A new SPGR based energy-efficient routing technique for ad-hoc networks

Kablosuz Sensör Ağlar belirli alanda yoğun olarak dağılmış sensörler topluğudur. Kablosuz sensör ağlarda bulunan sensörler mobil olduğunda ve bulundukları ağların belirli sabit altyapısı olmadığında tasarsız sensör ağlara dönüşürler. Günümüzde, dizüstü bilgisayarlar ve diğer taşınabilir cihazlar sıklıkla kullanıldığından tasarsız mobil ağlar son derece yaygınlaştı. Kablosuz Sensör Ağlar konuma bağımlı olmadan internet erişimi sağlamaktadırlar. Mobil cihaz ve bilgisayarların yaygınlaşmasıyla kablosuz sensör ağları kullanılırken bir konumdan diğer konuma geçildiğinde dahi kesintisiz internet servis ihtiyacı doğmuştur. Böylece ethernet ve diğer kablolu internet erişim servisleri ile kıyasla kablosuz sensör ağların kullanışlılığı daha da belirginleşmiştir. Bundan dolayı donanım sistemlerinin pil ömrü ve tasarsız mobil ağların enerji verimliliği konusu son yıllarda daha da önem kazanmıştır. Bu çalışmada en kısa yol ile aktarma üzerine kurulmuş enerji verimli coğrafi yönlendirme yöntemi sunulmuştur. Öncelikle, coğrafi yönlendirme teknikleri enerji verimliliği açısından araştırılmıştır. Coğrafi yönlendirmenin en önemli özelliği ağ düğümlerinin konumlarının belirli olmasıdır. Düğümlerin coğrafi konumları kullanılarak daha güvenilir paket aktarımı sağlanmaktadır. Önerilen tekniğe göre, kaynak ve varış yeri hayali Öklid çizgisi ile bağlanmaktadır. Komşu düğümler arasında bir sonraki gönderilecek düğüm seçilirken iki nokta arasındaki en kısa yolla paket gönderimi, en az gecikme ve yüksek performans göz önünde bulundurularak yapılır. Ama yoğun paket aktarımı söz konusu olan ağlar için bu tarz aktarım tekniği paket tıkanıklığına ve uzun paket aktarma sırasına neden olmaktadır. Özellikle, kesintisiz elektrik kaynağının bulunmadığı tasarsız ağlar için en kısa yol üzerinde bulunan düğümlerin enerji düzeyi çok hızlı şekilde azalmaktadır. Paketlerin doğrudan en kısa yol üzerinden değil, kaynak-varış noktaları arasındaki hayali Öklid çizgisine yakın tutmakla gönderimi en kısa güzergâha yakın düğümlerin kullanılmasına izin vermektedir. Sunulan teknikte kom¸su dü˘gümler arasında bir sonraki paket gönderici dü˘gümün seçim zamanı, dü˘güm hayali Öklid çizgisine ve varı¸s noktasına en yakın olan dü˘gümü seçmektedir. Seçim yöntemi parametresi kom¸su dü˘gümle varı¸s noktası ve Öklid çizgisiyle kom¸su dü˘güm arasındaki mesafenin fonksiyonu olarak belirlenmektedir, yani varı¸s noktasına ve Öklid çizgisine en yakın olan kom¸su dü˘güm seçilmektedir. Bunun yanı sıra, önerilen teknik a˘gdaki dü˘gümlerin pil ömrünü de dikkate alınmaktadır. Bu teknik için dengeli enerji tüketimini sa˘glayan enerji parametresi kullanılarak, bütün a˘ga enerji verimlili˘gini kazandırılmı¸stır. Gönderici dü˘güm kendi kom¸su dü˘gümleri arasında enerji düzeyi en fazla olan paket aktarımını sa˘glamaktadır. xxiii Bu çalı¸smada kullanılan enerji modeli her bir dü˘güm paket aktarım sürecine aynı enerji düzeyi ile ba¸slar ve paket aktarımı veya paketin kabul edilme zamanı belirli düzeyde enerji harcar. Dü˘gümlerin bekleme sırasında da belirli düzeyde enerji tüketimi devam eder; bekleme sürecinde uyku moduna geçerek enerji tasarrufunun sa˘glanması bu çalı¸smada dikkate alınmamı¸stır. Önceden belirlenen enerji düzeyi limitinden daha az enerjisi kalan dü˘gümler paket aktarımında kullanılamaz, bu dü˘gümlerin paket kabul etmesi veya paket aktarması durdurulmaktadır. Kom¸su dü˘güm seçim fonksiyonunda enerji düzeyinin dikkate alınması en kısa yol üzerinden enerji tüketimini dengede tutmayı sa˘glamaktadır. Böylece, seçim fonksiyonu kom¸su dü˘gümlerin enerji düzeyleri parametresini de dahil etmektedir. Gönderici dü˘güm sadece varı¸s noktası istikametinde en kısa yol üzerinde bulunan kom¸su dü˘gümü de˘gil, aynı zamanda enerji düzeyi en fazla olan kom¸su dü˘gümü seçmeye çalı¸smaktadır. Bu nedenle, en yakın kom¸su dü˘gümü seçme fonksiyonu mesafe ve enerji düzeyi parametrelerini kapsamaktadır. Bulunan a˘gın gereksinimlerine göre bu parametrelerin a˘gırlık katsayıları de˘gi¸stirilerek fonksiyon yeniden düzenlenebilir. Enerji tasarrufu ön planda olan a˘glar için enerji düzey parametresinin a˘gırlık katsayısı arttırılarak, ya da paket aktarım zamanı ön planda olan a˘glar için mesafe parametresinin a˘gırlık katsayısı arttırılarak seçim fonksiyonu kontrol edilebilir. A˘gdaki bütün dü˘gümlerin konumu GPS yöntemiyle belirlenir. A˘gda paket aktarımı ba¸slamadan bütün dü˘gümlerin ilk konumunu belirlemek için sel basma yöntemi kullanılır. Dü˘gümlerin ilk konumlarını içeren paketler a˘gdaki bütün eri¸silebilir dü˘gümlere da˘gıtılır. Paket aktarımı ba¸sladıktan sonra dü˘gümler kom¸su dü˘güm tablolardaki konum güncellemelerini "hello" paketleri aracılı˘gıyla gerçekle¸stirir. Bu paketlerin gönderilme sıklı˘gı a˘gın mobilli˘gine ba˘glı olarak de˘gi¸sir; dü˘gümler belirli mesafe kat ettikten ve belirlenmi¸s zaman a¸sımından sonra etraftaki dü˘gümlere konum bilgilerini içeren paket aktarımı yapar. Böylece, kom¸su dü˘güm tabloları güncellenir. Bu çalı¸smada sunulan teknik yeniden gönderim yöntemini de kullanmaktadır. Geçerli dü˘güm kendi kom¸su dü˘gümleri arasından varı¸s noktası yönünde yerle¸sen bir dü˘güm bulamadı˘gında, paket bir önceki gönderici dü˘güme geri aktarılır. Önerilen çalı¸sma OPNET a˘g simulasyonu aracılı˘gıyla test edilmi¸stir. Simulasyonlarda mobil hızına göre de˘gi¸skenlik gösteren üç farklı senaryo kurulmu¸stur. Birinci senaryoda, yöntem tamamen statik a˘gda test edilmi¸stir. Ikinci senaryo kısmen mobil özelli˘gini ta¸sımakta olup, a˘g dü˘gümlerinin yarısı mobil, geri kalanı statik olarak belirlenmi¸stir. Üçüncü senaryoda tamamen dinamik bir ortam olarak tasarlanmı¸stır. Yukarıda belirtilen bütün senaryolarda simulayon ortamında üstel ve Pareto trafik olu¸sturulmu¸stur. Bu yöntem Co˘grafi Yönlendirme Protokolü (GRP) ve En Kısa Yola dayalı Co˘grafi Yönlendirme (SPGR) metotları ile kar¸sıla¸stırılmı¸stır. Çalı¸smada sunulan yöntem SPGR üzerine kurulmu¸stur. Kar¸sıla¸stırılan her iki yöntem co˘grafi yönlendirme bazlı olsa da, a˘gdaki dü˘gümlerin enerji düzeyi dikkate alınmamı¸stır. Her üç yöntem paket aktarım gecikmesi, ba¸sarıyla gönderilen data paketlerin ortalama oranı ve a˘gın genel ya¸sam süresi açısında kıyaslanmı¸stır. Enerji tüketim oranlarının ve a˘gın ya¸sam süresinin kar¸sıla¸stırılabilmesi için GRP ve SPGR tekniklerine enerji tüketim parametresi entegre edilmi¸stir. Sunulan teknik kar¸sıla¸stırdı˘gımız yöntemlerle kıyaslandı˘gında daha az paket aktarım gecikmesi ve daha uzun a˘g ya¸sam süresini sa˘gladı˘gı görülmü¸stür. Ayrıca, ba¸sarıyla gönderilen data paketlerin ortalama oranı da sunulan çalı¸smada daha yüksek olarak belirlenmi¸stir. Özetle, çalı¸smada tasarsız mobil a˘glardaki yönlendirme teknikleri, özellikle de co˘grafi bazlı yönlendirme teknikleri ara¸stırılmı¸stır. SPGR yönlendirmenye dayalı kom¸su dü˘güm seçme fonksiyonu enerji verimlik parametresi entegre edilmekle geli¸stirilmi¸stir. Gönderici dü˘güm, varı¸s noktasına ve hayali çizgiye en yakın ve enerji düzeyi di˘gerlerinden daha yüksek olan kom¸su dü˘güme paket aktarımı sağlayacaktır.