چکیده
در حالاتی مانند نظارت بر مناطق جدا شده، زمانی که گره مرز یک شبکه، یک ارتباط دائمی با اینترنت نداشته باشد، شبکه های حسگر بی‌سیم (WSN ها) خواستار تکنیک های ذخیره‌سازی داده انعطاف پذیر در شبکه ها برای به‌حداقل رساندن خطر از دست دادن داده‌ها هستند. بهره‌وری این تکنیک‌ها می‌تواند تا حد زیادی بهره‌برداری از اطلاعات شبکه را بهبود دهد، مانند مسیریابی که توسط پروتکل استفاده می‌شود. به طورخاص، یکی از پروتکل های مورد استفاده در اینترنت اشیا (IoT) پروتکل مسیریابی IPv6 برای مصرف برق کم و شبکه های پراتلاف است (RPL). در این مقاله، یک ذخیره سازی توزیع شده‌ی داده ها و مکانیسم بازیابی برای افزایش انعطاف‌پذیری و ظرفیت ذخیره سازی از یک WSN بر اساس RPL در برابر کمبود حافظه محلی پیشنهاد می‌کنیم. این رویکرد در سیستم عامل Contiki و از طریق تجزیه و تحلیل گسترده با شبیه ساز Cooja ارزیابی می‌شود.
مقدمه
در مقابل شبکه معمولی ذخیره سازی داده‌ها، ذخیره سازی داده ها در شبکه های حسگر بی‌سیم (WSN) یک چالش به دلیل محدودیت قدرت، حافظه و ارتباطات پهنای باند شبکه گیرنده بی‌سیم را نشان می‌دهد. به‌تازگی، سنسورها به قابلیت های بالاتری از نظر سرعت پردازش و ذخیره‌سازی محلی، نسبت به سال گذشته رسیده‌اند [1]، که آنها را برای ذخیره‌سازی در شبکه جذاب‌تر می‌کند.
به طور معمول WSN ها از مجموع های از گره های بدون مراقبت برای پویش محیط زیست اطراف آن تشکیل شده است و گره sink مسئول جمع‌آوری داده های اندازه‌گیری و بازپخش کردن به یک نهاد مدیریتی است. دلایل متعددی وجود دارد که ممکن است یک گره حسگر از انتقال داده‌ها به گره sink بعد از به‌دست آوردن آن جلوگیری کند. به‌عنوان مثال، ممکن است گره های حسگر همیشه قادر به رسیدن گره با توجه به قطع شدن موقعیت لینک و یا عملیات چرخهی وظیفه در گره نباشد. علاوه براین، وقتی برنامه های کاربردی به مجموعه زمان واقعی نیاز ندارند، ذخیره‌سازی واحد داده‌ها و ارسال اطلاعات جمع‌آوری شده می‌تواند به‌کمک میزان انتقال رادیویی، که موجب افزایش طول عمر عملیات WSN می‌شود کاهش یابد. برنامه های کاربردی شامل نظارت زیستگاه، مانند ردیابی مهاجرت حیوانات در مناطق دور افتاده [2]، مطالعه شرایط آب و هوایی در پارک های ملی [3] و غیره هستند. چنین سناریو هایی نیاز به جمع‌آوری و ذخیره‌ی داده‌ها تا جایی که ممکن است بین دو بازیابی متوالی داده توسط یک عامل خارجی انجام می‌شود. با این‌حال، ذخیره‌سازی داده در گره حسگر منجر به سرریز حافظه محلی می‌شود در صورت که بازیابی داده‌ها به موقع توسط sink انجام نشده باشد. برای جلوگیری از حذف داده و یا دوباره نوشتن، گره های حسگر می‌توانند با یکدیگر توسط داده های به اشتراک گذاشته شده همکاری کنند.
کار های گذشته
طرح های مختلف به‌شکلی موثر در ذخیره و پردازش داده های حسگر در WSN در سال گذشته ارائه شده است [7]. در رویکرد ذخیره‌سازی توزیع شده‌ی داده‌ها، تمام گره‌ها در سنجش و ذخیره‌سازی به همان شیوه شرکت می‌کنند. تمام گره‌ها، برای اولین‌بار، قرائت سنسور خود به صورت محلی نگهداری می‌کنند و یک بار که حافظه‌ی محلی آنها پر شد، آنها ذخیره‌سازی را به گره های در‌دسترس دیگر واگذار می‌کنند. برای اولین‌بار سهم قابل توجهی در این جهت با مزارع داده بدست آمده است [8]. نویسندگان یک مکانیزم ذخیره‌سازی داده‌ی توزیع شده با بازیابی دور های داده‌ها پیشنهاد می‌کنند. آنها یک مدل هزینه برای اندازه‌گیری مصرف انرژی ایجاد کرده‌اند که نشان می‌دهد که چگونه یک انتخاب دقیق از گره ذخیره‌سازی، به نام اهداکننده گره‌ها، ظرفیت سیستم را در هزینه های انتقال بالا بهینه می‌کند. آنها فرض می‌کنند که شبکه دارای یک درخت توپولوژی است و هر گره حسگر مسیر بازگشت به گره را جهت بازیابی دور های اطلاعات می‌داند.
نمای کلی RPL
RPL ]5[ به‌تازگی به‌عنوان استانداردی برای مسیریابی در IPv6 در شبکه گیرنده بی‌سیم ظهور کرده است. که بر اساس DODAG در یک یا چند گره (ریشهDAG) است. هر گره رتبه‌اش را در درخت RPL محاسبه می‌کند.که عمق گره را در DODAG توصیف می‌کن. برای ساخت و حفظ توپولوژی، گره های RPL به‌صورت دور های پیام های اطلاعات شی DODAG (DIO) را به‌منظور انتشار اطلاعات مسیریابی رو به پایین در درخت تبادل می‌کنند. این نوع از ساختار برای ترافیک چند نقطه-به-نقطه مفید است، که در آن ریشه DAG مقصد از همه بسته های داده است.
ذخیره سازی داده های تکراری و بازیابی
در سناریوی ما، گره های WSN، پس از پیوستن به یک RPL DODAG ، داده های جمع‌آوری شده را نگه می‌دارند (با توجه به نرخ سنجش به‌دست می‌آیند). به منظور جلوگیری از دست دادن داده‌ها، داده‌ها در چند گره تکرار شده است (احتمالا گره مولد). که شامل کپی کردن و کپی توزیع شده از داده های مشابه به گره های دیگر از فضای حافظه در دسترس است. اطلاعات در مورد در دسترس بودن حافظه، به صورت دور های توسط هر یک از گره‌ها، به همه گره های مجاور به صورت مستقیم پخش می‌شود.
نتایج عملکرد ارائه شده
ذخیره‌سازی توزیع‌شده‌ی پیشنهادی و مکانیزم بازیابی در 2.5 Contiki و در Cooja، یک شبیه‌ساز شبکه گیرنده بی‌سیم مبتنی بر جاوا [6]، پیشنهاد شده است. سناریوی شبیه‌سازی شده، در شکل 3نشان داده شده است، که از 60 N = گره ذخیره‌سازی، که در یک شبکه مستطیل شکل و یک گره اضافی که به عنوان ریشه DAGعمل می‌کند، تشکیل شده است. هر گره ذخیره‌سازی در داخل شبکه با همسایگان خود در 4 جهت مستقیم ارتباط برقرار می‌کند. علاوه‌براین، برای شبیه‌سازی شرایط واقعی، گره با برخی از گره های اضافی تداخل می‌کند: یک برخورد رخ می‌دهد اگر یک گره و حداقل یکی از همسایگانش و یا تداخل آن گره، یک بسته در زمان یکسان انتقال دهد. به‌عنوان مثال، گره 41 دارای 4 همسایه است: به ترتیب گره 34، 40، 48 و 42. گره مداخله، بین دو دایره نشان داده شده است، گره های: 33، 35، 47 و 49.
نتیجه گیری
این مقاله با مشکل داده های تکراری توزیع شده و بازیابی برای نظارت مبتنی برWSNمواجه است. مکانیزم ذخیره‌سازی داده های توزیع شده در بالای RPL، به‌منظور افزایش انعطاف‌پذیری رویکرد پیشنهادی و ظرفیت ذخیره‌سازی WSN در برابر خرابی گره و کمبود حافظه محلی ساخته شده است. عملکرد از طریق شبیه‌سازی مورد ارزیابی قرار گرفت. مکانیسم مستقیما به‌اجرای یک طرح بازیابی داده‌ها منجر شد، تا عملکرد آن به‌خوبی انجام شود. نتایج ما به وضوح یک افزونگی بین ذخیره‌سازی (که باعث آلوده شدن کل حافظه ذخیره‌سازی در دسترس شده است) و بازیابی بهره‌وری (از نظر درصد داده های بازیابی) را نشان می‌دهد.
فعالیت های تحقیقاتی آینده شامل استفاده از سایر پارامترها در استراتژی تکرار، مانند مصرف انرژی گره‌ها یا قابلیت دسترسی گره است، به‌ویژه اگر آنها در لایه MAC با وظیفه چرخه (به‌عنوان مثال، ContikiMAC و یا X-MAC) عمل کنند. ما همچنین مطالعه‌ی پیکربندی دوباره‌ی پویا از رفتار گره (به‌عنوان مثال، نمونه‌برداری) و لایه های ارتباطی (به‌عنوان مثال، قدرت انتقال) را برای مواجهه با تکرار خواسته‌ها با حداقل هزینه انرژی را پیگیری خواهیم کرد. در ن هایت، ما می‌خواهم عملکرد مکانیسم در دنیای واقعی را ارزیابی کنیم.
این مقاله در سال 2013 در نشریه آی تریپل ای و در کنفرانس بین المللی ارتباطات بی سیم و محاسبات سیار، توسط گروه مهندسی اطلاعات منتشر شده و در سایت ای ترجمه جهت دانلود ارائه شده است. در صورت نیاز به دانلود رایگان اصل مقاله انگلیسی و ترجمه آن می توانید به پست دانلود ترجمه مقاله ذخیره و بازیابی داده با مسیریابی RPL در سایت ای ترجمه مراجعه نمایید.
