Abstract-Distribuerad bearbetning genom ad hoc- och sensornätverk har en stor inverkan på skala och tillämpningar av datorer. Skapandet av nya it-fysiska tjänster baserade på trådlösa sensorenheter bygger i hög grad på hur väl kommunikationsprotokoll kan anpassas och optimeras för att möta kvalitetsbegränsningar under begränsade energiresurser. IEEE 802.15.4 Medium Access Control Protocol för trådlösa sensornätverk kan stödja energieffektiv, tillförlitlig och snabb paketöverföring genom en parallell och distribuerad inställning av parametrar för mediumåtkomstkontroll. En sådan inställning är svår, eftersom det inte finns några enkla och exakta modeller för hur dessa parametrar påverkar sannolikheten för lyckad paketöverföring, paketförsening och energiförbrukning. Dessutom är det inte klart hur parametrarna ska anpassas till förändringarna i nät- och trafiksystemen genom algoritmer som kan köras på resursbegränsade enheter. I detta dokument föreslås en Markovkedja för att modellera dessa relationer genom enkla uttryck utan att ge upp riktigheten. I motsats till tidigare arbeten redovisas förekomsten av begränsat antal återsändningar, erkännanden, omättad trafik, paketstorlek och fördröjning av paketkopiering på grund av hårdvarubegränsningar. Modellen används sedan för att härleda en distribuerad adaptiv algoritm för att minimera strömförbrukningen samtidigt som en given framgångsrik paketmottagning sannolikhet och fördröjning begränsningar i paketöverföringen. Algoritmen kräver ingen ändring av IEEE 802.15.4 medelstor åtkomstkontroll och kan enkelt implementeras på nätverksenheter. Algoritmen har implementerats och utvärderats experimentellt på en testbädd med off-the-shelf trådlösa sensorenheter. Experimentella resultat visar att analysen är korrekt, att den föreslagna algoritmen uppfyller kraven på tillförlitlighet och fördröjning och att tillvägagångssättet minskar energiförbrukningen i nätet under både stationära och transienta förhållanden. Specifikt, även om antalet enheter och trafikkonfiguration förändras kraftigt, den föreslagna parallella och distribuerade algoritmen gör det möjligt för systemet att fungera nära sitt optimala tillstånd genom att uppskatta den upptagna kanalen och kanalåtkomst sannolikheter. Resultaten tyder dessutom på att protokollet reagerar snabbt på fel i uppskattningen av antalet enheter och den trafikbelastning som kan uppstå på grund av enhetens rörlighet. Det visas också att effekten av bristfällig kanal- och bäraravkänning på systemets prestanda i hög grad beror på trafikbelastningen och begränsat räckvidd för protokollparametrarna.
Arbetet i REF använde upptagen kanal sannolikhet och överföringshastighet för att minimera energiförbrukningen genom att justera MAC lagerparametrar.
Modeling and Optimization of the IEEE 802.15.4 Protocol for Reliable and Timely Communications
{'venue': 'IEEE Transactions on Parallel and Distributed Systems', 'journal': 'IEEE Transactions on Parallel and Distributed Systems', 'mag_field_of_study': ['Computer Science']}