را برای حالتی که قابلیت اطمینان مورد انتظار ۹۹ درصد (AMPRS(R=0.99)) می­باشد را با حالتی که از ۳ مسیر ثابت(LOMDD(3-Path)) برای ارسال داده ­ها استفاده شده است مقایسه شود. در پروتکل AMPRS برای نرخ خطای کمتر از ۵۸ درصد از تعداد مسیر کمتری استفاده می­ شود و نیازی به استفاده از مسیرهای بیشتر نیست. این در حالی است که با توجه به نمودارهای شکل ۶-۵ مشاهده می­ شود که AMPRS برای همین حالت (AMPRS(R=0.99)) قابلیت اطمینان مورد انتظار را نیز برآورده می­ کند؛ لذا نیازی به استفاده از مسیرهای بیشتر نیست. همچنین قابل مشاهده با افزایش نرخ خطا تعداد مسیر­های استفاده شده، از حالتی که از ۳ مسیر ثابت استفاده می­ شود بیشتر است که این بدین دلیل است که برای ارضای قابلیت اطمینان نیاز به مسیرهای بیشتری است. در شکل ۶-۵ قابل مشاهده است که برای حالتی که قابلیت اطمینان ۹۹ درصد باشد برای نرخ خطای بیشتر از ۵۸ درصد APMRS قابلیت اطمینان را در محدوده قابلیت اطمینان مورد انتظار نگه می­دارد در حالی که قابلیت اطمینان LOMDD با ۳ مسیر ثابت به شدت افت می­ کند.
با توجه به نتایج بدست آمده می­توان گفت که پروتکل AMPRS یک انتخاب مناسب برای تعیین تعداد مسیرهای لازم جهت ارضای محدودیت­ها در شبکه ­های حسگر بی­سیم می­باشد.
سربار شبکه
نمودارهای مربوط به سربار شبکه در شکل­های ۶-۹ و ۶-۱۰ نشان داده شده است. نتایج حاکی از این است که پروتکل AMPRS حداقل سربار ممکن را به شبکه اعمال می­ کند و از اعمال سربار اضافی جلوگیری می­ کند. در نمودار سه بعدی شکل ۶-۹ کاملاً مشهود است که AMPRS سربار شبکه را مطابق شرایط شبکه تنظیم می­ کند و از اعمال سربار اضافی به شبکه جلوگیری می­ کند. در شکل ۶-۹ برای نرخ خطاهای پایین و قابلیت اطمینان مورد انتظار پایین حداقل سربار ممکن به شبکه تحمیل می­ شود که ناشی از خطاهایی است که در لایه MAC به بسته­ها اعمال می­ شود. با افزایش نرخ خطا و قابلیت اطمینان مورد انتظار مشاهده می­ شود که سربار شبکه نیز تغییر می­ کند. در AMPRS همواره سعی می­ شود که کمترین سربار ممکن به شبکه اعمال شود.
اگر عملکرد پروتکل AMPRS را برای حالات مختلفی که در شکل ۶-۹ نشان داده شده است با حالتی که از ۳ مسیر ثابت (LOMDD(3-Path)) برای ارسال داده ­ها استفاده شده است مقایسه کنیم قابل مشاهده است که این حالت همواره سربار زیادی را به شبکه تحمیل می­ کند که در بیشتر مواقع این سربار اضافی می­باشد. تنها در مواردی که نرخ خطا خیلی بالا و قابلیت اطمینان مورد انتظار نیز خیلی بالا باشد سربار ناشی از پروتکل AMPRS به اندازه سربار LOMDD با ۳ مسیر ایستا(LOMDD(3-Path) می­ شود.
به طور مثال در شکل ۶-۹ اگر عملکرد پروتکل AMPRS را برای حالتی که قابلیت اطمینان مورد انتظار ۹۰ درصد (AMPRS(R=0.90)) باشد، با حالتی که از ۳ مسیر ثابت (LOMDD(3-Path)) برای ارسال داده ­ها استفاده شده است، مقایسه شود. AMPRS همواره نسبت به LOMDD با ۳ مسیر ثابت سربار کمتری را به شبکه تحمیل می­ کند. تنها در مقادیر بالا از نرخ خطا میزان سربارها یکسان است. با تطبیق این حالت یا شکل ۵-۶ مشاهده می­کنیم که AMPRS با حداقل سربار ممکن قابلیت اطمینان مورد انتظار را بر آورده می­ کند در حالی که استفاده از مسیرهای ثابت اگرچه قابلیت اطمینان را بر آورده می­ کند ولی سربار زیادی را بی­جهت به شبکه تحمیل می­ کند.
با توجه به نتایج بدست آمده می­توان گفت که پروتکل AMPRS یک انتخاب مناسب برای ارضای قابلیت تنظیم سربار وارد شده در شبکه ­های حسگر بی­سیم می­باشد که باعث کاهش مصرف انرژی و افزایش طول عمر شبکه می­ شود.
انرژی مصرف شده
نمودارهای مربوط به انرژی مصرف­شده در شکل ۶-۱۱ و ۶-۱۲ نشان داده شده است. نتایج حاکی از این است که پروتکل AMPRS انرژی مصرف شده در شبکه را با توجه به محدودیت­های خواسته شده مینیمم می­ کند و از مصرف انرژی بی جهت در شبکه جلوگیری می­ کند.
به طور مثال اگر عملکرد پروتکل AMPRS برای حالتی که قابلیت اطمینان مورد انتظار ۹۰ درصد ­باشد را با حالتی که از ۳ مسیر ثابت (LOMDD(3-Path)) برای ارسال داده ­ها استفاده شده است مقایسه شود قابل مشاهده است که انرژی مصرف شده در AMPRS(R=0.90) همواره انرژی کمتری را مصرف می­­کند. در شکل قابل مشاهده است که در بقیه حالات نیز این چنین است.
شکل ‏۶‑۹: مقایسه سربار ناشی از مسیرها در AMPRS
شکل ‏۶‑۱۰ : سربار اعمال شده به شبکه در AMPRS با تغییرات قابلیت اطمینان مورد انتظار و نرخ خطا
شکل ‏۶‑۱۱ : انرژی مصرف شده در AMPRS با تغییرات قابلیت اطمینان مورد انتظار و نرخ خطا
شکل ‏۶‑۱۲ : میانگین انرژی مصرف شده گره­ها در AMPRS
خلاصه
در این فصل پروتکل چند مسیره تطبیقی برای اقناع قابلیت اطمینان (AMPRS)پیشنهاد شد. پروتکل AMPRSیک پروتکل تخصیص مسیر دینامیک در شبکه ­های حسگر بی­سیم است که جهت تعیین تعداد مسیرهای استفاده شده توسط هر یک از منابع برای ارضای قابلیت اطمینان طراحی می­ شود. در پروتکل AMPRS راهکارهایی به کار برده شد که هم قابلیت اطمینان مورد انتظار برای شبکه ارضا ­شد و هم سربار ارسال بسته­ها زیاد نشود. همچنین مصرف انرژی کاهش و طول عمر شبکه افزایش یافت. در پروتکل AMPRS چاهک تصمیم می­گیرد که هر منبع از چند مسیر و کدام مسیرها استفاده کند تا کارایی شبکه بالا رود.
در پروتکل AMPRS با به کار بردن راهکار پیشنهاد شده در فصل ۵ قابلیت اطمینان شبکه در چاهک تخمین زده می­ شود. چاهک بر اساس اطلاعاتی که در مورد گره­ها، لینک­ها و مسیرهای در دسترس از شبکه دریافت می­ کند تصمیم گیری­های لازم را انجام می­دهد. این اطلاعات شامل تعداد گام مسیرها، قابلیت اطمینان مسیرها، انرژی مسیرها، قابلیت اطمینان لینک­ها و پارامترهای دیگر می­باشند. چاهک تعیین می­ کند که هر منبع از چند مسیر و چه مسیرهایی داده ­های خود را ارسال کند تا قابلیت اطمینان شبکه در یک دامنه حول و حوش قابلیت اطمینان مورد انتظار نگه داشته شود. همچنین سربار شبکه کم و طول عمر شبکه نیز ماکسیمم شود.