دانلود رایگان ترجمه مقاله ارتباطات کارآمد برای زمان‌بندی گره (آی تریپل ای ۲۰۱۶)

مبتدی (مناسب برای درک مفهوم کلی مطلب) 

۲٫ پیش زمینه
در این بخش، پروتکل های جمع آوری داده ی مدرن را با توجه به محدودیت هایشان برای زمان بندی گره مرور می کنیم. پروتکل درخت جمع آوری (CTP) یک پروتکل جمع آوری داده ی تطبیقی است که درخت پوشا را ساخته و حفظ می کند. این پروتکل نرخ ارسال بسته ی خوبی را برای آرایش های متعددی فراهم می کند اما تحت ترافیک افزایش یافته و دینامیک شبکه کم می شود. به منظور مورد خطاب قرار دادن محدودیت دوم، لندزیدل (Landsiedel) و دیگران یک پروتکل جمع آوری داده ی فرصت طلب با نام ORW را پیشنهاد کردند. این پروتکل بسته ها را تا اولین گره قابل دسترسی از یک مجموعه از ارسال کننده های ممکن مسیر یابی می کند. اگرچه ORW در جنبه های متعددی بهتر از CTP عمل می کند، اما مازاد مقیاس های نگهداری مسیر یابی را به اشتراک می گذارد. این کار خصوصا در زمانی که مجموعه های گره روشن و خاموش می شوند، بازدهی را تعدیل می کند.
اخیرا، تعدادی از پروتکل های ارتباطی همگام همه به همه ظهور کرده اند که بازدهی شان به میزان بازدهی پروتکل های سنتی بر پایه ی درخت زیاد می باشد. بسیاری از این پروتکل ها از مکانیزم سیلاب سریع گلوسی بهره می برند. این مکانیزم را به تفصیل توضیح خواهیم داد چون زیبای خفته نیز بر مبنای آن است. در گلوسی، گرهی خاص با نام آغاز گر (گره چاله)، سیلاب را در حالتی که با زمان تحریک می شود، آغاز می نماید. زمان کل سیلاب در مقایسه با سیلاب سنتی بسیار کوچک است و گلوسی پدیده ای با نام تداخل سازنده (CI) را استفاده کرده است. هنگامی که بیش از یک گره در زمانی مشابه، دقیقا محتوی یکسانی را ارسال کرده باشد (در اختلاف زمانی قابل تحمل، معمولا نصف نماد دوره ی تناوب)، سیگنال ها به طور سازنده در گیرنده مداخله می کنند. به عنوان یک نتیجه، گیرنده می تواند نماد ها را رمز گشایی کند. در گلوسی، هر گره رادیو ی خود را درست پیش از آغاز سیلاب جدید و بعد از اینکه آغازگر، بسته را ارسال نماید، روشن می کند . در ادامه آنها بسته را فورا ارسال می کنند (با همان تاخیر پردازش و کلید زنی) که باعث تداخل سازنده در گره های هاپ ثانویه از آغازگر می شود. گره های هاپ ثانویه نیز پس از آن بسته را فورا ارسال می کنند. این پردازش به صورت پیامد چندگانه ادامه می یابد و کل شبکه در چندین میلی ثانیه پر می شود. گره ها رادیوی خود را بلافاصله بعد از سیلاب خاموش می کند. به یاد داشته باشید که به عنوان نتیجه ای برای مشارکت در سیلاب، گره ها به طور ضمنی در زمانی که بسته را دریافت می کنند با آغازگر همگام می شوند.
پروتکل باس بیسیم با توان کم (LWB) سیلاب های گلوسی را با اضافه کردن مولفه های متمرکز شده به ارتباط عمومی همه به همه ی ابتدائی تبدیل می کند. این کار یک تعیین زمان بندی سراسری که می تواند یک سیلاب را آغاز کند را در شیاری خاص ایجاد می نماید (برای مثال ارسال داده). LWB با مشارکت کردن همه ی گره ها در هر سیلاب، کاملا توپولوژی اگنوستیک است و نیاز برای بدست آوردن / نگهداری اطلاعات مسیر یابی را از بین می برد، این کار به LWB اجازه می دهد تا به صورت زیرلایه ی ارتباطی کارآمد و مقاوم عمل کند. لازم نیست تا برای جمع آوری داده، پیام ها در همه ی گره ها تقویت شوند، این مسئله فضایی برای بهینه سازی ایجاد می کند. برای مثال، کارلسون (Carlson) و دیگران یک مکانیزم گزینش ارسال کننده را برای LWB تشریح کرده است که تنها در درگیر کردنِ مجموعه ای کوچک از گره ها بین منبع و چاله کاملا موثر است. این راه حل برای زمان بندی گره کافی نیست زیرا i) گره ها نمی توانند برای دوره های زمانی بسط داده شده بدون از دست دادن همگامی به خواب روند و ii) زمان بندی شیارها را برای گره های غیر فعال ذخیره می نماید، این کار باعث می شود تا همه ی گره ها به خاطر معتطل ماندن، انرژی را اتلاف کند. این ملاحظات ما را برانگیخت تا پروتوکلی جدید را طراحی کنیم

۳٫ نکاه اولیه به زیبای خفته
تعریف خود از زیبای خفته را با نگاهی مفهومی که در شکل ۲ نشان داده شده شروع می کنیم. چاله همه ی عملیات ها را با پر کردن متناوب شبکه با بسته های همگام هماهنگ می کند. زمانی که یک گره چنین بسته ی همگام سازی ای را دریافت کرده باشد، می تواند با درخواست دادن شیار خودش در زمان بندی سراسری به شبکه ملحق شود. این گره در ادامه می تواند داده ی سنجش شده اش را در هر فاصله ی زمانی ورود بسته به چاله گزارش دهند(I). بهرحال این گره چنین کاری انجام می دهد اگر یکی از گره های فعال مشخص شده بوسیله ی چاله در هر فاصله ی زمانی زمان بندی شده باشد (S). چاله این مجموعه و یک زمان بندی همراه با بسته های همگام را منتشر می کند. گزینش مجموعه ی متصل شده ی گره های فعال برمبنای اطلاعات همسایه ی تک هاپی پایه (والدین محتمل) است که بوسیله ی گره ها و از طریق پارازیت محلی جمع آوری شده اند. برخلاف شیار همگام، که در آن همه ی شیار ها در سیلاب مشارکت می کنند، تنها مجموعه ی گره های فعال در طول شیارهای داده در سیلاب مشارکت می کنند. این سیلاب حداقل در مقایسه با دیگر پروتکل های گلوسی بنیان، باعث تضمین بازدهی انرژی بالاتری می شود.

A. اهداف طراحی
عدف فراگیر برابر با مقدور سازی گره های غیر فعال به خوابدن برای تناوب های زمانی طولانی شده است در حالیکه از سیلاب کارآمد و سریع اولیه ی گلوسی بهره می برد. این هدف به دو هدف طراحی پیش رو می رسد. اول ، یک مکانیزم شناسایی همسایه ی کارآمد نیاز داریم تا اطلاعات جزیی اما کافی توپولوژی را جمع آوری کند. به طور خاص، علاقه مندیم تا لیست هایی از والدین بالقوه ی الگوریتم گزینش گرهی که در چاله راه اندازی می شود را فراهم کنیم به طوریکه هر طرح زمان بندی گره بتواند در شبکه به کار گرفته شود. دوم، طرح همگام سازی گرهی را می طلبیم که به گره ها امکان آفلاین بودن برای تناوب زمانی طولانی مدتی را بدهد در حالی که سطح مطلوب همگام سازی دقیق را حفظ نماید. به همین دلیل است که ملزومات ارسال مکرری بسته های همگام سازی بوسیله ی پروتکل گلوسی بنیان باید با روش که در فواصل زمانی بزرگتر (و حتی غیر منظم) ی کار کند، جایگزین شود.

B. معماری
عملیات زیبای خفته به دو فاز اصلی تقسیم می شود. در فاز اول، که خودراه انداز چکمه ای نامیده می شود، گره ها از طریق همگام سازی با چاله و در خواست دادن برای شیارهای داده به شبکه ملحق می شوند. در طول این فاز، گره ها پارامترهای تغییر کلاک خودشان را تقریب می زنند و همسایگی محلی را در جهت شناسایی لینک هایی با کیفیت بالا با گره هایی که می توانند روند مسیر یابی تا چاله را فراهم کنند، بررسی می نماید. این اطلاعات توپولوژیکی از طریق سوار کردن بسته های اده به چاله رله می شوند. در فاز دوم که حالت ماندگار نام دارد، چالهف مجموعه ای جدید از گره های فعال در هر تناوب زمان بندی را گزینش می کند. وقتی گزینش انجام شد، و همه ی گره ها در شبکه مرتبط شدند، تنها گزینش شده ها تا زمان راند زمان بندی بعدی فعال می مانند. هنگامی که راند به پایان برسد، همه ی گره ها مجددا بیدار می شوند و اطلاعات توپولوژی نوسازی می گردد تا پیش از اینکه چاله مجموعه ی جدیدی از گره های فعال را گزینش کند، با هر تغییری در شرایط شبکه سازگار شود.
به منظور بدست اوردن ارتباطات داده ی کارامد، زیبای خفته نیازمند گره هایی است تا همان طور که در بخش V مشخص شده، فعالیت های ثانویه ی مختلفی را اجرا کنند، برای مثال شناسایی همسایگ، تقریب انحراف و غیره. این فعالیت های ثانویه اگر به صورت کارآمد انجام داده نشده باشند، می توانند منجر به مصرف انرژی بسیار بیشتری از طرف گره ها شود. بنابراین، چاله یک فراچارچوب را تعریف می کند که میانگین چرخه ی وظیفه را با مدیریت دقیق رادیو در زمان همه ی گره ها کاهش می دهد.

C. فراچارچوب به عنوان بلوک ساختمانی
همان طور که در شکل ۳ نشان داده شده، برای فراهم نمودن فعالیت های متنوع، یک فراچارچوب در زیبای خفته می تواند متشکل از چهار نوع مختلف از شیارهای ارتباطی شود. یک شیار از طول کافی است تا یک بسته را از یک گره آغازگر تا همه ی گره های دیگر پر کند (این گره آغاز گر سیلاب را از این شیار آغاز می کند) که شمال زمان برای پردازش مفاهیم در گیرنده ها می شود. زمان کل فراچارچوب به ترتیب در طول خودراه انداز چکمه ای و فضای ماندگار برابر با ۱ و T ثانیه است.
۱) شیار همگام سازی: این شیار مهم ترین شیار در چارچوب است و به عنوان سر/امد فراچارچوب عمل می کند. این شیار برای همگام سازی (مجدد) گره ها با چاله به کار می رود. بنابراینف تنها چاله می تواند انتقال از بسته ی همگام سازی را آغاز نماید و تنها یک شیار همگام در فراچارچوب وجود دارد. اگرچه که همگام سازی بر مبنای زمان دریافتِ بسته ی همگام سازی اجرا می شود اما محتوی این بسته طول دیگر شیارها را مشخص می کند (که با عث می شود از ایجاد یک زمان بزرگ شیار اجتناب شود) علاوه بر این، یک بسته ی همگام سازی، لیست گره های فعالی که بر مبنای سیاست زمان بندی گره گزینش می شوند را نیز منتشر می کند. چگونگی پردازش شدن بسته ی همگام سازی برای انتخاب مجموعه ی فعال گره ها در بخش V-A بحث می شود.
۲) شیارهای پاسخ/درخواست (RR): هر گره ملزوم است تا شیار داده ای در جهت ارسال داده اش به چاله بدست اورد. شیارهای RR برای درخواست دادن یک شیار داده (شیارهای RR با شماره ی فرد) و اعطای متعاقب (شیار RR با شماره ی زوج) استفاده می شوند اگر دو گره به طور همزمان در شیاری یکسان درخواست دهند، چاله در اکثر زمان ها به طور موفقیت آمیز قادر به دریافت یک پیام درخواست منفرد است. این اتفاق یا ناشی از اثر گیراندازی حذف است یا یکی از گره های مخالف در مقایسه با دیگران حداقل یک هاپ نزدیک تر است.