Качество сервиса в сенсорных сетях

Другие методы повышения  энергоэффективности включают планирование методов цикла сна, снижение повторной передачи при наличии подтверждений объединения данных с подтверждениями и заголовком используя технологию сжатия для уменьшения заголовка TCP накладных расходов [6].

7.4 эффективность использования ресурсов

Беспроводные устройства датчика не только ограничены в мощности, но они также имеют ограниченный объем памяти и вычислительную мощность для того, чтобы уменьшить себестоимость  устройства. Таким образом, крайне желательно, чтобы принять транспортные протоколы, что позволяет эффективно использовать эти ограниченные ресурсы и использовать упрощенное установление соединения с  механизмом, обеспечивающим меньшие  задержки передачи.

8. Предложенные  Транспортные протоколы

Представив желаемые требования от транспортных протоколов для WSNs, сейчас мы собираемся составлять существенные особенности нескольких важных существующих протоколов.

8.1 PSFQ

Pump Slowly Fetch Quickly (PSFQ) [8] представляет собой механизм для передачи данных, такие как код обновления с приемником данных узла до расположенных по потоку зондирования узлов надежен даже в сильно подверженной ошибкам среде. Это ограничивает  стоимость связи путем привлечения минимальных затрат на сигнализацию. Протокол использует технику шаг-за-шагом, чтобы восстановить потери пакетов. Основной протокол состоит из насоса, получение эксплуатации работы и отчет действий, где насосная функция запускает пакет вещания на медленной скорости с заголовком, содержащим поля, такие как идентификатор файла, размер файла, TTL (в том числе отчет бит), и порядковый номер. Операция выборки вызываемого узлом обнаружения из последовательности доставки пакетов и можно объединять несколько потерь пакетов в одной операции выборки. Сообщение NACK передается к соседним узлам для повторной передачи потерянных фрагментов пакета. Каждый узел в режим извлечения следит за утраченными сегментами, и регулярно обновляет свою статистику на прием частичной потери данных. Такая потеря восстановления начинается в ответ на обнаружение некоторой потерей фрагментов на основе порядкового номера, но это не отвечает, есть ли потери в конце файла. Для того, чтобы решить эту проблему PSFQ использует активный подход выборки последнего сегмента, отправив сообщение NACK, если последний сегмент не доставляется по истечении определенного периода времени [8]. В дополнение к этому протокол PSFQ обеспечивает масштабируемый метод для предоставления обратной связи с приемником данных узла, передавая сообщения отчета. Сообщения отчета начинаются в самом дальнем узле и приложены или соединены на пути в каждом промежуточном узле на основе шаг-за-шагом, чтобы избежать дополнительных расходов на коммуникации.

8.2 ESRT

Event-to-Sink Reliable Transport (ESRT) [9] фокусируется на надежную передачу информации из узлов, где определенные события отслеживаются с помощью приемника данных. Таким образом, в основном связанных с восходящим потоком данных и предлагает непрерывную службу доставки, регулируя частоту отчета. ESRT предлагает механизм приспосабливания высоких показателей отчетности сообщений узлом, чтобы достигнуть желаемого фактора надежности с точки зрения количества переданных пакетов. Таким образом протокол определяет порог с точки зрения сообщения об уровне туда, где сеть может работать, не вызывая перегрузок, которая является основанием механизма управления перегрузками, принятого ESRT. Состояние скопления сети определяется путем выявления состояния локального буфера узла, и эта информация о скоплении доводится до приемника данных, уведомления о перегрузке битов в исходящих пакетах. Адаптивный характер ESRT протокола делает его способным реагировать на динамические изменения в топологии сети. ESRT не требует индивидуальных идентификаторов узлов и не поддерживает никакой глобальной информации о количестве узлов, присутствующих в сети. ESRT в основном осуществляется на приемник данных узлов и требует минимальной функциональности исходных узлов, таким образом, экономия энергии и уменьшение обработки требований зондирования узлов.

8.3 RMST

Reliable Multiple-Segment Transport  (RMST)  [10] как следует из названия, предназначена для поддержки надежной доставки больших блоков данных, состоящую из нескольких сегментов в верхнем направлении и работает над направленной диффузией [11] стека. Направленная диффузия обеспечивает многопоточность для многопоточной связи в сенсорных сетях похоже на многоадресную рассылку, подписывая интерес приемника данных к источнику. Протокол RMST обеспечивает гарантированную транспортировку фрагментов данных ко всем подписывающим приемников данных, но не предлагают гарантии в режиме реального времени. В RMST ответственность за обнаружение потери фрагментов лежит в принимающем узле, который может быть либо узлом приемника данных или любым из промежуточных узлов и потеря сегмента данных происходит от сторожевого таймера. В случае способа не кэширования узел приемника данных начинает процесс восстановления, посылая сообщение NACK вдоль пути к исходному узлу, где как в случаи способа кэшировании, любой из узлов пути может просить повторную передачу потерянных фрагментов. Если узел в состоянии обеспечить все потерянные сегменты из кэша, то сообщение NACK удаляется в этом узле. Кэширование сегментов в промежуточных узлах приводит к энергосбережению, избегая непрерывных повторных передач, где,  уровень MAC был использован в случае отсутствия режима кэширования для уменьшения накладных расходов на транспортном уровне [10]. В случае сбоя узла новый путь обнаруживается на основе диффузионного механизма, и именно эти динамические возможности перенастройки протокола RMST,  подходят для сенсорных сетей с несколькими приемниками данных.

8.4 DTC

Распределенное кэширование TCP (DTC) [12] механизм, основанный на TCP адаптации  для беспроводных сенсорных сетей. Хотя классические TCP протоколы не подходят для применения в узлах датчика благодаря из конца в конец подтверждения на основе схемы ретрансляции, но, добавляя функции распределенного кэширования сегментов TCP в датчик узлов расходы на связь для достижения надежности могут быть уменьшены. Таким образом, всякий раз, когда промежуточный узел получает сообщение ACK с определенным порядковым номером, он выполняет местную повторную передачу, если этот сегмент уже кэшировался в памяти и не передает ACK сообщение далее по направлению к отправителю. DTC находится в промежуточных узлах и, следовательно, не накладывает никаких изменений в конечных узлах. Как упоминалось ранее, что датчик беспроводных устройств, располагают ограниченными ресурсами в плане памяти, так что алгоритм выбора сегмента для кэширования происходит от высокого наблюдаемого порядкового номера. Это помогает в кэшировании сегментов, которые являются самыми вероятными, чтобы быть уроненными далее вдоль маршрута к приемнику. Обнаружение пакета потерь полагается на методы обнаружения перерывов и двойных подтверждений и чтобы избежать повторных передач от оригинального отправителя, отклик DTC за потерю пакета должен быть быстрее, чем регулярный TCP [12]. Кроме того, узлы оценивают,  время туда и обратно дифференцируются между подтверждением для потерянного пакета и один для нового сегмента, чтобы избежать дополнительных повторных передач.

8.5 Оптимизация поперечного уровня

Как отмечалось ранее, WSNs страдают от ошибок природы беспроводных средств массовой информации, которые не могут быть рассмотрены только на транспортном уровне. Таким образом, различные уровни должны координировать друг с другом для улучшения качества сети. Например, информация о любой конкретной неудачи маршрута может быть передана на транспортном уровне для того, чтобы убедиться, что не падает скорость передачи данных. Кроме того, было предложено в [5] использовать методы, на канальном уровне, такие как использование ошибок, и прямое исправление ошибок, чтобы уменьшить потерю пакетов. Другой метод, используемый для улучшения доставки вероятность пакетной передачи данных на основе MAC-уровня повторных передач для одной доставки пакета [5]. MAC уровни методов нашли свое применение, потому что легче ввести таймеры для учета времени распространения пакетов и битовых ошибок, чтобы можно было легко восстановить на уровне MAC. Передатчик делает испытания на основе количества и отбрасывает пакет после истечения срока действия номера.

9. Нерешенные Проблемы

Основные вопросы, которые  будут решаться транспортными протоколами  для WSNs, они включают в себя обеспечение надежности и механизмы управления перегрузкой в то же время с низким энергопотреблением. Мы видели примеры транспортных протоколов, гарантирующих надежность в одном направлении, такие как PSFQ расположенных в вверху ESRT, RMST и в внизу направлений, но нет все еще никакой попытки, предпринятой, чтобы обеспечить двунаправленный надежный транспорт, возможный в одном протоколе. Другая проблема, с которой сталкиваются методы шаг-за-шагом пакетов восстановления, они требуют дополнительных ресурсов памяти для буферизации. Кроме того, неизведанные области, связанной с критериями надежности является использование конца в конец семантики для поддержки надежности на уровне приложений в сочетании с техникой на шаг-за-шагом гарантии пакета. Другой важный момент, который будет отмечен, - то, что за исключением ESRT, который обеспечивает пассивное управление перегрузками наряду с поддержкой надежности, ни один из представленных протоколов не имеет дело одновременно с двумя средствами. В дополнение к вышесказанному, существует необходимость WSNs для поддержки транспортных механизмов, совместимых с IP-сетями. Реализация урезанной версии TCP / IP стека для WSNs [13] с расширениями, как в DTC для поддержки надежности это первый шаг в этом направлении.

 

 

 

 

 

 

 

 

10. Выводы

Мы указали на тенденции  в развитии стека протоколов, чтобы  быть применимым к домену WSNs, который видел все более широкое использование в области дома, медицинской и военной разведки в связи с малыми размерами, низкой стоимостью и низких энергетических характеристик датчика узлов. Увеличенная применимость многочисленных узлов датчика привела к требованию дополнительных средств от стека протокола. Мы сосредоточились на самых важных особенностях транспортного уровня, таких как обеспечение эффективных механизмов управления перегрузками, не ставя под угрозу пропускную способность сети, чтобы гарантировать надежную передачу данных, не только на уровне пакета, но также и на уровне приложения, который очень важен из-за природы с потерями беспроводных СМИ. Оба фактора контроля перегрузки и надежности способствует сокращению потери пакетов, которая приводит к энергосберегающей операции сети, что является ключевым фактором в увеличении срока службы датчика сети. Другим фактором, который будет принят во внимание транспортными протоколами, являются ограниченные ресурсы устройств узла. Мы представили несколько примеров транспортных протоколов специально предназначенные для WSNs, а также один из примеров адаптации TCP для облегчения подключения WSNs с большим интернетом. Мы также обсудили некоторые поперечные уровни оптимизации, которые могут быть применены к совершенствованию работы WSNs.  Было отмечено, при изучении, что никакой единственный протокол не достаточно широк, чтобы гарантировать требования непрерывного надежного решения и управления перегрузками будучи энергосберегающим и сохранить ресурсы в то же самое время.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Литература

[1]  C. Perkins, “IP Mobility Support”, RFC 2002, October

1996.  

[2]  I. F. Akyildiz, W. Su, Y. Sankarasubramaniam,  and E.

Cayirici,  “Wireless  sensor  networks:  A  survey”,

Computer Networks, Vol. 38, 2002, pp.393-422.

[3]  J. B. Postel, “Transmission control protocol”, RFC 793,

September 1981.

[4]  J.  B.  Postel,  “User  datagram  protocol”,  RFC  768,

August 1980. 

[5]  A. Willig,  and  H.  Karl,  “Data  transport  reliability  in

wireless  sensor  networks-A  survey  of  issues  and

solutions”,  Praxis  der  Informationsverarbeitung  und

Kommunikation, Vol. 28, April 2005, pp.86-92.

[6]  T. Braun, T. Voigt, and A. Dunkels,  “Energy-Efficient

TCP  Operation  in  Wireless  Sensor  Networks” PIK

Journal Special Issue on Sensor Networks, Vol. 28 (2).

2005. ISSN 0930-5157.

[7]  D. Kim, C. K. Toh, and Y. Choi, “TCP-BuS: Improving

TCP performance in wireless adhoc networks”, Journal

of Communications and Networks, Vol. 3(2), June 2001.

[8]  C.  Y.  Wan,  A.  T.  Campbell,  and  L.  Krishnamurthy,

“PSFQ:  A  reliable  transport  protocol  for  wireless

protocol  for wireless sensor networks”,  In Proceedings

of  the First ACM  International Workshop  on Wireless

Sensor  Networks  and  Applications  (WSNA’02),

September 2002.

[9]  Y.  Sankarkarasubramaniam,  O.  B.  Akan,  and  I.F.

Akyidiz,  “ESRT:  Event-to-sink  reliable  transport  in

wireless  sensor  networks”,  In  Proceedings  of  ACM

Mobihoc’03, June 1-3, 2003.

[10]  F.  Stann,  and  J.  Heidemann,  “RMST:  Reliable  data

transport  in  sensor  networks,” in  Proc.  1st  IEEE

International. Workshop  on  Sensor  Network  Protocols

and Applications (SNPA), May 2003.

[11]  C.  Intanagonwiwat,  R.  Govindan,  D.  Estrin,  J.

Heidemann,  and  F.  Silva,  “Directed  diffusion  for

wireless sensor networks”, IEEE/ACM Transactions on

Networking, Vol. 11(1), February 2003. pp. 2–16.

[12]  A.  Dunkels,  J.  Alonso,  T.  Voigt,  and  H.  Ritter,

“Distributed  TCP  caching  for  wireless  sensor

networks”,  In  Proceedings  of  3rd

  Mediterranean

Workshop  on  Ad  hoc  Networks  (Med-Hoc  Net’04),

2004.

[13]  A.  Dunkels,  “Full  TCP/IP  for  8-bit  architectures”,  In

Proceedings of MOBISYS’03, May 2003.