بررسي عملكرد شبكه هاي بلوتوث مش و راهكارهاي بهبود كارايي

اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان

مهندسي كامپيوتر

دكتري

امروزه فناوري بلوتوث كم انرژي، در اكثر گوشي هاي همراه، رايانه ها و وسايل الكترونيكي عمومي به كار برده شده است. در نتيجه اين فناوري در بسياري از كاربردهاي اينترنت اشيا مورد استفاده قرار مي گيرد و داراي مزاياي زيادي از جمله مقاومت بيشتر، سهولت پياده سازي، مصرف انرژي پايين و قيمت كم است. از معايب اين فناوري مي توان به گستره ي انتقالي كوتاه و محدوديت در تعداد دستگاه هاي متصل اشاره نمود در سال 2017قابليت چند گامي تحت عنوان بلوتوث مش، به بلوتوث كم انرژي اضافه شد و اين قابليت توانست گستره ي انتقالي و تعداد دستگاه هاي متصل در يك شبكه بلوتوث كم انرژي را افزايش دهد. با توجه به جديد بودن فناوري بلوتوث مش، اين فناوري در كاربردهاي اينترنت اشيا مورد توجه قرار گرفت. در اين كاربردها نياز است كه پارامترهاي مختلف شبكه به درستي تنظيم شوند زيرا روي كارايي شبكه تاثير زيادي مي گذارند. بنابراين بررسي اين فناوري اهميت پيدا كرد براي بررسي كامل كارايي شبكه هاي بلوتوث مش، به يك شبيه ساز دقيق و كامل كه همه ي ويژگي هاي شبكه هاي بلوتوث مش را پشتيباني كند، نياز است. در اين پژوهش، ابتدا يك شبيه ساز كامل به نام BMSim براي شبكه هاي بلوتوث مش طراحي شده است. در اين شبيه ساز قابليت تنظيم كردن پارامترهاي شبكه، ويژگي هاي گره، مدل ها و توپولوژي شبكه در زمان اجرا وجود دارد. بنابراين شبكه هاي متحرك پويا و شبكه هايي كه در زمان اجراي شبكه تنظيم مي شوند، با اين شبيه ساز قابل شبيه سازي هستند. براي تصديق عملكرد شبيه ساز ،BMSim نتايج شبيه سازي آزمايش هاي انجام شده با اين شبيه ساز، با نتايج حاصل از آزمايش هاي واقعي با سخت افزارهاي nRF52840 ساخت شركت نورديك مقايسه شده اند. درصد اختلاف كم در اين مقايسه ها صحت عملكرد شبيه ساز BMSim را نشان مي دهد. از شبيه ساز BMSim براي بررسي عملكرد شبكه هاي بلوتوث مش استفاده شده است. اثر پنج پارامتر بازه تبليغ، پنجره ي اسكن، بازه توليد، تعداد انتقال هاي مجدد درگره هاي توليد كننده و بازپخش كننده و بازه توليد پيام هاي ضربان قلب بر روي معيارهاي كارايي شبكه، مورد بررسي قرار گرفته است. در ادامه ي پژوهش، شبكه هاي بلوتوث مش متحرك معرفي و عملكرد آنها بررسي شده است. گوشي هاي هوشمندي كه توسط انسان ها حمل مي شوند، شبكه هاي متحرك بلوتوث مش را در محيط هاي مختلفي مانند خيابان، خانه، محل كار، مراكز خريد، كارخانه ها و بيمارستان ها ايجاد مي كنند. از اين شبكه ها براي اهداف مختلفي مانند ارتباط هاي اجتماعي، سنجش جمعي و جمع آوري داده ها در اينترنت اشيا استفاده مي شود. تاكنون، تمركز كارهاي تحقيقاتي انجام شده، بر روي شبكه هاي ثابت و يا شبكه هايي با تعداد محدود گره هاي متحرك بوده است، اما عملكرد شبكه ها بلوتوث مش متحرك عليرغم كاربرد بالايشان در اينترنت اشيا، هنوز مورد بررسي قرار نگرفته است. استاندارد بلوتوث مش به خاطر استفاده از روش ارسال سيل آسا در لايه ي شبكه، براي شبكه هاي متحرك مناسب است. در اين پژوهش با بررسي هايي كه در شبيه سازي ها و پياده سازي هاي واقعي با دستگاه هاي شركت نورديك انجام شد، نشان داده شد كه اين شبكه ها داراي معيارهاي كارايي قابل قبولي هستند. همچنين سعي شد بخشي از عملكرد اين شبكه ها مورد بررسي قرار گيرد. به طور خاص به بررسي سه عامل مهم 1- ويژگي هاي خاص شبكه هاي متحرك در مقايسه با شبكه هاي ثابت، 2- اثر نسبت بازه ي توليد به بازه ي تبليغ روي تعداد گره هاي بازپخش كننده ي اشباع شده ي شبكه و 3- اثر انتقال هاي مجدد در گره هاي توليد كننده و بازپخش كننده روي كارايي شبكه پرداخته شده است. در انتها تنظيم ناهمگون و تطبيقي پارامتر هاي شبكه هاي بلوتوث مش در جهت افزايش كارايي اين شبكه ها مورد مطالعه و پژوهش قرار گرفت و نشان داده شد كه با توجه به اينكه شرايط گره هاي شبكه با گذشت زمان تغيير مي كند و گره هاي شبكه در موقعيت هاي متفاوتي از شبكه قرار دارند، تنظيمات ناهمگون و تطبيقي پارامترهاي گره هاي شبكه نسبت به تنظيمات ثابت و يكنواخت آن ها به طور قابل توجهي باعث بهبود كارايي شبكه هاي بلوتوث مش مي شود. دو الگوريتم براي تنظيم ناهمگون و تطبيقي پارامترهاي گره ها ارائه شده است. در الگوريتم اول با توجه به مشخصه هاي هر گره ي شبكه، پارامترهاي اصلي آن گره به طور ناهمگون و تطبيقي تنظيم مي شوند كه موجب افزايش كارايي شبكه مي شود. در الگوريتم دوم به تنظيم تطبيقي و ناهمگون چرخه ي كار گره هاي شبكه در جهت كاهش مصرف انرژي پرداخته شده است.

226875

معماري كامپيوتر

مهندسي برق و كامپيوتر

دانشگاه صنعتي اصفهان