Meccanismi di Ritrasmissione per Reti di Sensori Università di Ferrara

Università di Ferrara2 Pattern OUTLINE INTRODUZIONE INTRODUZIONE DEFINIZIONE DI 4 METODI DI CONSEGNA DELLE INFORMAZIONI PER RETI WIRELESS DI SENSORI DEFINIZIONE DI 4 METODI DI CONSEGNA DELLE INFORMAZIONI PER RETI WIRELESS DI SENSORI COMMUNICATION PERFORMANCES CONSUMO ENERGETICO RISULTATI E CONFRONTI RISULTATI E CONFRONTI AMPS-1 DATA MODELLO PARAMETRICO

Università di Ferrara3 Pattern Introduzione Aspetto più critico per reti wireless di sensori : LIMITATO BUDGET ENERGETICO progettare tutti i livelli della rete al fine di risparmiare energia In questo lavoro: LINK LAYER : LINK LAYER : Reti di sensori caratterizzate da: - alta densità di nodi - brevi distanze tra dispositivi vicini (10, 20 m) - bassi data rates - pacchetti di lunghezza corta (100 bits) vogliamo assicurare comunicazioni affidabili ed energeticamente efficienti. proposta di 4 metodi di consegna delle informazioni e studio del loro consumo energetico proposta di 4 metodi di consegna delle informazioni e studio del loro consumo energetico

Università di Ferrara4 Pattern Definizione dei quattro metodi d / H SDd ARQ fino allarrivo di un pacchetto corretto a destinazione; ausilio della strategia di FEC. Alternative considerate: METODO 1) METODO 1) trasmissione diretta da S a D;ritrax richiesta a D METODO 2) METODO 2) consegna multihop con nodi intermedi che si comportano da repeater, pacchetto decodificato solo a D; ritrax chieste a S METODO 3) METODO 3) consegna multihop dove ogni nodo intermedio implementa FEC e arresta unulteriore trasmissione di un pacchetto rilevato errato; ritrax chieste alla S METODO 4) METODO 4) consegna multihop dove ogni nodo intermedio implementa FEC e arresta unulteriore trasmissione di un pacchetto rilevato errato; ritrax chieste al nodo precedente

Università di Ferrara5 Pattern Communication Performance Pe Pe : probabilità di fallita consegna di un pacchetto a destinazione Ritrasmissioni Definiamo la qualità della comunicazione attraverso

Università di Ferrara6 Pattern Communication Performance distanze (d N ) normalizzate alla distanza d tra S e D z rapporto segnale rumore a distanza d N unitaria (dividendo equamente la potenza output totale tra i nodi). nel metodo 2), un simbolo arriva errato a destinazione se ha subito un numero dispari di errori lungo il cammino : word error probability con un codice a blocchi (n,k,t) :

Università di Ferrara7 Pattern Modello energetico di un nodo sensore Radio Tx P ENCODING P DECODING Radio Rx d POINT-TO-POINT COMUNICATION

Università di Ferrara8 Pattern Energia per consegnare un pacchetto corretto a destinazione i = 1...4

Università di Ferrara9 Pattern Energia Eg_data E g_i Metodi 1), 2) richiedono a S la ritrax di un pacchetto errato, quindi E g_i (i=1, 2, 3) si può esprimere come: m Fattore m include la possibilità di fermare il forwarding di un pacchetto trovato errato ad un nodo intermedio P h P h probabilità di avere un pacchetto errato al salto h E g4 E g4 1/(1-Pw) numero medio di tx per consegnare correttamente un pacchetto al nodo successivo Ogni tx: termine tra parentesi Energia per una singola tx a D Numero medio di tx necessarie per avere un pacchetto corretto a D 1 / (1-Pe) x

Università di Ferrara10 Pattern Risultati e confronti Osserviamo landamento energetico dei quattro metodi in due diverse situazioni: specifica: sostituendo E0 and Eproc con i valori di un sensore reale, il MIT AMPS-1 prototype, con BCH (63,39,4). =3.5 E0=9.3·10 -5 J Eproc=4.6 ·10 -5 J parametrico: per semplificare lanalisi trascuriamo energie relativa all Eg=Edata. Questo non cambia il trend e il range dei risultati ottenuti.

Università di Ferrara11 Pattern Risultati : AMPS-1 Eg in relazione a probabilità di errore Pe fissata distanza d tra S e D fissato numero di salti H Pe ottimale esistenza di una Pe ottimale : Minimo numero di ritrasmissioni per minimizzare il consumo energetico Peottimale Pe ottimale attorno con i dati AMPS-1

Università di Ferrara12 Pattern Risultati : AMPS-1 Eg in relazione alla distanza d S-D fissata Pe = fissato H multihop FEC fissato H :allaumento di d, luso del multihop diventa necessario e solo a distanze maggiori diventa utile luso del FEC ad ogni nodo intermedio più salti a disposizione più salti a disposizione : H opt d link_opt H ottimo (H opt )per ogni distanza d, ottima distanza tra due nodi successivi (d link_opt ) H opt METHOD 2) scegliendo H opt per ogni d, il metodo migliore è METHOD 2)

Università di Ferrara13 Pattern Risultati : AMPS-1 Guadagno tra schema 2) e 3) scegliendo H opt per ogni distanza d fissata Pe = schema 2) 5% e 15% Scegliendo H opt per ogni distanza d, il metodo migliore in uno scenario multisalto è schema 2) con un guadagno energetico tra 5% e 15% rispetto a metodo 3), come evidenziato nel riquadro, posizionato nel range dove il multihop è preferibile alla trasmissione diretta.

Università di Ferrara14 Pattern Risultati : Modello Parametrico Multihop FEC ad ogni nodo Riduzione di E d aumento di E o e E proc Riduzione di E d necessaria ad assicurare una data performance Pe ma aumento di E o e E proc 1 dB approx

Università di Ferrara15 Pattern Risultati : Modello Parametrico TREADE-OFFs : E 0 E d E 0 e E d routing diretto o multisalto E proc E d E proc e E d FEC ad ogni nodo o solo a destinazione un set di condizioni per scegliere la soluzione migliore, Possiamo sfruttare i fattori 12 and 13 per costruire un modello parametrico, un set di condizioni per scegliere la soluzione migliore, tra le quattro alternative, rispetto ai numerosi parametri coinvolti: E 0, E proc tecnologia hardware ( E 0, E proc ) d distanza tra sorgente e destinazione ( d ) H numero di salti ( H )

Università di Ferrara16 Pattern Stessa Pe per tutti i metodi metodo 1)Eg1 < Eg2 and Eg1 < Eg3. metodo 1) è il migliore quando Eg1 < Eg2 and Eg1 < Eg3. Queste condizioni sono soddisfatte quando : metodo 2) metodo 2) migliore quando: metodo 3) metodo 3) migliore quando: Risultati : Modello Parametrico

Università di Ferrara17 Pattern Distanza Distanza alla quale le curve relative allenergia spesa dai vari meccanismi si intersecano, considerando un fissato numero di salti a disposizione: d 12 E 0 / 1 d 12 proporzionale al rapporto E 0 / 1 d 23 E proc / 1 d 23 proporzionale al rapporto E proc / 1 H dipendenza dai parametri H, 12 and 13 Risultati : Modello Parametrico

Università di Ferrara18 Pattern Sostanziale aumento di energia se si utilizza un numero di salti sub-ottimo H opt d link_opt interessante studiare quali fattori influenzano H opt, cioè d link_opt : E0/ 1 variando il rapporto E0/ 1 possiamo ottimizzare le comunicazioni anche tra nodi successivi distanti anche 10, 20 metri solo 10, 20 metri AMPS-1 AMPS-1 Risultati : Modello Parametrico