Έλεγχος ροής για αποφυγή συμφόρησης σε δίκτυα αισθητήρων, βασισμένος στο μοντέλο ανταγωνισμού LOTKA-VOLTERRA

Abstract

Στην παρούσα Διατριβή Μάστερ σχεδιάσαμε και υλοποιήσαμε ένα αλγόριθμο για τα Ασύρματα Δίκτυα Αισθητήρων (ΑΔΑ) εμπνευσμένο από τη βιολογία, ο οποίος υλοποιεί δρομολόγηση πακέτων σε συνδυασμό με μηχανισμό για αποφυγή της συμφόρησης. Ο μηχανισμός αυτός αναπτύχθηκε στη βάση του μαθηματικού πληθυσμιακού μοντέλου ανταγωνισμού Lotka-Volterra. Ο αλγόριθμος αυτός είναι απλός αφού υλοποιείται στους κόμβους αισθητήρων, οι οποίοι έχουν περιορισμένους πόρους, όπως μνήμη και υπολογιστική δύναμη. Επίσης, ο αλγόριθμος είναι κατανεμημένος έτσι ώστε να μην υπάρχει η ανάγκη για μια κεντρική οντότητα που να διευθύνει όλο το δίκτυο. Η οντότητα αυτή θα απαιτούσε περισσότερα μηνύματα ελέγχου, οπόταν περισσότερη ενέργεια και θα ήταν ένα κεντρικό σημείο αποτυχίας στο δίκτυο. Το πρωτόκολλο που υλοποιήσαμε αφορά εφαρμογές με συνεχή ροή δεδομένων. Δηλαδή, όταν σε κάποιο κόμβο ενεργοποιηθεί ένα γεγονός τότε υπάρχει συνεχής ροή δεδομένων. Σταματά (ή μειώνει) μόνο αν ο κόμβος πιάσει εντολή να σταματήσει (ή να μείωση) τη ροή. Στα Ασύρματα Δίκτυα Αισθητήρων είναι απαραίτητο να γίνεται έλεγχος της συμφόρησης. Η συμφόρηση προκαλεί το χάσιμο των πακέτων άρα δημιουργεί σπατάλη ενέργειας, τόσο για τα πακέτα που δημιουργήθηκαν και χάθηκαν όσο και για τα πακέτα που πρέπει να δημιουργηθούν ξανά. Το πρόβλημα γίνεται εντονότερο ειδικά σε εφαρμογές με συνεχή ροή δεδομένων, αφού οι χρήστες τέτοιων εφαρμογών θα αντιμετωπίζουν διακοπές στην εφαρμογή που χρησιμοποιούν λόγω των χαμένων πακέτων. Στα αποτελέσματα δείξαμε ότι δημιουργήσαμε ένα αλγόριθμο με τις μικρές ανάγκες σε αποθήκευση δεδομένων και με μικρό αριθμό πακέτων ανταλλαγής μεταξύ των κόμβων (όπως είδαμε στα αποτελέσματα), για να ανταποκρίνεται στις ανάγκες των Ασύρματων Δικτύων Αισθητήρων αφού οι αισθητήρες έχουν μικρό μέγεθος μνήμης. Ακόμα, δείξαμε ότι υπάρχει δικαιοσύνη σε όλους τους κόμβους και ειδικότερα σε αυτούς που βρίσκονται μακριά από το sink. Τέλος, είδαμε ότι οι κόμβοι είναι αυτόνομοι και ανεξάρτητοι και στον αλγόριθμο μας υπάρχει προσαρμοστικότητα και κλιμακωσιμότητα. Παρόλα αυτά, μπορεί ακόμα να γίνει σύγκριση του αλγορίθμου μας με κάποιο άλλο, να υπάρχει κίνηση και προσαρμοστικότητα στους κόμβους όσο αφορά τις τιμές των μεταβλητών α, β και r του μηχανισμού.