دانلود رایگان ترجمه مقاله کنترل توان و خوشه بندی در شبکه های ادهاک (نشریه IEEE 2003) (ترجمه رایگان – برنزی ⭐️)

کنترل توان و خوشه بندی در شبکه های ادهاک

Power Control and Clustering in Ad Hoc Networks

چکیده
1- مقدمه
الف: مرور منابع
2- پروتوکل کنترل توان CLUSTERPOW
A معماری CLUSTERPOW
B ویژگی های CLUSTERPOW
C CLUSTERPOW پیاده سازی و معماری نرم افزار
D برخی از نظرات در سخت افزار
3- طرج جست و جوی تکراری
A گرین کارت مجازی از مسیریابی جداول
B مثال نمونه
C تونل بندی شده پروتکل CLUSTERPOW
D معماری و مسائل مربوط به پیاده سازی
4- مسیریابی MINPOW و کنترل توان PROTOCOL
A پیاده سازی MINPOW
B ویژگی های MINPOW
5- تجربی
6- نتیجه گیری
B QoS Issues: مشکل تاخیر
C بار کنترل توان

چکیده
 در این مقاله، ما مسئله کنترل توان را در زمانی که گره ها توزیع فضایی ناهمگنی دارند در نظر می گیریم. در این شرایط، هدف اصلی استفاده از کنترل توان به ازای هر بسته ، بسته به منبع و مقصد بسته می باشد. این منجر به ایجاد مسئله مشترک می شود که نه تنها شامل کنترل توان است بلکه شامل خوشه بندی می باشد. ما سه راه حل را برای کنترل توان و خوشه بندی مشترک ارایه می کنیم.
نخستین پرتوکل، CLUSTERPOW موجب افزایش ظرفیت شبکه با افزایش استفاده مجدد از فضا می شود. ما یک معماری ساده و مدولار را برای پیاده سازی CLUSTERPOW در لایه شبکه ارایه می کنیم.
دومین پروتوکل که CLUSTERPOW تونل بندی شده است، امکان بهینه سازی را با استفاده از کپسولاسیون می دهد ولی از شیوه کارامد اجرای آن آگاه نیست.
سومین مورد،MINPOW، است که ایده اصلی آن جدید نیست و یک راه حل مسیر یابی بهینه را با توجه به توان کل مصرف شده در ارتباطات ارایه می کند. هدف ما پیاده سازی MINPOW در لایه شبکه بدون هرگونه پشتیبانی لایه فیزیکی است.
ما اثبات کردیم که همه سه پروتوکل موجب اطمینان از این می شوند که بسته ها در نهایت به مقاصد مطلوب می رسند. ما یک چارچوب معماری نرم افزاری را برای پیاده سازی به عنوان پروتوکل لایه شبکه ارایه می کنیم. معماری یا ساختار فوق با پروتکل مسیر یابی کار می کند و می تواند برای پیاده سازی سایر طرح های کنترل توان استفاده شود. جزییات پیاده سازی در لینوکس ارایه شده است.
.
1. مقدمه
مسئله کنترل توان، انتخاب سطح توان در هر بسته در یک شبکه ادهاک بی سیم است. انتخاب به ازای هر بسته با چندین ملاحظه صورت می گیرد. انتخاب توان انتقالی و دامنه آن بر ظرفیت برد ترافیک شبکه اثر می گذارد و در(1) نشان داده شده است که پس از در نظر گرفتن بار بازپخش استفاده از هاپ های کوچک در برابر مداخله ناشی از هاپ های بزرگ، کاهش سطح توان انتقال بهینه است. انتخاب سطح توان بر عمر باطری اثر دارد. در(2)، نشان داده شده است که برای مدل های تضعیف افت مسیر انتشار، سطوح توان پایین با مسیر یابی بهینه توان مشترک است. این کار با نشان دادن این که مورد دوم منجر به گراف های صفحه ای از مسیر های بهینه توان می شود انجام می شود. به علاوه، کنترل توان بر مسیر یابی اثر دارد زیرا دامنه انتقال دهنده ها بستگی به سطوح انتقال توان دارد. عامل دیگر این است که کنترل توان بر تاخیر انتها به انتها اثر دارد. با سطوح توان پایین، یک بسته تعداد زیادی از هاپ ها را احتیار می کند که به طور خطی موجب افزایش تاخیر به دلیل تاخیر در هر هاپ می شود.
با توجه به پیچیدگی ملاحظات، سوال این است که 1- چگونه می توان مفهوم مسئله کنترل توان را تبیین کرد؟2- چگونه می توان بین اهداف متعدد ظرفیت، عمر باطری و تاخیر توازن برقرار کرد 3- چگونه می توان پرتوکل مدولار و ظریف را برای کار با معماری OSI توسعه داد؟

اولین راه حل در [2] ارائه شد. یک پروتکل لایه شبکه ای به نام COMPOW ایجاد شد که اطمینان می دهد که توان ارسالی که توسط تمام گره ها استفاده می شود به یک سطح توان مشترک تقسیم می شود: پایین ترین سطح توان که در آن شبکه متصل است. معماری نرم افزاری نیز با ویژگی های مورد نیاز مدولار و لایه بندی شده توسعه یافت.
پیاده سازی در هسته لینوکس نیز ارائه شد. هنگامی که گره ها به طور همگن در فضا پراکنده می شوند، همانطور که در شکل 1 (a)، انتخاب یک انتقال انتقال سطح مشترک دارای ویژگی های جذاب متعددی است که در بالا ذکر شده است. با این حال، زمانی که گره ها به صورت غیر همگن پراکنده می شوند همانطور که در شکل 1 (b)، پایین ترین سطح توان مشترک برای اتصال به شبکه، گروگان گیری گره های دور افتاده است که دور از دیگران است. به عنوان مثال، در شکل 2، تمام گره ها به غیر از گره F با یکدیگر قابل دسترسی هستند در 1 mW، یعنی آنها یک خوشه 1 مگا بایت دارند، اما F فقط با استفاده از توان توان 100 mW قابل دسترسی است. الگوریتم COMPOW، طراحی شده برای همگرایی به پایینترین سطح توان، به طوری که شبکه متصل است، به این ترتیب به 100 مگاوات می رسد، حتی اگر 1 مگاوات برای بیشتر ارتباطات کافی باشد.
چنین سناریوهای غیر همگانی برای خوشه بندی رسیده است. یکی از خواسته های گروه ها را به خوشه ها دسته بندی می کند، با خوشه های چندگانه در سطح توان، خوشه بندی را در سطح توان k + 1 تشکیل می دهد. چنین خوشه بندی گره ها نمی تواند به سادگی براساس مختصات جغرافیایی باشد، زیرا موانع و سایه ممکن است از دو گره تشکیل یک لینک بی سیم، حتی اگر آنها در نزدیکی نزدیک هستند.
کنترل توان باید در ارتباط با مسیریابی نیز انجام شود، زیرا لازم است ارتباطات را در ذهن نگه دارد، که تنها از طریق وجود مسیرها شناخته می شود. در مقابل، مسیریابی به کنترل توان بستگی دارد؛ زیرا سطح توان تعیین می کند که کدام لینک برای مسیریابی در دسترس است. همه این وابستگی ها باید به نحوی سازگار با معماری لایه ای و مدولار برای سیستم های شبکه حل شود.

Abstract

In this paper, we consider the problem of power control when nodes are non-homogeneously dispersed in space. In such situations, one seeks to employ per packet power control depending on the source and destination of the packet. This gives rise to a joint problem which involves not only power control but also clustering. We provide three solutions for joint clustering and power control.

The first protocol, CLUSTERPOW, aims to increase the network capacity by increasing spatial reuse. We provide a simple and modular architecture to implement CLUSTERPOW at the network layer.

The second, Tunnelled CLUSTERPOW, allows a finer optimization by using encapsulation, but we do not know of an efficient way to implement it.

The last, MINPOW, whose basic idea is not new, provides an optimal routing solution with respect to the total power consumed in communication. Our contribution includes a clean implementation of MINPOW at the network layer without any physical layer support.

We establish that all three protocols ensure that packets ultimately reach their intended destinations. We provide a software architectural framework for our implementation as a network layer protocol. The architecture works with any routing protocol, and can also be used to implement other power control schemes. Details of the implementation in Linux are provided..

1. Introduction

The power control problem is to choose the transmit power level for every packet in a wireless ad hoc network. The per-packet choice is to be guided by several considerations. The choice of transmit power, and thus the range, affects the traffic-carrying capacity of the network, and it was shown in [1] that after taking into consideration the additional relaying burden of using small hops versus the interference caused by long hops, it is optimal to reduce the transmit power level. The choice of power level also affects battery life. In [2], it was shown that for the commonly used propagation path loss attenuation models, low power levels are commensurate with power optimal routing. This was done by showing that the latter necessarily results in planar graphs of power optimal routes, with only nearby nodes exchanging packets. Moreover, power control affects routing since the ranges of the transmitters depend on the transmit power levels. A further factor to be considered is that power control affects packet end-to-end latency. With small power levels, a packet will take a large number of hops which may linearly increase latency due to the packetization delay at each hop.

Given this complexity of considerations, how does one i) conceptualize the power control problem, ii) determine how to trade off the multiple objectives of capacity, battery life and latency, and iii) develop a protocol which is modular and elegant enough to work with the OSI architecture?

A first cut solution was presented in [2]. A network layer protocol, called COMPOW, was developed which ensured that the transmit power used by all the nodes would converge to a common power level: the lowest power level at which the network is connected. A software architecture was also developed with the requisite properties of modularity and layering. An implementation in the Linux kernel was also provided.

When nodes are homogeneously dispersed in space, as in Fig. 1(a), the choice of a common transmit power level has several appealing properties as noted above. However, when nodes are non-homogeneously dispersed as in Fig. 1(b), then the lowest common power level for network connectivity is hostage to the outlying nodes which are far from others. For example, in Fig. 2, all nodes except node F are mutually reachable at 1 mW, i.e., they form a 1 mW cluster, but F is reachable only by using a power level of 100 mW. The COMPOW algorithm, designed to converge to the lowest power level such that the network is connected, will thus converge to 100 mW, even though 1 mW is enough for most communications.

Such non-homogeneous scenarios are ripe for clustering. One wishes to group nodes into clusters, with several clusters at power level k forming a cluster at power level k + 1. Such clustering of nodes cannot simply be based on geographical co-ordinates since obstacles and shadowing may prevent two nodes from forming a wireless link, even if they are in close proximity.

Power control should also be done in conjunction with routing, since it needs to keep connectivity in mind, which is known only through the existence of routes. Conversely, routing depends on power control since the power level dictates what links are available for routing. All these interdependences need to be resolved in a manner compatible with the layered and modular architecture for networking systems..

کنترل توان و خوشه بندی در شبکه های ادهاک

Power Control and Clustering in Ad Hoc Networks