توصيفگر ها :
بلوتوث مش , بلوتوث كم مصرف , اينترنت اشيا , كارايي , گره هاي بازپخش كننده , مجموعه غالب همبند
چكيده فارسي :
ظهور اينترنت اشيا و رشد قابل توجه آن در سالهاي اخير، اتصال گستردهاي را بين دستگاههاي مختلف در پي
داشته است. بلوتوث كممصرف يكي از فناوريهاي بيسيمي است كه براي برقراري ارتباط بين دستگاههاي
مختلف بهكاربرده ميشود. توپولوژي شبكهاي كه با اتصال دستگاههاي بلوتوثي ايجاد ميشود، از نوع ستاره است.
از اين رو، بلوتوث كممصرف گزينهي مناسبي براي اتصال تعداد زيادي از دستگاهها به شمار نميرود. به منظور
رفع چنين مشكلي فناوري ارتباطي بلوتوث مش معرفي شده است. بلوتوث مش با پشتيباني از توپولوژي مش و
شيا
برقراري ارتباطهاي چندگامي، امكان استفادهي گسترده از بلوتوث كممصرف را در كاربردهاي مختلف اينترنت ا
ها
فراهم ميآورد. در شبكههاي بلوتوث مش، از روش ارسال سيلآساي مديريتشده براي ارسال پيامهاي گره
استفاده ميشود. در اين روش هر گرهاي كه خصيصه بازپخشكنندگي داشته باشد، پيامهاي دريافت شده از
گرههاي ديگر را در همه جهات بازپخش ميكند. در صورتي كه همه گرههاي شبكه از نوع گرههاي بازپخشكننده
باشند، تعداد پيامهايي كه در هر لحظه ارسال يا بازپخش ميشوند، بالا رفته و در نتيجه امكان رخداد تصادم در
شبكه افزايش مييابد. از سوي ديگر، از آنجا كه گرههاي بازپخشكننده انرژي زيادي مصرف ميكنند، انرژي
مصرفي كل شبكه نيز مقدار بالايي خواهد بود. بنابراين، بهتر است تعدادي از گرههاي شبكه به عنوان گره
بازپخشكننده انتخاب شوند. پژوهشهايي كه در راستاي انتخاب گرههاي بازپخشكننده در شبكههاي بلوتوث
ها
مش انجام شدهاند، از روشهاي يافتن مجموعه غالب همبند براي اين كار استفاده كردهاند. در اين پژوهش
گرههاي بازپخشكننده در شروع كار شبكه، انتخاب شده و تا پايان كار شبكه وظيفه بازپخش كردن پيامها فقط
بر عهده اين گرهها بوده است. اگر در مدت زمان كار شبكه تنها گرههاي مشخصي عمل بازپخش كردن پيامها را
انجام دهند، باتري آنها زودتر از گرههاي ديگر به اتمام خواهد رسيد. از سوي ديگر، شرايط شبكه در محيط واقعي
پويا است و حتي ممكن است برخي از گرههاي شبكه متحرك باشند. در نتيجه، يك گره بازپخشكننده در صورت
جابجايي ممكن است در شرايطي قرار بگيرد كه ديگر انتخاب مناسبي به عنوان گره بازپخشكننده نباشد. به
همين دليل، در اين پژوهش سعي بر آن است كه يك سازوكار دورهاي براي انتخاب گرههاي بازپخشكننده ارائه
شود. در اين سازوكار نيز از الگوريتمهاي يافتن مجموعه غالب همبند براي انتخاب گرههاي بازپخشكننده
استفاده ميشود. الگوريتمهايي كه در اين پژوهش معرفي ميشوند، در تصميمگيريهاي خود از انرژي گرهها و
وزن آنها بهره ميبرند. در سازوكار دورهاي، گرههاي شبكه در بازههاي زماني معيني، الگوريتمهاي معرفيشده را
اجرا ميكنند. عملكرد سازوكار ارائهشده از نظر تأخير، نرخ تحويل بسته و انرژي مصرفي كل گرهها ارزيابي
ميشود. با توجه به نتايج آزمايشهاي انجامشده، در شبكههاي ثابت استفاده از انرژي گرهها براي تعيين گرههاي
بازپخشكننده باعث ميشود كه انرژي مصرفي 50درصد از گرهها حداقل 39درصد كاهش يابد. در شبكههاي
متحرك نيز، انرژي مصرفي 50درصد از گرهها حداقل 20درصد كاهش مييابد. همچنين، 25درصد ديگر از كل
گرههاي شبكه، انرژي مصرفي كمتري نسبت به وقتي كه همه گرهها بازپخشكننده باشند، خواهند داشت.
چكيده انگليسي :
The aim of an Internet of Things (IoT) network is to provide widespread connectivity between
various devices. Bluetooth Low Energy (BLE) is one of the wireless technologies used by
different devices to communicate with each other. The topology of the network created by BLE
devices is of star. Therefore, BLE is not a suitable choice to interconnect a wide range of
devices. Bluetooth Mesh (BM) was introduced to tackle this problem. By supporting mesh
topology, BM allows BLE devices to have multi-hop communications. BM uses managed
flooding technique to transmit messages. In this technique, nodes with relay feature (relay
nodes) broadcast data packets received from other nodes. Setting all nodes in the network as
relay nodes increases the number of message transmissions, probability of collision occurrence
and total energy consumption of the BM network. Hence, it is necessary to choose a subset of
all nodes as relay nodes. In related works, the Connected Dominating Set (CDS) algorithm has
been used as an approach for selecting relay nodes in BM networks. By leveraging CDS
algorithms, relay nodes are selected before the network starts operating. Also, it should be
mentioned that the network and the selected relay nodes are designed to remain unchanged
throughout the network operation. However, in this way, the energy of relay nodes will run out
before the other nodes in the network. On the other hand, it should be considered that the
nodes may be relocated during the network operation. As a result, a relay node, which was
selected at the beginning of network operation, may not be a proper relay node after some
time because of network dynamics. For this reason, in the current research, a periodic
mechanism has been proposed. This mechanism uses a CDS algorithm to select relay nodes
and the algorithm is executed in certain intervals. The proposed CDS algorithm utilizes the
weight and the residual energy of the nodes for selecting proper relay nodes. Latency, Packet
delivery ratio (PDR) and the energy consumption of the nodes are the considered metrics for
evaluating the performance of the proposed mechanism. Based on the conducted simulations,
in comparison with the network in which all nodes have relay feature, periodic mechanism
leads to a significant reduction in energy consumption of the nodes.
