Upotreba Rendezvous protokola za duži životni vek bežične senzorske mreže

Transcription

1 INFOEH-JHORIN Vol. 12, March Uporeba Rendezvous prookola za duži živoni vek bežične senzorske mreže Mirko Kosanović Savremene računarske ehnologije Visoka ehnička škola srukovnih sudija Niš, Srbija Mile Sojčev Elekronski fakule/kaedra za elekroniku Univerzie u Nišu Niš, Srbija mile.sojcev@elfak.ni.ac.rs Sadržaj Jedan od najvažnijih zadaaka koje projekani rebaju da reše prilikom projekovanja aplikacija za rad u Bežičnim Senzorskim Mrežama (BSM), je racionalno rošenje elekrične energije. Senzorski čvorovi (), kao sasavni delovi jedne BSM, napajaju se puem baerija šo znači da imaju ograničenu količinu energije na raspolaganju. Ispunjavanje ovog uslova nije lak zadaak, pre svega zbog ograničenih resursa same mreže kao i prirodnih uslova u kojima one rade. U ovom radu predsavili smo jednu grupu prookola, rendezvous prookole, koji se korise u BSM u cilju prevazilaženja neporebne porošnje el. energije. nalizirali smo efeke ovih prookola i dali svoj doprinos u rešavanju nekih problema za koje dosadašnji, nama poznai prookoli, nisu dali adekvana rešenja. o se pre svega odnosi na smanjivanje akivnosi kod prijavljivanja novih i rešavanju problema kolizije kod isovremene prijave dva i više. Ključne riječi - 1; bežične senzorske mreže 2; rendezvous prookoli 3; živoni vek 4; energeska efikasnos I. UVOD Bežične senzorske mreže se sasoje od velikog broja senzorskih čvorova () koji mogu bii raspoređeni u prakično bilo kom prirodnom okruženju. -ovi su u sanju da popuno samosalno formiraju jedinsvenu mrežu, preko koje mogu da prikupljaju, obrađuju i prosleđuju podake dobijene od senzora. Jedan od najbinijih fakora BSM po kome se one razlikuju od osalih bežičnih srukura je porošnja el. energije. Kako je ovde izvor el. energije obično limiiran (<0,5 h, 1,2 V) jasno je da je živoni vek, a samim im i cele BSM, direkno zavisan od količine energije kojom on raspolaže. U višeskokoviim BSM ovaj fakor još više dolazi do izražaja. Ovde svaki ima dvosruku ulogu: sa jedne srane porebno je da prikuplja podake, a sa druge srane da isovremeno vrši preusmeravanje podaaka koje dobija od drugih, j. Da vrši njihovo preusmeravanje. Ove povećane akivnosi imaju za posledicu znano veću porošnju el.energije šo dovodi do prekida rada -ova koji su najviše izloženi neprekidnom radu. Problemi u funkcionisanju nekog od u mreži (do koga može doći zbog gubika el.energije) može dovesi do velike promene u mrežnoj opologiji, a o zaheva ponovnu reorganizaciju mreže kao i pronalaženje novih pueva ruiranja podaaka. Sve o zaheva dodanu porošnju el.energije koja ope može proizvesi prekid rada dodanih, j. u krajnjoj isanci, do popunog prekida rada cele mreže. Zao se pred projekanima kao osnovni cilj posavlja projekovanje energeski efikasnih aplikacija kako bi se živoni vek BSM šo više produžio. Ukoliko su svi delovi jednog salno akivni ada bi njihov živoni vek bio veoma kraak, svega nekoliko dana. Promena baerije predsavlja jako komplikovan zadaak, ne samo zbog neprisupačnosi lokacije gde se nalaze, već i zbog njihovog velikog broja u BSM (od nekoliko soina pa do nekoliko hiljada ). Sa druge srane, povećanje njenih kapaciea nije moguće zbog male veličine (nekoliko mm 3 ), a punjenje ovih baerija je dosa oežano, pre svega zbog limiiranih resursa, kako računarskih ako i fizičkih. ako nam predsoji jedino rešenje a o je da obezbedimo da BSM radi na šo manjem energeskom nivou primenom energeski efikasnih prookola. U svakom možemo da razlikujemo čeiri glavne akivnosi okom kojih on roši energiju. o su prikupljanje, obrađivanje, primopredaja (prijem i slanje) i pamćenje podaaka [1]. Svaka od ovih akivnosi roši različiu količinu energije, međuim količina energije koja se poroši u primopredaji podaaka znano prevazilazi porošnju pri svim osalim akivnosima u. Kao primer može da nam posluži podaak da je energija koja se poroši za prenos samo 1 bia informacije preko komunikacionog kanala, jednaka energiji koja se poroši za izvršavanje 1000 CPU insrukcija [2]. Shodno ome, ako uspemo da smanjimo porošnju komunikacionog kanala za samo 1-2 %, uspećemo da ušedimo energiju koja je po veličini znano veća od porošnje pri svim osalim akivnosima. Uzimajući ovu činjenicu u obzir, očigledno je da se najveće ušede u porošnji el.energije mogu posići primenom energeski efikasnih komunikacionih prookola. Ovi prokoli korise različie ehnike opimizacije uroška energije u svim slojevima radicionalnog OSI referennog modela, od fizičkog do aplikacionog [3, 4, 5]. Mi ćemo fokusirai naš ineres na jednu od najčešće korišćenih ehnika, duy cycling (DC) ehniku. Ona predsavlja efikasnu i česo korišćenu meodu koja je posala neizosavan deo goovo svake aplikacije u BSM. Princip rada ove meode je vrlo jednosavan: držai hardverske komponene šo duže u režimu smanjene porošnje (idle ili sleep režim), a šo manje vremena u režimu normalne porošnje (acive režim). Međuim, ovaj jednosavan princip nije lako primenii jer on zaheva i neke dodane ehnike kako bi se obezbedio pouzdan rad svih u mreži. u se pre svega misli na preciznu vremensku sinhronizaciju svih u mreži, koja reba da omogući nesmeanu komunikaciju između. Israživanja pokazuju da čak i pri DC fakoru od samo 1-2%, posiže se ušeda u porošnji el.energije za jedan red veličine veći od porošnje svih osalih komponenaa u [3]. S druge

2 srane, duy cycling dovodi do kompleksnih komunikacijskih šema koji uklјučuju prozivanje (polling) i vremensko deljenje komunikacionog kanala. Naime, da bi dva primila ili predala podake porebno je da se komunikacija odvija u iso vreme. Ovaj problem naziva se problem susreanja dva (rendezvous) [4]. U ovom radu, predlažemo modifikaciju radicionalne šeme pod nazivom modifikovani rendezvous prookol, MRP. Da bi efikasno rešili vremensku sinhronizaciju -ova u slučaju velikih vremenskih odsupanja (veliki clock drif) korisili smo ehniku proširenja duy cycling ehnike [5]. MRP obezbeđuje sinhronizovano buđenje -ova u popuno decenralizovanom načinu rada i rešava problem isovremenog prijavljivanja dva ili više, j. pojavu kolizije. Korišćenjem odgovarajuće analiičke meode, izveli smo eksplicine izraze na osnovu kojih smo odredili kako izbor odgovarajućih komponeni, pre svega kvarcnog oscilaora, uiće na živoni vek, kao i na određivanje maksimalanog broja -ova koji mogu regularno da učesvuju u predloženom rendezvous prookolu. Nakon krakog uvoda u problem koji ćemo analizirai u nasavku rada, u poglavlju 2. daa je osnovna podela svih rendezvous prookola gledano sa različiih aspekaa: na osnovu broja -ova, u zavisnosi od OSI referennog nivoa na kome su rendezvous ehnike primenjene i u odnosu na način usposavljanja komunikacije između -ova. U narednom poglavlju analiziran je jedan od sandardnih rendezvous prookola i na njegovom primeru dae su dobre i loše osobineovih prookola. Poglavlje 4. daje pregled predloženog modifikovanog rendezvous prookola, MRP, gde su jasno isaknui načini rešavanja uočenih problema kod ranijih rendezvous šema. Performanse predloženog prookola sa glediša maksimalnog broja -ova sa odgovarajućim DC fakorom, daa su u poglavlju 5. Na kraju poglavlje 6 zaključuje ovaj rad. II. PREGLED RENDEZVOUS ŠEM Sa glediša broja koji učesvuju u rendezvous šemi ove šeme možemo podelii u dve velike grupe. Prva se odnosi na rendezvous prookole koji konrolišu porošnju el.energije na nivou cele BSM, formiranjem odgovarajuče puanje za prenos podaaka. Naime, izborom odgovarajućeg opimalnog podskupa -ova koji će osai akivni i garanovai prenos podaaka između -ova u BSM, moguće je smanjii broj akivnih i ime znano ušedei el.energiju na nivou cele BSM. Drugi prisup se koncenriše na upravlјanje energijom u svakom. okom svog rada, bez obzira na renune porebne puanje za prenos podaaka, menja režim rada između akivnog (acive) i neakivnog (sleep ili idle) [ 4]. Sa druge srane, u zavisnosi od OSI referennog nivoa na kome su rendezvous ehnike primenjene možemo ih podelii na dve kaegorije: prva koja korisi sandardne MC prookole (nalaze se između prvog i drugog nivoa) i druga koja korisi prookole koji rade na principu akivne/neakivne šeme, sleep/wake (rade iznad drugog nivoa) [4]. Imajući u vidu da sleep/wake prookoli rade na višem nivou, čak i na aplikacionom sloju, oni imaju veću fleksibilnos i mogu se kombinovai sa bilo kojim sandardnim MC prookolom. Po ceni većeg kašnjenja, ali konrolisanog kašnjenja, oni posižu veći procena ušede el. energije. Osnovni princip rada sasoji se u ome da primo-predajnik bude akivan samo onda kada je porebno da primi ili pošalje podaak susednom [6, 7]. U odnosu na način kako usposavljaju komunikaciju sve rendezvous prookole možemo podelii u ri kaegorije [4, 8]: 1. na zahev - popuno asinhrona šema kod koje izvorni inicira (budi) drugi desinacioni kome želi da pošalje podaak. Komuniciranje između -ova je popuno asihrono jer se ono usposavlja samo kada izvorni želi da komunicira sa nekim drugim. Osnovni problem ove šeme je da svi -ovi moraju da korise još jedan dodani meod za iniciranje prenosa između -ova. Obično se ovde korise dva nezavisna kanala: jedan za slanje podaaka a drugi za iniciranje og prenosa. o znači da ovi moraju da imaju primopredajnike sa najmanje dva kanala šo dodano povećava njihovu cenu i gabarie. 2. zakazan rendezvous popuno sinhronizovana šema koja zaheva da svi susedni -ovi imaju dogovor o sledećoj sesiji, j. da se akiviraju u popuno iso vreme, kako bi se obavila komunikacija. Glavna prednos ove šeme sasoji se u ome da je moguće slai broadcas poruke svim -ima jer su oni svi akivni u isim vremenskim periodima. Sa druge srane, efikasnos ove šeme zavisi od veoma precizne vremenske sinhronizacije svih SĆ-ova u BSM šo uopše nije lako uradii a naročio u BSM [9]. 3. pseudo-asinhrona šema u osnovi ovo predsavlja šemu u kojoj se -ovi periodično bude. Ona omogućava svakom da se akivira nezavisno u odnosu na druge -ove koji se nalaze u njegovom susedsvu. Naime, izvorni se prvi akivira i čeka da se odredišni akivira kako bi mu poslao podake. Ove ri kaegorije obuhvaaju goovo sve rendezvous šeme koje imaju za cilј da omoguće veću energesku efikasnos u BSM. Međuim o ne sme da bude jedini uslov koji ovi prookoli reba da ispune. Porebno je da imaju i prihvalјive karakerisike u osalim aspekima mrežne komunikacije, akođe. Jedan od najvažnijih uslova, koji dolazi do izražaja u mrežnim komunikacijama, odnosi se kašnjenje primopredaje podaaka, j. laencija podaaka. Uklјučivanje/isključivanje iz akivnog u neakivni režim rada, neminovno povećava kašnjenje pakea. Zao je važno da rendezvous šema ne dozvoli da o kašnjenje prelazi opseg olerancije aplikacije koja radi u BSM. Odnosno, porebno je da u nekom unapred definisanom vremenskom inervalu izvršii prenos pakea kako bi podaci koji se dobiju bili relevanni i pravilno uporebljeni. III. PREDNOSI I MNE SNDRDNOG RENDEZVOUS PROOKOL U velikom broju aplikacija za BSM imamo relaivno jako slab saobraćaj između -ova (od 0,01 do 10 pakea/s). Sve e pakee karakeriše veoma mala dužina, obično između bajova. Sa akvim inenzieom saobraćaja, većinu svog živonog veka provede u neakivnom sanju, osluškujući kanal (u om vremenskom periodu prijemnik je uključen iako ne prima nikakve podake). Na primer: ako preposavimo da imamo 5 susednih, i da oni razmenjuju po jedan pake/s, da je dužina pakea 64B i da brzina slanja primo-predajnika 40 kbps, lako možemo odredii efikasno radno vreme. Svaki

3 roši samo 1,28% od svog akivnog vremena za slanje pakea i 6,4% vremena za prikuplјanje i prijem pakea. Iz ovog primera se vidi da provede u neakivnom sanju više od 92% svog vremena. Shodno ome, možemo zaklјučii da je energija rasipanja jako velika zbog činjenice da roši veliku količinu vremena u sanju osluškivanja kanala. U cilјu da se produži živoni vek neophodno je da se ovo vreme skrai, šo se posiže primenom neke od mnogobrojnih PM ehnika (Power Managemen echnique). Mi smo se opredelili za primenu odgovarajuče rendezvous šeme. U om smislu, analizirali smo sandardnu rendezvous šemu (DLDC-MC prookol) [10], i ukazali na prednosi i mane ovog prookola. Nakon oga, u cilјu rešavanja uočenih nedosaaka predložili smo njegovu modifikaciju. B C Neakivan period Beacon period Beacon vreme Cu_S Ne_Di Ne_Re Up_Sc Slika 1. Blok šema DLDC-MC prookola Prijem Slanje. Pregled DLDC-MC prookola Osnovna ideja ovog rešenja, koje je dao u ref. [10], je sledeće: svaki periodično šalјe kraku poruku, pod nazivom beacon, kako bi signalizirao svoje prisusvo u BSM. akođe, u ačno određenim vremenskim inervalima se akivira kako bi mogao da primi beacon-e od svojih suseda. Na osnovu vremena prijema beacon-a, proračunava naredno vreme prijema za svaki susedni, uključujući i odgovarajuča guard vremena. Guard vreme predsavlja dodano proširenje perioda prijema beacona koje je neophodno uzei u obzir kod proračuna, kako bi se sa većom sigurnošću obezbedila isovremena komunikacija (renedezvous) između dva. Ono je posledica nesavršenosi i neujednačenosi kvarcnih oscilaora koji se nalaze u svakom (drif). Imajući u vidu da zna vremena kada njegovi susedi šalju svoje pakee moguće je da on većinu vremena provede i neakivnom sanju i da se samo periodično prebacuje u akivno sanje kada naiđu vremena prijema beacona od svojih suseda. Drugim rečima, sada najviše vremena provodi u sleep/idle sanju šedeći svoju el.energiju. Na sl. 1 prikazan je scenario akivnosi -ova koji korise sandardni rendezvous prookol (DLDC-MC). Preposavka je da je osnovni period, beacon period BP, unapred definisan i pozna je svim -ima u BSM. On se periodično ponavlja i u okviru njega se nalaze sva neophodna vremena za slanje i prijem pakea ka i od, kao i vreme koje provede u neakivnom sanju (sleep). Sa slike 1 možemo da vidimo da posoje čeiri različie faze kroz koje prolazi svaki od. o su: 1. ekuća faza (Cu_S) u ovoj fazi svaki je svesan svojih susednih sa kojima komunicira, j. zna beacon vremena svih susednih. U ovoj fazi svaki provede najveći deo svog živonog veka (preko 99 %). 2. Faza pronalaženja (Ne_Di) predsavlja počenu fazu kroz koju prolazi svaki novi koji želi da se priključi BSM. Naime, pri prvom uključenju, ulazi u ovu fazu u kojoj je njegov prijemnik neprekidno uključen ceo jedan beacon period. Osnovni cilj ove faze je da novi deekuje sve akivne -ove iz svoje okoline (domea) i da regisruje njihova beacon vremena. 3. Faza regisracije (Ne_Re) služi da bi se novi prijavio susednim -ima. Nakon prijema beacon vremena od susednih -ova, u fazi Ne_Re, novi izračunava, j. određuje svoje beacon vreme (prazan vremenski slo za emiovanje svog beacon-a) u okviru beacon perioda i o ome obavešava susedne -ove kako bi oni mogli da ga privae, j. da uključe svoje prijemnike u novo formiranom vremenskom slou. 4. Faza prihvaanja (Up_Sc) - prema akivnosima ova faza je vrlo slična fazi Cu_S, sa samo jednim izuzekom koji se odnosi na dodavanje beacon vremena novo prijavljenog u okviru beacon perioda, Navešćemo neke od glavnih prednosi analiziranog DLDC- MC prookola [10]: Na jedan popuno decenralizovan način rada, uspešno je sinhronizovano vreme akiviranja svih -ova u okolini, čak i u sredinama sa vrlo nepouzdanim komunikacionim linkovima. Većina problema vezanih za bežične komunikacije kao šo su: clock drif, asimerične veze, skriveni erminal i oežane komunikacije su uspešno prevaziđeni. Primenom ovog prookola znano se šedi urošak el. energije pa se očekuje višegodišnje produženje živonog veka -ova, a samim im i živo cele BSM. Međuim analizirajući ovu šemu mi smo uvideli i neke nedosake koje ovaj prookol ne može da reši, a o su: Određivanje dužine adekvanog beacon perioda kada se dva ili više isovremeno prijavljuju u BSM. Određivanje adekvanog beacon vremena (vremenski slo) za svaki novoprijavljeni. Kako beacon vremena nisu unapred definisana (vremenski sloovi) može da dođe do njihovog preklapanja usled razlika u frekvencijama lokalnih saova (clock drif). ada je porebno da se izaberu nova beacon vremena (vremenski sloovi) koji ope mogu da prouzrokuju nova preklapanja i dodane probleme. Problem rešavanja kolizije koja može da se dogodi ako se dva ili više isovremeno prijave u BSM. IV. MODIFIKOVNI RENDEZVOUS PROOKOL U ovom radu predlažemo neke izmene prehodno pomenuog DLDC-MC prookola koje eliminišu uočene njegove nedosake. aj novi proocol nazvali smo modifikovani rendezvous proocol, MRP. U njemu smo usvojili sve dobre osobine DLDC-MC prookola koje uspešno rešavaju problem loših linkova, skrivenog erminal, asimeričnih veza i klok drif-a. Da bi rešili osnovni problem DLDC-MC prookola, prijavljivanje novih -ova i određivanje adekvanih vremenskih sloova za slanje beacon-a, mi smo u našem prookolu pošli od činjenice da svi -ovi

4 budu jedinsveno idenifikovani puem jedinsvenog ID broja koji svaki u procesu svog formiranja dobije ( ID=1,2,3,n, gde je n maksimalan broj u mreži). Uvođenje jedinsvenog ID broja za svaki omogučuje nam da unapred možemo da definišemo beacon vreme (vremenski slo) svakog u okviru beacon perioda. akođe, broj -ova određuje nam i minimalno rajanje beacon perioda koje možemo da unapred odredimo u zavisnosi koji DC fakor želimo da imamo. Naš predlog je ujedinio fazu Ne_Di i fazu Ne_Re u jedinsvenu fazu Ne_Di_Re, čime smo smanjili za jedan beacon period usposavljanje normalnog režima rada. Faze Cu_S i Up_Sc osale su popuno ise kao i kod DLDC-MC prookola. Na slici br.2 prikazan je posupak prijavljivanja novog u okviru već posojeće BSM. Kao šo se sa slike vidi, svaki novi koji se prijavljuje (u našem slučaju o je C ), na samom počeku ulazi u receive mode (faza Ne_Di_Re) kako bi mogao da prihvai beacon-e od susednih -ova. Receive mode raje ceo jedan beacon period, koji je unapred definisan. U okviru njega svaki susedni emiuje po jedan beacon, i o u periodu (vremenski slo) koji je u direknoj srazmeri sa ID brojem koji svaki dobija pri počenoj inicijalizaciji sisema. Na aj način izbegavamo moguću koliziju a ujedno obezbeđujemo da svaki novi prihvai beacon od svih susednih -ova. U renuku kada prihvai neki beacon od susednih -ova, novi ulazi u send mode i odmah šalje infomaciju o svom prisusvu (svoj ID broj) om isom. Na osnovu e informacije sari -ovi sada ubacujuju novi inerval osuškivanja na meso u beacon periodu (odgovarajući vremenski slo) koje je definisano primljenim ID brojem od novoprijavljenog i isovremeno šalju povrdu novoprijavljenom ( C ) da je usposavljena i povrana veza između njih. Ovo je porebno kako bi svaki eliminisao neporebno osluškivanje i rošenje energije za -ove sa kojima ne posoji veza (asimerične veze, koji ne rade ili ne šalju informacije). Već u sledećem beacon periodu, usposavlja se normalni režim rada, u okviru koga se svaki nalazi samo jednom u send modu (svi osali -ovi su ada u receive modu) a n pua u receve modu gde n predsavlja ukupan broj -ova u susedsvu. Receive mode koji sledi odmah nakon send moda je neophodan kako bi se prihvaili ID brojevi novih -ova iz okoline. Problem kolizije je na ovaj način izbegnu kod usposavljanja normalnog režima rada ali aj problem osaje i dalje u inicijalnom režimu, jer je moguće da se isovremeno prijave dva ili više u okviru unapred definisanog beacon perioda BP. B C Slika 2. Cu_S Ne_Di_Re B< C< Up_Sc Blok šema modifikovanog rendezvous prookola Prijem Slanje Rešavanje ovog problema prikazano je na slici br.3 gde je prikazano isovremeno prijavljivanje dva nova, C i D. ko u periodu Ne_Di_Re dođe do kolizije kod slanja inicijalnih ID, prijava prisusva dva ili vise, novoprijavljeni neće u om periodu primii povrdu da je njihov ID prihvaćen od susednih -ova. Neprihvaanje povrde može da znači ili posojanje asimerične veze ili kolizije. U om slučaju svaki od novoprijavljenih -ova nasavljaju da emiuju beacon-e u okviru svog vremenskog sloa i isovremeno počinju da broje beacon periode. Kada dođe period BP (ID), koji je jedinsven za svaki, salje svoj ID broj susednim -ima sa kojima nije usposavio obosranu vezu ( od kojih nije dobio povrdu da su prihvaili njegov ID). Na aj način novoprijavljeni -ovi ponavljaju inicijalnu fazu ali ovog pua izbegavaju pojavu kolizije jer je period BP (ID) jedinsven za svaki ( period Up_Sc(ID) na slici). Nakon oga usposavlja se normalni režim rada u kome bi u narednom periodu Up_Sc, (ID+1) -ovi poslali novom poruku prihvaanja njegovog ID. Ukoliko ni sada novi ne dobije ovu poruku o je znak da posoji asimerična veza između njih. B C D Slika 3. BP Cu_S Kolizija 1 2 Ne_Di_Re Kolizija ID B<ID C<ID <IDD Up_Sc [SN C] Up_Sc [SN D] Prijem Slanje Up_Sc Blok šema modifikovanog rendezvous prookola sa kolizijom V. PERFORMNSE PREDLOŽENOG PROOKOL naliziraćemo sada kako dužina beacon perioda, BP, uiče na energeski efikasan rad svakog kao i koliko -ova može da se prihvai u prehodno definisanom periodu BP (koliko vremenskih sloova može da bude u periodu BP ), a da DC fakor osane u granicama od 0,1-1 % ( ). ko se pogleda šema predloženog prookola (slika br.3) vidi se da većinu vremena provede u fazi Cu_S. U okviru ove faze svaki mora da se nađe u predajno/prijemnom modu samo jednom i n-1 pua u prijemnom modu. Kad god je on u prijemnom modu neki drugi iz negovog susedsva mora da je u predajno/prijemnom modu. Za određivanje max. broja susednih -ova odlučujuću ulogu ima dužina perioda BP, kao i DC fakor koji želimo da posignemo. Vrednos DC fakora ima odlučujuću ulogu u određivanju živonog veka. ako, šo je DC fakor manji o je ušeda energije veća, pa je samim im i živoni vek BSM veći. Odredimo sada maksimalan broj -ova koji mogu regularno da funcionišu za zadai beacon period, BP, a da ispune unapred definisani DC fakor. Preposavićemo da se naša BSM sasoji od maksimum n. Za vreme faze Cu_S (ili Up_Sc) posoje dve različie akivnosi i o: 1) prijemna akivnos koja raje RBC, i 2) predajno/prijemna akivnos koja raje RBC. Za vreme prijemne akivnosi akivira prijemnik, period RB. U okviru ovog perioda on prima beacon-e od relevannog, i nakon oga ulazi u neakivni režim, koji raje OFF. Na osnovu ovoga sledi da je RBC = RB + OFF. Kod predajno/prijemne akivnosi akivira predajnik da bi poslao svoj becon drugim -ima, period B, zaim se akivira prijemnik, period RB, i nakon oga prelazi u neakivni režim rada OFF, šo znači da je RBC = B + RB + OFF. U našem slučaju smaraćemo da su periodi B i RB približno idenični. Na osnovu ovoga definisaćemo DC fakor za k, k=1,..., n, kao:

5 DC ONk i= 1 k = = BP n a i RBi BP + gde promenljiva a i Є{0,1}, i=1,...,n, ukazuje na činjenicu da li je odgovarajući akivan (a i =1) ili neakivan (a i =0), j. da li posoji link između og i susednih -ova. Iz jednačine (1) sledi, ONk = n a + Bk i RBi Bk i= 1. Definišimo sada da je za vreme faze Cu_S (ili Up_Sc faze) broj -ova koji međusobno mogu da komuniciraju, j. broj akivnih susednih jednak p, gde je p<n, ako da sada važi sledeće: n i= 1 a i RBi = p * ko za jedan akivni važi da je RBi = Bi = RB, za i=1,..., n, ada jednačina (2) može da se ransformiše u: ONk = ( p +1) * RB (4). Zamenom jednačine (4) u jednačinu (1) dobijamo da je: Senzor Primo predajnik CPU swich guard Slika 4. RB rec proc DC k guard swich BP RB., (1) (2) (3) ( p +1) * RB =. (5) OFF kivnosi za vreme prijemne faze RBC U okviru svog rada, svaki obavlja različie akivnosi koje su podeljene po sasavnim delovima jednog. Na slici 4 prikazane su e akivnosi (sensor, primopredajnik i processor), u odnosu na vremena rajanja, i u okviru prijemnog ciklusa, RBC. Posmarajući sliku 4, vremensko rajanje perioda RB može se prikazai sa: = (6) RB swich guard proc guard swich gde swich predsavlja vreme koje proekne kada se CPU prebacuje iz akivnog u neakivni režim rada i obrnuo; proc predsavlja vreme koje je porebno procesoru da prihvai podake koje su mu poslali drugi susedni -ovi; i guard predsavlja guard vreme. Ovo vreme je posledica različiih vremena koje imaju -ovi u BSM. Naime, svi beleže lokalno vreme na osnovu svojih lokalnih kvarcnih oscilaora. Međuim svi kvarcni oscilaori ne generišu isu frekvenciju pa dolazi do razlika (drif), pa samim im i do različiih vremena u -ima. Da bi se obezbedila isovremena komunikacija između -ova, porebno je da se perioda akivnosi proširi sa vremenom guard i na aj način obezbedi sigurno poklapanje, j, rendezvous, između -ova. Uzima se da guard linearno zavisi od dužine perioda BP i da je on jednak maksimalnom drif-u. ko se sa s X (Δf/f) označi maksimalna kvarcna nesabilnos, ada je: guard = 2 * BP * sx. (7) ko sada zamenimo jednačinu (5) u jednačini (4), uzimajući u obzir jednačine (6) i (7) dobićemo da je: ( p + 1)*(2* swich + proc) BP =. (8) DCK 2* sx *( p + 1) Kako iz jednačine (8) BP mora uvek da bude poziivna vrednos, j. važi da je BP >0, sledeći uslov koji sledi iz jednačine (8) može da se izvede: DCK 2 * sx *( p + 1) > 0 (9) j. : DCK p < 1. (10) 2 * sx Na osnovu jednačine (10), sada možemo da na osnovu unapred zadaog DC fakora, definišemo maksimalan broj ova u okviru jedne BSM. Za vreme ove analize, nesabilnos kvarcnog oscilaora, s x, kao paramear, biće razmaran. Na slici br. 5 prikazan je grafik koji nam prikazuje kako se menja maksimalan broj -ova u funkciji DC fakora, za različie vrednosi sabilnosi kvarcnog oscilaora (od 10 do 50 ppm). Broj SC Slika DC [%] 10ppm 20ppm 30ppm 40ppm 50ppm Maksimalan broj -ova u funkciji DC fakora U realnim uslovima se česo posavlja pianje: Koju vrsu oscilaora, u odnosu na njegovu sabilnos definisanu u ppm, reba ugradii u? Obicno, svaki proizvođač nominalno deklariše sabilnos kvarcnih oscillaora koje on nudi i ona obično iznosi od 10 do 50 ppm. Međuim, nominalna sabilnos nikada nije u im granicama, pre svega zbog ambijenalnih uslova kojima je aj kvarc izložen kao šo su: emperaura, priisak, vlažnos, i d. U našem razmaranju uzeli smo da dodane varijacije iznose do ±10 % od nominalne vrednosi

6 sabilnosi kvarcnog oscilaora. Kao direkna posledica ovih razlika dobija se da različii broj akivnih -ova, u okviru jednog beacon perioda, može regularno da funkcioniše. Na slici broj 6 prikazan je grafik zavisnosi maksimalnog broja akivnih -ova u odnosu na različii DC fakor za dva različia kvarcna oscilaora koji imaju sabilnos od 10 ppm i 50 ppm. Broj SC DC [%] 9ppm 10ppm 11ppm 45ppm 50ppm 55ppm Slika 6. Broj -ova u funkciji DC fakora za s x =10 i 50 ppm ±10% Gledajući grafik sa slike broj 6 možemo da zaključimo sledeće: 1. Za isi DC fakor maksimalni broj -ova uvek opada ako korisimo kvarcni oscillaor sa manjom sabilnošću, j. ako se s x povećava. 2. Nezavisno od uporebljenog kvarcnog oscilaora uvek kada rase DC facor, rase i broj -ova koji mogu regularno da rade u isom beacon periodu. 3. U svim slučajevima samo mala frekvenna devijacija (od ±10%) prouzrokuje velike varijacije u maksimalnom broju akivnih. Šo je nesabilnos kvarcnog oscilaora veća o je i ova razlika veća. ako, na primer za DC=1 i s x =10 ppm (±10 %) ova razlika može da iznosi =101 -ova dok za isi DC=1 ali za s x =50 ova razlika je znano manja =21. VI. ZKLJUČK Uspešnos rada BSM sve više se meri dužinom njenog rajanja. Racionalan urošak energije posao je osnovni i neophodni zadaak koji reba da ispune goovo sve aplikacije koje rade u BSM. Međuim zbog mnogih ograničavajućih fakora sredine u kojoj e aplikacije rade, kao i jako ograničavajućih resursa, nije jednosavno pronaći efikasanu meodu koja će sve ovo zadovoljii. U radu je prikazana jedna od ehnika, rendezvous, koja po opšem mišljenju nezaobilazna u svim aplikacijama u BSM. Ovaj rad analizirao je kako različii DC fakori uiču na porošnju elekrićne energije. Da bi smo pokazali uspešnos ove meode uveli smo koeficijen uspešnosi, K u, koji je pokazao superiornos ove ehnike. U našem primeru dobili smo da on ide od 1,99 do 1620,93 u zavisnosi od koeficijena DC fakora koji smo primenili. naliza je pokazala da šo je DC fakor manji o je i porošnja manja, pa je samim im i njihov živoni vek duži. Rad je povrdio koliko je ehnika duy cycling superiorna u odnosu na aplikacije koje ovu ehniku ne primenjuju. a nadmoć je oliko velika da se više uopše ne posavlja pianje njene primene jer je ona posala sasavni deo goovo svake aplikacije u BSM koja želi da efikasno korisi srogo limiirane količine elekrične energije. LIERUR [1] P. K. Dua, D. E. Culler, Sysem Sofware echniques for Low Power Operaion in Wireless Sensor Neworks, In Proceedings of he ICCD`05, 2005, pp [2] P.Dua, D.Culler, S.Shenker, ``Procrasinaion Migh Lead o a Longer and More Useful Life``, hp://cieseerx.is.psu.edu/ viewdoc/download?doi= , acc [3] Raghunahan V., Ganerival S., Srivasava M., Emerging echniques for long lived wireless sensor neworks, IEEE Communicaion Magazine, Vol. 44, No. 4, 2006, pp. 108 [4] En Yi Lin, Comprehensive Sudy of Power-Efficien Rendezvous Schemes for Wireless Sensor Neworks, PhD hesis, Universiy of California, Berkeley, 2005 [5] M.Kosanovic, M.Sojcev, Sensor Node Lifeime Prolonging, 20 ELFOR, Belgrade [6] J. Elson, L. Girod, and D. Esrin, Fine-grained nework ime synchronizaion using reference broadcass, In Proc. Symposium on Operaing Sysems Design and Implemenaion (OSDI), volume 36, pages , Boson, M, US, Dec [7] D. Chrismann, R. Gozhein, M. Krämer, M. Winkler, Flexible and energy-efficien duy cycling in wireless neworks wih MacZ, Proc. 10h nnual In New echnologies of Disribued Sysems (NOERE) Conf, IEEE, 2010, [8] G.nasasi, M.Coni, M.D.Francesco,.Passarelle, Energy Conservaion in Wireless Sensor Neworks: Survey, hp://info.ie.unipi.i/~anasasi/papers/adhoc08.pdf, acc [9] non geev, ime Synchronizaion and Energy Efficiency in Wireless Sensor Neworks, DISI - Universiy of reno, PhD hesis, March 2010 [10] M.Brzozowski, K.Piorowski, P.Langendoerfer, Cross-layer approach for daa replicaion and gahering in decenralized long-living wireless sensor neworks, ISDS 2009, he 9 h Inernaional Symposium on uonomous Decenralized Sysem, 2009 BSRC One of he mos imporan asks, ha designers need o address when designing applicaions o operae in Wireless Sensor Neworks (WSN), is he raional usage of energy. Sensor Nodes (SN), as componens of a WSN, are powered by baeries, which mean ha hey have a limied amoun of available energy. he fulfillmen of his condiion is no an easy ask, due o he limied resources of he sensor nodes as well as he naural condiions in which hey work. In his paper we presen a proocol group, rendezvous proocols, which are used in he WSN o overcome he problem of unnecessary power energy consumpion. We analyzed he effecs of hese proocols in order o solving some of he problems ha he previous ones, choosen proocols, are no an adequae soluion. his is primarily relaed o he reducion of aciviy in regisering a new SNs, and solving he problem of collision which is appeared when simulaneously regiser wo or more SNs. USING RENDEZVOUS PROOCOLS FOR LONGLIFE WIRELESS SENSOR NEWORKS Mirko Kosanović, Mile Sojčev