lunes, 29 de abril de 2013

Resumen - Ahorro de Energía.

Tema: A Centralized Energy-Efficient Routing
Protocol for Wireless Sensor Networks

SIVA D. MURUGANATHAN, DANIEL C. F. MA, ROLLY I. BHASIN, AND
ABRAHAM O. FAPOJUWO, UNIVERSITY OF CALGARY

Introducción: 

Las Redes de sensores inalámbricos constan de cientos o miles de nodos de baja potencia que operan con capacidades computacionales y de detección limitadas.

La evolución de las tecnologías inalámbricas de micro-sensores integrados han hecho que estos nodos esten disponibles en gran número y a un bajo costo, para ser empleados en aplicaciones de seguridad militar, en vigilancia del medio ambiente, etc.

En contraste con los sensores tradicionales, las redes de sensores ofrecen una proposición flexible en términos de la facilidad de implementación y múltiples funcionalidades.

En el caso de nodos de sensores inalámbricos modernos, sus dimensiones físicas permiten un gran número de nodos de sensores para ser desplegados al azar en terrenos inaccesibles.

Los nodos en una red de sensores inalámbricos también son capaces de llevar a cabo otras funciones tales como el procesamiento de datos y de enrutamiento.


Modelos de Redes y Radio

1.- El modelo de red y Arquitectura

La base de BCDCP radica en que la estación base es un nodo de alta energía con una gran cantidad de suministro de energía.

Por lo tanto, BCDCP utiliza la estación base para controlar la tarea de detección coordinado realizado por los nodos sensores.

Aquí se muestra un modelo de red de sensores con las siguientes propiedades:

• Una estación de base fija que se encuentre lejos de los nodos de sensores.
• Los nodos sensores disponen de energía finita
• Los nodos están equipados con funciones de control de potencia.
• Cada nodo detecta el medio ambiente a una tasa fija.
• Todos los nodos sensores son inmóviles.

Los dos elementos clave que se consideran en BCDCP son los nodos sensores y la estación base.

2.- El Modelo de Radio

Un nodo sensor típico se compone de cuatro componentes principales: una unidad de procesador de datos, un micro-sensor; un sub-sistema de comunicación por radio que consiste en un transmisor/receptor de la electrónica, antenas, y un amplificador y una unidad de fuente de alimentación.

Aunque la energía se disipa en todos los tres primeros componentes de un nodo sensor, se considera que las disipaciones de energía asociados con el módulo de radio ya que el objetivo central es desarrollar un protocolo de capa de red de eficiencia energética para mejorar la vida de la red.



Estación de base controlado
Protocolo Clustering Dinámico

El BCDCP es un sensor inalámbrico de protocolo de enrutamiento, es un componente esencial con capacidades computacionales complejos, por lo que los nodos de sensores son simples y rentables.

Opera en dos fases principales: la configuración y comunicación de datos.


1.- El esquema de direccionamiento

En las redes tradicionales, a los nodos se le asignan direcciones fijas, sin embargo, debido a los altos costos, el esquema de direccionamiento fija podría no ser adecuado para redes de sensores inalámbricas.

Además, ya que el usuario final está más interesado en las consultas basadas en atributos tales como "Envíame el número de vehículos estacionados en el lote número 7," es más probable que utilice un esquema de direccionamiento basado en los nodos, atributos y posiciones geográficas.

Por lo tanto, para BCDCP se uso una clase basada en abordar de forma <Location ID, Tipo de nodo ID>.
El ID identifica la ubicación de un nodo que lleva a cabo actividades de detección en una región determinada de la red.

2.- La fase de configuración

Las principales actividades de esta fase son la configuración del clúster, la selección de cabeza de racimo, formación de ruta de acceso, y la programación para cada cluster.

Durante cada fase de configuración, la estación base recibe información sobre el estado actual de la energía de todos los nodos de la red.

Basado en esta información, la estación base calcula primero el nivel de energía media de todos los nodos y, a continuación elige un conjunto de nodos, denotado S, cuyos niveles de energía están por encima del valor medio.

Las cabezas del clúster se elegirán del conjunto S, que asegura que sólo los nodos con suficiente energía quedan seleccionadas como jefes de racimo, mientras que aquellos con bajo consumo de energía puede prolongar su vida mediante la realización de tareas que requieren bajos costos de energía.

En BCDCP, se llevaron a cabo tareas o pruebas, por medio de un algoritmo iterativo.
Este algoritmo divide primero la red en dos sub-grupos, y procede más mediante el fraccionamiento de los sub-grupos en grupos más pequeños.

El algoritmo se asegura que los jefes de racimo seleccionados se colocan de manera uniforme en todo el campo de detección mediante la maximización de la distancia entre las cabezas de racimo en cada paso de la división.


3.- La fase de comunicación de datos

La fase de comunicación de datos consta de tres actividades principales:

  • La recolección de datos
  • Fusión de datos
  • Enrutamiento de datos

Utilizando el esquema de creación TDMA, cada nodo sensor transmite la información detectada a su cabeza de racimo.
Puesto que los nodos sensores están geográficamente agrupados, estas transmisiones consumen un mínimo de energía debido a pequeñas separaciones espaciales entre la cabeza y los nodos sensores.

Una vez que se han recibido los datos de todos los nodos de sensores, la cabeza de racimo realiza la fusión de datos en los datos recogidos, y reduce la cantidad de datos en bruto que necesita ser enviado a la estación base.


Los datos comprimidos, junto con la información requerida por la estación base para identificar correctamente y decodificar los datos del cluster, son entonces enviados de nuevo a la estación base a través de la ruta de enrutamiento.


Evaluación del Desempeño

Para evaluar el desempeño de BCDCP, se simulo el rendimiento usando Matlab y se comparó su desempeño con otros clustering basado en protocolos de enrutamiento.
El rendimiento se mide por indicadores cuantitativos de la disipación de energía promedio, la vida útil del sistema, los mensajes de datos totales entregadas con éxito, y el número de nodos que están vivos.

A lo largo de las simulaciones, se considero varias configuraciones de red al azar con 500 nodos en los que se asigna a cada nodo de una energía inicial.


Conclusión:


En este artículo se propone un protocolo centralizado clustering basado en BCDCP que utiliza la estación base de alta energía para realizar la mayoría de tareas de uso intensivo de energía.

Mediante el uso de la estación base, los nodos sensores se ven exentas de la realización de tareas de cálculo intensivo de energia tales como la configuración del clúster, la selección de cabeza de racimo, la formación de ruta de enrutamiento y TDMA creación horario.

El rendimiento del protocolo BCDCP se evalúa por simulación y comparación con otros protocolos basados ​​en la agrupación (Leach, Leach-C, y PEGASIS).

Los resultados de simulación muestran que BCDCP supera a sus comparativas mediante la colocación de las cabezas de racimo uniformemente a lo largo de todo el campo del sensor, la realización de agrupación equilibrada, y el uso de una-a-CH CH esquema de enrutamiento para transferir los datos fusionados a la estación base.

Por lo tanto, se concluye que BCDCP proporciona un esquema de enrutamiento energéticamente eficiente adecuado para una amplia gama de aplicaciones de detección.


Referencias: 


Referencia de documento:

1 comentario:

  1. Pon bien los nombres (sin las asociaciones laborales), no tengas hueva con la parte de gráficas/ecuaciones, pon un liga LIMPIA (hay una cosa que se llama DOI que sirve bien, por lo lo menos que sea sin tanto rollo de .jsp y apunte a la descripción en el catálogo del IEEE y no al PDF en sí). Pon completa la referencia. Ahí están todos los datos y más en la página del catálogo. 5 pts.

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