Анализ верхних границ задержек пакетов в беспроводной сенсорной сети с использованием теории Network Calculus

Литература

1. Злобин И. В. Перспективные аспекты развития физико-топологических представлений о Времени // European science, 2016. № 3 (13). С. 16-25.

2. Злобин И. Б. K вопросу об ориентируемости во Времени // Научный журнал, 2016. № 4 (5). С. 9-14.

3. Ильин В. А., Садовничий В. А., Сендов Б. Х. Математический анализ, ч. 1, изд. 3, ред. А. Н. Тихонов. М.: Проспект, 2004. 265 с.

4. Нарликар Дж. Неистовая Вселенная. М., Мир, 1985. 129 с.

5. Фильчаков П. Ф. Справочник по высшей математике. М., Наука, 1973. 47 с.

6. Эйнштейн А. Собрание научных трудов, Т. 1 // Под. ред. Тамма И. У., Смородинского Я. А., Кузнецова Б. Г. М., Наука, 1965 - 1967.

7. Hawking S. W., Ellis G. F. R. The Large Scale Structure of Space - Time, Cambridge University Press, 1973.

Analysis of the upper bounds of the packet delay in wireless sensor networks

using the Network Calculus Drozdova E.1, Bahteev P.2

'Дроздова Елена Алексеевна / Drozdova Elena — бакалавр, кафедра автоматической электросвязи; 2Бахтеев Павел Алексеевич / Bahteev Pavel - бакалавр, кафедра радиосвязи, радиовещания и телевидения, Поволжский государственный университет телекоммуникаций и информатики, г. Самара

Аннотация: в настоящее время во всем мире активно разрабатываются и внедряются разнообразные технологии Интернета вещей. Для связи различных устройств часто используются беспроводные сенсорные сети. Одной из важнейших теоретических и практических задач является проблема определения граничных величин задержек передачи информации в таких сетях. Abstract: at the present time all over the world actively developed and implemented various technologies of the Internet of things. For connection of different devices are often used in wireless sensor networks. One of the most important theoretical and practical problems is the problem of determining the boundary values of the delays of information transmission in such networks.

Ключевые слова: сенсорные сети, задержка пакетов. Keywords: sensor network, packet delay.

Сценарий работы сенсорной сети состоит в том, что сенсор реагирует на событие, передает данные своему соседнему узлу, этот соседний узел дальше, своим соседям. И таким образом данные доходят до головного узла, который передает данные шлюзу. Потоки данных классифицируются двумя типами: совокупный поток и микропоток. Первый тип содержит файловый поток, аудиопоток и видеопоток. Совокупный поток состоит из суммы микропотоков.

В статье [1] представлена модель обеспечения гарантированного качества обслуживания QoS. Эта модель учитывает два аспекта:

1) офлайн расчет системы, который отвечает за количественные характеристики, позволяющие заранее рассчитать ресурсы, обеспечивающие гарантированное QoS;

2) онлайн управление доступом, принимающее решение, принимать ли поток данных, согласно требованиям QoS.

Задержка пакетов в сенсорной сети рассматривается с точки зрения сетевого анализа Network Calculus. Верхняя граница задержки очереди в буфере (Upper Bound on Buffer Queue Delay (UBBQD)) на интервале [0,t] определяется по формуле:

где bife - бёрстность (выброс) ;'-го потока А-го микропотока;

тk.j - скорость поступления в буфер j-го потока А-го микропотока;

R - скорость обслуживания пакетов в узле;

Т - фиксированное время обслуживания пакетов в узле;

и - количество потоков;

cj - количество микропотоков.

На рис. 1 показана передача трех потоков в WSN. Три потока: поток 1, поток 2, поток 3 -обозначаются Aj(t), A2(t) и A3(t) соответственно. Они поступают от сенсорных узлов А, В и С. Поток Aj(t) состоит из трех микропотоков: Aj,j(t), Aj,2(t) и Aj,3(t), поток A2(t) состоит из двух микропотоков: A2,j(t) и A22(t), поток A3(t) состоит из одного микропотока: A3,j(t). Кластер WSNs базируется на протоколе ZigBee. Каждый микропоток регулируется leaky bucket.

Рис. 1. Обобщенный сценарий ШБМя

Рис. 2 показывает влияние скорости обслуживания К и времени обслуживания Т на верхнюю границу задержки очереди Б в сенсорном узле. Мы видим прямую зависимость: верхняя граница Б меньше при больших значениях скорости обслуживания К, верхняя граница Б меньше при меньших значениях Т. На рис. 2(а) графики кривой Б как функции от скорости обслуживания Я. Кривая Б вогнута внутрь, уменьшается с увеличением значений К, независимо от значений Т, приближается к 0 для всех потоков. Уменьшение проходит по экспоненциальному закону. На рис. 2(Ь) графики кривой Б как функции от времени обслуживания Т.

Изменяя параметры поступающих микропотоков (скорость поступления и бёрстность), а также параметры обслуживания пакетов в узле (скорость обслуживания и время обслуживания), можно регулировать задержку пакетов в сенсорном узле.

Рис. 2. Верхняя граница задержки очереди буфера (UBBQD) О в сенсорном узле: (а) О как функция от скорости обслуживания К в кбит/с при Т=1; (Ь) О как функция от времени обслуживания Т при К=100

Литература

1. Lianming Zhang, Jianping Yu, Xiaoheng Deng. Modelling the Guaranteed QoS for Wireless Sensor Networks: A Network Calculus Approach // Eurasip journal on wireless communications and networking, 2011.