Kablosuz Sensor Ağlarında İyileştirilmiş Mac Protokolü

Abstract

Kablosuz Sensör Ağları olay algılama ve monitörleme alanında son on yılın gelişmekte olan teknolojisidir. KSA uzaysal olarak dağıtık, üzerinde radio haberleşme unitesi ve uygulamaya göre kullanılan algılayıcılar bulunan düğümlerden oluşmaktadır. İster veri gönderen düğüm olsun, ister ara düğümler, hepsinin veri gönderme kapasitesi, pil ömrü ve veri gönderme mesafeleri kısıtlıdır. Bu kısıtlar göz önünde bulundurulduğunda bu düğümler için ağ katmanları bu kaynakları verimli kullanabilmeleri için dikkatlice tasarlanması ve dikkatlice uygulanması gerekmektedir. Bu katmanlar arasında kaynakları doğrudan kullanmasından ve birebir düğümler arasındaki iletişimi sağlamasından dolayı MAC katmanı en çok önem verilmesi gereken katmandır. Bu alanda pek çok araştırma yapılmasına rağmen hala yeterince başarılı bir protokol öne sürülmüş değildir. Bu tezde bu soruna çözüm önerisi getirilmiştir. Çözüm olarak iyileştirilmiş ortam erişim şeması ve kısa ön paketler gönderilmesi önerilmiştir. Bu çalışmada düğümler arası gecikme süresi gönderilen veriye yanıt bekleme süresi düşürülerek azaltılmştır. Bu da bize radio ünitelerinin uyanık kalma süresini minimum sabit bir değere indirmemize imkan yaratmıştır. Bu da kendi eşdeğer protokoller ile karşılaştırmada pil ömrünü uzatmış ve düğümler arası gecikme süresini büyük oranda azaltmıştır. Bundan başka bu protokolde kullanılan ön ek paketleri gereksiz veri göndermelerinin önüne geçmiş bu da pil ömrünün uzun ve düğümler arası gecikmelerin azaltılmasını sağlamıştır. Protocol TinyOS 2.x işletim sistemi için gerçekleştirilmiş ve gerçek ortamda test edilmiştir. Karşılaştırma TinyOS 2.x standart CSMA/CA MAC protokolü ile yapılmıştır. Karşılaştırmanın bu protokolle yapılmasının nedeni bu protokollerin tasarım ve doğası gereyi EMAC protokolü ile benzer özelliklerin kendisinde bulundurmasıdır. Test sonuçlarından EMAC protokolüdün diğer protokolü performans olarak geçtiği gözlemlenmiştir.

Wireless Sensor Networks (WSN) is an emerging technology in event detection and monitoring area in last decade. WSN consists of spatially distributed sensor nodes that equipped with RF transceiver and sensors according to usage application. In WSN every sensor node has limited RF range, limited bandwidth, limited battery life. That is why network layers should carefully designed and implemented to use this resources efficiently and the most sensitive layer is MAC layer where communication considered hop to hop because of its directly being related to bandwidth, delay and battery. Although there are lots of researches in this area, no sufficiently successful MAC protocol proposed up to now. In this thesis, this problem is addressed. As a solution, an enhanced medium access scheme is introduced for Wireless Sensor and Actuator Networks. In our work hop by hop delay is minimized by reducing acknowledge wait delay to minimum and this allows to reduce RF unit awaken duration to minimum constant value. This reduces battery usage and per hop delay in comparing to other MAC protocols which sends same data. Furthermore using preamble based packet delivery mechanism decreases unnecessary data transmission that also saves a lot of battery usage and decreases end to end delay. Protocol is implemented on TinyOS 2.x and tested in real world. Comparison done against TinyOS 2.x standard CSMA/CA MAC which are similar to EMAC in its nature. From the test results its observed that EMAC outperformed its counterparts.