Telsiz Duyarga Ağları İçin Özgün Çok Kanallı Mac Protokolü Tasarımı

Abstract

Bu tez çalışmasında, öncelikle MAC protokolü tasarımı ölçütleri üzerinde durulmuş, daha sonra mevcut MAC protokolü tasarımları incelenmiştir. Yapılan incelemelerde görüldüğü üzere enerji tüketiminin minimize edilmesi MAC protokolünün öncelikli başarım ölçütü olmaktadır. Bunun yanında gecikmenin azaltılması ve transfer oranının arttırılması çoklu ortam uygulamaları gibi çeşitli uygulamalar için önem arz etmektedir. Bu ölçütlerden ve mevcut tasarımlardan yola çıkılarak yeni bir MAC protokolü tasarımı olan MC-PSMAC protokolü gerçeklenmiştir. Çok kanallı yapıya sahip olan bu protokol, aynı anda birden fazla kanalda haberleşme sağlayarak transfer oranını arttırmakta, aynı zamanda trafik yoğunluğu ve çarpışmalardan kaynaklanan gecikmeleri azaltmaktadır. Bunun yanında tek kanallı protokollerde olduğu gibi uyku / dinleme çerçeve yapısını kullanarak güç tüketiminin düşük kalmasını sağlamaktadır. Ayrıca protokolün herhangi bir senkronizasyon işlemi gerektirmemesi ölçeklenebilirlik ve başarım artışını da sağlamaktadır. Protokolün gerçeklenmesi Omnet++ benzeteci ile yapılmıştır. Benzeteç üzerinde telsiz duyarga ağlarına özel tasarlanmış Castalia mimarisi kullanılmıştır. Gerçek bir duyarga düğümü ve telsiz kanal yapısına göre tasarlanan bu mimari çok kanallı yapıya uygun hale getirilmiştir. Daha sonra tasarlanan protokol eklenmiş ve protokolü tek kanallı yapı ile karşılaştırmak için senaryolar oluşturulmuştur.

First of all, MAC protocol design criterias and existing MAC protocols are surveyed in this Project. Results are shown that energy consumption minimization is the most important performance criteria in wireless sensor networks. However, some applications like multimedia also need the other criterias like delay minimization and throughput maximization. Secondly, a new MAC protocol MC-PSMAC is designed as a result of this survey. MCPSMAC, which is a multi–channel protocol, provides multi data communication. Hence, not only throughput is increased, but also delay is minimized which occurs from traffic density and collision. Moreover, energy consumption is reduced by the sleep / listen frame characteristics. Also, protocol does not need any synchronization. So, it is more compatible for scalability. Moreover, decreasing of protocol performance by the synchronization process is eliminated. Thirdly, protocol is developed on the Omnet++ discrete event simulator. Castalia architecture, which is designed especially for wireless sensor networks, is used for simulation architecture. Castalia has a realistic node and wireless channel model. However these models are not compatible with multi-channel applications. Firstly, Castalia is modified for multi-channel applications, then MC-PSMAC protocol is implemented. Finally, several scenarios are formed to compare MC-PSMAC and single channel protocol.