توصيفگر ها :
بلوتوث , بلوتوث مش , دوستي , گره كم توان , انرژي مصرفي , نرخ تحويل بسته
چكيده فارسي :
بلوتوث يكي از فناوريهاي كوتاهبرد و بيسيم است كه پس از انتشار نسل چهارم آن، جايگاه ويژهاي در اينترنت اشيا پيدا كرد. اما برخلاف فناوريهاي ارتباطي ديگر مانند زيگبي، شبكه مش را پشتيباني نميكرد و براي اتصال تعداد زيادي دستگاه ناكارآمد بود. به منظور رفع اين مساله، در سال 2017 با انتشار نسل پنج بلوتوث، همبندي مش به طور رسمي به اين فناوري اضافه شد و بدين ترتيب بلوتوث مش امكان استفاده گسترده از بلوتوث در اينترنت اشيا را فراهم آورد. اين در حالي است كه محدوديت منبع انرژي گرههاي كم توان در شبكه بلوتوث، يكي از مهمترين چالشهاي اين فناوري است. در استاندارد بلوتوث مش راهحل دوستي براي آن ارائه شده است. در روش دوستي استاندارد، گره كم توان كه محدوديت مصرف انرژي دارد، براي كاهش مصرف انرژي و افزايش طول عمر خود به خواب ميرود. در اين مدت گره دوست، پيامهايي كه براي گره كم توان ارسال شده است را دريافت كرده و در صف خود ذخيره ميسازد. سپس پس از طي شدن مهلت سركشي، گره كم توان بيدار ميشود و براي دريافت پيامهاي خود به گره دوست درخواست ارسال ميكند. اما اين راه حل، به دليل ثابت بودن مقدار مهلت سركشي گرههاي كم توان، هنوز موجب اتلاف انرژي و كاهش نرخ تحويل بسته ميشود. در اين پژوهش به منظور بهبود انرژي مصرفي و نرخ تحويل بسته در فرايند دوستي، روش دوستي تطبيقپذير (AFM) معرفي شده است. همچنين براي آزمودن اين روش و مقايسه آن با دوستي استاندارد، شبيهسازي خاص منظوره طراحي گرديده است. در روش AFM مهلت سركشي بر اساس تعداد دادههاي درون صف دوست در چند تكرار گذشته تغيير ميكند. در واقع در اين روش مهلت سركشي با تغيير ترافيك شبكه منطبق ميشود. اين امر به اين دليل است كه ترافيك معمول شبكه هرچه كه باشد، در روش استاندارد مهلت سركشي براساس آن تنظيم شده است. حال اگر ترافيك كاهش يا افزايش يابد، اين مهلت سركشي ديگر مناسب شبكه نخواهد بود. چرا كه اگر ترافيك كاهش يابد با بيداري بيش از حد گره كم توان به ازاي تعداد كمي داده، انرژي مصرفي آن افزايش خواهد يافت. همچنين اگر ترافيك بيشتر شود، با بيدار شدن دير هنگام گره كم توان و سر ريز دادههاي درون صف، نرخ تحويل بسته كاهش خواهد يافت. بنابراين در AFM در هر بار بيداري با بررسي تعداد دادههاي درون صف در چند مرتبه گذشته، ميتوان ترافيك شبكه را تا حد خوبي پيشبيني كرد و سپس مهلت سركشي را بر اساس تغيير ترافيك شبكه، افزايش يا كاهش داد. همچنين براي واگذاري كنترل بيشتر به طراح شبكه، دو پارامتر بيشينه و كمينه زمان خواب نيز در اين روش گنجانده شده است. طراح به كمك اين دو پارامتر ميتواند زمان خواب را در بازه دلخواه خود محصور سازد تا انرژي مصرفي، تاخير و نرخ تحويل بسته را تحت كنترل خود در آورد. معيارهاي ارزيابي اين پژوهش، در سه بازه ترافيكي معمولي، شديد و سبك بررسي شده است. نتايج به دست آمده بيانگر اين است كه ظرفيت مصرفي روش دوستي استاندارد در اين سه ترافيك به ترتيب برابر با 0٫87، 1٫29 و 0٫52 ميليآمپر ساعت است. اما ظرفيت مصرفي روش AFM در اين سه ترافيك به ترتيب برابر با 0٫87، 1٫74 و 0٫46 ميليآمپر ساعت است. نرخ تحويل بسته روش دوستي استاندارد در اين سه ترافيك به ترتيب برابر با 99٫4، 78 و 100 درصد است. اما نرخ تحويل بسته روش AFM در اين سه ترافيك به ترتيب برابر با 99٫4، 98٫8 و 99٫7 درصد است. همانطور كه مشاهده ميشود، در ترافيك معمولي ظرفيت مصرفي و نرخ تحويل بسته دو روش تفاوتي با يكديگر ندارند. در ترافيك شديد در روش استاندارد، نرخ تحويل بسته افت شديدي را تجربه كرده است. اين در حالي است كه AFM مقدار مطلوب نرخ تحويل بسته را در ازاي 34 درصد افزايش ظرفيت مصرفي حفظ كرده است. بنابراين اين افزايش ظرفيت مصرفي هزينه بالا نگهداشتن نرخ تحويل بسته است. در ترافيك سبك AFM ظرفيت مصرفي را كاهش داده و همچنين نرخ تحويل بسته را نيز در حد مطلوب حفظ كرده است. اگر بيشينه و كمينه زمان خواب به ترتيب برابر 120 و 80 ثانيه باشد (فرض شده است 20 درصد تاخير در رسيدن بستهها مجاز است)، در ترافيك شديد نرخ تحويل بسته برابر 89٫9 درصد خواهد شد و ظرفيت مصرفي آن 1٫5 ميليآمپر ساعت خواهد شد كه از مقدار قبلي 0٫2 ميليآمپر ساعت كمتر است. به طور كلي در AFM تعادل بين معيارهاي ارزيابي حفظ خواهد شد و اگر كاربر نياز متفاوتي داشته باشد با دو پارامتر بيشينه و كمينه زمان خواب ميتواند AFM را بر حسب نياز خود تنظيم نمايد.
چكيده انگليسي :
Bluetooth is a short-range wireless technology that gained a special place in the Internet of Things after the release of its fourth generation. However, unlike other communication technologies like Zigbee, it did not support mesh networking and was inefficient for connecting a large number of devices. To address this issue, the fifth generation of Bluetooth was released in 2017, officially adding mesh networking to this technology, thus enabling widespread use of Bluetooth in the Internet of Things. Meanwhile, the energy source limitation of low-power nodes in Bluetooth networks remains one of the most significant challenges of this technology. The Bluetooth mesh standard provides a friendship solution for this. In the standard friendship method, the low-power node, which has energy consumption constraints, goes to sleep to reduce energy consumption and increase its lifespan. During the sleep period, the friend node receives messages sent to the low-power node and stores them in its queue. After the poll-timeout elapses, the low-power node wakes up and requests the friend node to send its messages. However, this solution still leads to energy wastage and reduced packet delivery rates due to the fixed poll-timeout of low-power nodes. In this research, to improve energy consumption and packet delivery rates in the friendship process, an Adaptive Friendship Method (AFM) is introduced. Additionally, a specialized simulator has been designed to test this method and compare it with the standard friendship. In the AFM method, the poll-timeout changes based on the number of data packets in the queue from previous iterations. In fact, in this method, the poll-timeout aligns with the changes in network traffic. This is because the poll-timeout in standard method is adjusted based on whatever the usual network traffic is. Now, if the traffic decreases or increases, this poll-timeout will no longer be suitable for the network. Because if the traffic decreases, waking up the low-power node too often for a small amount of data will increase its energy consumption. Also, if the traffic increases, the late awakening of the low-power node and the overflow of data in the queue will reduce the packet delivery rate. Therefore, in AFM, each time the system wakes up, by examining the number of data packets in the queue from previous instances, network traffic can be predicted to a good extent, and then the poll-timeout can be adjusted based on changes in network traffic. Additionally, to give more control to the network designer, two parameters for maximum and minimum sleep time have also been included in this method. With the help of these two parameters, the designer can confine the sleep time within their desired range to control energy consumption, delay, and packet delivery rate. The evaluation criteria of this research have been examined in three traffic intervals: normal, heavy, and light. The obtained results indicate that the consumption capacity of the standard friendship method in these three traffic conditions is 0.87, 1.29, and 0.52 milliampere-hours, respectively.
