ترجمه مقاله با عنوان CA-MAC:A Hybrid Context-aware MAC Protocol for Wireless Body Aree Networks ( یک پروتکل MACترکیبی متمرکز بر متن برای شبکه های بی سیم بدن)

مقاله رایگان با عنوان CA-MAC:A Hybrid Context-aware MAC Protocol for Wireless Body Aree Networks را از اینجا دانلود کنید

عنوان مقاله به فارسی : CA-MACیک پروتکل MACترکیبی متمرکز بر متن برای شبکه های بی سیم بدن

پشتیبانی : دارد . در صورت بروز هرگونه مشکل با شماره تلفن 09367938018 در واتس آپ یا تلگرام یا 09191732587 و یا آی دی تلگرام research_moghimi@ تماس حاصل فرمایید.

به منظور دانلود فایل ورد مقاله میتوانید از دکمه سبز رنگ سمت چپ صفحه استفاده کنید.

ترجمه کامل محصول:

: CA-MACیک پروتکل MACترکیبی متمرکز بر متن برای شبکه های بی سیم بدن

خلاصه: در شبکه بی سیم (WBAN)، منابع مختلف داده ها توسط انواع مختلف سنسور ها تولید می شوند و به گره اصلی انتقال می یابند، که ممکن است بارهای ترافیکی متفاوتی ایجاد کند.  ممکن است با کانال متغیر مختلف که ناشی از حرکات مکرر بدن است، داده های منتقل شده نیز از بین بروند و با از دست رفتن بسته ها، اطلاعات نیز محو شوند. برای رعایت الزامات پیچیده انتقال در WBAN، پروتکل MAC آگاه از مسیریاب و کانال مورد نیاز است.

در این مقاله CA-MAC، یک پروتکل MAC متمرکز با متن، با استفاده از ترکیبی از رویکردهای متضاد و مبتنی بر TDMA معرفی شده است.”ترجمه یار، دانلود رایگان مقالات”

یک کنترل پویا در این مکانیزم پیشنهاد شده است که با استفاده از تطبیق کانال،  تغییر ساختار محو شدن را تغییر دهد. MAC، با تکنیک های مبتنی بر برنامه و مبتنی بر نظرسنجی نیز برای مدیریت نیازهای ترافیکی دوره ای، خرابکارانه و اضطراری استفاده می شود. نتایج شبیه سازی، مزیت CA-MAC را بر پایه رویکرد مبتنی بر TDMA موجود تأیید می کند.
کلمات کلیدی: زمینه آگاهی دهنده؛ ترکیبی؛ MAC؛ WBAN

مقدمه

شبکه بی سیم بدن (WBAN) یک سیستم متمرکز بدن است که شامل سنسورهای مجهز  اتصال به بدن، سنسورهای ایمپلنت و گره اصلی است. گره های سنسور، انواع داده ها را در بدن انسان جمع آوری می کنند و برای پردازش بیشتر داده ها را به گره می فرستند. برای هموار کردن چالش های موجود در کیفیت شبکه از قبیل ظرفیت، تأخیر، انرژی و قابلیت اطمینان اطلاعات، دسترسی به کانال مناسب و مکانیزم تخصیص منابع بسیار مورد نیاز است. از این رو، طراحی یک پروتکل کارآمد MAC به یک امر ضروری تبدیل شده است.ترجمه توسط ترجمه یار
در محیط گسترده WBAN، گره های حسگر ممکن است منابع کانال های مختلف را تحت سناریو های مختلف درخواست کنند.
به عنوان مثال، در مورد نظارت بر بیمار مبتلا به كارديوپاتي، بسياری از علائم حياتی می توانند با همان اولويت برای جمع آوری داده های روزانه منتقل شوند. هنگامی که بیمار ورزش می کند و از خطر بالقوه برای سلامت خود رنج می برد، ضربان قلب و سیگنال های ECG بیشترین اهمیت را دارند و باید در یک زمان واقعی منتقل شوند.

در چنین سناریویی، انتقال زمان واقعی سایر اطلاعات غیر مرتبط، مانند گلوکز خون یا سیگنال های EEG، معمولا ضروری نیست. بنابراین، برای رعایت الزامات مختلف WBAN، یک پروتکل MAC متضاد با متن برای اتخاذ استراتژی های انتقال متفاوت برای گره های حساس، با توجه به تغییر برخی اطلاعات متنی مانند پارامترهای مربوط به فعالیت یا وضعیت محیطی مورد نیاز است.”ترجمه یار، دانلود رایگان مقالات”

شکل1. ساختار قاب CA-MAC

MAC ، برمبنای TDMA و MAC مبتنی بر تضاد به عنوان دو مکانیسم دسترسی به کانال برای شبکه حسگر بی سیم (WSN) شناخته می شود. به تازگی برخی از پروتکل های MAC  برای WBAN بر اساس این دو روش پیشنهاد شده است. با این حال، آنها از سازگاری با نیازهای مختلف ترافیکی و توانایی انعطاف بین استراتژی های انتقال در هماهنگی با شرایط مختلف برخوردار نیستند. با توجه به الزام آگاهی از زمینه در WBAN، محققان تلاش می کنند تنوع تطبیقی ​​اولویت انتقال را در پروتکل های MAC برای انطباق با تغییرات ترافیکی گره های حسگر اعمال کنند. T. O’Donovan و همکارانش، گام اول را برای ساختن یک پروتکل MAC متفاوت از زمینه با پیشنهاد یک رویکرد وقفه برای انتقال داده های مهم در زمان واقعی برداشتند.

با این حال، روش دسترسی مبتنی بر شواهد ممکن است باعث تلاقی و آشفتگی شدید شود. علاوه بر این، تغییر محیطی که توسط سنسورها بوجود می آید نمی تواند به راحتی در واقعیت اجرا شود.

در تحقیق قبلی، ما یک پروتکل MAC مبتنی بر TDMA با توانایی آگاهی از زمینه را ارائه دادیم. ما از تخصیص  حلقه های پویا و هماهنگ سازی جدید برای کاهش مصرف انرژی و تاخیر استفاده می کنیم.

رویکرد مبتنی بر TDMA معمولا در آغاز شناخت WBAN موثرتر از رویکرد متضاد است. با این حال، کانال متفاوت پیچیده زمانی در WBAN ناشی از حرکات مکرر بدن در طراحی پروتکل MAC مبتنی بر TDMA در نظر گرفته نشده است. داده های منتقل شده ممکن است گاهی به صورت کلی از بین بروند و اگر گیرنده سیگنال دریافت شده کمتر از حساسیت گیرنده باشد، می تواند توسط گیرنده دریافت نشود.ترجمه توسط ترجمه یار
پاک شدن کلی معمولا 10 تا 50 میلی ثانیه طول می کشد که  درطی آن چندین بسته می توانند منتقل شوند. در طراحی مبتنی بر TDMA با تخصیص حلقه های مداوم بسته ها از یک سنسور ممکن است از دست رفتن متوالی و مکانیزم ارسال مجدد برای بازیابی تمام این بسته های گمشده سخت باشد.
علاوه بر این، پیام های کنترل شده، مانند بسته های مکالمه یا هماهنگ سازی، آسیب پذیر می شوند، که ممکن است منجر به تلف شدن منابع کانال رزرو شده شود. با این وجود، طراحی مبتنی بر استدلال، دارای ماهیت ذاتی است که به موقع فرصت توزیع در یک گره حسگر را می دهد. کانال مورد نظر همیشه به یک سنسور مربوطه، به روش دسترسی تصادفی متصل نخواهد شد. بنابراین بسته برای ارسال مجدد احتمال دارد که در مقایسه با مواردی که در طراحی مبتنی بر TDMA هستند، محو شود. بنابراین، این طرح کاهش تاثیر محیط کانال پیچیده است. برخی از محققان تلاش کرده اند TDMA و Body MAC را ترکیب کنند.

کار Y. Zhang و همکارانش همراه با ایجاد تغییرات متفاوت در IEEE 802.15.4 MAC است. با این حال، آنها محو شدن عمیق در کانال WBAN را در نظر نمی گیرند.”ترجمه یار، دانلود رایگان مقالات”

  1. Boulis و همکارانش ، اثرات رقابت و رای گیری در طراحی WBAN MAC را بررسی کردند و برخی از پیشنهادات را ارائه کردند.

طبق اطلاعات بیشتر محققان، هیچ پروتکل MAC برای WBAN وجود ندارد که آگاهی از دیدگاه را از لحاظ ماهیت ترافیکی و وضعیت کانال به کار ببرد، یعنی پروتکل هر دو آگاهی از حمل و نقل و کانال آگاه باشد.

در این مقاله CA-MAC، TDMA هیبریدی متمرکز و پروتکل MAC متضاد برای WBAN متفاوت پیشنهاد شده است. آگاهی متنی که در CA-MAC وجود دارد براساس عملکرد هر دو کانال آگاه و ترافیک شناخته شده است. از آنجایی که MAC مبتنی بر متضاد دارای ویژگی طبیعی برای رسیدن به بسته بندی ناشی از محو شدن همیشگی است، ما ترکیب MAC مبتنی بر متضاد با MAC مبتنی بر TDMA را  برای اطمینان از انتقال داده های قابل اطمینان با امکان بازیابی را  پیشنهاد می کنیم. تنظیم پویا از مکانیزم دسترسی کانال با استفاده از اطلاعات کانال می تواند به طور قابل توجهی احتمال انتقال مجدد موفقیت آمیز را افزایش دهد و میزان تلفات بسته را کاهش دهد. علاوه بر این، گره بالاتر، موجب تغییر اولویت انتقال گره های حسگر می شود. با توجه به ترافیک درخواست های گره های حسگر، حلقه TDMA به طور موثر به آنها تعلق می گیرد. بنابراین، گره های حسگر با اولویت بالا می توانند سریعتر به کانال دسترسی پیدا کنند و داده های بیشتری را ارسال کنند در حالیکه انتقال های غیر ضروری می توانند محدود شوند.ترجمه توسط ترجمه یار

بقیه مقاله به شرح زیر است:

در بخش دوم، ما جزئیات طرح پیشنهادی CA-MAC، شامل طراحی برای دسترسی کانال مشخص و تخصیص منابع را بیان می کنیم. نتایج شبیه سازی و ارزیابی عملکرد در بخش سوم ارائه شده است. در نهایت ما این مقاله را در بخش 4 پایان می دهیم.

  1. طراحی CA-MAC ساختار قالب

    در CA-MAC، یک ساختار جدید هیبریدی TDMA MAC طراحی شده است که در شکل 1 نشان داده شده است تا آگاهی کانال و آگاهی از ترافیک را بهبود دهد. این ساختار از یک راهنما ، قسمت محفظه و بخش TDMA تشکیل شده است. طول دیدگاه و کل قالب، ثابت است، اما نسبت بخش TDMA ، متغیر است.
    گره مستر، یک بسته راهنما را به تمام گره های حسگر برای هماهنگ سازی اولیه و ایجاد اتصال ارتباطی در دفعه اول ارسال می کند. سپس بسته های راهنما برای تعریف ساختار قالب در هر فریم پخش می شوند. به عنوان مثال، طول قسمتی از تخصیص حلقه TDMA تضاد در این مرحله ارائه می شود.

  2. بخش متضاد زیر، که مکانیسم دسترسی تصادفی CSMA / CA را به تصویب رسانده است، طول متغیر را بسته به وضعیت کانال بی سیم مشخص می کند. همانطور که در بخش قبلی ذکر شد، مکانیسم مورد نظر، بر مبنای جلوگیری از نابود شدن دائمی گره است. از این رو، بر اساس میزمیزان احتمال از بین رفتن WBAN ، طول آن متغیر است. اگر وضعیت کانال برای انتقال منظم به اندازه کافی خوب باشد، به دلیل صرفه جویی در مصرف انرژی، بخش تقاضا خیلی کوتاه می شود.”ترجمه یار، دانلود رایگان مقالات”

بخش TDMA، که برای انتقال داده لیست، به صورت تصادفی است، به دو بخش تقسیم می شود:
حلقه های تصادفی و حلقه های مبتنی بر برنامه ریزی.

حلقه های های مبتنی بر برنامه به صورت پویا برای گره های حساس بر اساس الزامات ترافیک وجود دارد. در این حلقه، گره های حسگر به صورت دوره ای داده های جمع آوری شده را با یک دوره از یک فریم یا چند فریم ارسال می کنند. حلقه های تصادفی، که معمولا بدون فعالیت هستند، به گره های حسگر خاص بر اساس تقاضا در فریم فعلی اختصاص داده می شوند. گره مستر، این حوزه ها را فقط در صورت وجود ترافیک اضطراری از طریق پیام های نظرسنجی تشخیص می دهد .ترجمه توسط ترجمه یار

روش دسترسی آگاهی از متن

در حلقه  TDMA، بسته های داده از یک سنسور ممکن است به طور مداوم منتقل شوند. بنابراین، با از دست دادن بسته های مکرر به دلیل پاک شدن دائمی آنها به راحتی می توان آن را جایگزین کرد. هنگامی که یک بسته از یک مکان ارسال نمی شود، ارسال مجدد در حلقه های زیر نیز ممکن است به دلیل ماهیت وجودی کانال ناخوشایند باشد. بنابراین، در طراحی CA-MAC، بخشی از قضیه را برای مقابله با چنین مشکلاتی در نظر می گیریم. در بخش متضاد، زمانی که یک گره حسگر قادر به ارسال یک بسته ناشی از نابودی دائمی نیست، مکانیزم تصادفی در CSMA / CA باید ارسال مجدد آن را به تعویق اندازد. در نتیجه یک سنسور بیکار دیگر احتمال بیشتری برای دسترسی مجدد به کانال دارد. سنسور موفق، به دلیل شرایط نسبتا خوبش در کانال، معمولا شانس بیشتری برای انتقال موفقیت آمیز دارد.

در حال حاضر انتقال سناریو که قبلا شکست خورده است ممکن است موفقیت آمیز باشد، زیرا ممکن است اثر پاک شدن دائمی آن کاهش یابد یا از بین برود، در صورتی که این سنسور توانایی انتقال آن را دوباره به دست می آورد. به این ترتیب، ما می توانیم میزان تلفات بسته را کاهش دهیم و قابلیت اطمینان انتقال را افزایش دهیم.”ترجمه یار، دانلود رایگان مقالات”

با این وجود، ایده انتقال به موقع از این طریق، مزایایی را در زمینه برخورد داده ها بین گره های حسگر دارد. ما نمی توانیم به علت برخورد با داده ها، طول بخش اصلی را افزایش دهیم. در عوض، ما باید یک توافق کلی بین قابلیت اطمینان انتقال و برخورد داده ها ایجاد کنیم. در CA-MAC، شاخص طول قرارداد (CLI) را تعریف می کنیم تا بخشی از رقابت را به درستی تنظیم کنیم. این پارامتر از فرمول زیر به دست می آید:

… وقتی که i به شاخص حسگر اشاره می کند.

در اینجا NCDP به عنوان تعداد بسته های متوالی از یک گره حسگر تعریف شده است. به دلیل خطای گیرنده ممكن است با ارسال بسته از یك واحد، پاک شدن دائم حداقل دو بسته به یك بسته كوتاه اتفاق بیفتد. یک NCDP بزرگتر به معنای شرایط بدتر کانال است و ممکن است CLI را افزایش دهد. TDC، نشان دهنده زمان دریافت داده بین تمام گره های حسگر است. TDC بزرگتر به معنای برخورد بیشتر ناشی از CSMA / CA است و ممکن است موجب
کاهش CLI شود.
طول بخش اصلی که به صورت پویا اصلاح شده به شرح زیر است:

بخش متضاد در ابتدا برای یک زمان بسیار کوتاه، مانند یک شکاف در این تحقیق، برای تضمین ساختار قالب  CA-MAC  تضمین شده است. ساختار قالبی CLIیکپارچه است و در ابتدا مقدار صفر دارد، زمانی که شبکه شروع به کار میکند. گره مستر، مقدار NCDP را  برای هر سنسور ارزیابی می کند و ارزش TDC توسط تجزیه و تحلیل انتقال داده ها در شبکه به دست می آید. چهارچوبCLI، برای هر گره با استفاده از فرمول (1) محاسبه می شود. بنابراین گره بالاتر می تواند طول نهایی (FCL) فریم بعدی را تعیین کند.ترجمه توسط ترجمه یار
بر اساس CLI میانگین (ACLI) گره های سنسور به شرح زیر است:

گره مستقل نیز مورد نیاز است که ACLI در فریم قبلی (ACLIpre) را در نظر بگیرد. اگر ACLI فعلی کمی بالاتر یا پایین تر از ACLIpre باشد، این نشان می دهد که وضعیت کانال کنونی نسبتا پایدار است، بنابراین FCL باید بدون تغییر باقی بماند. مرز بالا و پایین با توجه به ACLApre و 3 * ACLIpreمشخص می شود. اگر ACLI به طور قابل ملاحظه ای از ACLIpre متفاوت تر باشد، یعنی بالاتر از ACLIpre یا کمتر از p * ACLIpre، باشد،  FCL با همان اندازه گام، افزایش یا کاهش می یابد از حلقه های گاما  برای انطباق با شرایط شبکه استفاده میکند. FCL نمی تواند از حداکثر و حداقل محدود FCL که به عنوان FCLmax و FCLmin مشخص می شود تجاوز کند.”ترجمه یار، دانلود رایگان مقالات”
بهینه سازی مقدار آلفا، بتا، گاما، FCLmax و FCLmin به ترتیب به میزان پاک شدن دائم FCL بستگی دارد که بر اساس  فرمول(3) محاسبه می شود:

بنابراین، FCL می تواند هموار با تغییر کانال تغییر کند. این FCL جدید سپس به یک بسته بلوتوث متصل شده و توسط گره اصلی در ابتدای کادر بعدی پخش می شود. به این ترتیب، گره های حسگر ممکن است دوره ماندن طولانی تری را تجربه کنند تا ، زمانی که محو شدن کانال جدی تر می شود، میزان تلفات بسته را کاهش دهند. آنها زمانی که شرایط کانال بهبود می یابد، می توانند زمان کمتری برای صرفه جویی در انرژی صرف کنند. این تنظیم کانال آگاهانه از مکانیزم دسترسی، امکان انتقال موفقیت آمیز را افزایش می دهد و همچنین برخورد داده ها را به صورت موثر کاهش می دهد.ترجمه توسط ترجمه یار

ترافیک آگاه سازی تنظیم اولویت انتقال در WBAN

گره های حسگر ممکن است در شرایط انتقال، متفاوت باشند، زمانی که یکی از فعالیت های مختلف را انجام می دهد. ما در طراحی CA-MAC ، پهنای باند انتقال و نرخ نمونه برداری از سنسورها را به صورت پویا پیکربندی کرده ایم تا تقاضای ترافیکی را تغییر دهند. استراتژی تنظیم در شکل 2 نشان داده شده است.

شکل2. تنظیم ترافیک حلقه TDMA

حلقه TDMA مبتنی بر برنامه برای ترافیک دوره ای طراحی شده است. گره های سنسور به ترتیب در حلقه اختصاص داده شده خود، کار می کنند. آنها برای خنثی شدن و افزایش استفاده از کانال ها، خاموش می شوند و در حلقه های خالی مربوط به استراحت، می خوابند. اگر گره مستر، برخی از تغییرات متنی در WBAN را با پردازش داده ها و تجزیه و تحلیل ارزیابی کند، مثلا زمانی که بیمار تحت نظارت سقوط می کند، موجب ایجاد وضعیت اضطراری می شود و یک بسته جدید راهنما را با تخصیص حلقه جدید در فریم بعدی پخش می کند.

سپس تمام گره های حسگر، اطلاعات به روز شده در مورد تخصیص حلقه را می گیرند و ساختار جدید قاب تشکیل می شود. گره های حسگر که بیشتر مربوط به زمینه نظارت هستند، چرخه کار بیشتری را به دست می آورند، که این نشان دهنده حلقه بیشتری برای انتقال اطلاعات است. در عین حال، این گره ها نیز ممکن است هزینه خود را برای انجام کارهای نظارت اضطراری افزایش دهید.”ترجمه یار، دانلود رایگان مقالات”
با این حال، دیگر گره های ناخواسته ممکن است پهنای باند موجود را کاهش داده و هزینه نمونه را کاهش دهند یا حتی انتقال داده ها را متوقف کند و باعث کاهش میزان مصرف انرژی شود. حالت اضطراری تا زمانی که گره مستر پخش می کند، یک بسته جدید راهنما را تغییر می دهد تا سیستم را برای بازگشت به وضعیت عادی برگرداند. در تحقیق قبلی ما  نشان داده شده است که این تخصیص با آگاهی از ترافیک حلقه های مبتنی بر برنامه ریزی، در مقایسه با IEEE 802.15.4 MAC، بهبود قابل توجهی در زمان وقوع و انرژی دارد.
برای مدیریت برنامه های کاربردی بسیار مهم، ما یک مکانیزم دسترسی جدید TDMA مبتنی بر رای گیری را طراحی می کنیم. این از فیلد  “moreData” استفاده می کند که توسط MAC و پیشنهادی امنیتی پایه [1] از گروه کار IEEE 802.15.6 پشتیبانی می کند. اگر گره مستر یک بسته را دریافت کند که فیلد elseData آن به 1 تنظیم شده باشد، به این معنی است که گره ارسال این بسته دارای یک بسته اضافی برای انتقال است. گره مستر، تعداد این بسته ها را شمارش می کند. در آخرین شیار مبتنی بر این گره سنسور، گره اصلی، به یک پیام نظرسنجی که در بسته ACK کپی شده است، پاسخ می دهد. با ارسال پیام نظرسنجی نسبت به مقدار شمارش، حلقه مناسب به آن گره اختصاص داده می شود. حلقه شروع نیز در پیام نظرسنجی گنجانده شده است. از این رو، گره های فردی می توانند حلقه های مبتنی بر رای گیری را بر اساس نیاز خود در هر فریم دریافت کنند.ترجمه توسط ترجمه یار

 

error: شما فقط اجازه مطالعه دارید
قیمت می خواهید؟ ما ارزانترین قیمت را ارائه می کنیم. کافیست فایل خود را یا از طریق منوی خدمات ترجمه => ثبت سفارش ترجمه ارسال کنید یا برای ما به آدرس research.moghimi@gmail.com ایمیل کنید یا در تلگرام و واتس آپ و حتی ایمو با شماره تلفن 09367938018 ارتباط بگیرید و ارزانترین قیمت ترجمه را از ما بخواهید
+