Kablosuz algılayıcı ağlar için enerji verimli melez ortam erişim kontrol protokolü

Abstract

Bilgiye ihtiyacın sürekli ve hızla artması ile günümüzde fiziksel ortamlardan alınan bilgilerin sanal dünyada değerlendirilmesi ve gerekli tepkilerin verilmesinde kullanılan Kablosuz Algılayıcı Ağlar (KAA'lar) hızla yaygınlaşmıştır. KAA'lar gelişimlerinin ilk zamanlarında sadece askeri uygulamalarda kullanılmalarına rağmen son yıllarda sağlıktan tarıma birçok uygulama alanı için tercih edilmektedir. KAA uygulamalarında en kritik problemlerden biri düğümlerdeki sınırlı enerji kaynaklarıdır. KAA'larda enerji tüketiminin sebepleri incelendiğinde en fazla tüketimin kablosuz alıcı−verici biriminde meydana geldiği görülmektedir. Bu nedenle, KAA düğümlerindeki enerji tüketiminin en aza indirilmesi, çalışma düzeni büyük ölçüde Ortam Erişim Kontrol (OEK) katmanı fonksiyonları ile ilgili olan düğüm alıcı−verici biriminin yerinde ve etkin şekilde kullanımına bağlıdır. Bu katmanda kullanılacak olan OEK protokolü, ortamı adil bir şekilde paylaştıracak, çarpışmaları önleyecek ve düğümlerin kendileriyle ilgili olmayan verileri dinlemelerini en aza indirecek şekilde tasarlanmalıdır. KAA uygulamaları son derece farklı gereksinimlere sahip olabildiklerinden tek tip bir OEK protokolü ile geniş bir aralıktaki uygulama alanlarına hitap edilememektedir. Bu nedenle, KAA kullanımının çeşitlenmesiyle birlikte dinamik ya da ihtiyaca uygun OEK tasarımı ön plana çıkmaktadır. Bu tez çalışmasında, geniş ölçekli KAA uygulamalarında kullanılmak üzere düğüm enerji tüketim verimliliğini esas alan ve MELOEK olarak adlandırılan melez bir OEK protokolü geliştirilmiştir. Tasarlanan melez OEK protokolünde, Carrier Sense Multiple Access (CSMA) ve Time Division Multiple Access (TDMA) ortam erişim yöntemlerinin üstün yönleri bir arada kullanılmaktadır. Böylece geniş ölçekli KAA uygulamalarında her iki yöntemden de daha enerji verimli bir OEK protokolü hedeflenmiştir. Olaylara (events) hızlı tepki veren CSMA yöntemi ile çarpışma ve gereksiz dinlemeleri en aza indiren TDMA yöntemi alma tabanlı olarak bütünleştirilerek yüksek sistem başarımı ve düğüm enerji verimliliği elde edilmiştir.

Wireless Sensor Networks (WSNs), which are used for assessing data obtained from physical environment and then initiating a corresponding event accordingly, have rapidly become prevalent with the continuously and increasingly need for information technologies. Although initially used just for military purposes, they have been preferred for numerous areas ranging from the health applications to agriculture for the last decade. One of the most critical problems for WSN applications is the limited node battery sources. Regarding the main sources of node energy consumption in WSNs, it is seen that most of the energy is consumed in the wireless transceiver operations. Therefore, reducing the energy consumption in Wireless Nodes (WNs) is highly dependent on the efficient usage of the transceiver unit, which is mainly related to the Medium Access Control (MAC) layer functions. The MAC protocol to be used in this layer should be designed to have the capability of allocating wireless medium fairly as well as avoiding both collisions and overhearing. As WSN applications have usually different kind of requirements and specifications, only a standard−type WSN MAC protocol cannot be sufficient for a wide range of applications. Therefore, application specific new design strategies necessary for the WSN MACs according to the user and/or application requirements have come to the fore.In this thesis, a hybrid, energy efficient MAC, named as MELOEK, has been developed for usage in dense WSN applications. In the hybrid MAC designed, favorable aspects of both CSMA and TDMA techniques are considered. Consequently, a MAC protocol which is more energy efficient than both CSMA or TDMA−based MAC protocols is aimed. Therefore, with the combination of Carrier Sense Multiple Access (CSMA) which responses to the events rapidly and Time Division Multiple Access (TDMA) which reduces the collisions and unnecessary channel listening, high system throughput and node energy efficiency are obtained.