مقاله در مورد روشی جدید برای کنترل ازدحام در شبکه های حسگر بی سیم با استفاده از پروتکل TCP Vegas

قابل توجه دانشجویان محترم تحصیلات تکمیلی
1- خواهشمند است پروپوزال را در خط lotus-14 یا Blotus-14 تایپ نمایید .
2- چنانچه دانشجویی اساتید راهنما و مشاور را خارج ازاساتید دانشگاه انتخاب می نمایند لطفا مدارک ذیل را به جذب هیات علمی دانشگاه تحویل دهند .
1- آخرین حکم کارگزینی
2- آخرین مدرک تحصیلی
3 – کپی شناسنامه و کارت ملی
4- کپی صفحه اول دفترچه بیمه
5- شماره حساب سیبا بانک ملی
6 – شماره تماس اساتید مدعو
درصورت هرگونه سوال باشماره تلفن 14- 2225311- 0471 داخلی 328 دفتر تحصیلات تکمیلی تماس حاصل فرمایید .
باتشکر
دفتر تحصیلات تکمیلی
دانشگاه آزاد اسلامي
واحد شبستر
فرم طرح تحقيق
درخواست تصويب موضوع پايان نامه كارشناسي ارشد و رساله دكتري
عنوان تحقيق: روشی نوین برای کنترل ازدحام در شبکههای حسگر بیسیم
رشته: مقطع:
نام و نام خانوادگي دانشجو:
بسمه تعالي
شماره:
تاريخ درخواست:
فرم درخواست تصويب موضوع پايان نامه كارشناسي ارشد و رساله دكتري
عنوان تحقيق: روشی نوین برای کنترل ازدحام در شبکههای حسگر بیسیم
1- اطلاعات مربوط به دانشجو:
نام ونام خانوادگي: شماره دانشجوئي: مقطع:
رشته تحصيلي: دانشكده: دوره:
تاريخ و سال ورود:
آدرس پستي: تلفن:
آدرس پستي در شهرستان: تلفن:
2- اطلاعات مربوط به استاد راهنما:
نام و نام خانوادگي: تخصص اصلي: رياضی کاربردی تخصص جنبي:-
آخرين مدرك تحصيلي دانشگاهي: رتبه دانشگاهي: شغل و سمت فعلي:
سنوات تدريس ::: :
آدرس: تلفن:
تعداد پايان نامه هاي كارشناسي ارشد راهنمائي شده: دانشگاه آزاد اسلامي: ساير دانشگاهها:
ذكر نام پايان نامه ها:
تعداد رساله هاي دكتري راهنمائي شده: دانشگاه آزاد اسلامي: ساير دانشگاهها:
ذكر نام رساله ها:
تعداد پايان نامه هاي كارشناسي ارشد در دست راهنمائي: دانشگاه آزاد اسلامي: ساير دانشگاهها:
ذكر نام پايان نامه ها:
تعداد رساله هاي دكتري در دست راهنمائي: دانشگاه آزاد اسلامي: ساير دانشگاهها:
ذكر نام رساله ها:
3- اطلاعات مربوط به اساتيد مشاور:
4- اطلاعات مربوط به پايان نامه يا رساله:
الف ـ عنوان پايان نامه:
فارسي: روشی جدید برای کنترل ازدحام در شبکههای حسگر بیسیم با استفاده از پروتکل TCP Vegas
انگليسي: A new congestion control scheme based on TCP Vegas for wireless sensor networks
ب ـ نوع كار تحقيقاتي: بنيادي ｏ نظري ｏ كاربردي ˙ عمليｏ
ج ـ تعداد واحد پايان نامه يا رساله: 6
د ـ سئوال اصلي تحقيق: (مسئله تحقيق)
امروزه شبکههای بیسیم حسگر جایگاه ویژهای در شبکههای کامپیوتری پیدا کردهاند؛ از سوی دیگر پروتکل TCP یکی از پروتکلهای محبوب و پرکاربرد میباشد، اما طراحی این پروتکل به گونهای است که برای شبکههای سیمی مناسب میباشد و در در شبکههای بیسیم کارایی خود را از دست میدهد. دلیل این امر این است که در شبکههای سیمی گم شدن هر بسته را میتوان ناشی از ازدحام دانست و با هر گم شدن بسته،TCP
اقدام به کاهش نرخ انتقال فرستندهها میکند؛ اما در شبکههای بیسیم علاوه بر ازدحام عوامل دیگری چون کیفیت پایین کانال ارتباطی بیسیم و تداخل محیط نیز میتواند باعث گم شدن بستهها در شبکه شوند، بنابر این با هر گم شدن بسته در شبکه، TCP فرض میکند که شبکه دچار ازدحام شده است و نرخ انتقال خود را کاهش میدهد، در صورتی که امکان دارد گم شدن بسته به دلیل ازدحام نبوده باشد و این امر سبب میشود تا کارایی TCP افت کند[1,2,10]. حال سوال این است، آیا امکان کنترل ازدحام در شبکههای حسگر بیسیم از طریق پروتکل TCP Vegas امکانپذیر میباشد؟ یا به عبارت دیگر TCP چگونه میتواند بین حالت ازدحام و حالتهای دیگر تمایز قائل شده و نرخ ارسال را تنها در صورتی کاهش دهد، که گم شدن بسته ناشی از ازدحام شبکه باشد.
ه ـ بيان مسئله(شامل تشريح ابعاد، حدود مسئله، معرفي دقيق آن، بيان جنبه هاي مجهول و مبهم، متغيرهاي مربوط به سئوالات تحقيق، منظور تحقيق).
با گسترش روز افزون استفاده از شبکههای بیسیم، در سالهای اخیر تلاشهای زیادی انجام شده تا پروتکل TCP منطبق با این نوع شبکهها شود. یکی از شبکههای بیسیم که در زمینههای مختلف مانند اتوماسیون، سلامت و بحران، کاربرد فراوان دارد، شبکههای حسگر بیسیم میباشد. شبکههای حسگر بیسیم شبکههایی هستند که از تعداد زیادی حسگر تشکیل شدهاند که به صورت بیسیم با هم در ارتباط هستند. پیشرفتهای اخیر در شبکههای بیسیم نیز منجر به وجود آمدن برنامههایی شده است که باعث افزایش بار ترافیک شبکه شدهاند[1].
از طرف دیگر ازدحام در شبکههای حسگر با سایر شبکهها تفاوتهایی دارد. این نوع شبکهها تا زمانی که رخ داد خاصی را حس نکردهاند ترافیک آنچنانی ندارند، ولی به محض وقوع یک رخداد، بار شبکه افزایش پیدا میکند. در واقع وقوع ترافیک در شبکههای حسگر نشان دهندهی این است که تعداد منابع برای عبور بار شبکه کافی نمیباشند[2].
در کل میتوان ازدحام در شبکههای حسگر را به دو دسته تقسیم کرد: 1. ازدحام از نوع H1: در این حالت در قسمتی از شبکه تعدادی از گرهها به صورت همزمان شروع به ارسال داده میکنند که نتیجهی آن از دست رفتن بستهها و کاهش کارایی گرهها در آن منطقه میشود.
2. ازدحام از نوع H2: در این حالت گرهها دچار بار بیش از حد میشود و در نتیجهی باعث از بین رفتن بستهها میشود. علت این گم شدن بستهها پر شدن صف (بافر) گره مورد نظر میباشد. پس از آنکه یک گره بیش از اندازه بسته دریافت میکند، صف مورد نظر پر شده و بقیهی بستههای دریافتی از بین میروند. این حالت مرسومترین و مهمترین دلیل برای گم شدن بستهها میباشد. ازدحام باعث ار بین رفتن بستهها بدلیل پر بودن صف گرهها میشود. در نتیجه بستهها باید مجددا ترسال شوند. ارسال مجدد بسته باعث افزایش مصرف انرژی و کاهش طول عمر شبکه خواهد شد[1].
لذا تشخیص ازدحام و کنترل آن میتواند تضمین کنندهی کارایی شبکههای حسگر در مواجهه با افزایش بار شبکه باشد. با توجه به موارد مذکور اگر بتوان به کمک روشی جدید وجود یا عدم وجود ازدحام را تشخیص داد، فرستندهها میتوانند نرخ انتقال خود را به شکل دقیقتری تنظیم نمایند، در نتیجه کارایی شبکه افزایش پیدا میکند.
وـ سوابق مربوطه: (بيان مختصر سابقه تحقيقات انجام شده پيرامون موضوع و نتايج حاصل شده در داخل و خارج و نظرهاي علمي موجود در رابطه با مسئله)
پروتکل TCP در دهههای گذشته مورد توجه بسیاری از محققین بوده است. تحقیقات زیادی برای انطباق TCP با شبکههای بیسیم انجام شدهاند[1,2,10]. این تحقیقات به سه دسته تقسیم میشوند: روشهای مبتنی بر گم شدن بسته مثل [3] TCP Sack و [4] TCP Reno ، روشهای مبتنی بر تاخیر مثل TCP Vegas [5]وFast TCP [6-7]و روشهای مبتنی بر بازخوردهای صریح مثل .[9] XCP
یکی از عمده مشکلات شبکه کنترل ازدحام و انطباق پروتکل TCP با این شبکه میباشد. کنترل ازدحام عموما مربوط به لایهی Transport میباشد . در سالهای اخیر تلاشهای زیادی شده است تا بتوانند پروتکل TCP را با شبکههای حسگر سازگار کنند.
عمده مشکلی که در این پروتکل برای انطباق با شبکههای حسگر وجود دارد، مکانیزم کنترل ازدحام بود. اولین قدم برای کنترل ازدحام در شبکه، شناسایی ازدحام میباشد. یعنی ما مکانیزمی نیاز داریم تا بتوانیم وجود یا عدم وجود ازدحام در شبکه را تشخیص دهیم.
در شبکههای حسگر برای شناسایی ازدحام باید دقت بیشتری شود، دلیل نخست این امر محدود بودن منابع گرهها میباشد. دلیل دوم این است که پروتکل TCP هر گم شدن بسته را به منزلهی ازدحام فرض میکند و اقدام به کاهش نرخ انتقال فرستندهها میکند؛ عمده ایرادی که این مکانیزم در شبکههای حسگر دارد این است که در این نوع شبکهها علاوه بر ازدحام عوامل دیگری چون کیفیت پایین کانال ارتباطی بیسیم و شکست حسگر در انتقال اطلاعات نیز میتواند باعث گم شدن بستهها در شبکه شوند. بنابر این شناخت علت گم شدن بستهها میتواند نقش موثری در افزایش کارایی شبکه داشته باشد[1,10].
در[1] روشی با نام HTAP ارائه شد که روش کار آن به این صورت است که تلاش میکند با ساختن مسیرهای پشتیبان به sink بتواند از بار شبکه بکاهد و در نتیجه از به وجود آمدن ازدحام جلوگیری کند.
در مقالهی دیگری روشی با نام DTC (Distributed TCP Cashing) ارائه شده است که هدف آن این است که Segmentهای مختلف TCP را به صورت محلی در گرهها نگهداری کنند. با این کار میتوان ارسالهای مجدد (Retransmission) در گرههای محلی را بهبود داد. با بهبود ارسال مجدد در گرهها، میتوان بستههای گم شده را با کارایی بهتری بازیابی کرد. روش این طرح به این صورت است که به هر گره مقداری کش (Cache) اختصاص داده میشود و مرتبا زمان رفت و برگشت یا RTT (Round Trip Time) به روز میشود تا بتوان زمان مورد نیاز برای هر ارتباط TCP را تخمین زد. اگر زمان مورد نظر برای رسیدن هر ACK طولانی شود، از آن به عنوان گم شدن بسته تلقی میشود و در این حالت سنسور محلی بسته را بازیابی کرده و ارسال میکند[11].
در [12] روشی ارائه شد که از دو فاکتور زمان سرویس بستهی محلی و زمان ورود بستههای مختلف استفاده میکند تا درجهی ازدحام فعلی را در سنسورهای میانی محاسبه کند.
در [13] روشی با نام CODA ارائه شد که وضعیت ازدحام در شبکه را با نظارت بر ظرفیت پر شده بافر و بار موجود در کانالهای بیسیم ارزیابی میکند. اگر این دو مقدار از یک آستانهای بالاتر روند به معنای آن است که ازدحام رخ داده است، پس از آن گره مورد نظر گره همسایه را مطلع میکند تا نرخ ارسال خود را کاهش دهد.
در [14] روشی ارائه شد که در آن وقتی گرهای یک یا چند Segment از دست میدهد بلافاصله این Segmentها از گرههای همسایه بازیابی میشوند. در واقع هدف این طرح پایین آوردن هزینهی بازیابی بستهها با محلی کردن آن میباشد.
در یکی از تحقیقات انجام شده برای شناسایی بستهی گم شده، فرستندهها اقدام به شمارهگذاری بستهها میکنند و گرههای دریافت کننده با توجه به شمارهی از دست رفته بستهی گم شده را شناسایی کرده و پس از آن با ارسال NACK (Negative Acknowledgment) اقدام به بازیابی بستهی گم شده میکنند[15].
در [16] روشی ارائه شد که اساس آن برگرفته از حرکت دسته جمعی پرندگان است. هدف اصلی این طرح این است که بستهها مثل پرندگان در قالب دستههایی به سمت Sink طوری هدایت شوند که از محلهایی که دچار ازدحام هستند عبور نکنند.
در روش پیشنهادی با نظارت بر بافرهای (صفها) گرههای حسگر، وضعیت واقعی شبکه مورد ارزیابی قرار گرفته و نرخ ارسال شبکه تنظیم خواهد شد. یعنی اگر تعداد بستههای دریافتی در بافرها از تعداد بستههای ارسالی خیلی بیشتر باشد، در این حالت نرخ ارسال به مقدار زیادی کاهش داده خواه شد. اگر تعداد بستههای دریافتی در بافرها از تعداد بستههای ارسالی تا حدودی بیشتر باشد، در این حالت نرخ ارسال به صورت ملایم کاهش داده میشود. اگر تعداد بستههای دریافتی در بافرها برابر با بستههای ارسالی باشد در این حالت نرخ ارسال ثابت نگه داشته میشود. اگر تعداد بستههای دریافتی در مقایسه با ظرفیت بافر خیلی کمتر باشد، در این حالت نرخ ارسال به مقدار زیادی افزایش داده میشود و اگر تعداد بستههای دریافتی در مقایسه با ظرفیت بافر تا حدودی کمتر باشد در این حالت نرخ ارسال به صورت ملایم افزایش داده میشود.
1- الف ـ تحقيق بنيادي: تحقيقي است كه به كشف ماهيت اشياء، پديده ها و روابط بين متغير ها، اصول، قوانين و ساخت يا آزمايش تئوريها و نظريه ها پرداخته و به توسعه مرزهاي دانش رشته علمي كمك مي كند.
ب ـ تحقيق نظري: تحقيقي است كه نوعاً بنيادي بوده و از روش هاي استدلال و تحليل عقلاني استفاده نموده و بر پايه مطالعات كتابخانه ای انجام مي شود.
ج ـ تحقيق كاربردي: تحقيقي است كه با استفاده از نتايج تحقيقات بنيادي به منظور بهبود و به كمال رساندن رفتارها، روشها، ابزارها، وسايل، توليدات، ساختارها و الگوهاي مورد استفاده جوامع انساني انجام مي شود.
د ـ تحقيق عملي: تحقيقي است كه با استفاده از نتايج تحقيقات بنيادي و با هدف رفع مسائل و مشكلات جوامع انساني انجام مي پذيرد.
ز ـ اهداف تحقيق: ( شامل اهداف علمي، كاربردي و ضرورت هاي خاص انجام تحقيق )
هدف این پایاننامه ارائه یک الگوریتم کنترل ازدحام جدید متناسب با ویژگیهای شبکههای حسگر بیسیم بر پایهی TCP Vegas میباشد. از آنجا که فناوری شبکه به سمتی میرود که استفاده از شبکههای حسگر بیسیم روز به روز در حال افزایش میباشد، ارایهی الگوریتمهای مختص این حوزه از اهمیت روزافزونی برخوردار است. یک الگوریتم کنترل ازدحام مناسب میتواند کارایی این به شکل قابل توجهی بهبود بخشد.
اهداف این تحقیق عبارتند از:
1. بکارگیری روشی جدید برای نظارت بر روی بافرها (صفها) در گرهها و تعیین علت گم شدن بستهها در شبکههای حسگر بیسیم و تفکیک بین گم شدن ناشی از ازدحام و گم شدن ناشی از عوامل دیگر مانند کیفیت بد خط ارتباطی بیسیم.
2. بهبود مکانیزم کنترل ازدحام شبکههای حسگر بیسیم با استفاده از مدل ارائه شده در بند (1).
3.ارتقاء کارایی شبکههای حسگر بیسیم با بهرهگیری از مکانیزم کنترل ازدحام پیشنهادی.
ح ـ در صورت داشتن هدف كاربردي بيان نام بهروران: ( اعم از موسسات آموزشي و پژوهشي و دستگاههاي اجرائي و غيره )
ط ـ جنبه جديد بودن و نوآوري طرح: در این پایان نامه الگوریتم جدیدی برای کنترل ازدحام شبکههای حسگر ارائه میگردد. نوآوری رساله استفاده از مکانیزمی جدید برای کنترل ازدحام با توجه به بازخوردی است که از سرعت افزایش یا کاهش صف در گرههای میانی بر اساس TCP Vegas به دست میآید.
5- روش كار:
الف ـ روش تحقيق رابطورکامل توضیح دهید :
بر اساس ایده پیشنهادی این رساله، در این تحقیق مراحل زیر مد نظر میباشد:
1.بررسی مسألهی کنترل ازدحام در شبکههای حسگر بیسیم و تحقیقات انجام شده در این حوزه به منظور شناسایی نقاط ضعف و قوت آن.
2.مطالعهی پروتکل TCP و طراحی مدل مکانیزمی برای کنترل ازدحام شبکههای حسگر بیسیم با رویکرد تفکیک گم شدن بستهها بر اساس منشأ وقوع آنها.
3.تبدیل مدل پیشنهادی به الگوریتمی قابل پیادهسازی در سطح شبکه.
4.پیادهسازی الگوریتم پیشنهادی در محیط ns-2 و ارزیابی کارایی آن در مقایسه با روشهای موجود.
ب ـ روش گردآوري اطلاعات:(ميداني، كتابخانه اي و غيره)
منابع موجود در اینترنت، مقالات و کتابهای چاپ شده در زمینه موضوع تحقیق.
ج ـ ابزار گردآوري اطلاعات:(پرسشنامه، كارت مصاحبه، كارت مشاهده، كارت آزمون، فيش، جدول و غيره)
بیشتر به صورت گردآوری فایلها، مقالات و کتب الکترونیکی در زمینه موضوع تحقیق میباشد.
د ـ روش تجزيه و تحليل اطلاعات:
جهت بررسی الگوریتم پیشنهادی، آن را در محیط شبیه ساز شبکه (مانند ns-2) پیادهسازی کرده و نتایج شبیه سازی را استخراج میکنیم. نتایج بدست آمده در قیاس با روشهای مشابه مورد ارزیابی قرار گرفته و تحلیل میشود.
6- زمان انجام تحقيق:
الف ـ طول مدت انجام تحقيق: 6 ب ـ تاريخ شروع:
7. فهرست منابع و ماخذ (فارسي و غيرفارسي) مورد استفاده در پاياننامه به شرح زير:
[1] C. Sergiou, V. Vassiliou, A. Paphitis, Hierarchical Tree Alternative Path (HTAP) algorithm for congestion control
in wireless sensor networks, Ad Hoc Networks, 2013.
[2] A. Ali Rezaee, M. Yaghmaee, A. Rahmani, A. Mohajerzadeh , HOCA: Healthcare Aware Optimized Congestion Avoidance and control protocol for wireless sensor networks, HOCA: Healthcare Aware Optimized Congestion Avoidance and control protocol for wireless sensor networks, 2013.
[3] L. Brakmo, L. Peterson, TCP Vegas: end-to-end congestion avoidanceon a global internet, IEEE Journal on Selected Areas in Communications, 1995.
[4] D. Katabi, M. Handley, C. Rohrs, Congestion control for highbandwidth-delay product networks, ACM SIG-
COMM, 2002.
[5] C. Qiao, M. Yoo, Optical burst switching (OBS)_a new paradigm foran optical internet, Journal of High Speed Networks, 1999.
[6] S. Hegde, et al., FAST TCP in high-speed networks: an experimentalstudy, GridNets, 2004.
[7] L. Xu, K. Harfoush, I. Rhee, Binary increase congestion control (BIC)for fast long-distance networks, IEEE Infocomm, 2004.
[9] Q. Zhang, V. Vokkarane, Y. Wang, J.P. Jue, Analysis of TCP overoptical burst-switched networks with burst retransmission,
IEEE GLOBECOM, 2005 [10] Y. Xiong, M. Vanderhoute, H.C. Cankaya, Control architecture inoptical burst-switched WDM networks, IEEE Journal on SelectedAreas in Communications, 2000.
[10] C. Wang., K. Sohraby, B. Li, W. Tang, H.Ritter, Issues of Transport Control Protocols for Wireless Sensor Networks, Communications, Circuits and Systems, 2005. Proceedings. 2005 International Conference on, 2005.
[11] A. Dunkels., J. Alonso, T. Voigt., H.Ritter, Distributed TCP Caching for Wireless Sensor Networks, Mediterranean Ad-Hoc Networks Workshop, Bodrum, Turkey, 2004.
[12] C. Wang, K. Sohraby, and B. Li, “SenTCP: A hop-by-hop congestion control protocol for wireless sensor networks,” in Proceedings of IEEE INFOCOM 2005 (Poster Paper), Miami, Florida, USA, Mar. 2005.
[13] C.-Y. Wan, S. B. Eisenman, and A. T. Campbell, “CODA: Congestion detection and avoidance in sensor networks,” in Proceedings of ACM Sensys’03, November 5-7, 2003, Los Angeles, USA.
[14] C.-Y. Wan, A. T. Campbell, PSFQ: A reliable transport protocol for wireless sensor networks, in Proceedings of ACM
[15] F. Stann and J. Heidemann, RMST: Reliable data transport in senor networks, in Proceedings of IEEE SNPA’03, May 11, 2003, Anchorage, USA.
[16] P. Antoniou, A. Pitsillides, T. Blackwell, L. Michael, Congestion control in wireless sensor networks based on bird flocking behavior, Computer Networks, 2013.
7- هزينه هاي تحقيق پايان نامه و رساله:
الف ـ منابع تامين بودجه پايان نامه و ميزان هر يك 🙁 ريالي، ارزي، تجهيزاتي، تسهيلاتي و غيره)
ب ـ هزينه هاي پايان نامه
1- هزينه هاي پرسنلي: (براي مواردي كه در حوزه تخصص و مهارت و رشته دانشجو قرار ندارد)
2- هزينه هاي مواد و وسايل:( وسايلي كه صرفاً از محل اعتبار طرح تحقيق بايد خريداري شود)
3- هزينه هاي متفرقه:
8- تاييدات:
الف ـ نام و نام خانوادگي دانشجو: امضاء: تاريخ:
ب ـ نام و نام خانوادگي اساتيد راهنما:
1- امضاء: تاريخ:
2- امضاء: تاريخ:
ج ـ نام و نام خانوادگي استاد مشاور:
1- امضاء: تاريخ:
2- امضاء: تاريخ:
د ـ نام و نام خانوادگي اعضاء نظارت بر تحقيق:
1- امضاء: تاريخ:
2- امضاء: تاريخ:
3- امضاء: تاريخ:
((صورتجلسه))
شوراي گروه تخصصي……………………… در تاريخ………………….. در محل…………………. با حضور اعضاء مربوطه تشكيل و موضوع رساله آقاي………………………….. با عنوان ……………………………………………………………………………..
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………..
بررسي و به تصويب رسيد.
نام و نام خانوادگي اعضاء شورا امضاء سمت و تخصص
1-
2-
3-
4-
5-
6-
نام و نام خانوادگي مدير گروه: امضاء:
نام و نام خانوادگي رياست دانشكده: امضاء:
ح ـ نظريه شوراي پژوهشي دانشگاه:

فایل : 14 صفحه

فرمت : Word